使用Jade“精修”XRD图谱并导出数据

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写在最前：使用Jade标定XRD是材料科学研究中的基本数据处理操作，这里就不再提及了，还没有掌握的小伙伴们可以自行百度教程，基本上大同小异。本文仅为一家之言，如有错误还望轻拍。
这里推荐一个Jade 6.5的教程，本文使用的是Jade 5.0，其实差别不大。
答答：【jade6.5教程】xrd物相分析（内附jade6.5软件+PDF卡片）​

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XRD精修

使用XRD除了进行物相分析外，还可以计算点阵常数（晶格常数）、晶粒尺寸、应力分析（微观应力）等各种围观参数。但在进行精细计算之前必须对图谱进行精修。所谓精修，我个人是这么理解的，通过模拟不同的材料结构参数，使得模拟图谱和真实图谱尽可能接近，则模拟使用的参数就可以认为是真是材料结构参数（的测量值）。
通常对于要求较高的精修采用FullProf软件进行精修，但该软件学习成本高、精修过程非常繁琐。对于一些简单的半定量对比来说并无必要，比如纳米粉和准纳米粉的晶粒度对比，根本无需如此复杂的过程。这里介绍一下使用Jade做XRD“精修”的方法。
还需要提前说明一下，XRD的精修（refinement）其实就原理来说就有至少三种，FullProf只是最常用的一种，叫做Rietveld refinement。有时候我们会在论文中见到各种奇葩的精修方式，都不要意外。

Jade进行精修的简单过程

Jade进行XRD精修其实是伪“精修”，因为在Jade进行过程中是不需要导入PDF卡的（可以导入，但不导入依然可以精修）。因此Jade的精修实际上是图谱拟合（Fit profiles）。在进行精修之前首先需要按需进行扣除背底和平滑图谱两个操作，按钮可以看下图。如果图谱质量很好可以跳过这两步或其中一步。之后点击Fit Profiles（图1中红色）即可精修。
需要注意的是为了尽可能保留数据的有效性，建议少进行平滑图谱操作，比如有同学直接平滑三四次图谱，这样拟合的结果会很好但是数据已经没有意义。

图1 Jade进行精修的简单步骤

和Fullprof一样，精修过程都不是一步就能完成的。精修过程中可以看到一个R值的变化（如图2）。每次点击Fir Profiles后R值都会有一定减小，当R不再减小时即可认为是精修完成。一般要求R<10%，也有要求15%的，但再大就要考虑你的实验问题了。

图2 拟合过程的R值

可能导致R值过大的因素主要有XRD扫描步进太大，扫描速度太快，衍射强度不足，夹具不干净导致背底复杂等。
精修过的图谱长这个样子：其中黑线为原始图谱，彩色为拟合图谱，红线为误差。注意有多个彩线，这是因为jade是把图谱拆分成多个部分来拟合的（按衍射峰个数来分）。到此图谱拟合或者精修过程完成。

图3 Jade精修的结果

Jade精修加载或不加载PDF卡有什么影响

如果不加载PDF卡，那么拟合后是不能计算晶格常数的（因为不知道晶体结构），但是可以手动指定晶体结构后来计算晶格常数。需要注意，加载或者不加载PDF卡都是可以计算晶粒尺寸的。
此外，你可以在拟合之前或者之后加载PDF卡，都是可以的，所谓加载PDF就是标定一下。不过拟合前加载会导致Jade强制按照PDF将衍射峰分组然后拟合，这将会导致R值更高，但是原则上更符合科学规律。一般建议先加载PDF卡，但是有时候衍射质量太低导致加载之后R值过高，拟合过程不能收敛，此时会报错......

精修后计算晶格常数和晶粒尺寸

精修后即可计算晶粒尺寸和微观应力（应变）了，点开如下图所示的地方

图4 Jade计算晶粒尺寸和微观应力

Jade的晶粒尺寸和微观应力有三种模式（下图蓝色区域选择），分别是只计算晶粒尺寸、只计算应力、两个均计算。计算结果在下图红框中所示，XS是晶粒尺寸，单位是A。括号内为误差值。比如这个计算的结果为晶粒尺寸28nm，微观应变0.24%。

图5 Jade计算的晶粒尺寸和微观应力

晶格常数在下图所示的地方：

图6 Jade计算晶格常数

结算结果如下图所示

图7 Jade计算晶格常数的结果

如果是多物相组成，则需要配合手动寻峰来排除其他物相才能计算晶格常数。

如何从Jade导出精修后的图谱

写文章自然是要把精修后的图谱放上去的，不同于FullProf一键导出，Jade要导出这个图谱还是有点烦人的。下面给个简单教程：
首先，我们需要把原始图谱导出成文本格式（txt文本）：

图8 从Jade中导出原始图谱

然后，将拟合的图谱导出：

图9 从Jade中导出精修图谱

导出后精修的图谱是一个dif文本，dif文本中包含了XRD的原始图谱、精修的每条图谱和他们的叠加图谱，我们需要的是叠加的图谱。用记事本打开它，搜索“Overall Profile”（一般在最底下这个图谱）。
需要注意的是Dif中也包含一个原始图谱，因此你可以跳过图4中导出原始图谱的步骤，但是dif的图谱要转成excel或者其他能绘图的格式比较麻烦（因为不包含2-theta数据），还是建议单独导出原始图谱。

图10 从Dif文件中找到的图谱数据

把这个图谱（从Overall Profile下一行）到最后，粘贴到Word或者WPS中，将连续的两个空格替换成段落标记^p。

图11 在word中替换空格为段落标记

再将多余的空格替换成空字符（就是什么都不输入），你就得到了一个单列，每行一个数据的文本。把内容全部拷贝到一个txt文档中。然后将原始图谱和新的txt导入到excel中（分隔符为空格）：

图12 将图谱数据导入到Excel中

最后得到的数据因该是这个样子的：

图13 导入Excel

然后就可以导入到OriginLab或者其他作图软件作图啦。当然，这张图普的质量太差了（45块钱的XRD就别想那么多了），所以Error会很大。

图14 作图

写在最后

• XRD精修的前提是图谱一定要质量好，不然没有精修的必要，肯定修不出来。
• 对于要求比较高的计算结果，尤其是完全定量计算的结果建议使用Fullprof进行彻底精修。Fullprof的简单教程有时间我也会做一下。
• Jade的R值和Fullprof的R值不是一个概念，不能相互对比。

发布于 2019-05-23