材料分析方法总结

第一章 X 射线物理学基础一、X 射线产生的主要装置和条件 主要装置：阳极靶材、阴极灯丝条件：a. 大量自由电子；b. 定向高速运动；c. 运动路径上遇到障碍（靶材）二、短波限一个电子在与阳极靶撞击时，把全部能量给予一个光子，这就是一个光量子所能获得的最大能量，即：h c/λ=eU ，此时光量子的波长即为短波限λSWL 。

三、连续X 射线（强度公式）大量电子在与靶材碰撞的过程中，能量不断减小，光子所获得的能量也不断减小，形成了一系列由短波限λSWL 向长波方向发展的连续波谱。

连续谱强度21iZU K I四、特征X 射线（莫塞莱定律）当X 射线管两端的电压增高到某一特定值U k 时，在连续谱的特定的波长位置上，会出现一系列强度很高，波长范围很窄的线状光谱，它们的波长对一定材料的阳极靶材有严格恒定的数值，此波长可作为阳极靶材的标志或特征，所以称为特征谱或标识谱。

莫塞莱定律：Z K 21) U - U ( i K I m n 3 （Un 为临界激发电压，原子序数Z 越大，Un 越大）五、X 射线吸收（透射）公式——（质量吸收系数：单质、化合物（固溶体、混合物）） 单质 m tm m e I eI I 00化合物ni i mim w 1六、光电效应、荧光辐射、俄歇效应光电效应：当入射X 射线光量子能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能时，电子易获得能量从内层逸出，成为自由电子，称为光电子，这种光子击出电子的现象称为光电效应。

荧光辐射：因光电效应处于相应的激发态的原子，将随之发生如前所述的外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出特征X 射线，称X 射线激发产生的特征辐射为二次特征辐射，称这种光致发光的现象为荧光效应。

俄歇效应：原子K 层电子被击出后， L 层一个电子跃入 K 层填补空位，而另一个L 层电子获得能量逸出原子成为俄歇电子，称这种一个K 层空位被两个 L 层空位代替的过程为俄歇效应。

光电效应——光电子荧光辐射——荧光X 射线（二次X 射线） 俄歇效应——俄歇电子七、吸收限及其两个应用：滤波片的选择、靶材的选择吸收限：欲激发原子产生K、L、M等线系的荧光辐射，入射X 射线光量子的能量必须大于或至少等于从原子中击出一个K、L、M层电子所需的能量W K、W L、W M，如，W K= h K = hc / K，式中， K、 K是产生K系荧光辐射时，入射X射线须具有的频率和波长的临界值。

荧光辐射将导致入射X射线的大量吸收，故称 K、 L、 M 等为被照射物质的吸收限。

（理解）滤波片的作用：强烈吸收K 线，而对K 线吸收很少。

滤波片选择原则：使其吸收限恰好位于特征谱的K 和K 波长之间，且尽可能靠近K 线波长。

一般滤波片比靶材的原子序数小1~2。

靶材的选择目的：对X射线尽可能少的吸收。

靶材的选择原则：入射线波长 T略大于或远小于试样的 K，即根据样品选择靶材的原则是：Z靶≤Z样+1 或Z靶 Z样八、相干散射X射线在传播过程中，遇到一个电子，如果这个电子受原子核束缚较紧的话，光子的能力不足以使电子电离。

这个时候，电子就会在X射线交变电场作用下发生受迫振动。

电子就成为一个电磁波的发射源，向外发射散射射线。

散射线的波长与入射X射线波长相同。

这是一个电子对X射线的散射情况。

我们知道，一个原子核外有几个这样的电子，而晶体是由大量的原子组成的。

所以，当X射线照射到晶体上时，就会产生大量的散射线，这些射线的波长相同，它们有可能相互干涉，在某些方向被加强，某些方向被削弱。

所以我们把这种散射称为相干散射。

九、X射线的产生及其与物质的相互作用（系统掌握一，四~七）第二章 X 射线衍射方向一、晶带定律及其应用晶带定律：同一晶带中所有晶面的法线（hkl ）都与晶带轴[uvw]垂直，即hu+kv+lw=0 应用：1、若已知某晶带[uvw]中的两个晶面的晶面指数(h1,k1,l1),(h2,k2,l2)，求晶带指数 2、已知某个晶面（hkl ）同时属于两个晶带[u1v1w1],[u2v2w2]，求该晶面的晶面指数 二、布拉格方程及其应用 2dsin θ=n λ 三、干涉面（HKL ） 2dsin θ=λ；d=d hkl /n四、倒易矢量与正空间中晶面的关系（方向、大小） 方向：垂直于晶面；大小：1/d 五、倒易球（多晶体倒易点阵）多晶体同族{hkl}晶面的倒易矢量在三维空间任意分布，其端点的倒易阵点将落在以O *为球心、以 1/d hkl (g hkl )为半径的球面上，称为倒易球。

六、爱瓦尔德图解（与布拉格方程等同）爱瓦尔德图解描述：入射矢量的端点指向倒易原点O*，以入射方向上的C 点作为球心，半径为1/ 作球，球面过O*，此即为爱瓦尔德球(或反射球) 。

若某倒易点hkl 落在反射球面上，该晶面将发生衍射，衍射线的方向由反射球心指向该倒易点。

七、单晶、多晶衍射花样特点 单晶：规则排列的衍射斑点多晶：用垂直于入射线的底片记录，为一系列同心的衍射环；若用围绕试样的条形底片记录，为一系列衍射弧段；用绕试样扫描的计数管接收信号，则为一系列衍射谱线。

第三章 X 射线衍射强度一、衍射积分强度（相对强度）衍射积分强度 M HKL e A F P V V mc e R I I 2222202230cos sin 2cos 132相对强度 M HKLe A F P I 2222cos sin 2cos 1（多重性因数、结构因数、角因数、吸收因数、温度因数）二、常见晶体（简立方、面心立方、体心立方）消光规律存在的hkl衍射无衍射效应的hkl简单格子P h、k、l为任意数无体心格子I h+k+l=偶数h+k+l=奇数面心格子F h,k,l全奇或全偶h,k,l奇偶混杂第四章多晶体分析方法一、德拜花样二、德拜相机的安装方法正装、反装、偏装三、X射线衍射仪测量在入射光束、试样形状、试样吸收以及衍射线记录等方面与德拜法有何不同？（X射线衍射仪试样台与计数管联动关系1:2）入射光束 样品形状衍射线记录衍射花样样品吸收衍射装备德拜法 平行光束 圆柱状底片感光衍射弧 同时吸收所有衍射德拜相机衍射仪法 发散光束块状 辐射探测器衍射峰 逐一接收衍射测角仪 第五章 物相分析及点阵参数精确测定一、物相定量分析方法单线条法（外标法，或直接对比法），内标法，K 值法，参比强度法 二、精确测定点阵参数的方法 图解外推法（ 2cos a ；-尼尔逊函数），最小二乘法（2XB X A XY X B A Y ），标准样校正法第六章 宏观残余应力的测定一、宏观残余应力的分类及其对X 射线的影响 第Ⅰ类内应力、第Ⅱ类内应力、第Ⅲ类内应力衍射线发生位移、衍射线宽化（也可能发生位移）、衍射线强度增大 二、X 射线衍射测定宏观应力常用的衍射几何方法 同倾法（固定 法、固定 0法） 侧倾法 三、定峰法半高宽法，1/8高宽法，抛物线法第八章 电子光学基础一、电磁透镜的作用，焦距，景深和焦长（影响因素，即公式） 作用：使电子束聚焦 焦距：2IN U Kf r景深：透镜物平面允许的轴向偏差。

02tan 2r r D f焦长：透镜像平面允许的轴向偏差。

2002tan 2M r M r D L二、电磁透镜的分辨率（影响因素） 由衍射效应和球面像差决定 衍射效应所限定的分辨率sin 61.00N r球面像差341s s C r第九章 透射电子显微镜一、成像操作将中间镜物平面与物镜像平面重合，则在荧光屏上获得一幅图像 二、衍射操作将其物平面与物镜背焦面重合，则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样第十章 电子衍射一、电子衍射与X 射线衍射的不同之处1) 电子波波长 很小，故衍射角2 很小(约10-2rad)、反射球半径(1/ )很大，在倒易原点O *附近的反射球面接近平面2) 透射电镜样品厚度t 很小，导致倒易阵点扩展量(1/t )很大，使略偏离布拉格条件的晶面也能产生衍射3) 当晶带轴[uvw ]与入射束平行时，在与反射球面相切的零层倒易面上， 倒易原点O *附近的阵点均能与反射球面相截，从而产生衍射，所以单晶衍射花样是二维倒易平面的投影4) 原子对电子的散射因子比对X射线的散射因子约大4个数量级，故电子衍射强度较高，适用于微区结构分析，且拍摄衍射花样所需的时间很短二、零层倒易面（uvw）*0①通过倒易原点O*②与晶带轴[uvw]垂直。

三、产生衍射的充要条件充分：满足布拉格方程必要：强度不为零，即不产生消光四、选区电子衍射选区光阑位于物镜像平面处。

五、了解：已知晶体结构的单晶电子衍射花样的标定方法（步骤）尝试校核法、R2比值法尝试校核法1) 测量斑点间距R1，R2，R3 ，测量R1与R2之间的夹角2) 利用电子衍射基本公式（d=L /R），计算相应面间距d1，d2，d33) 对照物质卡片，由d 值确定{h1k1l1}，{h2k2l2}，{h3k3l3}4) 在{h 1k 1l 1} 晶面族中选定(h 1k 1l 1)为R 1对应衍射斑点指数5) 在 {h 2k 2l 2} 晶面族中选取(h 2k 2l 2)为R 2对应衍射斑点指数，用晶面间夹角公式计算(h 1k 1l 1)和(h 2k 2l 2)之间的夹角 。

若与测量值相符，说明(h 2k 2l 2)选取正确； 否则， 重新选取再进行校核，直至相符为止6) 根据已标定的两个斑点指数(h 1k 1l 1) 和 (h 2k 2l 2)，用矢量运算标定其余各衍射斑点指数(hkl ) 7) 利用晶带定理计算晶带轴指数[uvw ] R 2比值法1) 测量衍射斑点间距R 1，R 2，R 3 ，R 4 ，并将R 值（222l k h ）按递增顺序排列 2) 计算R 2，根据R 2比值规律（即N ）确定点阵结构和晶面族指数{hkl } 六、超点阵斑点当晶体内部的原子或离子产生有规律的位移或不同种原子产生有序排列时，将引起其电子衍射结果的变化，即可以使本来消光的斑点出现，这种额外的斑点称为超点阵斑点。

Cu 3Au 面心立方固溶体为例，无序时当h,k,l 奇偶混合时，F hkl =0； 而在有序状态下，当h ,k ,l 奇偶混合时，F hkl = f Au f Cu 0，将出现超点阵斑点。

第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析一、 衍射衬度由于样品中不同位向的晶体的衍射条件（位向）不同而造成的衬度差别称为衍射衬度。

二、明场像、暗场像、中心暗场像明场像：让透射光束通过物镜光阑而把衍射束挡掉得到图像衬度的方法称为明场成像，所得到的像称为明场像暗场像：把物镜光阑位置移动，使其套住hkl 斑点，而把透射束挡掉，可以得到暗场像。

中心暗场像：通过倾斜电子束，将某一衍射斑点移到荧光屏中心并用物镜光栏套住该衍射斑点成像第十三章扫描电子显微镜一、电子束轰击样品可能产生的几种信号主要有六种：1)背散射电子：能量高；来自样品表面几百nm深度范围；其产额随原子序数增大而增多.用作形貌分析、成分分析以及结构分析。