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XRD精修教程（四）—— 三種輸入文件的準(zhǔn)備

來源：本站時(shí)間：2020-08-24 17:25:41 瀏覽：15810次

作者：王老師

1 引言

在使用GSAS軟件進(jìn)行XRD精修之前，我們需要準(zhǔn)備好輸入文件并將其導(dǎo)入程序。在此，我們向大家介紹采用GSAS進(jìn)行XRD精修所需要的三類輸入文件及其獲取方法。

這三類輸入文件分別是：

（1）XRD數(shù)據(jù)文件：文件格式為“.gsas”；

（2）儀器參數(shù)文件：文件格式為“.prm”或“.ins”；

（3）結(jié)構(gòu)模型文件：一般為“.cif”。

圖1 三種輸入文件

2 XRD數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備
XRD數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備非常簡單，通常而言我們測試XRD結(jié)果就包含“.csv”或者“.txt”。不過，這些原始文件除了包含“角度-強(qiáng)度”數(shù)據(jù)，還包含各種測試信息（測試時(shí)間，靶材類型等）。
（1）首先，我們將“.csv”或者“.txt”轉(zhuǎn)換成僅包含“角度-強(qiáng)度”兩列數(shù)據(jù)的“.txt”文件；
（2）然后將其重命名為“.dat”文件；

（3）采用CMPR軟件將其轉(zhuǎn)換為“.gsas”文件（具體操作間我們之前的教程：CMPR軟件介紹）。

圖2 讀取dat格式的數(shù)據(jù)

3 儀器參數(shù)文件的介紹與準(zhǔn)備
3.1 儀器參數(shù)文件簡介

儀器參數(shù)文件是以“.ins”或“.prm” 結(jié)尾的計(jì)算機(jī)文件（圖3），它是進(jìn)行精修所必須的一個(gè)輸入文件。它包含了XRD衍射儀器的一些基本參數(shù)和信息，比如X射線的波長、靶材類型、峰形函數(shù)等。對于儀器參數(shù)文件，我們既可以用Windows自帶的記事本和寫字板來打開，也可以使用GSAS軟件來打開圖（4）

圖3 儀器參數(shù)文件

圖4 儀器參數(shù)文件包含的信息

首先我們對儀器參數(shù)文件所包含的信息進(jìn)行簡要的介紹，它主要包括三大部分：

（1）儀器基本信息：如圖5所示，包括數(shù)據(jù)的類型，儀器參數(shù)的Title以及XRD衍射儀的名稱。其中，數(shù)據(jù)的類型共有四類，分別是：TOF（Time of flight，飛行時(shí)間數(shù)據(jù)），CW neutron（constant wavelength neutron，恒定波長中子衍射數(shù)據(jù)），CW X-ray（恒定波長X射線衍射數(shù)據(jù)）和ED X-ray （Energy dispersive X-ray）。

圖5 儀器基本信息部分

（2）儀器物理參數(shù)：如圖6所示，這部分主要包括靶材類型，是否有單色器，X射線的波長（Primary表示Kα1，Secondary代表Kα2），零點(diǎn)校正，極化校正和極化比例（銅靶是0.7，石墨單色器則為1）。

圖6 儀器基本信息部分

（3）峰形函數(shù)：如圖7所示，這部分主要有峰形函數(shù)類型，以及峰形函數(shù)的各種參數(shù)。 GU，GV，GW是高斯函數(shù)半高寬方程系數(shù)；LX，LY表示洛倫茲函數(shù)的晶粒寬化和應(yīng)力寬化。通常只需先設(shè)定好GU，GV，GW，LX，LY的初值，其他的則不需要更改。

圖7 儀器基本信息部分

3.2 儀器參數(shù)文件獲取

儀器參數(shù)文件是進(jìn)行XRD精修所必須的，下面我們對獲取修改文件的方法進(jìn)行介紹。

（1）從師兄師姐或者XRD實(shí)驗(yàn)老師那里獲取。這種方法最簡單，但并不是對所有人都適用。

（2）根據(jù)GSAS自帶的儀器參數(shù)文件進(jìn)行簡單修改。這種方法也比較簡單，而且適用于絕大部分情況。下面我們進(jìn)行詳細(xì)的介紹：

（a）如圖8所示，打開GSAS軟件的Powder選項(xiàng)卡，然后點(diǎn)擊“Add New

Histogram”；

圖8 使用GSAS導(dǎo)入儀器參數(shù)

（b）如圖9所示，單擊選擇文件；

圖9 在彈出的界面單擊選擇文件

（c）如圖10所示，打開GSAS安裝位置下面的example文件件，然后選擇儀器文件，對于一般的實(shí)驗(yàn)室XRD儀器，可以選擇“inst_xry.prm”這個(gè)文件；

圖10 打開GSAS安裝位置下的example文件夾

（d）此時(shí)，我們就可以對儀器參數(shù)進(jìn)行初步修改（圖11）。主要修改靶材類型，是否有單色器，以及波長（該信息可以在測試結(jié)果文件里面看到，圖12）。然后我們可以講GU，GV，GW，LX，LY的初值設(shè)為0, 0, 50, 0和0即可。最后點(diǎn)擊Save或者Save as為自己的模板文件。該方法適用于絕大部分情況。

圖11 修改基本參數(shù)

圖12 測試結(jié)果中的儀器參數(shù)

4 CIF結(jié)構(gòu)模型文件的介紹與準(zhǔn)備

4.1 CIF結(jié)構(gòu)模型文件簡介

CIF結(jié)構(gòu)模型文件是指以“.cif”結(jié)尾的晶體學(xué)信息文件(Crystallographic Information File)。該文件包含了晶體結(jié)構(gòu)的眾多信息，比如空間群、晶胞參數(shù)、原子坐標(biāo)等，因而廣泛用于晶體結(jié)構(gòu)繪圖、XRD精修以及材料的理論計(jì)算。

由于CIF文件在材料學(xué)中應(yīng)用十分廣泛，眾多軟件都可以打開并編輯CIF文件，比如Diamond，Vesta，Materials Studio。此外，我們也可以使用記事本來對CIF文件進(jìn)行簡單的查看和修改（圖13）。

圖13 采用記事本查看CIF文件

4.2 CIF結(jié)構(gòu)模型文件的獲取方法

（1）從COD數(shù)據(jù)庫下載。Crystallography Open Database是一個(gè)完全免費(fèi)、開放的數(shù)據(jù)庫（圖14），擁有上百萬條的結(jié)構(gòu)信息，任何人都可以輕易地從這里獲取CIF結(jié)構(gòu)信息文件。

網(wǎng)址：http://www.crystallography.net/cod/index.php

圖14 COD主頁

（2）利用Findit軟件獲取。Findit是無機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)查詢軟件，利用此軟件我們也可以獲取所需的CIF文件，如圖15。不過，F(xiàn)indit是商業(yè)軟件，需要付費(fèi)購買或者自行查找資源。

圖15 Findit軟件主界面

（3）無機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（ICSD）。該庫包含十多萬條化合物信息，所有數(shù)據(jù)都由專家記錄并經(jīng)過修正，非常權(quán)威，但主要針對無機(jī)化合物。此外，該數(shù)據(jù)庫并不免費(fèi)，但很多學(xué)校會(huì)購買，如果你的學(xué)校購買了，訪問下面的網(wǎng)址就能直接使用。

網(wǎng)址：https://icsd.fiz-karlsruhe.de/index.xhtml

（4）其他數(shù)據(jù)庫：

A: ICDD數(shù)據(jù)庫

B: Pearson晶體學(xué)庫

C: 美國礦物學(xué)家晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（http://rruff.geo.arizona.edu/AMS/amcsd.php）

XRD精修教程（四）—— 三種輸入文件的準(zhǔn)備+參考圖1