41
2018 6 20 日版 2018 6 22 日修正 名古屋工業大学 工学部 生命・応用化学科 環境セラミックス分野 セラミックス応用学実験 II 粉末X線回折データによる結晶構造解析 担当: 井田 隆(先進セラミックス研究センター) 1.はじめに 天然の鉱物や,金属セラミックスなどの実用材料の多くは,小さい結晶の粒が凝集した かたまり(多結晶体)の構造をとることが多い。粉末X線回折は多結晶体あるいは結晶性 の粉末試料における結晶相の同定/定性分析を主な目的として広く用いられる実験方法で ある。 「試料が既知のどの物質と同じものであるか」判定することを「同定」と呼ぶ。また, 多相混合物の場合に,副成分まで同定すること,特に「不純物として何が含まれているか」 調べることを定性分析という。さらに,各相の含まれている割合(分率)を求めることを 定量分析と呼ぶ。結晶構造解析とは,結晶性の物質の中でどのような元素がどのような配 置をとっているか推定することである。粉末X線回折測定に基づく結晶構造解析はやや進 んだ利用法であるが,新しい機能を持つ材料を開発する現場では,原料の組成や処理温度 によるわずかな結晶構造の違いを判別することが要求されることもあり,近年では結晶構 造解析のための粉末X線回折測定の利用は拡大する傾向がある。 産業的には以下のような局面で粉末X線回折が利用される。 (1)原料調達:天然の鉱物や化学的に合成された原料の品位は,産地や製造会社,製造 時期によって異なるのが普通である。原料を購入する場合,特に不純物としてどのような 物質がどの程度含まれるかを知り,適切な原料を選択することが重要とされる。 (2)製造プロセス管理:一般的な材料製造プロセスでは,粉砕や分級,混合,合成,精 製など多段階の手順が踏まれる。製造コスト(経済的なコストだけでなく資源・エネルギー の消費,環境負荷まで含む)を低減する目的でプロセスの合理化を達成するためには,最 終製品だけでなく,中間製品/中間原料を評価することが必要となる。 (3)製品管理:最終的な製品の品質を評価することは最も重要である。品質の劣る製品 を販売すれば信頼が失われ,長期的にはむしろ経済的な損失を招く。製品を品質によって 1

xrd20180622 - NITech

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

xrd20180622.pages
II
1
RIETAN-FP [1] VESTA [2]

-

y1, y2,!, yN{ } Y1,Y2,!,YN{ }
σ 1,σ 2,!,σ N{ }
−−
L2 L2
L2



exp − Yj − yj( )2 2σ j
2
= 1 2πσ 1
2
2
2
exp − j=1
2
3
0, 1, 2, ...

−−
ν < 2 ν < 2


L1
L1 L1

−−
ν → ∞
σ j = yj
N

L∞ L∞


(1)
(2) (3) (4) (5) (1)
g x, y, z B
(2)
a, b, c, α, β, γ(3), (4), (5)

L∞ = lim ν→∞
Yj − yj ν
σ j ν




bond valence
Brown Altermatt bond
valence sum

bond valence parameter b
0.37 Brown Altermatt 1985 141 bond valence
parameter [3]
b BVS

-
AtomWork AtomWork (MatNavi)
AtomWork
“AtomWork” “NIMS”
(2) “AtomWork” →
“”
−−

TeraPad Crrl
(1)ShiftShiftShiftShift
(2)CtrlC (3)CtrlV
(4)CtrlF
−− RIETAN-FP
RIETAN-FP
Web “RIETAN-FPVENUS ”
RIETAN-FPVENUS
(2) “RIETAN-FPVENUS ”
“documentation.zip” →

C: Z:

“Windows_versions_20170913.zip”
“Windows_versions_20170913.zip”
“RIETAN_VENUS” “RIETAN_VENUS_examples”

8
(7)→PC→ ID (Z:) “” “Program Files”
“Program Files”
(9) “RIETAN_VENUS_exapmles” “Z:”
−− RIETAN-FP
RIETAN-FP
(1) “RIETAN_VENUS_examples”
“FapatiteJ”
(2) “FapatiteJ” “*.ins”, “*.int”
Ctrl→
(3) Web “FapatiteJ.bat.txt”
“FapatiteJ” “FapatiteJ.bat”
(4) “FapatiteJ.bat”


VESTA
VESTA
“VESTA”

−−

(2) “RIETAN_VENUS” “RIETAN_VENUS_examples”
“BaSO4_LB” “BaSO4”
“BaSO4.int” “BaSO4”
(3) “BaSO4.int”
“BaSO4.int” →→
...→...→ “ TeraPad.exe ” →OK
TeraPad
(4) “GENERAL”
(5) “BaSO4.int”
−−
11
(4) “Search materials | Inorganic Material Database” “Find materials that have ...”
“Chemical system - e.g. Mg Al” “Ba S O” Search materials
Ba S O
(5) Ba[SO4]
Mineralogist” Am. Mineral. [M. Miyake, I. Minato, H. Morikawa
and S. Iwai, Am. Mineral. 63, 506–510 (1978)] Web
“Data type” “Structure”
(7) Space group
Space group: Pnma, No. 62
(8) “Crystal Structure (Standardized)” cell parameters “Crystal structure (Published)”
“...
(Standardized)”
Cell parameters: a = 0.8884 nm, b = 0.5457 nm, c = 0.7157 nm, α = 90º, β = 90º, γ = 90º
(9) “Crystal Structure (Standardized)” “Atom coordinates”
Ba,

“*.ins”
“FapatiteJ.ins” “BaSO4”
“BaSO4.ins” Web http://www.crl.nitech.ac.jp/~ida
BaSO4.bat
*.ins
−−−
(1)43
(2) NBEAM = 1: 48 BaSO4
(3) NMODE = 0: 53
(4) NPRINT = 1:64
(5) NTARG = 4: 82 CuKα
(6) R12: Kα2/Kα1 87 BaSO4 “BaSO4.int” Kα2
R12 = 0.5: ...
13
(9) NTRAN = 0: 99 - (10)146
‘O-’ ‘P’ ‘Ca2+’ ‘F-’ /
PHNAME1 = 'Fluorapatite': (68).
VNS1 = 'A-176': (Vol.No. of Int.Tables: A or I)-...

(13) HKLM1: 186
HKLM1 = 'P 63/m ': hklmHermann-Mauguin...
HKLM1 = 'P n m a ': hklmHermann-Mauguin...
(14) LPAIR1: Bijvoet 193 Barite

(15) INDIV1: 203
(16) IHA1, IKA1, ILA1: 206208
(17) IHP1, IKP1, ILP1: 218220
hkl h k l
IHP1 = 1
IKP1 = 0
ILP1 = 0
(18) IHP2, IKP2, ILP2, IHP3, IKP3, ILP3: 222228
(19) NPRFN: 246 NPRFN = 1
(20) NSHIFT: 261 NSHIFT = 4

(1) SHIFTN: 301
SHIFTN 7.11466E-2 2.42176E-2 3.77026E-3 0.0 1000

SHIFTN 0.0 0.0 0.0 0.0 0000
(2) ROUGH: 305 (3) BKGD: 312313
# , bj (j = 011).
BKGD 114.731 -1.26701E2 139.203 -1.01934E2 68.1125 -3.94252E1 23.2694 -7.40064 -2.04399 3.59303 0.0 0.0 111111111100
10 9

−−−
(1) SCALE: 331 (2)369384

15
# , Ue and Pe.
ANISOBR12 0.0 0.0 00
# 16.
DUMMY12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000000000000000

# , Ue and Pe.
ANISOBR12 0.0 0.0 00
# 16.
DUMMY12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000000000000000
(3) PREF: 416
PREF 1.0 0.998462 0.0 0.0 0.0 0.0 010000

16
(4) CELLQ: 421 BaSO4 AtomWork
CELLQ 9.36903 9.36903 6.88384 90.0 90.0 120.0 0.0 1010000

(5)431
BaSO4 AtomWork
O1/O- 1.0 0.324174 0.485349 0.25 0.744733 01101
O2/O- 1.0 0.591772 0.469808 0.25 0.743478 01101
O3/O- 1.0 0.339147 0.257266 6.98124E-2 0.835736 01111
P/P 1.0 0.397305 0.367871 0.25 0.552323 01101
Ca1/Ca2+ 1.0 0.333333 0.666667 1.33243E-3 0.648404 00011
Ca2/Ca2+ 1.0 0.241797 -7.95224E-3 0.25 0.531459 01101
F/F- 1.0 0.0 0.0 0.25 1.42612 00001


(1) NVOXA,NVOXB,NVOXC: 482484
NVOXA = 132: a.
NVOXB = 132: b.
(2) NCUT: 544
(3) NEXC: 527 (4) NINT: 539 1
(5) NRANGE: 554
(6) PC: 603 7.00

(7) NLESQ: 663 (NLESQ = 0)
(8) NESU: 666
(9) NAUTO: 676
(10)NCYCL: 679 100
(11) CONV: (1)680 0.0001
(12) NCONV: (2)681 6
(13) NC: 683 0
(14) TK, FINC: 686687 (15) NUPDT: 787788

NUPDT = 1: ...
(16) NPAT: 796798 “Igor Pro”
“*.itx” “RIETVIEW.EXE”
NPAT = 1: ... *.plt*.gpd
NPAT = 2! ... Igor*.itx

(17) IWIDTH, IHEIGHT, IYMIN, IYMAX, LBG, LDEL, IOFFSETD, IPSIZE,
IFSIZE, ILSIZE: 847864
(18) INDREF: 866
(19) IOFFSET1: 869 (20) NDA: 933
NDA = 1
(22) NMEM: 979
NMEM = 1

19
(23) LANOM, LGR, LFOFC, EPSD, TSCAT1, TSCAT2: 982993
“*.ins” “*.ins”
VESTA (1) VESTA
(2) “File” → “Open ...” “BaSO4.ins”
(3) [Edit] → [Bonds...] “Bonds - BaSO4.ins”
(4) Ba–O [Delete]
(5) [Apply] S O
(6) [Ok] “Bonds - BaSO4.ins”
(7) [Style] “Style” Polyhedral
(8)
−−
−−

(3) 6,000
R
(7)R Rwp Rwp 20 %
“Structure parameters”

- - ...
- - ...
- - ...
- - ...
- - ...
O3 8d 4c
“x, 1/4, z”
Ba, S, O1, O2 y 0.25
22
O B
0.5 1.0
−−−
(1) “BaSO4.ins” 301
SHIFTN 0.0 0.0 0.0 0.0 0000

IYMAX = 20000: y ().
(5) PDF Viewer
(1) “BaSO4.ins”
# : pseudo-Voigt, ...

“BaSO4.ins” U W
V
(3) “BaSO4.bat”
(1) “BaSO4.ins” (2) (a0, a1, a2)
# : pseudo-Voigt, ...
FWHM12
ASYM12 1.04564 0.14424 -4.14686E-2 0.0 1110
24
(1) “BaSO4.ins” (2) (eta_L0, eta_L1, eta_H0, eta_H1)

FWHM12 ASYM12
ETA12 0.6106 0.13955 0.502513 0.177147 1111
(3) “BaSO4.bat”
(4) PDF Viewer
(1) “BaSO4.ins”
(2)Ba x z Ba y
0.25

25
(3) “BaSO4.bat”
(1) “BaSO4.ins”
(2)Ba BS, O1, O2, O3 x,
y, z Ba, S, O1, O2 y 0.25
Ba/Ba 1.0 0.1845 0.25 0.6585 0.5 01010
S/S 1.0 0.0625 0.25 0.1911 1.0 00000
O1/O 1.0 0.4122 0.25 0.394 1.0 00000
O2/O 1.0 0.1823 0.25 0.0494 1.0 00000
O3/O 1.0 0.0801 0.0298 0.3114 1.0 00000
Ba x, z
Ba/Ba 1.0 0.1845 0.25 0.6585 0.5 01011
S/S 1.0 0.0625 0.25 0.1911 1.0 01010
O1/O 1.0 0.4122 0.25 0.394 1.0 01010
O2/O 1.0 0.1823 0.25 0.0494 1.0 01010
O3/O 1.0 0.0801 0.0298 0.3114 1.0 01110
(3) “BaSO4.bat”
(4) PDF Viewer
(1) “BaSO4.ins”
Ba/Ba 1.0 0.1845 0.25 0.6585 0.5 01011
26
S/S 1.0 0.0625 0.25 0.1911 1.0 01010
O1/O 1.0 0.4122 0.25 0.394 1.0 01010
O2/O 1.0 0.1823 0.25 0.0494 1.0 01010
O3/O 1.0 0.0801 0.0298 0.3114 1.0 01110
Ba B S, O1, O2, O3 x, y, z

(3) “BaSO4.bat”
(4)
PDF Viewer

−−− R
(1) PDF Viewer 20º 50º
(2) RIETAN “BaSO4.lst”
(3)“Reliability indices, ...”
Rwp 12 %
%
Re 10 % Re Rwp Re
Re

(4) “BaSO4.lst” “*** Summary of possible reflections
(based on the refined ...”
(5) PDF Viewer “BaSO4.lst”
hkl 2-theta Iobs Ical
28
100000 Ical
(6) h0l Iobs > Ical0k0 Iobs <
Ical b
b
−−−
(1) “BaSO4.ins”
(2)IHP1, IKP1, ILP1:


(4) “BaSO4.bat”
(5) PDF Viewer
(6) “BaSO4.lst”
29
March-Dollase [4] (0 1 0)
BaSO4 b
b
(8) “Reliability factors, ...”
Rwp 9 % Re 10 % Rwp Re
(9) “*** Summary of possible reflections (based on the refined ...” “POF” (preferred orientation correction)
hkl 2-theta Iobs Ical POF
011 20.468 25230 27636 0.865
111 22.810 41763 44912 0.911
002 24.879 32048 32047 1.156
210 25.869 92955 95074 0.957
102 26.858 76871 77113 1.156
020 32.831 36265 35715 0.748
30
(1)
(2) 1 2
1 2
(3)
(4)

CuKα1 X 2Θ: 20º – 130º 0.02º BaSO4
RIETAN-FP [1]
10 Miyake [2] Pnma
(#62) Rwp = ?.?? %
Z = ?dcalc = ?.?? Mg/m3
[1] F. Izumi and K. Momma, Solid State Phenom., 130, 15–20 (2007). [2] M. Miyake, I. Minato, H. Morikawa and S. Iwai, Am. Mineral., 63, 506–510 (1978).
−−−
Atom site g x y z B (2)
Ba 4c 1 0.18443(9) 1/4 0.65894(9) 0.739(18)
S ......
O1 ......
O2 ......
O3 ......
33
−−
BVS; Bond Valence Sum
−−−
SO42– (1) VESTA [File] → [Open...] “BaSO4.ins”
(2) [Edit] → [Bonds...] “Bonds - BaSO4.ins”
(3) “Bonds - …”
[Delete]
(4) [New] “Search mode” “Search A2 bonded to A1”
“Boundary mode” “Search additional atoms if A1 is included in the
boundary” “A1: ” “S”
“A2” “O” “Max. length: ” “3”
(5) [Apply] S O
(6) [Ok] “Bonds - BaSO4.ins”
(7) [Style] “Style” Polyhedral
(8) “Select”
“Select”
(10) “bond angle”
“bond angle” (11) “O1–S–O2” O1
→ S → O2
Ba BVSBond Valence Sum
(1) Web
“documents” VESTA
“bvparm2016.cif”
(2) “bvparm2016.cif”
Ba 2 O -2 ...
Ba +2 O –2 “bond valence parameter”
b 0.37 VESTA BVS b 0.37

(3) VESTA [Edit] → [Bonds...] “Bonds - BaSO4.ins”
(4) “Ba – O” [New]
“Search mode” “Search A2 bonded to A1” “Boundary
mode” “Search additional atoms if A1 is included in the boundary” “A1” “Ba” “A2” “O” “Max “S –
Bond type length ()
(5) VESTA
[Ctrl] Ba (6) Bond valence parameter “bvparm2016.cif”
”2.223” oxidation number “2”
(7) VESTA “bond valence sum” BVS
0.2
−−−
[5]
M. Miyake, I. Minato, H. Morikawa and S. Iwai, Am. Mineral., 63, 506–510 (1978).
URL:
EPMA
(4)
(5) [5] VESTA
37
-
507–0071
10–6–29
−−
Introduction
−−−

39
−−−
results discussion results and discussion
x

−−−
discussion Acta
Crystallographica discussion
discussion

40
conclusion
[1] F. Izumi and K. Momma, Solid State Phenom., 130, 15–20 (2007). [2] K. Momma and F. Izumi, J. Appl. Crystallogr., 44, 1272-1276 (2011). [3] I. D. Brown and D. Altermatt, Acta Cryst. B 41, 244–247 (1985). [4] W. A. Dollase, J. Appl. Crystallogr., 19, 267–272 (1986). [5] M. Miyake, I. Minato, H. Morikawa and S. Iwai, Am. Mineral., 63, 506–510 (1978).
41