材料研究方法期末复习资料(不错)

材料研究方法复习

X射线,SEM（扫描电子显微镜）,TA,DTA,DSC,TG,红外,拉曼

1．X射线的本质是什么？是谁首先发现了X射线，谁揭示了X射线的本质？

本质是一种波长很短的电磁波，其波长介于0.01-1000A。1895年由德国物理学家伦琴首先发现了X射线，1912年由德国物理学家laue揭示了X射线本质。

2．试计算波长0.071nm（Mo-Kα）和0.154A（Cu-Kα）的X射线束，其频率和每个量子的能量？

E=hν=hc/λ

3．试述连续X射线谱与特征X射线谱产生的机理

连续X射线谱:从阴极发出的电子经高压加速到达阳极靶材时，由于单位时间内到达的电子数目极大，而且达到靶材的时间和条件各不相同，并且大多数电子要经过多次碰撞，能量逐步损失掉，因而出现连续变化的波长谱。

特征X射线谱: 从阴极发出的电子在高压加速后，如果电子的能量足够大而将阳极靶原子中内层电子击出留下空位，原子中其他层电子就会跃迁以填补该空位，同时将多余的能量以X射线光子的形式释放出来，结果得到具有固定能量，频率或固定波长的特征X射线。

4. 连续X射线谱强度随管电压、管电流和阳极材料原子序数的变化规律？

发生管中的总光子数(即连续X射线的强度)与:

1 阳极原子数Z成正比;

2 与灯丝电流i成正比;

3 与电压V二次方成正比:

I 正比于i Z V2

可见，连续X射线的总能量随管电流、阳极靶原子序数和管电压的增加而增大

5. Kα线和Kβ线相比，谁的波长短？谁的强度高？

Kβ线比Kα线的波长短，强度弱

6．实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以Fe为主要成分的样品，试选择合适的X射线管和合适的滤波片？

实验中选择X射线管要避免样品强烈吸收入射X射线产生荧光幅射，对分析结果产生干扰。必须根据所测样品的化学成分选用不同靶材的X射线管。

其选择原则是：

Z靶≤Z样品+1

应当避免使用比样品中的主元素的原子序数大2－6（尤其是2）的材料作靶材。

滤波片材料选择规律是：

Z靶＜40时：

Z滤＝Z靶－1

Z靶＞40时：

Z滤＝Z靶－2

例如: 铁为主的样品，选用Co或Fe靶,不选用Ni或Cu靶；对应滤波片选择Mn

7. X射线与物质的如何相互作用的，产生那些物理现象？

X射线与物质的作用是通过X射线光子与物质的电子相互碰撞而实现的。

与物质作用后会产生X射线的散射（弹性散射和非弹性散射），X射线的吸收，光电效应与荧光辐射等现象

8. X射线强度衰减规律是什么？质量吸收系数的计算？

X射线通过整个物质厚度的衰减规律：

I/I0 = exp(-μx)

式中I/I0称为X射线穿透系数，I/I0 ＜1。I/I0愈小,表示x射线被衰减的程度愈大。μ为线性吸收系数

μm表示，μm＝μ/ρ

如果材料中含多种元素，则μm＝Σμmi w i其中w i为质量分数

9．下列哪些晶面属于[111]晶带？

（111）、（3

21）、（231）、（211）、（101）、（101）、（133），（-1-10），（1-12），

（1-

32），（0-11），（212），为什么？

晶面（crystal plane）——晶体结构一系列原子所构成的平面。

在晶体中如果许多晶面同时平行于一个轴向,前者总称为一个晶带,后者为晶带轴。

hu+kv+lw=0

与[111]晶带垂直，彼此相互平行

10．下面是某立方晶系物质的几个晶面，试将它们的面间距从大到小按次序

重新排列：（12-

3），（100），（200），（

-

311），（121），（111），（-210），（220），（130），

（030），（2-

21），（110）。

参考ch7-2-XRD P37

11.某正交（斜方）晶体的a=7.417Å, b=4.945Å, c=2.547Å, 计算d110和

d200。

参考ch7-2-XRD P37

12. X射线衍射与可见光反射的差异

可见光的反射只是物体表面上的光学现象，而衍射是一定厚度内许多相同间距的晶面共同作用的结果；

可见光在任意入射角方向都能产生反射，而X射线只能在有限的布拉格方向发生反射。因此X射线的反射是选择性的反射。

13. 请问是hkl值大的还是小的面网容易出现衍射？要使某个晶体的衍射数

量增加，你选长波的X射线还是短波的？

2dsinθ=nλ，hkl小，则d hkl大，衍射角θ也小，可观测衍射线多，因此~~ 由于s inθ<1 所以要产生衍射，必须有d >λ/2 用短波的X射线

14. 布拉格方程2dsinθ=λ中的d、θ、λ分别表示什么？布拉格方程式有何

用途？

d为某一面网间距(可以把某一面网的n级衍射看成另一假想面(其面网间距d hkl =d/n）的一级衍射)，θ为Bragg角，又称衍射角；λ为入射X射线波长

布拉格方程的应用：

1）已知波长λ的X射线，测定θ角，计算晶体的晶面间距d，结构分析；

2）已知晶体的晶面间距，测定θ角，计算X射线的波长，X射线光谱学。

15. 衍射线在空间的方位取决于什么？而衍射线的强度又取决于什么？

前者取决于衍射角，后者由多种因素决定。相对强度 I 相对=F 2P （1+cos 22θ/

sin2θcos θ） e -2M

F-结构因子； P-多重性因子； e -2M -温度因子； 分式

为角因子

16. 原子散射因数的物理意义是什么？某元素的原子散射因数与其原子序数有何关系？

原子散射因子f=一个原子散射波的振幅 /一个自由电子散射波振幅，f 相当于散射X 射线的有效电子数。表明一束非偏振的X-ray 经过电子散射后，散射波的强度在空间上的分布不相同，即被偏振化了

Z 增大，f 增大

17.多重性因子的物理意义是什么？某立方晶系晶体，其{100}的多重性因子是多少？如该晶体转变为四方晶系，这个晶面族的多重性因子会发生什么变化？为什么？

多重性因子表示多晶体中某一晶面族{hkl}中等同晶面的数目。

立方晶系晶体，其{100}的多重性因子是6

如该晶体转变为四方晶系？？？

18．衍射强度的影响因数有哪些，各有什么物理意义M

c

e A F P V V mc e R I I 22222230)()(32-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=θθφπλ

见课本P26-27 19. 非晶态物质的x 射线衍射图样与晶态物质的有何不同？

非晶态物质由于其结构的近程有序、长程无序，因而与X 射线作用不会发生相干散射与衍射。因此在其衍射图样上不能得到特征X 射线谱且其强度I 随2θ角变化不明显。

20. 对于晶粒直径分别为100，75，50，25nm 的粉末衍射图形，请计算由于晶粒细化引起的衍射线条宽化幅度B （设θ=450，λ=0.15nm ）。对于晶粒直径为25nm 的粉末，试计算θ=100、450、800时的B 值。

由Scherrer （谢乐）公式 t=k λ/Bcos θ

t ：在hkl 法线方向上的平均尺寸（Å）

k ：Scherrer 形状因子：0.89

B ：衍射峰的半高宽（弧度）