XRD检测-石墨化度分析

引言

石墨及其复合材料具有高温下不熔融、导电导热性能好以及化学稳定性优异等特点，各方各面地应用于冶金、化工、航空航天等行业。特别是近年来锂电池的快速发展，进一步加大了石墨材料的需求。工业上常将碳原料经过煅烧破碎、焙烧、高温石墨化处理来获取高性能人造石墨材料。石墨的质量对电池的性能有很大影响，石墨化度是一种从结构上表征石墨质量的方法之一。

石墨化度

碳原子形成密排六方石墨晶体结构的程度, 其晶格尺寸愈接近理想石墨的点阵参数, 石墨化度就愈高。那么, 碳晶体的晶胞参数可直接用来表征其石墨化度。XRD法利用石墨的晶格常数计算石墨化度G^[1]：

式中：0.3440为完全非石墨化炭的(002)晶面间距，nm；0.3354为理想石墨晶体的(002) 晶面间距，nm。为实际石墨试样（002）晶面间距，nm。

实例 不同石墨的石墨化度

为了准确的确定值或(002)峰的峰位，需要在样品中加入内标以校准。本文根据QJ2507-93^[2]规范，用硅作为内标物，加入待测石墨样品中，在玛瑙研钵中混合研磨均匀。

图1 加入Si内标的石墨XRD图谱（黑线），红线是扣除Ka2后的图谱

当石墨(002)衍射峰峰形对称性很差时，如图2，样品中可能含有多种不同石墨化度的组分存在(当然，也可能是由于非晶碳或无定形碳的存在。需要对衍射峰进行分峰处理，得到各个子峰的峰位和积分强度值，如图2所示。分别计算各子峰的石墨化度，再利用各子峰的积分强度为权重，归一化样品的石墨化度。

图2 石墨实验（蓝色数据点）及分峰拟合图谱（红色：拟合图谱，两绿色为单峰拟合结果）

1 F rank lin R E. The structure of graphitic carbons. Acta  crystallographica, 1951, 4, 253.

2 QJ2507- 93, 碳素材料微观结构参数测定方法.