材料分析方法第一章射线的性质优秀课件
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材料分析方法
绪论
1.理解X射线应用的三个分支及其应用
A. X射线透射学（医学，工程上应用）
（1）X射线形貌技术：利用物质对X射线透过吸收能力的差异分析物质中的异物形态，用于医学上进行人体X光透视和工程技术上进行X射线无损探伤。
B. X射线光谱学（化学元素分析）
（2）X射线光谱技术：利用物质中元素被X射线激发所产生次生特征X射线谱（荧光）的波长和强度分析物质的化学组成。
C. X射线衍射学（本课程重点掌握）
利用X射线在晶体、非晶体中衍射与散射效应，进行物相的定性和定量分析、还可以测定材料的结构、晶格畸变、晶粒大小、晶体取向、晶体内应力、结晶度、还可以进行固溶分析、相变研究分析等方面的工作。
2. X射线在材料科学中有那些应用？
通过介绍x射线衍射原理及分析方法，掌握单物相定性分析、多晶混合物相定性分析、x射线定量相分析、晶体晶粒大小和晶格畸变的测定、宏观残余应力的测定、多晶体织构的分析等。
3.例题：
第一章
1、掌握X射线的性质、产生的条件
X射线是一种电磁波，具有波粒二象性
1. 产生自由电子---电子源，如加热钨丝产生热电子
2. 使电子作定向的高速运动--- 施加在阳极和阴极（钨丝）间的电压
3. 在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。
4. 真空---把阴极和阳极密封在真空度高于10-3Pa 的真空中，保持两极洁净并使加速电子无
阻地撞击到阳极靶上
2、掌握连续X 射线和特征X 射线产生机理；
3、短波限与激发电压概念
连续X 射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限λ0。它是由电子一次碰撞就耗尽能量所产生的X 射线。它只与管电压有关，不受其它因素的影响。)(4
材料分析方法1
材料分析方法
第一章X射线
1、X射线的性质（考过该题）
答:1、肉眼不可见，能使空气电离，能感光，能穿透物体；
2、呈直线传播，在电场和磁场中不发生偏转，穿过物体时部分被散射;
3、对动物和有机体能产生巨大、生理影响，能杀伤生物细胞。
4、具有波粒二象性：
• he h
e = nv =
2、X射线的产生（重点）
答：产生：由于高速运动的电子轰击物质后，与该物质中的原子相互作用发生能量转移，损失的能量通过两种形式释放出x射线。一种形式是高能电子击出原子的内层电子产生一个空位，当外
层电子跃入空位时，损失的能量以表征该原子特征的x射线释放。另一形式则是高速电子受到
原子核的强电场作用被减速，损失的能量以波长连续变化的x射线形式出现。因此产生x射线的基本条件是：①产生带电粒子；②带电粒子作定向高速运动；③在带电粒子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物。
连续X射线一一带电粒子加速或减速运动时发生电磁场剧变，产生大量的电磁波具有连续的各
种波长，形成连续X射线。
特征X射线一一当X射线管两端电压增高到与阳极靶材相应的某一特定值UK时，在连续谱某
些特定波长位置上，会出现一系列强度很高、波长范围很窄、能表征阳极靶材的特征的线状光谱。
3、X射线谱的性质：（图P8）重点
答：1）当提高管电压U时（i、Z不变），各波长X射线的强度一致提高，短波限入SWL和强度最大值对应的入m减小；
2）当保持管电压一定，提高管电流I,各波长X射线强度一致提高，但入SWL和入m不变；
3）在相同的管电压和管电流下，阳极靶材的原子叙述 Z 越高，连续谱的轻度越大，但 入SWL
材料研究分析方法(研究生)-XRD1.
2 re b sin(2q B )
（5）
式中，Fb为结构因子；C为偏振因子；b为晶体衍射非对 称因子，b＝sin（qB-）/sin（ qB+ ）,为斜切角，也 就是衍射晶面与晶体表面的夹角；V为晶胞体积；re为电 子半径。
图6 双晶 单色器的 两种排置 方式
图7 双晶单 色器 DuMond示 意图
与式（4）类似，式中，为实空间中振荡条纹间距。式（5） 中的分母项与分子项比较起来是一个缓慢振荡的函数，对应 于另外一组衍射峰，其峰位在qz/2=n处，此即所谓的卫星 峰，由卫星峰的间距qz(s)可以确定超晶格的周期为
2 s s qz 2q cosq B
图18 InAs/Ga超晶格的X射线（002）双晶衍射谱线
图18给出了一个分子束外延生长在GaSb(001)衬底上，140周 期的InAs/GaSb超晶格的X射线（002）双轴晶衍射谱线。 InAs和GaSb的设计厚度分别为78.7A和79.2A。两者之间的晶 格失配仅约为0.6％。衍射仪所用单色器为Ge(220)，转靶X射 线光源，X射线波长＝1.5405A。由于扫描范围较大，采用 /2q扫描。 从图18可看到，除衬底峰之外，还观测到了一组10个左右的
若具有一定角度发散度、波长连续的X射线束入射到晶体上， 根据式（3）可以得到出射X射线的波长发散（又称出射 X射线的能量分辨率），满足 ＝ cotq （4）
材料分析测试方法 黄新民版第一章+X射线物理基础
第一章 X射线物理学基础
二、 X射线管
• 1、封闭电子式X射线管的结构
• 封闭电子式X射线管与其结构示意图
第一章 X射线物理学基础
• (1) 阴极：钨丝；加热钨丝发射热电子； • (2) 阳极/靶：使电子突然减速并发射X射线的地 方。 • 不同的靶面材料用于获得不同波长的X射线。 • (3) 阴极和阳极之间的高压使电子作定向高速运 动； • (4) 阴、阳极都密封在高真空管中，真空度>103Pa。 • 其他组成部分：金属聚焦罩、冷却水、铍窗口。
第一章 X射线物理学基础
• 高速运动的电子与物质碰撞时被突然减速或停止 运动，其大部分动能（~99%）转变为热能使物 体升温，而一小部分动能（~1%）则转变为光能 以X射线形式向外界释放。
• 封闭电子式X射线管的功率有限，为500～ 3000W。
第一章 X射线物理学基础
• 2、旋转阳极
• 大功率X射线源需要用旋转阳 极。 • 因阳极不断旋转，电子束轰 击部位不断改变，故提高功 率也不会烧熔靶面。 • 目前有100kW的旋转阳极。
第一章 X射线物理学基础
第三节
X射线谱
• X射线谱：X射线强度随波长变化的关系曲线。
• X射线的强度
• X射线的强度：单位时间内，通过与X射线传播方向垂直的 单位面积上的X射线光量子的能量总和。用I表示。 • 常用单位：J/cm2·s。 • 强度为光子流密度和每个光子的能量的乘积。(光子流密 度：单位时间内通过单位截面的光量子数目。) • 即X射线的强度（I）是由光量子的能量（hν ）及它的数 目（n） 决定，I= n hν 。
材料分析测试技术材料X射线衍射和电子显微分析课件
实际案例分析
材料A的X射线衍射和电子显微分析
通过结合应用，确定了材料A的晶体结构和微观结构特征，为其性能研究提供了 有力支持。
材料B的缺陷分析
利用X射线衍射和电子显微分析，成功检测到材料B中的晶体缺陷和微观结构变化 ，为优化制备工艺提供了指导。
材料X射线衍射和电
04
子显微分析的发展
趋势与未来展望
材料分析测试技术材料 X射线衍射和电子显微 分析课件
contents
目录
• 材料X射线衍射分析 • 电子显微分析技术 • 材料X射线衍射与电子显微分析的比较与
结合 • 材料X射线衍射和电子显微分析的发展趋
势与未来展望
材料X射线衍射分析
01
X射线衍射基本原理
X射线是一种电磁波，具有波粒二象性，能够穿透物质并在物质内部发生散射。当X射线照 射到晶体时，晶体中的原子或分子的周期性排列结构会对其产生散射，形成特定的衍射图样 。
结合应用的优势
01
02
03
互补性
X射线衍射和电子显微分 析在材料分析中各有优劣 ，结合使用可以相互补充 ，获得更全面的材料信息 。
多维度分析
结合应用可以同时获得材 料的晶体结构和微观形貌 信息，有助于深入理解材 料的性能和行为。
提高分析效率
两种方法的结合可以缩短 样品制备时间和分析周期 ，提高工作效率。
材料分析测试技术 第1章 X射线物理学基础-1
n I 特征＝Ci(V - VK）
式中：i －管流，V－管压，n－常数（1.5～2)， C－比例常数，与特征X射线波长λ有关。
X光管压V＝（3～5）VK时，特征X射线与连续X射线的比率 为最大。
产生机理的分析
27
特征X射线与阳极靶物质的原子结构紧密相关。
1. 若高速电子将K壳层中某个电 子击出，原子系统能量升高， 处于 “激发态”（能量为 EK） 。 2. 若L壳层电子填补 K壳层空位后， 能量EL ，能量降低。
第二节 X射线的物理学基础
11
荷兰Philips公司第二代陶瓷X射线管
12
焦点三维精确定位 陶瓷灯体 绝缘度高 重量轻 超长寿命 无需校准
(预校准模块化的基础）
美国热电瑞士ARL公司
13
新型陶瓷X光管 X-ray Tubes
Ceramic Tube（陶瓷光管）
Glass Tube（玻璃光管）
M→L Lα谱线 (跨越 1个能级 )
N→L Lβ谱线 (跨越 2个能级 )
依次类推还有M线系…… 。
N 激发态
K
L
L
M
M 激发态
EM
K
EL
K
L 激发态 Balmer线系，即n = 2 时称为巴耳末线 K 激发态
EK
第一章 材料分析测试方法 材料分析方法教学课件
材料分析测试方法
材料物理专业
前言
▪ ⑴衍射分析是以材料结构分析为基本目的的分析方法，
包括X射线衍射分析、电子衍射分析和中子衍射分析等。
▪ ⑵光谱分析是以材料成分分析为基本目的的分析方法，
包括各种吸收光谱分析方法、发射光谱分析方法和散射光 谱〔拉曼散射谱〕分析方法。
前言
⑶能谱分析是以材料成分分析为基本目的的分析方法， 包括光电子能谱、俄歇电子能谱、离子中和谱和电子能量 损失谱。
1.1 X射线的性质
▪ 1.1 X射线的性质
▪ 现象：X射线人肉眼不可见，能使气体电
离，使底片感光，能穿过不透明物质，产 生荧光，呈直线传播，在电磁场中不发生 偏转，对生物有机体产生作用……
wk.baidu.com 1.1 X射线的性质
本质：X射线是波长极短的电磁 波，介于紫外线和γ射线之间。
呈现波粒二象性： 波动性：以一定频率和波长在空 间传播，反映物质运动连续性。 粒子性：以光子形式辐射和吸收 时具有一定质量、能量和动量， 反映物质运动分立性。
如何解释？
Ⅰ）经典物理学 一个带负电荷的电子作加速运动时，周围电磁场将发 生急剧变化，此时必然会产生一个电磁波或一个电磁 脉冲。由于极大数量的电子射到阳极的时间和条件不 同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成 连续X射线谱。
1.3 X射线谱
Ⅱ）量子理论
材料物理专业
前言
▪ ⑴衍射分析是以材料结构分析为基本目的的分析方法，
包括X射线衍射分析、电子衍射分析和中子衍射分析等。
▪ ⑵光谱分析是以材料成分分析为基本目的的分析方法，
包括各种吸收光谱分析方法、发射光谱分析方法和散射光 谱〔拉曼散射谱〕分析方法。
前言
⑶能谱分析是以材料成分分析为基本目的的分析方法， 包括光电子能谱、俄歇电子能谱、离子中和谱和电子能量 损失谱。
1.1 X射线的性质
▪ 1.1 X射线的性质
▪ 现象：X射线人肉眼不可见，能使气体电
离，使底片感光，能穿过不透明物质，产 生荧光，呈直线传播，在电磁场中不发生 偏转，对生物有机体产生作用……
wk.baidu.com 1.1 X射线的性质
本质：X射线是波长极短的电磁 波，介于紫外线和γ射线之间。
呈现波粒二象性： 波动性：以一定频率和波长在空 间传播，反映物质运动连续性。 粒子性：以光子形式辐射和吸收 时具有一定质量、能量和动量， 反映物质运动分立性。
如何解释？
Ⅰ）经典物理学 一个带负电荷的电子作加速运动时，周围电磁场将发 生急剧变化，此时必然会产生一个电磁波或一个电磁 脉冲。由于极大数量的电子射到阳极的时间和条件不 同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成 连续X射线谱。
1.3 X射线谱
Ⅱ）量子理论
材料分析方法第3版周玉出版社配套PPT课件第1章机械工业出版社
1914年莫塞来发现特征X射线波长和原子序数有定量的对 应关系，这一原理应用于材料成分检测
X射线衍射分析研究内容很广，主要包括相分析、精细结
构研究和晶体取向测定等
4
第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础 第二章 X射线衍射方向 第三章 X射线衍射强度 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定 第七章 多晶体织构的测定
Co 27 1.78897 1.79285 1.79026 1.72079 1.60815 6.93 30
Ni 28 1.65791 1.66175 1.65919 1.50014 1.48807 7.47 30~35
Cu 29 1.54056 1.54439 1.54184 1.39222 1.28059 8.04 35~40
线状光谱，称为特征谱或标识谱， 见图1-4；其波长与阳极靶材的原 子序数有确定关系，见式(1-6) ， 故可作为靶材的标志和特征，
图1-4 特征X射线谱
1
K2(Z )
(1-6)
式中，K2和 是常数。表明阳极靶
材的原子序数越大，同一线系的特
征谱波长越短
14
第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱
I标 = K3 i ( U – Un )m
(1-10)
《材料的分析方法》课件
材料的分析方法
在近年来，随着科学技术的飞跃发展，材料分析技术也得到了长足的进步。 这场课程会向您介绍如何系统地使用各种方法来分析材料。
什么是材料分析方法？
定义
材料分析是研究物质性质的方法，可以检测和识别样品中的成分和缺陷。
目的
了解材料的物理特性、化学成分以及微观结构，评估其质量和性能。
意义
材料分析对于材料的开发、制造和改良具有重要的指导意义。
应用扫描电镜和X射线衍射技术 来研究人造关节、骨科植入物等 医用材料的组织形态和力学性质。
应用硬度测试法和电化学析出法 来研究金属材料的耐磨性、钳工 性能等。
结束语
重要性
材料分析方法对于材料的质量 和性能评估、改良和开发非常 重要，特别对于高精密产品和 高要求环境下的制造。
优缺点
各种分析方法各有优缺点，需 要根据不同的情况进行选择。
应用
2
然后在电极上铸成固体。
可用于了解材料的离子浓度、电化学性
质和化学组成。
3
常用技术
Байду номын сангаас
电沉积法、电解沉积法、恒电流电沉积 法等。
X射线荧光光谱法
1 定义
通过用X射线照射材料，激发材料原子的电子，使其发出荧光，并通过荧光的谱线确定材 料的元素和其含量。
2 应用
3 常用技术
可用于了解材料的化学成分，包括轻元素。
在近年来，随着科学技术的飞跃发展，材料分析技术也得到了长足的进步。 这场课程会向您介绍如何系统地使用各种方法来分析材料。
什么是材料分析方法？
定义
材料分析是研究物质性质的方法，可以检测和识别样品中的成分和缺陷。
目的
了解材料的物理特性、化学成分以及微观结构，评估其质量和性能。
意义
材料分析对于材料的开发、制造和改良具有重要的指导意义。
应用扫描电镜和X射线衍射技术 来研究人造关节、骨科植入物等 医用材料的组织形态和力学性质。
应用硬度测试法和电化学析出法 来研究金属材料的耐磨性、钳工 性能等。
结束语
重要性
材料分析方法对于材料的质量 和性能评估、改良和开发非常 重要，特别对于高精密产品和 高要求环境下的制造。
优缺点
各种分析方法各有优缺点，需 要根据不同的情况进行选择。
应用
2
然后在电极上铸成固体。
可用于了解材料的离子浓度、电化学性
质和化学组成。
3
常用技术
Байду номын сангаас
电沉积法、电解沉积法、恒电流电沉积 法等。
X射线荧光光谱法
1 定义
通过用X射线照射材料，激发材料原子的电子，使其发出荧光，并通过荧光的谱线确定材 料的元素和其含量。
2 应用
3 常用技术
可用于了解材料的化学成分，包括轻元素。
矿物材料现代测试技术2X射线分析1
出使其成为光电子。被打掉了内层电子的受激原子将产生如
前所述的外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出波长严格
一定的特征X射线。为区别于电子击靶时产生的特征辐射，由
X射线发出的特征辐射称为二次特征辐射，也称为荧光辐射
（散射），若能得此时的源自文库射波长，就应该能推测出相应的
物质组成--这个过程叫做X荧光光谱分析，这是光电效应的具
物质对于X射线的总体吸收用吸收系数来描述： μ/ρ= K λ3 Z3
式中K为常数， λ为X射线的波长，Z为物质的 原子序数， μ为吸收系数，ρ为物质的密度， μ/ρ为称质量吸收系数，记为μm 。
除此之外，X射线穿透物质时还有热效应，产生热能。我 们将光电效应，俄歇效应和热效应所消耗的那部分入射X射线 能量称为物质对X射线的真吸收。可见，由于散射和真吸收过 程的存在（主要是真吸收），与物质作用后入射X射线的能量 强度将被衰减。
武汉理工大学资环学院 管俊芳
28
第一章. X射线的性质
5 物质对X射线的吸收 （3）
武汉理工大学资环学院 管俊芳
14
第一章. X射线的性质
3 X射线的产生 （3）
电子的动能转化为X射线的物理解释：
（1） 连续谱的产生
电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去动能以光子形式 辐射，这个光子流就是X射线。
设电子的动能为eV，若一个电子转化成一个光子（若不 考虑效率问题），那么这个X光子将获得最大能量
《材料分析》课件
电子显微镜法
总结词
利用电子显微镜对材料进行分析的方法。
详细描述
电子显微镜法是一种高分辨率的成像技术，可以观察材料的 微观结构和表面形貌。通过电子显微镜，可以观察到材料的 晶格结构、颗粒大小和分布情况等，从而了解材料的性质和 组成。
核磁共振法
总结词
利用核自旋磁矩对材料进行分析的方法 。
VS
详细描述
核磁共振法是一种非破坏性的分析方法， 可以用于测定分子结构和化学键信息。通 过测量原子核在磁场中的共振频率和弛豫 时间，可以推断出材料的组成和结构信息 。核磁共振法在化学、生物学和医学等领 域有广泛的应用。
03
CATALOGUE
材料性能分析
力学性能分析
总结词
描述材料在力作用下的行为和表现。
详细描述
析有助于提高飞行器和航天器的性能和安全性。
02
CATALOGUE
材料分析方法
化学分析法
总结词
通过化学反应对材料进行定性和定量分析的方法。
详细描述
化学分析法是利用化学反应来测定材料中组分的含量。它通常包括滴定分析、重 量分析和气体分析等方法。这些方法可以确定材料中各种元素的含量，以及化合 物或离子的存在与否。Baidu Nhomakorabea
物理分析法
总结词
利用物理性质对材料进行分析的方法 。
详细描述
材料分析测试方法-1
某个波长处出现强度峰，成为 特征X射线。将这一临界电压 称为激发电压。
《材料分析测试方法》
2. 特点
在连续谱上出现特征谱线，常 见Kα，Kβ两条。
靶材一定，随管电压增高，只 是强度相应增加，但特征谱线 的位置（波长）不变——由此
称为标识谱。
《材料分析测试方法》
3. 分析解释——特征X射线的产生
二、电磁波谱
X射线的波长在 10－6cm~ 10－10cm 之间，在电磁波谱 中与紫外线和γ射线
相搭接。
《材料分析测试方法》
二、电磁波谱
软X射线：波长较长，用于医学透视
硬X射线：波长较短，用于材料分析
《材料分析测试方法》
三、X射线的波粒二象性
波动性：X射线以一定的波长和频率在空间传播，反映 了物质运动的连续性。
《材料分析测试方法》
图为2001年3月27日，在澳大利亚悉尼大学，一名工作人员在审
视手中的X射线照片。
《材料分析测试方法》
1.2 X射线的本质
一、X射线的本质
X射线与可见光、紫外线、宇宙射线一样
也是电磁波的一种，具有波粒二象性，波长
在10－8cm左右，与晶格常数为同一数量级。
《材料分析测试方法》
化，称这种谱线为连 续X射线谱，即连续
谱。
《材料分析测试方法》
2. 连续谱的特点
《材料分析测试方法》
2. 特点
在连续谱上出现特征谱线，常 见Kα，Kβ两条。
靶材一定，随管电压增高，只 是强度相应增加，但特征谱线 的位置（波长）不变——由此
称为标识谱。
《材料分析测试方法》
3. 分析解释——特征X射线的产生
二、电磁波谱
X射线的波长在 10－6cm~ 10－10cm 之间，在电磁波谱 中与紫外线和γ射线
相搭接。
《材料分析测试方法》
二、电磁波谱
软X射线：波长较长，用于医学透视
硬X射线：波长较短，用于材料分析
《材料分析测试方法》
三、X射线的波粒二象性
波动性：X射线以一定的波长和频率在空间传播，反映 了物质运动的连续性。
《材料分析测试方法》
图为2001年3月27日，在澳大利亚悉尼大学，一名工作人员在审
视手中的X射线照片。
《材料分析测试方法》
1.2 X射线的本质
一、X射线的本质
X射线与可见光、紫外线、宇宙射线一样
也是电磁波的一种，具有波粒二象性，波长
在10－8cm左右，与晶格常数为同一数量级。
《材料分析测试方法》
化，称这种谱线为连 续X射线谱，即连续
谱。
《材料分析测试方法》
2. 连续谱的特点
材料分析方法-周玉-第二版..
第一章X 射线物理学基础
1、在原子序24（Cr)到74(W)之间选择7 种元素，根据它们的特征谱波长（Kα）,用图解法验证莫塞莱定律。(答案略）
2、若X 射线管的额定功率为1。5KW，在管电压为35KV 时，容许的最大电流是多少？
答：1.5KW/35KV=0。043A。
4、为使Cu 靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度.
答：因X 光管是Cu 靶,故选择Ni 为滤片材料。查表得：μ m α＝49。03cm2／g，μ mβ＝290cm2／g, 有公式，，，故：，解得:t=8.35um t
6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射,所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？
答：eVk=hc/λ
Vk=6。626×10-34×2.998×108/(1。602×10—19×0.71×10—10)=17.46（kv）
λ 0=1。24/v(nm)=1.24/17。46(nm）=0。071（nm）
其中h为普郎克常数，其值等于6。626×10-34
e为电子电荷,等于1。602×10-19c
故需加的最低管电压应≥17。46(kv），所发射的荧光辐射波长是0。071纳米。
7、名词解释：相干散射、非相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应
答：⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动,受迫振动产生交变电磁场,其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射.
⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变,这种散射现象称为非相干散射。
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(1) X射线衍射仪（XRD， X-Ray diffraction） 用于物相(或说结构）分析 及其他 [ dɪ'frækʃn]
(2) 透射电镜（TEM， Transmission Electron Microscope）
物相分析，和微观形貌
[ˈmaɪkrəskəʊp]
(3) 扫描电镜 （SEM， Scanning Electron Microscope） 表面形貌
(4)波长分散谱仪—波谱仪WDS, Wavelength Dispersive Spectrometer
能量分散谱仪—能谱仪 EDS, Energy Dispersive Spectrometer
WDS, EDS—利用特征射线进行成分分析,
[spekˈtrɒmɪtə(r)]
EDS可作为两电镜的附件, 用于微区成份分析
§１－１ 引言
１．1895年，伦琴发现了一种穿透力很强的射线——
Ｘ射线
来自百度文库电子束
伦琴 W. K. Rontgen
第一张X光照片
伦琴于1901年获首届诺贝尔物理奖
２. 1912年劳厄（M.von Laue）发现通过晶体时产生衍
射现象, 证实了X射线的波动性
准直缝 晶体 X射线
劳厄斑
····
劳厄
§１－２ X射线的本质
W Ag Mo
b. 短波限只与管电压有关， 不受其它因素影响。
λmin hc eV
（了解）推导：设管电压为V，电子电量e ，电场力做功，则 电子获得动能为eV，当这一能量完全转化为光子的能量时
h m ax
h
c m in
eV
得：
min hc 1240 (nm) 为连续谱的短波极限波长
eV eV
• 撞向阳极的电子目数很多，时间、条件不同，或多次 碰撞逐步减少其能量。
• 动能转换为x-ray的能量有多有少，射出x-ray的频率有 大有小，形成不同波长的x-ray，构成连续的谱线。
连续谱
I
短波极限波长λmin
a.对应着极少数电子只经过一 次碰撞，并且将全部能量eU 转化为一个光量子。
不同阳极
X射线的本质: 波长很短的电磁波
●波长很短的电磁波 0.01~100Å 用于晶体分析的 λ= 0.5~2.5Å
●具有波粒二象性(实际上任何物质具波粒二象性） 波动性：以一定频率、波长在空间传播； 微粒性：以光子形式辐射和吸收时具有一定的
质量、能量和动量。
能量E h hc
其中：h为普朗克常数， h 6.626 1034 J s
阳极：亦称靶，是使电子突然减速并发射X射线。 通常的靶材有: Cu、Mo、Co 等 良好的循环水冷却，防止靶熔化
窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。通常用金属铍，
§ 1-４ X射线谱
X射线谱定义：X射线的强度--波长的关系曲线
X射线管发射出来的X射线 分为两种类型：
一．连续X射线谱
二．特征X射线谱
c为X射线的速度， c 2.998 108 m / s
例：求200 nm 的一个光子所具有的能量
c E h
6.626 1034 2.998 108 200 109
9.930 1019 (J )
（了解）附：电磁波谱
无线电波→微波→红外光→可见光→紫外光→X 射线→γ射线
能量 γ射线 核能级跃迁 X射线 原子内层电子的能级跃迁 紫外光 原子或分子外层电子的能级跃迁 可见光 原子或分子外层电子的能级跃迁 红外光 分子振动和转动能级的跃迁 微波 无线电波
高能电子束与固体样品作用时产生的信号和6大材料分析手段
高能电子
EDS/W DS
入射
样
衍射
品2
XRD
特征
扫描 二次电子
电镜
SE
背散射
M
电子
X射
样
线
品2
光电
XP
子
S
X射线
样
品2
荧光（二次特
样品1
征X射线
透射电子
（TEM）
X射线 荧光谱 分析
X射线衍射仪 (XRD)
透射电镜（TEM）
可
进
多晶体衍射花样
强度 （任意单位）
特 征 射 线 连续X射线
X
波长（Å）
35 KV的管压下，钼靶的X射线
一．连续X射线谱
●特点： ① 波长连续变化。 ② 有一个波长极限——短波限λmin。
●产生原因：高速运动的电子受阻而减速时产生的电磁辐射， 也叫轫致辐射。
• 电子加速后撞向阳极靶，大部分动能转化为热能，一 部分以x-ray释放。
§ 1-３ X射线的产生及X 射线管
（1） X射线管的作用： 以高能电子打在靶材上产生X射线
（２）X射线管产生Ｘ射线的３条件： 1） 产生自由电子； 2） 电子作定向高速运动; 3）使电子止住或突然减速的 障碍物
（3）X射线管的结构：
阴极：发射电子。由钨丝制成，通电后，钨丝发热释放自由电子， 奔向阳极 。
+真吸收( 光电子，俄歇效应，荧光X 射线) + 透射
6. X射线透过的强度公式，质量吸收系数
7. 二次特征辐射、吸收限(或称激发限) 、及质量吸收系数曲线 8.吸收限在结构分析时的应用： 1) (了解）滤波：Z滤= Z靶－1 （Z靶＜40)；Z滤= Z靶－2 （Z靶＞=4
2)选靶材一般方法是:Z靶≤Z样+1
行
物
相
分
析
单晶体衍射花样
TEM:
(1) 可形成衍射花样, 进行物相分析, 图c
(2) 可成像 图a, b
2nm
50 nm
扫描电微镜（SEM）
苍蝇的复眼扫 描电镜图像
第一部分 材料X射线衍射分析
X-ray Diffraction
常用来分析 物相、晶格参数，应力等
第一章 X射线的性质
本章要点：
1. X射线的本质：为电磁波，具有波粒子二象性 2. X射线管的主要构造 3. X射线连续谱的特征和 产生原因（及应用） 4. X射线特征谱产生过程、条件(难点) 、命名、莫塞莱定律（应用） 5. X射线与物质相互作用: 散射(相干与非相干)+
材料分析方法第一章射线的性 质
绪论
材料内部的成份、结构直接决定着材料的性 能和应用。
如何判定材料的成份和结构是材料学领域的关 键问题。
问题1： 假如你有一块黄橙橙的矿石，你能判断是否
含有黄金吗？ 阿基米德方法？
问题2：你能区分不同结构的相同成分物质？
锅烟灰---C60
炭纳米管
金刚石
碳结构的变化
在本次课程学习的主要材料分析方法：
连续X射线谱的强度----两种计算方法：
1）光的强度决定于单位时间内通过单位面积的光 子数n和每个光子的能量
I nhν
2）或者：I- 曲线下的面积表示连续x-ray的总强度。 I连续＝ I () d 0