材料现代分析方法-图像分析
材料现代分析方法(复习题及答案)
1、埃利斑由于光的波动性，光通过小孔发生衍射,明暗相间的条纹衍射的图样，条纹间距随小孔尺寸的变大，衍射的图样的中心有最大的亮斑，称为埃利斑。
2、差热分析是在程序的控制条件下，测量在升温、降温或恒温过程中样品和参比物之间的温差。
3、差示扫描量热法（DSC）是在程序控制条件下，直接测量样品在升温、降温或恒温过程中所吸收的或放出的热量。
4、倒易点阵是由晶体点阵按照一定的对应关系建立的空间点阵,此对应关系可称为倒易变换。
5、干涉指数在（hkl）晶面组（其晶面间距记为dhkl）同一空间方位，设若有晶面间距为dhkl/n(n 为任意整数)的晶面组(nh，nk，nl）即（H,K，L)记为干涉指数.6、干涉面简化布拉格方程所引入的反射面（不需加工且要参与计算的面）。
7、景深当像平面固定时（像距不变）能在像清晰地范围内，允许物体平面沿透镜轴移动的最大距离。
8、焦长固定样品的条件下，像平面沿透镜主轴移动时能保持物象清晰的距离范围.9、晶带晶体中，与某一晶向【uvw】平行的所有(HKL）晶面属于同一晶带，称为晶带射线若K层产生空位,其外层电子向K层跃迁产生的X射线统称为K系特征辐射，其中有L 10、α层电子跃迁产生的K系特征辐射称为Ka。
11、数值孔径子午光线能进入或离开纤芯（光学系统或挂光学器件）的最大圆锥的半顶角之余弦，乘以圆锥顶所在介质的折射率。
12、透镜分辨率用物理学方法(如光学仪器）能分清两个密切相邻物体的程度13 衍射衬度由样品各处衍射束强度的差异形成的衬度成为衍射衬度。
射线若K层产生空位，其外层电子向K层跃迁产生的X射线统称为K系特征辐射，其中有L 14α层电子跃迁产生的K系特征辐射称为Ka。
15质厚衬度由于样品不同区间存在原子序数或厚度的差异而形成的非晶体样品投射电子显微图像衬度，即质量衬度，简称质厚衬度。
16 质谱是离子数量（强度）对质荷比的分布，以质谱图或质谱表的形式的表达。
一、判断题1)、埃利斑半径与照明光源波长成反比，与透镜数值孔径成正比。
现代材料分析方法——四大分析方法的应用论文
四大分析方法及应用摘要：本文论述材料的X射线粉末衍射分析（XRD）、电子显微分析、能谱分析（XPS，UPS，AES）和热分析（TG，DTA, DSC）等测试原理、制样技术、影响因素、图谱解析以及它们在材料研究中的具体应用。
以一些常见的化合物为基质的各类复合或是掺杂的材料为例，来重点介绍XRD、电镜、热分析等在研究材料物相组成、结构特征、形貌等方面的应用。
关键词：TiO2，XRD，SEM，XPS，TG，DTA前言由于铝等一些金属和无机物的优良的性质，如铝的密度很小，仅为2.7 g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。
.铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2/3，但密度只有铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。
铝有较好的延展性(它的延展性仅次于金和银)，在100 ℃～150 ℃时可制成薄于0.01 mm 的铝箔。
铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。
铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。
铝还用做炼钢过程中的脱氧剂。
铝粉和石墨、二氧化钛(或其他高熔点金属的氧化物)按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温煅烧而制成耐高温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用。
所以工业上应用非常广泛。
1 X射线衍射分析（XRD）1.1 X射线衍射仪仪器核心部件：光源---高压发生器与X 光管、精度测角仪、光学系统、探测器、控测，数据采集与数据处理软件、X射线衍射应用软件。
定性相分析（物相鉴定）：目的：分析试样属何物质，那种晶体结构，并确定其化学式。
原理：任何结晶物质均具有特定结晶结构（结晶类型，晶胞大小及质点种类，数目分布）和组成元素。
一种物质有自已独特衍射谱与之对应，多相物质的衍射谱为各个物相行对谱的叠加。
材料现代研究方法 第二章 组织形貌分析概论
第 1 :1首
四、扫描隧道显微镜
• 19 8 1 年 ， IBM 公司的 Gerd Binnig 和 Heinrich
Rohrer发明了扫描隧道显微镜 CSTM)
检视'1)针尖垂豆位置 的方法
控制 针尖位 置 的反馈系统
驱动 样品 (或针尖 )
做光栅式扫 描的压 电扫 描器
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第 1 :1首
Gerd Binnig Heinrich Rohrer
第 1 章组织形貌芳析概论
第 1 :1首
Gerd Binnig Heinrich Rohrer
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"18M" 是由单个原子构成的
第 1 章组织形貌芳析概论
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三、扫描电子显微镜
1952年 ， 英国奥特利发明扫描电 子显 微镜
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第 1 :1首
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第 1 :1首
· 最高分辨率为 0.2μm ， 比人眼的分辨率 C O.lmm ) 提 高 了 500倍。
分辨率
材料现代分析技术整理
第一部份 X 射线衍射分析（XRD ）1. K 系特点谱线特点：由L 、M 、N 等壳层的电子跃迁到K 壳层的空位时发出的X 射线，别离称为K α、K β、K γ谱线，一起组成K 线系特点谱线。
K α特点谱线最强，比相邻谱线强90倍，是最经常使用的谱线。
2. 特点X 射线的产生：在原子内固定壳层上的电子具有特定能量，当外加能量足够大时，可将内层电子激发出去，形成一个内层空位，外壳层的电子跃迁到内层，多余的能量以X 射线形式放出。
3. X 射线的本质为电磁波。
4. 滤光片的目的和材料：用来过滤或降低X 射线光谱中的持续X 射线和K β线的金属薄片,K β大部份被吸收，K α损失较小，滤波片材料的原子表达一样比X 射线管靶材的原子序数低1。
5. CuK α的含义：以Cu 作为靶材，高速电子轰击在铜靶上，使铜K 层产生了空位，L 层电子跃迁到K 层，产生K 系特点辐射。
6. X 射线的衍射方向是依照布拉格方程理论推导出的。
7. 布拉格方程的推导：含义：线照射晶体时，只有相邻面网之间散射的X 射线光程差为波长的整数倍时，才能产生干与增强，形成衍射线，反之不能形成衍射线。
λθn d hkl =sin 2讨论：（1） 当λ必然，d 相同的晶面，必然在θ相同的情形下才能取得反射。
（2） 当λ必然，d 减小，θ就要增大，这说明间距小的晶面，其掠过角必需是较大的，不然它们的反射线无法增强，在考察多晶体衍射时，这点由为重要。
（3） 在任何可观测的衍射角下，产生衍射的条件为：d 2≤λ，但波长太短致使衍射角过小，使衍射现象难以观测，经常使用X 射线的波长范围是0.25~0.05nm 。
（4） 波长一按时，只有2/λ≥d 的晶面才能发生衍射—衍射的极限条件。
8. X 射线的强度（严格概念）单位时刻内通过衍射方向垂直单位面积上X 射线光量子数量。
表示方式：衍射峰高度或衍射峰积分面积。
理论计算)(2θφPF I =（P-多重性因数，F-结构因子，)(θφ-因数）。
材料现代分析方法
材料现代分析方法材料现代分析方法是指利用现代科学技术手段对材料进行分析和研究的方法。
随着科学技术的不断发展，材料分析方法也在不断更新和完善。
现代材料分析方法的发展，为材料科学研究提供了更加精准、快速和全面的手段，对于材料的研究和应用具有重要的意义。
首先，光谱分析是材料现代分析方法中的重要手段之一。
光谱分析是利用物质对电磁波的吸收、发射、散射等现象进行分析的方法。
常见的光谱分析方法包括紫外可见吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱等。
通过光谱分析，可以对材料的结构、成分、性质等进行研究和分析，为材料的研究和应用提供重要的信息。
其次，电子显微镜分析也是材料现代分析方法中的重要手段之一。
电子显微镜是利用电子束来照射样品，通过电子与样品相互作用产生的信号来获取样品的显微结构和成分信息的一种显微镜。
通过电子显微镜分析，可以对材料的微观形貌、晶体结构、成分分布等进行研究和分析，为材料的结构性能和应用提供重要的参考。
此外，质谱分析也是材料现代分析方法中的重要手段之一。
质谱分析是利用质谱仪对物质进行分析的方法，通过对物质中离子的质量和相对丰度进行检测和分析，来确定物质的分子结构和成分。
质谱分析可以对材料的组成、纯度、分子量等进行研究和分析，为材料的质量控制和应用提供重要的支持。
综上所述，材料现代分析方法是利用现代科学技术手段对材料进行分析和研究的方法。
光谱分析、电子显微镜分析、质谱分析等都是材料现代分析方法中的重要手段，通过这些方法可以对材料的结构、成分、性能等进行全面的研究和分析，为材料的研究和应用提供重要的支持。
随着科学技术的不断发展，相信材料现代分析方法将会更加完善和精准，为材料科学研究和应用带来更多的新突破。
现代材料分析方法(10-AFM)
原子力显微镜示意图
B
C
A
F G1
D E
基座
G2 F
A: 待测样品 D: 微杠杆 F: 氟橡胶
B: AFM的针尖 C: STM的针尖 E: 用于调节隧道结间隙的压电晶体 G: 扫描器，G2也是STM
AFM 根本原理
Position Sensitive Photodiode
Mirror
Laser
XYZ Piezoelectric Scanner
可控气氛SPM
特定气体气氛 气氛温度、湿度控制 样品加热、冷却 气体吹扫样品 光线照射样品等等
可控气氛SPM
在控制气氛下 •可以交換样品 •可以清洗、切割等前处理
碘化钾单晶(001)
Байду номын сангаас
潮解性非常強的碘化钾，在氩气中劈开，在露出的最外表，观察到原子
阶梯〔左〕。另外，在真空中加热400℃，观察到外表重排列的(100)阶
Curve
硬度測定
后扫描
・选择打圧痕的位置
・确认圧痕的状态
Load-Displacemenat Curve
应用〔2〕
微观刻痕实验
磨耗实验
力曲线測定
Force (Cantilever Deflection)
③ repulsive
force
attractive force
Approach Release
现代材料分析方法(10AFM)
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SEM和EDS的现代分析测试方法
SEM和EDS的现代分析测试方法SEM（扫描电子显微镜）和EDS（能量散射X射线分析）是一对常用于材料科学和地质学等领域的现代分析测试方法。
SEM利用电子束扫描样品表面，通过获取样品表面的电子信号来生成高分辨率的图像；EDS则通过分析样品表面散射的X射线能谱来确定样品元素的组成。
这两种技术的结合能够提供精确的显微结构和化学成分信息，为材料研究和质量控制提供了有力的分析手段。
SEM主要通过扫描电子束在样品表面的不同位置进行扫描，利用激发的次级电子、反射电子和主束电子回散射的电子等不同信号来获得样品表面的形貌信息。
相对于光学显微镜，SEM具有更高的分辨率和放大倍数，能够观察到更小尺寸的细节结构。
此外，SEM还可以通过选择不同的操作模式（如反射电子显微镜模式和透射电子显微镜模式）来观察不同类型的样品，如金属、陶瓷、生物样品等。
在材料科学领域，SEM常用于观察样品中的晶体结构、颗粒形貌、纤维组织等微观结构。
EDS是SEM的一个重要附属技术，它通过分析样品表面散射的X射线能谱来确定样品元素的组成。
当电子束轰击样品表面时，样品中的原子会激发出一系列特征X射线。
这些X射线的能量和强度与样品中元素的种类和含量有关。
EDS系统可以通过收集散射的X射线并对其进行能量谱分析，从而确定样品中存在的元素及其相对含量。
EDS不仅能够提供定性分析结果，还可以通过比对与标准参考谱库进行定量分析，得到精确的元素含量。
SEM-EDS组合技术具有广泛的应用范围。
在材料科学中，它可以用于研究材料的显微结构、相变、晶粒生长等问题。
例如，可以通过SEM观察金属材料中的晶粒尺寸和分布，进而对材料的力学性能和导电性能进行评估。
同时，通过使用EDS技术，还可以分析材料中微量元素的含量，进一步揭示材料的化学成分和微观特征。
总之，SEM和EDS是一对功能强大的现代分析测试方法。
它们可以提供高分辨率的显微结构和准确的化学组分信息，而且应用范围广泛，适用于材料科学、地质学、生物学和环境科学等领域的研究和应用。
现代材料分析方法
现代材料分析方法现代材料分析方法是科学家们为了研究材料的性质和结构而开发的一系列技术和手段。
随着科学技术的进步，越来越多的先进分析方法被开发出来，使得人们能够更加深入地了解材料的特性和行为。
以下将介绍一些常见的现代材料分析方法。
1.X射线衍射（XRD）：X射线衍射是一种用于确定晶体结构的分析方法。
通过照射材料并观察衍射的X射线图案，可以推导出材料的晶格常数、晶胞结构以及晶体的取向和纯度等信息。
2.扫描电子显微镜（SEM）：SEM使用电子束来扫描样品表面，并通过捕获和放大反射的电子来产生高分辨率的图像。
SEM可以提供有关材料表面形貌、尺寸分布和化学成分等信息。
3.透射电子显微镜（TEM）：TEM使用电子束透射样品，并通过捕获透射的电子来产生高分辨率的图像。
TEM可以提供有关材料内部结构、晶体缺陷和晶界等信息。
4.能谱仪（EDS）：能谱仪是一种与SEM和TEM配套使用的分析设备，用于确定材料的元素组成。
EDS通过测量样品散射的X射线能量来识别和定量分析元素。
5.红外光谱（IR）：红外光谱是一种用于确定材料分子结构和化学键的分析方法。
通过测量材料对不同频率的红外辐射的吸收，可以确定样品的功能基团和化学结构。
6.核磁共振（NMR）：核磁共振是一种用于研究材料中原子核的分析方法。
通过利用材料中原子核的磁性质，可以确定样品的化学环境、分子结构和动力学信息。
7.质谱（MS）：质谱是一种用于确定材料中化合物和元素的分析方法。
通过测量材料中离子生成的质量-电荷比，可以确定样品的分子量、结构和组成。
8.热分析（TA）：热分析是一种通过测量材料对温度的响应来研究其热性质和热行为的方法。
常见的热分析技术包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）和热膨胀分析（TMA）等。
9.表面分析（SA）：表面分析是一种研究材料表面化学成分和结构的方法。
常用的表面分析技术包括X射线光电子能谱（XPS）、扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）等。
材料现代分析方法
材料现代分析方法
现代分析方法是指在分析过程中所采用的一系列科学技术和方法，以获得对于材料组成、结构、性质以及处理质量等方面的准确评估和分析。
现代分析方法是材料科学和工程技术领域中的一个重要研究方向，其涉及的技术和方法包括光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、电子能谱、紫外-可见光谱、
红外光谱、质谱等。
光学显微镜是一种常用的现代分析方法，通过观察和记录材料样本的显微结构，可以了解材料的组成、形貌以及微观缺陷等信息。
扫描电子显微镜能够以非常高的分辨率观察到材料表面的微观形貌，通过扫描电子显微镜还可以进行能谱分析，得到材料的元素组成信息。
X射线衍射是一种常用的结构表征方法，通过射线在材料中的衍射现象，可以确定材料的晶体结构和晶格常数。
通过X射
线衍射还可以对材料的晶体缺陷和残余应力进行表征。
电子能谱是用来分析材料表面化学元素和化学结构的方法，通过测量材料在电子束照射下，产生的电子能量损失的谱线，可以获取材料的元素组成和化学结构信息。
紫外-可见光谱和红外光谱是用来分析材料的光学性质的方法，通过测量材料对于不同波长的紫外-可见光和红外光的吸收和
反射，可以了解材料的能带结构、能级布局以及化学键的类型和强度等。
质谱是分析材料中存在的各种离子和分子的方法，通过将材料样品分子或离子化，然后用质谱仪测量其质量-荷质比，可以确定材料中存在的化合物的分子量和组成。
综上所述，现代分析方法为材料科学的发展和应用提供了强大的工具和技术支持。
通过这些方法，科学家们可以深入了解材料的组成、结构和性质，为新材料的合成和应用提供指导和参考，并促进材料科学的发展和创新。
材料现代分析方法PPT课件
第一篇 总论
（材料现代分析方法基础与概述）
第一章 电磁辐射与材料结构
第一节电磁辐射与物质波
一 电磁辐射与波粒二象性
电磁辐射（光的波动性）：在空间传播的交变电 磁场（电磁波）。
特点：不依赖物质存在；横波；同一介质中波速 不变；真空光速极限(c3108m/s)。
主要物理量：振幅；频率(Hz)；波长；相位。
• M叫谱线多重性符号，表示n与L一定的 光谱项由M个能量稍有差别的分裂能级 (光谱支项)构成。
• 能级的分裂取决于J，每一个光谱支项对 应于J的一个取值，M为J 可能取值的个 数(LS时，M=2S+1；L<S时，M=2L+1)
塞曼分裂
• 当有外磁场存在时，光谱支项将进一步 分裂为能量差异更小的若干能级，这种 现象叫塞曼(Zeeman)分裂。
真空中的相互关系：
=c
(1-1)
光的粒子性： 斯托列托夫实验（1872年，莫斯科大学）
• 实验结果 ：
• (1) 光照使真空管出现自 由电子。
• (2) 入射光的频率必须大 于某一确定值才有电子 出现，该值与真空管阴 极材料有关。
• 波动理论无法解释此现 象。
光电效应表明电磁辐射具有粒子性。
• 爱因斯坦的光电理论（1905年，1916年由 密立根实验证实）：
取值：L+S，L+S-1，…，|L-S|。当L<S 时有2L+1个值，当LS时有2S+1个值。
• M量J的称大总小磁，量取子值数：，0表，征±P1J,沿±外2,…磁,场±方J（向J分 为整数）或：0，±1/2，±3/2,…，±J(J 为半整数)。
原子的能级可用符号nMLJ表示，称为光 谱项
• 对应于L=0，1，2，3，4，… 常用大 写字母S，P，D，F，G，…表示。
材料现代分析方法重点笔记
材料现代分析方法重点笔记一、材料X射线衍射分析1、X射线的性质、产生及谱线种类及机理2、X射线与物质的相互作用:几种现象及机理3、X射线衍射方向:布拉格方程及推导，X射线衍射方法4、X射线衍射强度:多晶体衍射图相的形成过程，衍射强度影响因数及积分强度公式5、多晶体分析方法:X射线衍射仪的构造及各部件的作用，实验参数的选择6、物相分析及点阵常数精确测定二、x衍射线知识点1、X射线的本质一种电磁波(波长短:0.01-10nm)2、X射线产生原理由高速运动着的带电粒子与某种物质相撞击后淬然减速,且与该物质中的内层电子相作用而产生的。
3、X射线产生的几个基本条件(1)产生自由电子;(2)使电子作定向高速运动:(3)在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物4、旋转阳极(用于大功率转靶XRD仪)工作原理: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，其功率比普通X射线管大数十倍。
5、X射线谱X射线强度与波长的关系曲线6、连续x射线谱管压很低时，例如小于20kv，X射线谱曲线是连续变化的。
7、形成连续x射线谱两种理论解释:1.经典物理学理论:一个带负电荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。
由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相8/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。
量子力学概念:当能量为ev的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去，每碰撞一次，产生一个能量为hv的光子，即“韧致辐射”。
大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同强度的光子序列，即形成连续谱。
8、特征(标识)X射线谱当管电压等于或高于20KV时,则除连续X射线谱外,位于一定波长处还叠加有少数强谱线，它们即特征X射线谱。
9、形成特征X射线谱的理论解释:原子结构的壳层模型:特征X射线的产生机理与靶物质的原子结构有关。
材料现代分析方法ppt课件
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31
5.1聚合物结构的分析表征——
链结构——红外光谱、紫外光谱、荧光光谱、拉曼光谱、 电子能谱、核磁共振、顺磁共振、X射线衍射（广角）、 电子衍射、中子散射……；
島津EPMA-1600
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25
EDS应用举例（能量色散型X射线谱，Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy ）
不良品
良品
齿轮疲劳失效，是由于 渗碳处理不均匀，根本 原因在于硅的偏聚。
浸炭不 良部
不良品
.
Ｃ
良品
Ｓｉ
26
XPS X射线光电子能谱
.
27
3.4 分子结构分析
光学显微镜
分辨率
1000 0 10
扫描探针显微镜 扫描电子显微镜
观察倍率 ×10000000 ×1000000 ×100000 ×10000 ×1000 ×100 ×10
1000
100
10
1
0.1 ｎｍ
1
0.1 0.01 0.001 0.0001 μｍ
.
13
OM
Ni-Cr合金的铸造组织
.
14
SEM
“材料性能”主要研究性能的评价方法、测试方法及影 响因素。
.
5
材料分析方法定义
广义：包括
技术路线
实验技术
数据分析
狭义：某一种测试方法，如：
X射线衍射方法
电子显微术
红外光谱分析
核磁共振分析等
现代材料分析测试技术
现代材料分析测试技术1. 引言现代材料分析测试技术是指利用科学仪器和方法对材料进行测试、分析和评估的一种技术手段。
随着材料科学的不断发展和技术的进步，现代材料分析测试技术在工业、科研和生产领域起着至关重要的作用。
本文将介绍常用的现代材料分析测试技术，包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)等。
2. 扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜(SEM)是一种非常重要的材料分析测试仪器。
它通过扫描材料表面并通过电子束与材料相互作用来获得材料表面微观形貌和成分信息。
SEM广泛应用于材料科学、纳米材料研究、材料工艺等领域。
它可以观察样品的表面形貌、晶体结构、晶粒大小等，并通过能谱分析仪来获得元素组成信息。
3. 透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜(TEM)是一种用于观察材料内部结构的高分辨率显微镜。
TEM通过电子束穿透材料，并通过对透射电子进行束缚和散射来图像化材料的内部结构。
它在材料科学、纳米技术、纤维材料等领域具有重要的应用价值。
TEM能够观察材料的晶体结构、晶格缺陷、晶粒尺寸等，并可获得高分辨率的像像。
4. X射线衍射(XRD)X射线衍射(XRD)是一种常用的材料分析测试技术。
它利用材料对入射X射线的衍射现象来研究材料的晶体结构和晶格参数。
XRD广泛应用于材料科学、矿产勘探、无机化学等领域。
XRD可以确定材料的晶体结构、晶格常数、相对结晶度等，并可通过对射线衍射的精确测定来研究材料的相变行为和配位状态。
5. 红外光谱(FTIR)红外光谱(FTIR)是一种常用的材料分析测试技术，可以用来研究材料的分子结构和化学键的振动情况。
红外光谱可以提供关于材料的化学成分、结构和功能的重要信息。
它广泛应用于材料科学、有机化学、聚合物科学等领域。
红外光谱可以帮助确定材料的分子结构、功能团的存在和分布，以及材料的晶体性质等。
6. 总结现代材料分析测试技术在材料科学和工程领域起着至关重要的作用。
材料现代分析方法知识点
材料现代分析方法知识点1、什么就是特征X射线？当管压增至与阳极靶材对应得特定值U k时，在连续谱得某些特定波长位置上出现一系列陡峭得尖峰。
该尖峰对应得波长λ与靶材得原子序数Z存在着严格得对应关系，尖峰可作为靶材得标志或特征，故称尖峰为特征峰或特征谱。
2、什么就是电子探针得点分析、线分析、面分析？①点分析：将电子束作用于样品上得某一点，波谱仪分析时改变分光晶体与探测器得位置，收集分析点得特征X射线，由特征X射线得波长判定分析点所含得元素；采用能谱仪工作时，几分钟内可获得分析点得全部元素所对应得特征X射线得谱线，从而确定该点所含有得元素及其相对含量。
②线分析：将探针中得谱仪固定于某一位置，该位置对应于某一元素特征X射线得波长或能量，然后移动电子束，在样品表面沿着设定得直线扫描，便可获得该种元素在设定直线上得浓度分布曲线。
改变谱仪位置则可获得另一种元素得浓度分布曲线。
③面分析：将谱仪固定于某一元素特征X射线信号（波长或能量）位置上，通过扫描线圈使电子束在样品表面进行光栅扫描（面扫描），用检测到得特征X射线信号调制成荧光屏上得亮度，就可获得该元素在扫描面内得浓度分布图像。
3、XRD对样品有何要求？粉末样品应干燥，粒度一般要求约10~80μm，应过200目筛子（约0、08mm），且避免颗粒不均匀。
块状样品应将其处理成与窗孔大小一致，可扫描宽度宜大于5mm，小于30mm，至少保证一面平整。
4、电子探针分析原理？电子探针就是一中利用电子束作用样品后产生得特征X射线进行微区成分分析得仪器。
其结构与扫描电竞基本相同，所不同得只就是电子探针检测得就是特征X射线，而不就是二次电子或背散射电子。
5、结构因子得计算？P68（1）简单点阵：简单点阵得晶胞仅有一个原子，坐标为（0，0，0），即X=Y=Z=0，设原子得散射因子为f，则(公式3-69)（2）底心点阵：底心点阵得晶胞有两个原子，坐标分别为（0，0，0），（1/2,1/2,0）各原子得散射因子为f，则（公式3-70）（3）体心点阵：体心点阵得晶胞有两个原子，坐标分别为（0，0，0），（1/2,1/2,1/2）各原子得散射因子为f，则（公式3-71）（4）面心点阵：面心点阵得晶胞有4个原子，坐标分别为（0，0，0），（1/2,1/2,0），（1/2,0,1/2），（0,1/2,1/2）各原子得散射因子为f，则（公式3-72）6、X射线衍射与电子衍射得关系（比较）？P150（1）电子波得波长短，远远小于X射线，同等衍射条件下，它得衍射半角很小，衍射束集中在前方额，而x射线得衍射半角可接近90度。
现代材料分析方法(4-SEM)
倒易点阵的扩展
3.单晶体和 多晶体电子衍射花样指数标定 其中各衍射斑点对应的倒易点指数如下图
[001]
[011]
[111]
[012]
2.电子显微镜中的电子衍射
所以 其中
Rd L L f1M iM p
rd f1
r R MiM p
即为电子显微镜的有效相机长度，称
L 为电子显微镜的有效相机常数
指数标定
孪晶的衍射斑点
3.单晶体和 多晶体电子衍射花样指数标定
★复杂电子衍射花样 1.高阶劳埃带
3.单晶体和 多晶体电子衍射花样指数标定
2.菊池线
3.单晶体和 多晶体电子衍射花样指数标定
另外，复杂电子衍射花样还包括二次电子 衍射、孪晶衍射、双晶带衍射等.
3.单晶体和多晶体电子衍射花样指数标定
★多晶体衍射花样 电子束受到多晶体衍射，也可以产生许多衍射圆锥， 但圆锥角比较小。多晶环多用在仪器常数的校正工作。 最常用的是金的衍射花样
3.单晶体和 多晶体电子衍射花样指数标定
★单晶体衍射花样 其特征是衍射斑点规
则排列。在衍射斑点花 样中最基本的是简单电 子衍射花样—单晶带电 子衍射花样，它是通过 倒易点阵原点的一个二 维倒易面的放大像
★薄晶体的电子衍射特征：
⑴厄瓦尔球半径比倒易矢量 大几十倍
⑵衍射角很小，衍射线集中 在前方
⑶倒易点被拉长为倒易杆， 倒易杆方向垂直于薄膜厚度
★以上三个原因决定使得电子 束相对晶体任何取向，在倒 易原点附近都会有许多倒易 杆与球面接触或交截，从而 可以得到许多衍射线。衍射 线的方向为连接球心和倒易 杆与球的交点，如图所示
电子衍射
111 200
Bulk materials Coatings 1 Coatings 2
现代材料分析技术及应用
现代材料分析技术及应用现代材料分析技术是指利用现代科学技术手段对材料进行全面、准确、细致的研究和分析的方法。
它是材料科学领域研究的基础和支撑，广泛应用于材料的研发、生产和质量控制等方面。
现代材料分析技术包括物理性质测试、化学分析、显微成像、表面分析、光谱分析、电子显微镜等多个方面。
下面将介绍几种常见的现代材料分析技术及其应用。
一、物理性质测试技术物理性质测试技术是对材料的物理性能进行测试和分析的方法。
常见的测试技术有强度测试、硬度测试、韧性测试、热膨胀系数测量等。
这些测试技术可以用于评估材料的强度、硬度、韧性、热稳定性等性能。
例如，在金属材料的研发过程中，可以通过硬度测试来评估其抗拉强度和延展性，进而确定最佳的工艺参数。
二、化学分析技术化学分析技术是对材料中化学成分进行定性和定量分析的方法。
常见的化学分析技术包括光谱分析、质谱分析、原子吸收光谱分析等。
这些技术可以确定材料中元素的种类、含量以及化学结构。
化学分析技术在材料研发过程中起到了重要作用，可以选择最佳的原材料组合，提高材料的性能。
三、显微成像技术显微成像技术是观察和研究材料的微观形貌和结构的方法。
常见的显微成像技术有光学显微镜、电子显微镜和原子力显微镜等。
这些技术可以提供高分辨率的图像，揭示材料的表面形貌、内部结构和缺陷等信息。
显微成像技术广泛应用于材料的质量检测、缺陷分析和外观评估等方面。
四、表面分析技术表面分析技术是研究材料表面性质和表面结构的方法。
常见的表面分析技术有扫描电子显微镜、表面拉曼光谱、X射线光电子能谱等。
这些技术可以提供材料表面的化学组成、成分分布、晶体结构等信息。
表面分析技术对于材料的表面改性、涂层质量控制等有重要意义。
五、光谱分析技术光谱分析技术是研究物质的光学特性和结构的方法。
常见的光谱分析技术有红外光谱、紫外-可见吸收光谱、核磁共振光谱等。
这些技术可以通过分析物质与光的相互作用来判断其分子结构、化学键信息等。
光谱分析技术广泛应用于材料的组分分析、质量控制和性能评估等方面。
现代材料分析方法试题及答案
一、单项选择题（每题 2 分，共 10 分）1．成分和价键分析手段包括【 b 】（a）WDS、能谱仪（EDS）和 XRD （b）WDS、EDS 和 XPS（c）TEM、WDS 和 XPS （d）XRD、FTIR 和 Raman2．分子结构分析手段包括【 a 】（a）拉曼光谱（Raman）、核磁共振（NMR）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）（b）NMR、FTIR 和 WDS（c）SEM、TEM 和 STEM（扫描透射电镜）（d） XRD、FTIR 和 Raman3．表面形貌分析的手段包括【 d 】（a）X 射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM） (b) SEM 和透射电镜（TEM）(c) 波谱仪（WDS）和 X 射线光电子谱仪（XPS） (d) 扫描隧道显微镜（STM）和SEM4．透射电镜的两种主要功能：【 b 】（a）表面形貌和晶体结构（b）内部组织和晶体结构（c）表面形貌和成分价键（d）内部组织和成分价键5．下列谱图所代表的化合物中含有的基团包括：【 c 】（a）–C-H、–OH 和–NH2 (b) –C-H、和–NH2,(c) –C-H、和-C=C- (d) –C-H、和 CO二、判断题（正确的打√，错误的打×，每题 2 分，共 10 分）1．透射电镜图像的衬度与样品成分无关。
（×）2．扫描电镜的二次电子像的分辨率比背散射电子像更高。
（√）3．透镜的数值孔径与折射率有关。
（√）4．放大倍数是判断显微镜性能的根本指标。
（×）5．在样品台转动的工作模式下，X射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角速度的二倍。
（√）三、简答题（每题 5 分，共 25 分）1. 扫描电镜的分辨率和哪些因素有关？为什么?和所用的信号种类和束斑尺寸有关，因为不同信号的扩展效应不同，例如二次电子产生的区域比背散射电子小。
束斑尺寸越小，产生信号的区域也小，分辨率就高。
2．原子力显微镜的利用的是哪两种力，又是如何探测形貌的？范德华力和毛细力。
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z z
XY
单位测试范围
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举例：符号表示方法
• PL=P/LT ：表示单位测试线上的线组织与测试线的交点 数，P-Point， L-Line， T-test； • AA=A/AT：表示单位测试面积上，测试对象所占的面积， 即面分数 • NV=N/VT：表示单位测试体积上，测试对象的个数。
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（4）测试对象的确定：
根据测试对象所处的灰度取值范围，确定门槛值f0，则： 当：f（x，y）>f0 ，则：f（x，y）=0（黑） 其它区域 其它区域 f（x，y）=255（白） f（x，y）=255（白） 或： f1 >f （x，y）>f0 ，f（x，y）=0（黑） 此时，测试对象变为全黑（或全白），而背景变为全白 （或全黑），测试对象与非测试对象分离开来；
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1mm2球粒数（NA）球粒直径 Djμ 4500（0.6） 16500（0.22） 26550（0.35） 15600（0.21） 5850（0.078） 4350（0.06） 1050（0.014） 600（0.008） 75000 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
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(5) 测量参数的确定及测量：根据需要选定测试比例文件及 测量参数，并对测试对象进行测量； • 采用的测量方式有三种 自动：根据所确定的图象门槛灰度值，由计算机自动确定 测试对象； 手动：人工确定测试对象； 自动+手动：在自动测试的基础上，可进行人工干预，确定 测试对象； (6)结果的整理与输出 注意：测量结果应是统计平均的结果，而非单次测量结果。
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Stats Min (Obj.#) Max (Obj.#) Range Mean Std.Dev Sum Samples
Diameter (ave) 3.061087 86 6.383877 69 3.322790 4.985354 .8076883 493.5501 99
O b j e c t s 10 20 30
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（一）、自动图象分析的过程：
待分析图象的获取或准备：通过光学显微镜或电子显微镜获 得待测样品的显微组织图象；－特别注意图象的实际放大倍 数 图像的数字化：将图象输入计算机，使其成为数字图象； 图像的分析：通过专用图象分析软件，对图象的二维组织参 数进行分析； 分析结果的统计、分析及输出； 注意：自动图象分析的精度取决于样品图象的质量、分析区域 的选取、分析范围的大小、操作人员的水平等方面。
π
（3） LV = 2 PA
，即
L P = 2× VT AT
（4） PL = N L （单相合金）， （5） N V = N A
H
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PL = 2 N L （多相合金）
H为测试体对象的平均投影高度，对于凸形粒
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子则为平均直径。
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体视学的基本公式（续）
LT − L 1 − LL = （8） λ = N NL
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（二）、自动图象分析的基本步骤
采用Image Pro Plus软件完成定量测试工作，主要包 括以下几个步骤： （1） 图象的输入（Acquire OR Open）：获取所分析的图 象，可通过数码相机或CCD摄像头导入，也可打开已有 的图形文件； （2）图象的增强（Processing）：改善图象质量，使图象 具有最佳亮度、对比度，边缘清晰且无背景噪声影响；
注意：i表示截圆的组数，j表示球形粒子的组数
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例1、灰口铸铁中石墨片的体积分数测定
利用如图所示的、边长为50mm线框，进行测量计算：
∵ AT = 50 × 50 = 2500(mm 2 ) LT = 11 × 50 = 550(mm) PT = 11 × 11 = 121 A = 335(mm 2 ) L = 67(mm) P = 16 A 335 ∴ AA = = = 0.134 AT 2500 LL = PP =
t
λ
L
λ 为平均自由程，即两粒子的平均间隔）
（9） t = L + λ = 1
NL
，
1 t0 = 2N L
对于片层组织则为
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值得注意的问题
由于材料组织的微观不均匀性及测量的局限性，不同微观 区域、不同放大倍数下所测量出的组织参数值会有很大的 差异; 体视学的基本公式的推导都以概率论为理论基础，测试结 果为采用统计平均的方法得出数值,有一定的误差范围; 只有在充分的实验测量基础上，才能得出可靠的结果（保 证结果的精度）。
第十三章 图象的定量分析技术及体视学基础
z 自动图像分析技术 z 体视学的基本参数及符号 z 体视学的基本公式
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13.1 自动图象分析
• 利用计算机软件对所获取的图象进行分析，以对图形的某 一部分区域的相数量、大小、形状、分布等形貌参数进行 定量测量的过程，即为图象的定量分析。 • 利用自动图象分析仪可以完成图象的定量分析，所测量的 参数为二维组织参数，包括以下几类： （1）测试相的大小：平均直径、平均周长、平均截面积等; （2）测试相的数量：单位面积上测试相的个数、测试相的面 积百分数等; （3）测试相的形状：测试相截面的长/短轴之比等： （4）测试相尺寸分布
( NV )6 = ?
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.........
30
• 综上所述，球形粒子分布的测量和计算可以采用以 下步骤： 金相样品的制备→光学显微镜下观察→图象分析软 件→测得dmax、Δ、（NA）i参数→计算出（NV）j及 分布率
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31
(四）、定量金相学的应用
晶粒大小对材料性能的影响：
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19
（二）、体视学的基本公式
（1）PP=LL=AA=VV，即
V A L P = = = VT AT LT PT
测试对象的体积分数、面积分数、线分数和点分数相等。
SV = （2） 4
π
L A = 2 PL 及
S 4 L P = × = 2× L A = PL ，即 VT π AT LT 2
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L 67 = = 0.122 LT 550 16 = 0.132 121
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例2、1.0%C的碳素工具钢球化退火后， 石 墨粒子的尺寸分布
组织中球形渗碳体粒子直径di和（NA）i的测量数据列于下表：
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 截圆直径 di（μ） 0.0-0.5 0.5-1.0 1.0-1.5 1.5-2.0 2.0-2.5 2.5-3.0 3.0-3.5 3.5-4.5 总计
d max = 4.0 μ = 0.004mm, k = 8 d max ∴Δ = = 0.5μ = 0.005mm k
，
根据上面的表格数据可以列出以下计算式：
( N A ) 8 0.2582 × 600 ( N V ) 8 = 0.2582 = = 310000(mm −3 ) Δ 0.0005
1 ( N V ) 7 = [α 8 , 7 ⋅ ( N A ) 8 + α 7 , 7 ⋅ ( N A ) 7 ] Δ = 0 . 005 ⋅ [ 0 . 2773 × 600 − 0 . 1081 × 1050 ]
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(三）、第二相粒子（近球形）的尺寸分布
问题的来源：三维空间的球体在二维平面上为截圆，所测量 的二维截圆的分布与三维球粒子尺寸间的分布的关系是什 么？ 球形粒子的尺寸分布的含义：
a、单位体积内某一直径范围内粒子的个数（NV）j； b、该直径范围内的粒子数占粒子总数的百分数： Vj%=（NV）j/N。
σ = σ 0 + kd −1/ 2
比界面积对材料性能的影响：
HB = H 0 + kSV
σ = σ 0 + kSV
混合物定则：
σ c = V1V σ 1 + (1 − V1V )σ 2
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z
只要截取的次数足够多，所得到的截圆的最大直径等于球 球形粒子的直径越大，被截取的几率越大。
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形粒子的最大直径；
z
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测量过程及计算方法
根据二维平面上所获得的截圆最大直径，将截圆大小分为k组：
第一组：0－Δ，第二组： Δ－2 Δ，……., 第i组：(i-1) Δ－i Δ,……, 第k组：(k-1) Δ -k Δ; 其中：△= Dmax/k=Dk/k=dmax/k dmax为所测量的截圆的最大直径
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（3） 图象的数字化和编码：把图象的灰度值或颜色从连续形 式变换为离散的数字形式。 • 图象样本量化：将屏幕上的图象划分为M×N个格点，每一 个格点称为一个象素点（pixel），每一个象素点的位置赋予 坐标值（X-raw、Y- column），左上角为（0，0） • 灰 度 值 等 级 化 ： 将 图 象 的 灰 度 变 化 分 为 256 个 等 级 （ 0255），其中0为黑，255为白。将实际图象的每个象素点的 灰度值进行赋值，则图象变为数字化图象，且建立了灰度值 f与坐标（x，y）之间的关系。
1mm3球粒数 （NV）j 1.48×106 9.34×106 18.78×106 9.93×106 2.8×106 2.35×106 0.46×106 0.31×106 45．45×106