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XRD에서 peak 위치가 변할 때의 해석..

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sciengo 작성일2012-04-22 21:14

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안녕하세요, 항상 좋은 정보 감사드립니다.

이제 막 석사과정 진행 중인 학생인데, XRD 분석을 보던 중 궁금하여 질문드립니다.

예를 들어 AO2-BO2의 2중 금속 산화물에서 B의 조성을 증가시키며 제조하여 XRD를 찍은 경우,

두 혼합물이 solid-solution을 형성하여 생긴 메인 피크의 위치가 점점 감소하는 것을 발견했습니다.

그런데 여기서,

1) Bragg's law를  이용할 경우는,
각도가 작아질 경우, 격자 상수 d는 증가하고..

2) Scherrer's eqn을 사용할 경우는
각도가 잘아질 경우, 입자 크기는 작아지는 것으로 계산됩니다.

제 생각으로, 격자 상수가 증가하면 unit cell 부피가 증가하기 때문에
일반적으로 입자 크기 자체도 증가해야 하는 것이 아닌가... 생각됩니다.

이러한 부분을 볼 경우 상당히 혼란스러운데, 조언 부탁드리겠습니다.

댓글 3

avaritia님의 댓글

avaritia

  1. unit cell 크기와 입자크기는 상관없습니다. 그러니 d가 커진다고 입자가 커지지 않아요

2. XRD data는 어차피 뭉뚱그려진 값입니다. 시료의 입자크기가 분포를 갖기 때문이지요. 혼합물이라면 더더욱. 그러니 어떤 한 eq 로 명확히 뭘 볼 수가 없어요

3. peak 위치가 좌이동(2세타 작아짐) 하는 경우 d값이 커지는 것으로, peak 폭(full width half maximum)이 넓어지면 입자크기가 작아지는 것으로 해석하는 것이 일반적입니다.

4. 여기서 두 산화물이 결정구조는 같다(즉 A원자와 B원자가 같은 위치)는 가정이 당연히 필요하고요

5. 두 unit cell의 d값이 꽤 차이나고 XRD의 resolution이 좋다면(그래서 peak에서 어깨가 관측된다면) peak 분리 소프트웨어로 fitting 을 시도해 볼 수도 있어요. 하지만 solid solution XRD data는 대개 지저분하므로 잘 하지 않습니다.

sciengo님의 댓글

sciengo

  우문에 현답 감사드립니다. 기초적인 것에 끙끙대니 부끄럽네요.

差緣님의 댓글

差緣

  격자 크기는 증가합니다만 solid solution이 되었다고 해서 입자 크기가 peak broadening에 영향을 줄 만큼 변하지는 않을 것 같고요
solid solution 되면서 lattice에 micro-strain을 야기 시켜서 생기는 broadening 일 것으로 판단이 됩니다.

판단하는 방법은 (modified) Williams-Hall plot을 그려보면 알 수 있습니다.

그렸을 때 기울기가 변하면 micro strain에 영향이고요
y-절편이 변하면 domain size가 바뀌었다고 판단하면 됩니다.

참고로 WH-plot은 학부 수준의 X-Ray 책에 나옵니다.

그리고 피크의 위치 변화는 격자 크기가 증가했다고 말 할 수도 있지만

solid solution 때의 macro-strain에 의한 효과로 설명할 수 도 있습니다.

구조에 따라서 적층결함 같은 것들이 추가적으로 피크의 위치에 영향을 줄 수 있고 조성이 바뀜에 따라서 absorption 효과가 바뀌면서 피크 위치에 미세하게 영향을 줄 수도 있습니다.

아마도 결론은 'solid solution이 micro/ macro-strain을 발생시킨다 .'
일 것 같네요

그리고 FWHM을 가지고 일반적으로 해석하는 것은 매우 위험합니다.

물리적의미가 없기 때문이고요

Integral breadth를 (hkl) 별로 order에 따라서 봐야합니다.

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