现代材料分析技术第一章部分作业答案PPT教学课件
(完整版)材料现代分析方法第一章习题答案解析
第一章1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。
X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。
X射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结构变化的相关的各种问题。
X射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。
2. 试计算当管电压为50 kV时，X射线管中电子击靶时的速度与动能，以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大能量是多少？解：已知条件：U=50kV电子静止质量：m0=9.1×10-31kg光速：c=2.998×108m/s电子电量：e=1.602×10-19C普朗克常数：h=6.626×10-34J.s电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为：E=eU=1.602×10-19C×50kV=8.01×10-18kJ由于E=1/2m0v02所以电子击靶时的速度为：v0=(2E/m0)1/2=4.2×106m/s所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压：λ0（Å）＝12400/U(伏) ＝0.248Å辐射出来的光子的最大动能为：E0＝hv＝h c/λ0＝1.99×10-15J3. 说明为什么对于同一材料其λK<λKβ<λKα?答:导致光电效应的X光子能量＝将物质K电子移到原子引力范围以外所需作的功hV k = W k以kα为例:hV kα = E L– E khe = W k – W L = hV k – hV L ∴h V k > h V k α∴λk<λk α以k β 为例:h V k β = E M – E k = W k – W M =h V k – h V M ∴ h V k > h V k β∴ λk<λk βE L – E k < E M – E k ∴hV k α < h V k β∴λk β < λk α4. 如果用Cu 靶X 光管照相，错用了Fe 滤片，会产生什么现象？答：Cu 的K α1,K α2, K β线都穿过来了，没有起到过滤的作用。
材料的现代分析测试方法幻灯片PPT
三. 波谱仪与能谱仪比较
与波谱仪相比，能谱仪的缺点： 1. 能量分辨率低. 2. 峰背比差、检测极限高，定 量 分析精度差. 3. Be窗. 4. LN2冷却.
作用: 用来获得扫描电子束, 作为 使样品产生各种物理信号
的 激发源.
1. 电子枪 2. 聚光镜(电磁透镜) 3. 光阑 4. 样品室
用于SEM的电子枪有两种类型
热电子发射型: 普通热阴极三极电子枪 六硼化镧阴极电子枪
场发射电子枪: 冷场发射型电子枪 热场发射型电子枪
几种类型电子枪性能
二. 扫描系统
五. 电源系统
组成：稳压、稳流及相应的平安 保护电路等。
作用：提供扫描电子显微镜各部 分所需要的电源。
六. 真空系统
组成：机械泵、扩散泵、空压机、 电磁阀及相应的真空管路等。
作用：建立能确保电子光学系统正 常工作、防止样品污染所必 须的真空度。
第五节 SEM的主要性能
一. 分辨率
分辨率的主要决定因素: 1. 电子束斑直径 2. 入射电子束在样品中的扩展效应 3. 信噪比
Mn)
SEM图象放大倍数:
显象管荧光屏边
长
.
电子束在试样上(一样方向)扫描宽度
三. 景深
第六节 SEM的样品制备
SEM对样品的最重要的要求是 样品要导电.
一. 导电材料试样制备 二. 非金属材料试样制备 三. 生物医学材料试样制备
一. 导电材料试样制备
1. 试样尺寸尽可能小些，以减轻 仪器污染和保持良好真空。
漫散射
漫散射的深度与原子序数有关
二. 放大倍数
显微镜的放大倍数: 象与物大小之比 TEM和OM: M总=M１M２……Ｍｎ 式中： M１……Ｍｎ——各个透镜的放大倍数 n ——透镜数目
(完整版)材料现代分析方法第一章习题答案解析
第一章1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。
X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。
X射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结构变化的相关的各种问题。
X射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。
2. 试计算当管电压为50 kV时，X射线管中电子击靶时的速度与动能，以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大能量是多少？解：已知条件：U=50kV电子静止质量：m0=9.1×10-31kg光速：c=2.998×108m/s电子电量：e=1.602×10-19C普朗克常数：h=6.626×10-34J.s电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为：E=eU=1.602×10-19C×50kV=8.01×10-18kJ由于E=1/2m0v02所以电子击靶时的速度为：v0=(2E/m0)1/2=4.2×106m/s所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压：λ0（Å）＝12400/U(伏) ＝0.248Å辐射出来的光子的最大动能为：E0＝hv＝h c/λ0＝1.99×10-15J3. 说明为什么对于同一材料其λK<λKβ<λKα?答:导致光电效应的X光子能量＝将物质K电子移到原子引力范围以外所需作的功hV k = W k以kα为例:hV kα = E L– E khe = W k – W L = hV k – hV L ∴h V k > h V k α∴λk<λk α以k β 为例:h V k β = E M – E k = W k – W M =h V k – h V M ∴ h V k > h V k β∴ λk<λk βE L – E k < E M – E k ∴hV k α < h V k β∴λk β < λk α4. 如果用Cu 靶X 光管照相，错用了Fe 滤片，会产生什么现象？答：Cu 的K α1,K α2, K β线都穿过来了，没有起到过滤的作用。
现代材料分析测试技术第一章绪论 ppt课件
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绪论
材料现代研究方法 组织形貌分析
光学显微分析，扫描电子显微镜，扫描探针显微 镜，扫描隧道显微镜和原子力显微镜。
材料科学基础 固体中的原子键合
键合力与能量，杂化轨道的键合，分子轨道的 键合，原子间基本键型，离子键、共价键、金 属键，弱作用键
物相分析
物相分析的意义及含义,电磁波及物质波的衍射 理论,X射线衍射物相分析,电子衍射及显微分析
成分设计
煤炭、金属、水泥、陶瓷等等
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6
“四要素”基本内涵
（1）成分、组成与结构
组织设计
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“四要素”基本内涵
（1）成分、组成与结构
复合设计
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8
“四要素”基本内涵
（2）合成与加工
所有尺度上原子、分子及分子团对结构的控制 新结构转化为材料与结构的演化过程 宏观加工引发的微观结构变化与“意外”现象
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11
“四要素”基本内涵
腐蚀行为 环境腐蚀 应力腐蚀 氢脆
疲劳行为
弯曲疲劳 接触疲劳 拉压疲劳 振动疲劳
时效行为 组织稳定性 蠕变变形 老化 辐照脆化
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复合环境行为
腐蚀+疲劳 疲劳+蠕变
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合 成 设 计 （ 成 分 结 构 ）
材料科学与工程
加 工
宏观组织（晶 粒 形态 与尺寸） 微观组织（亚晶界、 枝晶间距、次生相） 强化相的形态、尺寸 及分布 多相合金的相结构 组织均匀性 控 成分均匀性（宏观与 构 微观偏析） 组织致密性 夹杂、气孔等 应力、变形、开 裂等 晶体结构缺陷（点缺 陷、位错、孪晶等） 非晶、微晶、纳米晶 及非平衡晶
现代材料分析技术第一章部分作业答案
a (030)
O
(020)
(010)
b O*
.(010)
. . (020) (030)
2d2 L2
arcsin(
H 2 K 2 L2 )
2a
2 0.006721
2d sin
d
a
H 2 K 2 L2
arcsin(
H 2 K 2 L2 )
2a
线 条
F2
强度
Ф
P F2Ф
归一化
1 13689.0 13.9662 2294199.74 100 2 10691.6 6.1348 393544.97 17 3 8873.6 3.8366 817066.89 36 4 7569.0 2.9105 264354.89 12
2.计算当管电压为50 kv时，电子在与靶碰撞时的速度与 动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能。 解： 电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为
E=eU=1.602×10-19C×50kv=8.01×10-18kJ 所以电子与靶碰撞时的速度为
v0=(2E/m)1/2=4.2×106m/s 所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压
若L为奇数 F 0 若L为偶数且H和K奇偶混杂 F 0
线 条
θ/（*）
HKL
P
Sinθ/λ nm-1
f
1 20.3 （110） 12 2.2501 58.5
2 29.2 （200） 6 3.1641 51.7
3 36.4 （211） 24 3.8488 47.1
4 43.6 （220） 12 4.4727 43.5
故需加的最低管电压应≥8.86(kv)， 所发射的荧光辐射波长是0.154纳米。
现代材料分析与测试技术材料分析作业汇编ppt
现代材料分析与测试技术材料分析作业汇编ppt作业汇编第一章1.试计算波长为0.71（MoKα）和1.45(CuKα)的某射线束的频率和每个量子的能量。
2.试计算空气对于CrKα辐射的质量吸收系数。
假设空气中含有80％（重量）的氮和20％（重量）的氧。
3.第二章1.用MoKα辐射晶体试样Ag求：（111）晶面的1级、2级、3级衍射的布拉格角。
第三章简述德拜照相法中，试样的制备方法简述德拜照相法中，底片的安装方法，如何计算衍射角某射线衍射仪的光学布置中每个部件的作用是什么？第四章1、简述物相定性分析的基本原理2、简述Hanawalt无机相数值索引的编排方法3、简述无机相字母索引的编排方法4、简述用某射线衍射进行物相定性分析的步骤5、简述外标法、内标法和K值法定量分析的原理。
第五章简述电子与物质相互作用能产生那些物理信息，各有何应用？第六章1、简述透射电镜的结构2、简述透射电镜的复型技术3、简述电子衍射与某射线衍射的异同4、已知某电子衍射花样中测得的一组R值为：R1=7mmR2=8.1mmR3=11.3mmR4=13.4mm对应的d值为：d1=0.2338nmd2=0.2025nmd3=0.1431nmd4=0.1221nm求透射电子显微镜的相机常数。
5、通过电子衍射如何区别所分析的材料是多晶体环视单晶体？6、如何从电子衍射花样初步判定某单晶体是属于哪种晶系？第七章1、简述扫描电镜的工作原理。
2、电子枪与扫描电镜的物镜结构对试样分析有何影响？3、如何控制扫描电镜的放大倍数？4、现要求对Al2O3进行扫描电镜分析，如何制备试样？5、扫描电镜有哪些应用？6、试比较波谱分析与物相分析某射线衍射仪的区别？7、简述能谱仪的工作原理。
8、简述电子探针的基本分析方法。
第八章1、简述俄歇电子的产生过程。
2、如何利用某PS进行定性及定量分析？3、比较AES和某PS的异同。
4、材料中一个元素与另一个比其电负性更负的元素结合，其谱峰可能向哪个方向移动，为什么？第九章1、什么是隧道效应？STM的工作原理是什么？2、简述STM的优点及局限性。
浙大材料现代分析技术-讲义-热分析1
料
现 代
第一章 材料热分析
分
析
技
术
材
要点回顾
料 现 代
材料与材料科学 材料研究与现代分析技术
分
材料现代分析技术的分类
析
电磁辐射与材料的相互作用
技
粒子（束）与材料的相互作用
术
材料现代分析的任务与方法
材料分析技术的选择
材
料
现 代
组成
分
析
技
术
元素组成 1. 整体组成分析 2. 微区体组成分析 3. 微区表面、晶界、相界组成分析
技
量自高温物体向低温物体传递，功转变为热
术
等)，而其逆过程则不能自发地进行。
§1. 材料热分析绪论
材
对于封闭体系，系统只作体积功，在等温和
料
等压下，由始态变化到终态时，吉布斯函数
现
的变化值为，∆G＝∆H-T∆S
代
式中， ∆G－吉布斯函数的变化； ∆H－焓变；T－热
分
力学温度； ∆S－嫡变。
析
∆G < 0时，为自发进行过程；
现
划分可分为固态、液态和气态。物质的聚集态与 温度和压力有关。
代
相态是热力学概念，可分为固相(晶相、非晶相)、
分
液相和气相。物质在一定条件下从一种相转变为
析 技
另一种相称为相变。相变时热力学函数有突变。 晶相中其分子或原子呈规则、对称和周期性结 构状态。
术
非晶相和液相中分子或原子呈近程有序远程无
序状态，因此具有类似液相结构的非晶相固体
种形式，它与过程的性质无关。
§1. 材料热分析绪论
材 料
热力学平衡态
现 代 分
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。
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4.2.3 不全位错 非常复杂，衬度还受层错的影响！
Partial dislocations in fcc crystals
b 1 [112] 6
b 1[111] 3
b 1 [110] 6
Shockley partial Frank partial Stair-rod partial
3. 衍射衬度理论
3.1 基本假设
运动学理论的基本假设
运动学理论
晶柱假设 平面波假设 双束近似 衍射束总是比透射束弱得多 电子只能衍射一次 不存在对电子的吸收
动力学理论
晶柱假设 平面波假设 双束近似 衍射束可以和透射束一样强 电子可以多次衍射 电子吸收不可避免
3.2 公式
运动学公式 :
t
3.衍射斑点强度 IE/IX160~170
4.辐射深度：(E)：低于1μm数量级 (X)：低于100μm数量级
5.作用样品体积：(E)：V1μm 3109mm 3 (X)：V0.1~5mm 3
6.晶体位向测定精度： (E)：用斑点花样测定，约±3° (X)：优于1°
注：（E）表示电子衍射，（X）表示X射线衍射。
第二相粒子分析
粒子/基体取向关系
成份分布
有序化和超点阵
界面和晶界
与成象条件有关
除与1）相同外还有：
晶态—非晶态转变
相变
晶体缺陷结构
是晶体点阵沿入射束方向的投
表示晶体的真实结构
影，在相位衬度传递函数第一
晶体缺陷的原子结构
个零点范围内图像与实际晶体
晶体缺陷的原子缀饰
结构原子排列有一一对应关系
现代材料测试技术(陶文宏)-第一章-x射线衍射分析
晶粒尺寸
通过X射线衍射数据计算陶瓷 材料中晶粒的平均尺寸。
残余应力
分析陶瓷材料中的残余应力， 评估其性能和使用寿命。
高分子材料
结晶度
测量高分子材料的结晶度，了解其物理和化 学性能。
取向研究
研究高分子材料中分子的取向情况，了解其 力学性能和加工性能。
晶体结构
分析高分子材料中晶体的结构类型和晶格常 数。
感谢您的观看
THANKS
晶体结构
分析金属材料的晶体结 构类型，如面心立方、
体心立方等。
晶格常数
内应力
测量金属材料的晶格常 数，了解晶体中原子的
排列情况。
通过分析X射线衍射数据， 计算金属材料中的内应
力大小和分布。
陶瓷材料
01
02
03
04
晶体结构
确定陶瓷材料的晶体结构，包 括氧化物、硅酸盐等。
相变研究
研究陶瓷材料在加热或冷却过 程中的相变行为。
热稳定性
通过X射线衍射分析高分子材料的热稳定性， 评估其在高温下的性能。
复合材料
界面研究
分析复合材料中不同组分之间的界面 结构和相互作用。
相分析
确定复合材料的相组成和各相的含量。
取向研究
研究复合材料中各组分的取向情况， 了解其力学性能和加工性能。
残余应力
分析复合材料中的残余应力，评估其 性能和使用寿命。
特点。
02 03
布拉格方程
当X射线照射到晶体时，会被晶体中的原子散射，形成特定的衍射图案。 布拉格方程是描述X射线衍射条件的基本公式，即nλ=2dsinθ，其中n 为整数，λ为X射线的波长，d为晶面间距，θ为入射角。
衍射峰的形成
当满足布拉格方程时，X射线会在特定角度上发生衍射，形成衍射峰。 衍射峰的位置、强度和形状与晶体的结构密切相关。
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电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为 E=eU=1.602×10-19C×50kv=8.01×10-18kJ
所以电子与靶碰撞时的速度为 v0=(2E/m)1/2=4.2×106m/s
所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压 λ0（Å）＝12400/v(伏) ＝0.248Å
是多少？
解：eVk=hc/λ Vk=20.03(kv) Ek=hc/λk eU=Ek λk=1.24/U=1.24/8.86=0.138(nm)
故需加的最低管电压应≥8.86(kv)， 所发射的荧光辐射波长是0.154纳米。
2020/12/10
3
10.试计算含Wc＝0.8％，Wcr＝4％，Ww＝18％的高速 钢对MoKα辐射的质量吸收系数。
辐射出来的光子的最大动能为 E0＝hʋ0＝hc/λ0＝1.99×10-15J
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1
K
hc
EEK
K
hc EM EK
K
hc EL EK
KK K
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2
7.计算钼的k激发电压。欲使钼靶X射线管发射的X射线 能激发放置在光束中的铜样品发射K系荧光辐射，
问需加的最低的管压值是多少？所发射的荧光辐射波 长
f [exp(iH) exp(iK)]exp(0.5iL)[1 exp(iL)]
若L为奇数
F 0
若L为偶数且 H和K奇偶混杂
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9
F 0
PPT教学课件
谢谢观看
Thank You For Watching
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10
O
(020)
(010)
b O*
.(010)
. . (020) (030)
2020/12/10K 2 L2
arcsin( H 2 K 2 L2 )
2a
2 0.006721
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6
2d sin
d
a
H 2 K 2 L2
arcsin(
f exp[2i(0.5H 0K 0.25L)]
f exp[2i(0.5H 0K 0.75L)]
f exp[2i(0H 0.5K 0.75L)]
f exp(iK)exp(0.5iL)
f exp(iH)exp(0.5iL)
f exp(iK)exp(0.5iL)exp(iL)
f exp(iH)exp(0.5iL)exp(iL)
μm=ω1μm1+ω2μm2+…ωiμmi ω1, ω2 ωi为吸收体中的质量分数， 而μm1，μm2 μmi 各组元在一定X射线衰减系数 μm=0.8％×0.70＋4％×30.4＋18％×105.4 ＋（1－0.8％－4％－18％）×38.3=49.7612（cm2／g）
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4
a (030)
H 2 K 2 L2 )
2a
(110 ) 34 .43
(200 ) 53 .09
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7
r* Ha* Kb* Lc* 2a* 2 a
arcsin2(/a) arcsin()
2/
a
(200) 25.26
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2/a
2/
8
F f exp[2i(0H 0.5K 0.25L)]