材料分析方法第一章-X射线的性质
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 he = 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和入m 相同。
特征谱线的波长不受管电压、管电流的影响，只取决于阳极靶材元素原子序数。
4、X 射线与物质的相互作用（理解）图2.2 X 射线的产生及其物质的相互作用5、X 射线的应用:应用领域 可据快的信息冶金学 元素的定性，合金的成分设计材料的环境腐蚀---------------------- 1-1—I —I —1~~I —,----------------------日元素的定性，腐蚀产物的化学（就化）恋，腐憾it 程中表面成体内（探度葡折）的化学成分及 状杰的变化摩擦学精润刑的效应，表面保护除层的研究薄膜（多层膜）及粘合 薄膜的成分、化学眺志及厚度凰量，薄膜间的元素互妙敝,膜廛结合的细节，帖接时的化学 曳化催化科学 中间产物饷星定,活性物质的纸化鑫。
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。
1-X射线的性质
二、X射线管的构成及其工作原理
1.构成：阴极、阳极和窗口
是X射线从阳极靶向外射出的地方，较好的窗口材料是铍。
2.工作原理：
高速运动的电子与物体发生碰撞时，发生能 量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一 小部分(1%左右)能量转变为X射线的能量产 生X射线，其中绝大部分能量(约99%左右) 转变成热能使物体(靶)温度升高。
式中：K—常数(与靶材物质主量子数有关) σ—屏蔽常数(与电子所在壳层位置有关) Z—靶材的原子序数
X射线管最佳工作电压
连续谱只会增加衍射花样的背底，不利于 衍射花样分析。 I /I
特 连
.5 I特 BU1 K I 连 KZU K 2
U ( 1)1.5 UK U 2 ( ) UK
1
2
光电效应：入射X射线的光量子与物质原子中 电子相互碰撞时产生的激发和辐射过程。 二次特征X射线：由入射X射线激发所辐射出 的特征X射线称为二次特征X射线或荧光X射 线，所产生的特征辐射称为二次特征辐射或 荧光辐射。
产生K系荧光辐射的条件：
hc 1.24 K eU K U K
K 的物理意义：将原子核外K层电子击出所需
0
X射线的总强度I与管电流i、管电压U、阳极 靶的原子序数Z之间存在经验公式：
I连续 iZU mi
二、特征X射线谱
特征X射线谱：当一种X射线谱的某些峰所对应波长只 取决于阳极靶材的原子序数，而不随管电压和管电流而 改变时，则称之为特征X射线谱，也叫标识X射线谱。 产生机理：当外来高速粒子的能量足够大时，可将原 子壳层(如K层)中的某个电子击到原子外或电子排布未满 的外部壳层(如M层)上，在原来位置留下空位，导致原子 系统能量升高而处于激发态。由于激发态的不稳定性， 原子外部壳层上的电子将向该空位跃迁并释放出X射线。 而原子各壳层的能量是固定的，因此所释放X射线的波长 为一定值。
材料分析方法-第一章-X射线物理学原理
一、X射线的发现
1895年11月8日，德国物理学家 伦琴在研究真空管的高压放电时， 偶然发现镀有氰亚铂酸钡的硬纸板 会发出荧光。经仔细分析，认为这 是真空管中发出的一种射线引起的。 由于当时对这种射线不了解，故称 之为X射线。后来也称伦琴射线。
伦琴发现，不同物质对X射 线的穿透能力是不同的。他 用X射线拍了一张其夫人手 的照片。很快，X射线发现 仅半年时间就在医学上得到 了应用。
连续X射线谱的强度
连续X射线谱的总强度（X光管发 射出的X射线的总能量）即测得 的谱线与横坐标围起来的面积， 写成积分的形式为：
I 连 I ( )d K1iZV m
0
经验公式
式中：K1和m都是常数，m ≈2， K1 ≈1.1~1.4× 10-9；Z为阳极靶材 料的原子序数。
eV h max
或者
0
hc
hc 0 eV
式中 e —电子电荷，等于 1.6 1019 C （库仑） V—管电压 34 h—普朗克常数，等于 6.62510 j s
短波限
将所有常数代入上式，可得：
6.6251027 3 1010 108 12.4 0 V V 10 4.8 10 1000 300
特征X射线谱
对钼靶X射线管，保持管电流（i）不变，逐渐
增加管电压（V），记录不同管电压下X射
线强度（I）随波长（λ）的变化规律。 实验结果特征： （1）V<20KV，只产生连续X射线谱。随着管 压的增加，X射线强度增加，衍射谱线向短 波方向移动 （2）V>20KV，在连续X射线谱上某几个波长 一定的位置的强度突然明显增大： Kβ辐射 λ=0.63Å ， Kα辐射λ=0.71Å 。 （3）出现标识谱线后，增加管电压只增加标
材料分析测试技术期末考试重点知识点归纳
材料分析测试技术复习参考资料（注：所有的标题都是按老师所给的“重点”的标题，）第一章x射线的性质1.X射线的本质：X射线属电磁波或电磁辐射，同时具有波动性和粒子性特征，波长较为可见光短，约与晶体的晶格常数为同一数量级，在10-8cm左右。
其波动性表现为以一定的频率和波长在空间传播；粒子性表现为由大量的不连续的粒子流构成。
2，X射线的产生条件：a产生自由电子；b使电子做定向高速运动；c在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物。
3，对X射线管施加不同的电压，再用适当的方法去测量由X射线管发出的X射线的波长和强度，便会得到X射线强度与波长的关系曲线，称为X射线谱。
在管电压很低，小于某一值（Mo阳极X射线管小于20KV）时，曲线变化时连续变化的，称为连续谱。
在各种管压下的连续谱都存在一个最短的波长值λo，称为短波限，在高速电子打到阳极靶上时，某些电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子，这个光量子便具有最高的能量和最短的波长，这波长即为λo。
λo=1.24/V。
4，特征X射线谱：概念：在连续X射线谱上，当电压继续升高，大于某个临界值时，突然在连续谱的某个波长处出现强度峰，峰窄而尖锐，改变管电流、管电压，这些谱线只改变强度而峰的位置所对应的波长不变，即波长只与靶的原子序数有关，与电压无关。
因这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征、所以叫特征x射线，由特征X射线构成的x射线谱叫特征x射线谱，而产生特征X射线的最低电压叫激发电压。
产生：当外来的高速度粒子(电子或光子)的动aE足够大时，可以将壳层中某个电子击出去，或击到原于系统之外，或使这个电子填到未满的高能级上。
于是在原来位置出现空位，原子的系统能量因此而升高，处于激发态。
这种激发态是不稳定的，势必自发地向低能态转化，使原子系统能量重新降低而趋于稳定。
这一转化是由较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁的方式完成的，电子由高能级向低能级跃迁的过程中，有能量降低，降低的能量以光量子的形式释放出来形成光子能量，对于原子序数为Z的确定的物质来说，各原子能级的能量是固有的，所以．光子能量是固有的，λ也是固有的。
第一章 X射线基本特性PPT课件
电子在入射X射线电场作用下，产生强迫振动 每个受迫振动的电子成为新的电磁波源向空
间各个方向辐射与入射波同频率的电磁波
--------散射波
2021/3/6
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相干散射(Thomson散射)
散射波的波长与频率与入射 波相同，新的散射波之间可以发 生干涉作用
2021/3/6
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特征X射线谱：
具有一定波长的若干特强的X射线叠加 在强度连续光滑变化的连续X射线谱上
特征K、K X射线
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特征K、K X射线产生的机理：
K系激发：K层电子被激出的过程 K系辐射：外层电子跃迁到K层上所辐射
出的特征X射线 K、K谱线：电子由LK，MK所引
起的K系辐射
张庆军主编 材料现代分析测试实验，化学
工业出版社，2006
2021/3/6
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第一篇 X射线衍射分析技术
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X射线的发现
1895年11月8日(星期 五) ，伦琴给他妻子 Bertha拍的左手透视
片，手上戴有戒指。
1896年2月8日，X射线在美国首次用于临 床诊断
2021/3/6
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图.日本理学D/max2200PC型X射线衍射仪
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1.2 X射线的产生
X光管结构示意图
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X射线管
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1.2 X射线的产生
阴极： 发射电子的地方，由绕成螺线形的钨丝 制成
X射线分析-1 X射线的性质
X射线衍射方法是当今研究物质微观结构 的主要方法。
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第一章. X射线的性质
（3） 穿透性质 X射线可以穿透由较轻元素组成的物质。 在X射线穿透物质的过程中，有一部分会被物质
吸收。吸收的程度与物质的组成、密度和厚度有关。
λKα = （2λKα1 +λKα2 ）／3 至于Kβ射线，因其波长差异较大，必须设 法去掉和消弱其强度。
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第一章. X射线的性质 典型的X射线谱 （含连续谱和特征谱）
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第一章. X射线的性质
几种常用阳极靶材料的特征谱参数
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第一章. X射线的性质
X射线波长与阳极材料的关系
式中 λ —— 某线系(α、β)的特征射线的波长 Z－－原子序数 K， —— 为给定的线系的常数。
当外来电子将 K层 的一个电子击出后，这时 原子就处于高能的不稳定状态(激发态)，必然 自发地向稳定态过渡。此时位于较外层较高能 量的 L层 电子可以跃迁到K层。
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第一章. X射线的性质
3 X射线的产生 （8）
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第一章. X射线的性质
在跃迁的过程中，前后存在能量差异，其差异即 等于 K层 与 L层 的能级差，
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第一章. X射线的性质
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第一章. X射线的性质
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。
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第一章. X射线的性质
λ = h c / ＝ h c / eV
第一章 X射线衍射分析
• ⑶ 了解试样来源、化学成分和物理特性。
• ⑷ 在进行多相混合试样分析时，不能要求一次就 全部核对上。首先将能核对上的部分确定下来， 然后再确定留下的部分，逐个地解决。
• ⑸ 尽量将物相分析于其他分析方法结合。
• ⑹ 要确定试样含量较少的相时，用物理或化学方 法进行富集浓缩。
⑴ 晶面上的情况：当满足“反射” 条件时， 原子A和B的散射波光程差为零：
δ ＝PAP’-QBQ’=ABcosθ - ABcosθ =0 同样证明其他各原子的散射波也是同位相的。， 因此它们可以相互干涉加强，形成衍射光束。
⑵ 由于X射线具有很强的穿透能力，它可以穿透成千 上万个原子面，因此也要考虑原子面间的“反射”波 相互干涉问题。（图b）中的光程差：
因为、是包含入射X-ray的值，是实验中可调整的参数，所以通过调整 、中的一个，以满足布喇格方程
衍射方法
实验条件
劳厄法
变
不变
连续X-ray照射固定的单晶体
转动晶体法 粉末晶体法
不变 不变
部分变 化
变
单色X-ray照射转动的单晶体 单色X-ray照射粉晶或多晶试样
衍射仪法
不变
变
单色X-ray照射多晶体或转动的
四 X射线与物质的相互作用
⑴散射
相干散射：散射线的波长与入射线相同，并且 具有一定的位相关系，它们可以相互干涉，形 成衍射图样。 X射线与原子内紧束缚电子作用时发生、弹性
碰撞
不相干散射：X射线与光子自由电子相撞，损失 能量，波长越大，原子序数越小，不相干散射 越大。X射线与原子内束缚较弱的电子作用时发生、非弹性碰撞
一、劳厄方程 劳厄以直线点阵为出发点，分别推出了直线、
1章 X射线
Kα,Kβ,Kγ,Lα,Lβ等辐射线系 的产生
例如，电子从L到K，M到K所引起的K系 辐射定义为Kα、Kβ谱线。依次有L系谱 线、M系谱线等。
******上一讲内容提要******
X射线的性质、产生及产生装置
X射线谱
电磁波（波长、强度），为什么可以进行材料的结构分析，产生条件，产生装置
X射线谱：定义，分类 连续X射线谱：谱的特征，产生条件及产生机理（量子解析），短波限及存在原 因，谱峰位置及强度影响因素。 特征X射线谱：谱的特征，产生条件及产生机理（电子跃迁，能量最小原理）， 临界激发电压， K（α, β, γ）系,L（α, β，γ）系，M系……等辐射线系的产生 及特征 比较两类X 射线产生机理（前者：电子与靶碰撞时以光子形式消耗部分能量；后 者：电子受激跃迁过程中以光子形式释放能量）
Kα等辐射线的双线为何存在？
虽然同一壳层的能量差固定，但是同一 壳层上的电子并不处于同一能量状态， 而分属于若干个亚能级。如L层8个电子 分属于LI，LII，LIII三个亚能级，M层的 18个电子分居五个亚能级等。 不同亚能级上电子跃迁会引起特征波长 的微小差别。
Kα等辐射线的双线为何存在？
第一章 X射线的性质
1-4 X射线谱
连续谱产生的原因： 假设管电流为10mA，则可以计算出 每秒到达阳极靶上的电子数可达 6.25x1016个，如此之多的电子到达靶 上的时间和条件不会相同，并且绝大多 数到达靶上的电子要经过多次碰撞，逐 步把能量释放到零，同时产生一系列能 量为hν的光子序列，即形成连续谱。
原子结构模型——壳层结构
（1）主量子数n： 决定电子的主要能量 当n=1，2，3，4……时 用K ，L，M，N……符号表 示 具有相同n值的电子处于相同的电子壳层； n值大，则电子离核就远。
材料分析方法习题(无答案版)
第一章X 射线物理学基础第一节X 射线的性质X 射线是一种波长很短的电磁波，波长范围为0.01~10nm ，用于衍射分析的X 射线波长为0.05~0.25nm 。
X 射线一种横波，由交替变化的电场和磁场组成，具有波粒二相性。
第二节 连续X 射线谱连续谱强度分布曲线下的面积即为连续 X 射线谱的总强度，其取决于X 射线管U 、i 、Z 三个因素I 连 = K 1iZU 2 (1-4)式中，K1 是常数。
X 射线管仅产生连续谱时的效率η = I 连 / iU = K 1ZU可见， X 射线管的管电压越高、阳极靶原子序数越大，X 射线管的效率越高。
因 K1 约(1.1~1.4) 10-9，即使采用钨阳极 (Z = 74)、管电压100kV ， η=1%，效率很低。
电子击靶时大部分能量消耗使靶发热习题1.1 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。
（电子静止质量9.1X10-31 Kg ，电子电量1.602X10-19 C ）习题1.2 X 射线实验室用防护铅屏厚度通常至少为1 mm ，试计算这种铅屏对Cr K α、Mo K α辐射的透射系数各为多少？（已知ρPb =11.34 g/cm 3，注：各元素的质量吸收系数见附录B ，书本P324~325页）习题1.3 厚度为1mm 的铝片能把某单色Ⅹ射线束的强度降低为原来的23.9％，试求这种Ⅹ射线的波长。
试计算含Wc ＝0.8％，Wcr ＝4％，Ww ＝18％的高速钢对Mo K α辐射的质量吸收系数。
解题思路：复杂物质的质量吸收系数∑==n i imi m w 1μμ习题1.4 什么厚度的镍滤波片可将Cu K α辐射的强度降低至入射时的70％？如果入射X 射线束中K α和K β强度之比是5:1，滤波后的强度比是多少？已知μm α＝49.03 cm 2／g ，μm β＝290 cm 2／g 。
习题1.5 为使Cu K α线的强度衰减1／2，需要多厚的Ni 滤波片？Cu K α1和 Cu K α2的强度比在入射时为2:1，利用算得的Ni 滤波片之后其比值会有什么变化？（Ni 的密度为8.90 g ／cm 3）习题1.6 当X 射线发生装置是Cu 靶，滤波片应选( )，为什么？A. CuB. FeC. NiD. Mo 。
XRD材料分析方法第一章 X射线的性质
由于电子是大量的，它们转变为热的能量是不 尽相同的，或碰撞的次数是不相同的，这样就会 产生各种各样波长的X射线，出现了连续光谱。 波长为λ0的光子能量高，但具有波长λm的 光子的数目多，因此 Im 不在λ0 处，而是在λm处。 且
m 1.50
可见，当X射线管电压增高时，电子的动能增大， 所以λ0 、λm值变小。同时，单位时间内所产生 的光子数和每个光子的平均能量都增加，所以各 种波长的射线的相对强度增高。
2、细聚焦X射线管
为了提高衍射花样的分辨本领，必须使入射 X 射线束很细，但因为 X 射线不受电磁场的作用， 其本身的折射率又很小，因而其本身不能产生聚 焦作用。因此要想得到细的 X 射线束，就只能从 缩小焦斑这方面入手，其方法是： 采用一套静电透镜或电磁透镜，使电子束高度 聚焦，其焦点可达几十微米甚至几微米，从而产 生出精细的衍射花样。 3、采用闪光X射线管、同步加速器X射线源、闪光 轰击法等。
ml=0，± 1，± 2，± 3……± l，数目为 2l+1个 当两个电子的n，l值相同时， ml不同时， 无外磁场时，能量相等；相反，有外磁场 时，能量不同。
4)自旋量子数（ms）
决定自旋角动量沿磁场方向的分量
ms=1/2，顺磁场 ms=-1/2，反磁场 当两个电子的 n 、 l 、 ml 值相同时， ms不同时，无外磁场时，能量相等； 有外磁场时，能量不同。
k
，且
3 ）激发靶材产生特征谱的最低电压称为激发电 压。每一系列谱线的产生需要一定的激发电压， 分别表示为VK、VL、VM……， 材料的原子序数越大，对于同一谱系，所需 激发电压越高。 4)每一特征谱线对应于一定波长值，它不随管流 i 和管压 V 的变化而变化，即波长是不变的。但 特征谱的强度是发生变化的，且
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-文档资料
式中， W2、W1分别为电子跃迁前后原子激发态能量， En2 和En1是所在壳层上的电子能量。根据经典原子模型，原子 内电子分布在一系列的壳层上，最内层(K层)能量最低，按 L、 M、N、顺序递增
17
第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱 在莫塞莱定律 (1-6)式中，
1 1 m e4 1 1 2 K2 R 2 2 3 2 2 8 0 h c n2 n1 n2 n1
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 5
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
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第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 为什么连续X射线谱存在短波限SWL？ 用量子理论可以解释连续谱和短波限，若管电压为U， 则电子到达阳极靶的动能为eU，当电子在一次碰撞中将全部 能量转化为一个光量子，可获得最大能量hmax ，其波长即 为SWL， eU = hmax = hc /SWL
式中，K3为常数；Un为特征谱的临界激发电压，对于K系， Un = UK ；m为常数(K系m = 1.5， L系m = 2)
为了提高特征谱的强度，应采用较高的管电压，当U/Uk =4时，I特/I连最大，所以X射线管适宜的电压为， U = (3~5)UK
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第三节 X射线与物质的相互作用
一、衰减规律和吸收系数 如图1-6，强度为I0的X射线照射厚度为t的均匀物质上， 穿过深度为x处的dx厚度时的强度衰减量dIx/Ix与dx成正比，
1、材料分析方法核心知识点
1、X射线产生必须具备的三个基本条件：(Ⅰ) 产生自由电子(Ⅱ) 使电子作定向高速运动(Ⅲ) 有障碍物使其突然减速。
2、X射线的性质，①是电磁波，具有波粒二象性。
ε=h·ν=h(c/λ) ， P=h/λ；能被物质吸收，会产生干涉、衍射和光电效应等现象；与可见光比较，差别主要在波长和频率。
②具有很强的穿透能力，通过物质时可被吸收使其强度减弱，能杀伤生物细胞。
③沿直线传播，光学透镜、电场、磁场不能使其发生偏转.3、相干散射：当X 射线与原子中束缚较紧的内层电子相撞时，电子振动时向四周发射电磁波的散射过程。
4、非相干散射：当X 射线光子与束缚不大的外层电子或价电子或金属晶体中的自由电子相撞时的散射过程。
5、光电子：光电效应中由光子激发所产生的电子（或入射光量子与物质原子中电子相互碰撞时被激发的电子）。
6、荧光X 射线：由X 射线激发所产生的特征X 射线。
7、俄歇电子：原子外层电子跃迁填补内层空位后释放能量并产生新的空位，这些能量被包括空位层在内的临近原子或较外层电子吸收，受激发逸出原子的电子叫做俄歇电子。
8、荧光辐射；一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K电子，当外层电子来填充K空位时，将向外辐射K系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，9、吸收限；指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K电子从无穷远移至K层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K系的吸收限。
10倒易点阵:是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。
11、背二次离子：固体表面原子以离子态发射叫做二次离子。
12、散射电子:入射电子与固体作用后又离开固体的电子13、连续X射线谱:定义：具有连续变化波长的X射线连续X射线谱的特征: 1；有短波极限λ0，2；随着管电压的增加，短波极限λ0向短波方向移动，3；随着管电压的增加，x的射线强度增加，4；x射线管发射连续x射线的频率比较低。
材料分析思考题(复习资料)剖析
安徽工业大学材料分析测试技术复习思考题第一章X射线的性质X射线产生的基本原理1 X射线的本质：电磁波、高能粒子、物质2 X射线谱：管电压、电流对谱的影响、短波限的意义等连续谱短波限只与管电压有关，当固定管电压，增加管电流或改变靶时短波限λ0不变。
随管电压增高，连续谱各波长的强度都相应增高，各曲线对应的最大值和短波限λ0都向短波方向移动。
3 高能电子与物质相互作用可产生哪两种X射线？产生的机理？连续X射线：当高速运动的电子(带电粒子)与原子核内电场作用而减速时会产生电磁辐射,这种辐射所产生的X射线波长是连续的,故称之为连续X射线。
特征(标识)X射线：由原子内层电子跃迁所产生的X射线叫做特征X射线。
X射线与物质的相互作用1两类散射的性质(1)相干散射：与原子相互作用后光子的能量（波长）不变，而只是改变了方向。
这种散射称之为相干散射。
(2)非相干散射:：与原子相互作用后光子的能量一部分传递给了原子，这样入射光的能量改变了，方向亦改变了，它们不会相互干涉，称之为非相干散射。
2二次特征辐射（X射线荧光）、饿歇效应产生的机理与条件二次特征辐射（X射线荧光）：由X射线所激发出的二次特征X射线叫X射线荧光。
俄歇效应：俄歇电子的产生过程是当原子内层的一个电子被电离后，处于激发态的电子将产生跃迁，多余的能量以无辐射的形式传给另一层的电子，并将它激发出来。
这种效应称为俄歇效应。
第二章X射线的方向晶体几何学基础1 晶体的定义、空间点阵的构建、七大晶系尤其是立方晶系的点阵几种类型晶体：在自然界中，其结构有一定的规律性的物质通常称之为晶体2 晶向指数、晶面指数（密勒指数）定义、表示方法，在空间点阵中的互对应晶向指数（略）晶面指数：对于同一晶体结构的结点平面簇，同一取向的平面不仅相互平行，而且，间距相等，质点分布亦相同，这样一组晶面亦可用一指数来表示，晶面指数的确定方法为：A、在一组互相平行的晶面中任选一个晶面，量出它在三个坐标轴上的截距并以点阵周期a、b、c为单位来度量；B、写出三个截距的倒数；C、将三个倒数分别乘以分母的最小公倍数，把它们化为三个简单整数h、k、l，再用圆括号括起，即为该组晶面的晶面指数，记为()。
材料分析方法知识点总结——前四章
第一章1、X射线有什么性质，本质是什么？波长为多少？与可见光的区别。
（*）性质：波粒二象性，本质：电磁波或电磁辐射，波长：大约在10-8~10-12m间，区别：波长短。
2、什么是X射线管的管电压、管电流？它们通常采用什么单位？数值通常是多少？（*）3、X射线管的焦点与表观焦点的区别与联系。
（*）焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X射线。
表观焦点：4、X射线有几种？产生不同X射线的条件分别是什么？产生机理是怎样的？晶体的X射线衍射分析中采用的是哪种X射线？（*）连续X射线：单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，极大数量的电子射到阳极靶上的条件和时间不可能是一样的，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱。
标识X射线：在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。
较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式辐射出标识X射线谱。
特征X射线5、特征X射线，连续X射线与X射线衍射的关系。
（*）6、什么是同一线系的特征X射线？不同线系的特征X射线的波长有什么关系？同一线系的特征X射线的波长又有什么关系？什么是临界激发电压？为什么存在临界激发电压？（**）由不同外层上的电子跃迁至同一内层上来而辐射的特征谱线属于同一线系。
同一靶材的K、L、M系谱线中，K系谱线波长最短。
λKα<λLα< λMα< ….同一线系各谱线关系：λKα> λKβ> λKγ>….当电压达到临界电压时，标识谱线的波长不再变，强度随电压增加。
最低管电压，称为激发电压U激。
7、什么是临界激发电压？为什么存在临界激发电压？（**）8、为什么我们通常只选用Cr、Fe、Co、Ni、Mo、Cu、W等作阳极靶，产生特征X射线的波长与阳极靶的原子序数有什么关系。
材料分析方法-1-课件
X射线照射到晶体物质时，将产生散射、干涉和衍射等现 象，与光线的绕射现象类似
X射线具有破坏杀死生物组织细胞的作用
27
第二节 X射线的产生及X射线谱
连续X射线和特征X射线
图1-2 X射线管结构示意图
图1-2所示的X射线管是产生 X射线的装置
SWL和强度最大值对应的波长m减小 当管电流 i 增大时，各波长X射线的强度均提高，但SWL
和m保持不变
随阳极靶材的原子序数Z 增大，连续X射线谱的强度提高，
但SWL和m保持不变
31
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱
连续谱强度分布曲线下的面积即为连续 X 射线谱的总 强度，其取决于X射线管U、i、Z 三个因素
不能给出所含元素的分布
10
绪论
四、X射线衍射与电子显微镜
1. X射线衍射（XRD, X-Ray Diffraction） XRD是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的 相组成、晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、 不同结构相的含量以及内应力的方法。
t-ZrO2 ZrSiO
4
Intensity
本教材主要内容
绪论 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
1
本教材主要内容
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础
第九章 透射电子显微镜
1895年德国物理学家伦琴发现了 X射线，随后医学界将其 用于诊断和医疗，后来又用于金属材料和机械零件的探伤
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。
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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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例:求200 nm 的一个光子所具有的能量
c E h
6.626 1034 2.998108 9.930 1019 (J )
200 109
（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
§１－１ 引言ຫໍສະໝຸດ １．1895年，伦琴发现了一种穿透力很强的射线——
Ｘ射线
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
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
(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
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。
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 6.6261034 J s
• 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
+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＞=40）
2)选靶材一般方法是:Z靶≤Z样+1
§ 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 。
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
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
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
(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]
• 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
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)+