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创建Pcr文件
Pcr文件用来控制精修过程的各种参数和精修顺序,FullProf的精修大部分功底都在这里了。
打开Fullprof,不用打开图谱,选择下图所示的EdPcr来打开Pcr编辑器
PCR编辑器长这样,点下图红框中的新建按钮创建一个新的Pcr文件,此时右侧不可点的灰色按钮会变的可点
很多教程都会让你用右侧的一堆菜单去创建模型,我给你讲,这样做十有八九会失败,尤其是晶体结构复杂的时候。这里我们采用直接从cif晶体模型转换到Pcr的方法,点下图中的按钮,选择对应的晶体结构模型(cif文件)。如果你没有对应的cif文件那么可以去ICSD下载(当然,前提是你单位购买了使用权)
确定Type是Xray,因为Fullprof这家伙也能修中子衍射的结果
然后我们只需要修改几处Pcr的文件就能开始使用了。按下图所示修改数据类型,这个需要根据你的xrd图谱的数据类型来选择,我们选择XYData。
记得将Refinement更改为X-Ray
将峰形还有精修范围设定好,Peak Shape选用Pseudo-Voigt就行
在Background Type中也可以更改背底类型,不过一般都是使用6个参数来拟合背底
在Phase中的Contribution to patterns里,勾上需要的相,由于我们这里是单相,所以只有一个。同样记得切换到X-ray,还有将Peak Shape选用Pseudo-Voigt
实际上到此,基本上用于结构精修的Pcr就完成了。当然其中还有很多参数没有动,大家可以自己改改试试,改的多了就知道是控制什么的了(逃)
记得创建完Pcr保存一下,最好做危险操作的之前备份一下Pcr,至于什么是危险操作,修崩的多了就知道了
开始精修
Pcr初始化完成,那么就该开始精修了。刚刚我也说过了FullProf这家伙是没什么固定套路可言的,不过规律还是有一点。我们试着来精修一下:
打开Refinement,这里就是要虐我们很久的精修菜单啦
有这么多的参数,怕不怕
通常呢我们是先修一下Scale,Scale在Profile里。看图,勾上就是精修的意思,不够就是固定值,一次不要勾选太多,不然会不收敛
注意这里输入精修的循环数,一般我用10
通常第一步不会修很多参数,我个人喜欢把Background和Scale放到第一步
激动人心的时候来了,点此开始精修
运行完成后会询问是否使用同一个Pcr继续,这就取决于图谱精修的情况了,如果当前参数已经收敛到你认为合适的情况就可以停止了
这是精修的图谱,红点和黑线非别为原始图的精修图,下面的黑线是误差,绿色的竖线是对应晶体结构的衍射峰所在的位置。
同样会弹出一个精修结果,这三个R值就是用来反映误差的,R越大精修的越差
增加精修参数
第一步精修完成后,开始逐步增加精修参数,比如把控制FWHM(半高宽)的UVW参数逐渐加上。还有零点Zero等拟合的结果就会逐渐趋向于实验值
然后继续运行Pcr,结果有所改善
此时Rwp已经降低到27左右
我们还可以继续增加参数,比如晶格常数abc都是可以修的,还有峰形的参数Eta_0等
继续运行Pcr会发现其实主峰的拟合已经相当完美了,但是为啥拟合的Rwp还是那么高呢?因为这是个多相的XRD啊。主峰左右两个分别为第二相和第三相的峰,只要这俩峰还在你想直接修到很低是不现实的。
不过今天我们主要讲单相的精修。对于单相精修来说,如此循环往复直到R值达到一个比较低的水平,通常认为Rwp在10上下即可。但这并不是唯一判据,个人觉得还是以图谱的形状为主要判据更科学。
那么怎么知道每个参数是干什么的呢?其实面板上都写的很清楚啦,按钮虽然多,但是每个都可以点进去看看。
不过需要说明的是有一些精修参数本身是有物理意义的,加上虽然有时能降低R值但是如果和你的实验是不匹配的那还是不加的好。精修虽然是一个数学过程,但是这个过程是有物理模型的,加减参数还是要有理由的。
关于R值的大小
很多教程都认为Rwp应该是修到10上下的,其实这个说法(我认为)并不正确。Rwp不仅受精修参数的影响,更直接受图谱质量的影响。图谱质量越差那么图谱就越不平滑,产生的噪音就会越大,Rwp就会更高。尤其是对于经过大幅应变的样品,比如高能球磨的粉末样品,这些粉末本身很细甚至会有非晶的趋势,而且还包含了大量的应变,想精修到Rwp<10其实是很困难的。
此外,对于同一个图谱,拟合区域越大结果的Rwp也会越大。其实这个道理很简单,参与拟合的点越多R值越高啊。因此,如果单纯用Rwp来判断,直接把拟合区域缩小就行了,比如上图如果我们从30°拟合到80度那么Rwp会直接从接近26缩小到不到20。
还有就是很多图谱在2θ很小时背底很高,如果将这些区域屏蔽掉那么Rwp会降低很多,但是实际上这些区域有时是很有用的,比如ODS合金粉末ODS相的xrd峰一般都会在很靠前的部分(因为通常氧化物的晶格常数要比金属大得多)。因此,为了追求低Rwp而舍弃图谱中部分数据实际上是不可取的。
综上,R值虽然是一个很重要的参数,但是R值并不是唯一参数。好的精修结果通常R值不高,但是并不是说R值低的都是好精修,也不能说R值略高的结果就不对。最重要的还是要看拟合图谱是否和原始图谱吻合。
多相精修的引子
在实际的材料科学中使用单相精修的概率其实是很低的,大部分情况下XRD参与的实验都是多相的。当然测残余应力之类的除外。不过多相精修的本质实际上就是单相的精修,只不过Pcr的组建要复杂一点,步骤要多一点。
其实直接在Phase中是可以直接增加第二相第三相的,只不过这样就没法直接从cif导入精确的结构模型了(需要手动输入晶体结构参数)。而且多相精修会有好几个UVW之类的参数,更容易导致图谱不收敛。
多么如何进行比较靠谱的多相精修呢?这个问题我们留下下一次说吧(逃)这里我们先给出一个三相粉末的精修结果吧
精修结果的导出
在精修完成之后,找到你当pcr的文件夹,除了pcr文件还会有一大堆的东西,其中有个prf文件,双击打开就能看到精修后的图谱。在Fullprof中点Save data as multicolumns files就可以将图谱导出。
导出结果大概是这样的,用Excel拆分之后就能复制到OriginLab等软件中作图了
牛的,这个精修过程和我在其他地方看到的有所不同