XRD，是X射線衍射的簡(jiǎn)稱，作為材料人，無(wú)論我們做的是什么材料，XRD都是最常用、最基本的表征手段。它可以告訴我們是否成功地合成出了自己想要的材料，因此可以說(shuō)XRD是所有后續(xù)表征的基礎(chǔ)。但是，盡管我們經(jīng)常用到XRD，我們真的發(fā)揮出XRD的全部能量了嗎？如果我們只用XRD的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)自己的材料進(jìn)行定性，那可真是大材小用。做XRD的意義遠(yuǎn)不止如此，將XRD的數(shù)據(jù)進(jìn)行精修，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)XRD有多么強(qiáng)大，它可以讓我們深入了解自己材料的晶體結(jié)構(gòu)信息，為我們打開(kāi)自己研究領(lǐng)域的新世界的大門(mén)。
既然XRD精修這么強(qiáng)大，那么我們就來(lái)看看XRD數(shù)據(jù)精修到底能為我們干些什么吧！
1. 物相鑒定：
這是XRD最基本的作用，通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的峰位及峰強(qiáng)度，可以對(duì)自己的材料進(jìn)行初步的定性，以確定自己所做材料的名稱、化學(xué)式等信息。
2. 多相材料定量分析：
對(duì)于一個(gè)材料人來(lái)說(shuō)，我們做出來(lái)的材料往往含有兩種或兩種以上的物相，對(duì)于這種多相材料，在進(jìn)行物相的鑒定之后，往往還需要知道其中每種物相的含量，那么通過(guò)XRD精修，就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每種物相在整個(gè)材料中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
3.晶胞參數(shù)和晶系：
我們都知道，晶體是由許多質(zhì)點(diǎn)（包括原子、離子或原子團(tuán)）在三維空間呈周期性排列而形成的固體（長(zhǎng)程有序）。組成晶體的最小重復(fù)單元是單胞也就是我們俗稱的晶胞。因此我們對(duì)自己的材料進(jìn)行研究時(shí)，其本質(zhì)就是研究晶體的晶胞。
晶胞中的幾何參數(shù) a, b, c,α, β,γ 我們稱之為晶胞參數(shù),由這些晶胞參數(shù)可以得到晶胞體積。這些信息是XRD精修得到的最常用的信息。比如向分子篩骨架中引入雜原子，摻雜前后晶胞參數(shù)和晶胞體積是否發(fā)生改變，是雜原子是否成功進(jìn)入分子篩骨架的有力判據(jù)。
空間點(diǎn)陣研究表明，晶體結(jié)構(gòu)中晶體結(jié)構(gòu)周期性與對(duì)稱性，以及原子排列的規(guī)律分屬七大晶系，每個(gè)晶系與晶胞參數(shù)是密切相關(guān)的。很多材料在不同條件下處理，晶系會(huì)發(fā)生改變，比如二氧化鋯就存在立方、四方、單斜三種晶系。通過(guò)XRD精修確定晶系，可以判斷材料是否在某一條件下以某種晶系穩(wěn)定存在,這對(duì)于晶系穩(wěn)定條件的探索是十分重要的。
4. 晶體晶粒尺寸、結(jié)晶度分析：
對(duì)于納米材料研究工作者來(lái)說(shuō)，材料的晶粒尺寸往往是決定材料性能的關(guān)鍵因素，通過(guò)XRD精修，可以準(zhǔn)確得到材料的晶粒尺寸，為材料的性能優(yōu)化指引方向。
結(jié)晶度體現(xiàn)了晶體生長(zhǎng)的完美程度，對(duì)于晶體而言，高結(jié)晶度往往意味著擁有優(yōu)越的性能，而無(wú)論在學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界，結(jié)晶度往往作為材料是否成功制備的一項(xiàng)重要指標(biāo)，因此，結(jié)晶度的計(jì)算就顯得尤為重要。與過(guò)去手動(dòng)計(jì)算相比， XRD精修可以既快又準(zhǔn)地計(jì)算出材料的結(jié)晶度，十分的快捷方便，為我們的科研省下了不少寶貴的時(shí)間。
5. 鍵長(zhǎng)、鍵角、原子的占位情況與占有率等：
晶體結(jié)構(gòu)中各個(gè)原子之間的鍵長(zhǎng)、鍵角，以及原子的占位情況，影響著晶體的結(jié)構(gòu)，通過(guò)XRD精修得到這些數(shù)據(jù)，就可以畫(huà)出我們想要的晶體結(jié)構(gòu)三維圖，這樣我們的材料就更加直觀地展示在我們的面前。而精確的結(jié)構(gòu)信息，精美的三維結(jié)構(gòu)圖，都是發(fā)表高水平論文所不可缺少的。
既然XRD精修這么厲害，那么XRD精修的方法主要有哪些呢？
目前主流的精修方法主要包括Pawley、Lebail、Rietveld三種，這三種方法也是各有特色：
1.Pawley法：衍射峰由晶胞參數(shù)算出
優(yōu)點(diǎn)：不需要結(jié)構(gòu)模型。
缺點(diǎn)：精修參數(shù)太多，計(jì)算量大，誤差也大。難以解出晶體的結(jié)構(gòu)內(nèi)層原子信息等。
常用程序：ALLHKL
2. LeBail法：衍射峰由晶胞參數(shù)算出，以晶胞參數(shù)及峰形參數(shù)為變量做最小二乘擬合
優(yōu)點(diǎn)：精修參數(shù)少，收斂速度快，計(jì)算工作量少，結(jié)果準(zhǔn)。
缺點(diǎn)：有相同或非常相近的位置衍射峰的Ikc最終是相等的，需要剔除。
常用程序：fullprof, extra
3.Rietveld 法：給定一個(gè)大致正確的結(jié)構(gòu)模型、選擇合適的峰型參數(shù)、儀器參數(shù)、背底函數(shù)進(jìn)行擬合，得到一個(gè)修正的與實(shí)際相符的結(jié)構(gòu)模型
優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用較廣，能較精確確定晶體結(jié)構(gòu)、定量定性分析物相分析材料的微結(jié)構(gòu)，對(duì)材料結(jié)構(gòu)的把握較前兩者更為準(zhǔn)確
缺點(diǎn)：需要一個(gè)較為準(zhǔn)確的初始模型，計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。
常用程序：fullpro，gsas，topas
