材料分析技术作业题(含答案)

第一章

1、名词解释：

(1)物相:在体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分称为“相”。在这里，更明白的表述是：成分和结构完全相同的部分才称为同一个相。

(2)K系辐射:处于激发状态的原子有自发回到稳定状态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能

量的降低。原子从高能态变成低能态时，多出的能量以X射线形式辐射出来。当K电子被打出K层时，原子处于K

激发状态，此时外层如L、M、N……层的电子将填充K层空位，产生K系辐射。

(3)相干散射：由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件

(4)非相干散射:X射线经束缚力不大的电子(如轻原子中的电子)或自由电子散射后，可以得到波长比入射X射线长的X射线，且波长随散射方向不同而改变。

(5)荧光辐射：处于激发态的原子，要通过电子跃迁向较低的能态转化，同时辐射出被照物质的特征X射线，这种由入射X射线激发出的特征X射线称为二次特征X射线即荧光辐射。

(6)吸收限:激发K系光电效应时，入射光子的能量必须等于或大于将K电子从K层移至无穷远时所作的功WK,即将激发限波长入K和激发电压VK联系起来。从X射线被物质吸收的角度，则称入K为吸收限。

(7) ^俄歇效应：原子中K层的一个电子被打出后，它就处于

K激发状态，其能量为EK如果一个L层电子来填充

这个空位，K电离就变成L电离，其能量由EK变成EL，此时将释放EK-EL的能量。释放出的能量，可能产生荧光X 射线，也可能给予L层的电子，使其脱离原子产生二次电离。即K层的一个空位被L层的两个空位所代替，这种现

象称俄歇效应.

2、特征X射线谱与连续谱的发射机制之主要区别？

特征X射线谱是高能级电子回跳到低能级时多余能量转换成电磁波。连续谱：高速运动的粒子能量转换成电磁波。

3、计算0.071nm(MoKQ和0.154nm(CuK a的X射线的振动频率和能量

4、x射线实验室用防护铅屏，若其厚度为1mm，试计算其对Cuk a Mok a辐射的透射因子(I透射/I入射)各为多

少？

第二章

1. 名词解释：

晶面指数：用于表示一组晶面的方向，量出待定晶体在三个晶轴的截距并用点阵周期a,b,c度量它们，取三个截距的倒数，把它们简化为最简的整数h,k,l，就构成了该晶面的晶面指数。

晶向指数：表示某一晶向(线)的方向。

干涉面：为了简化布拉格公式而引入的反射面称为干涉面。

2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：

(123) ,( 100),(200) ,( 311 )，

(121)，(111)，(210)，(220)，(130)，(030)，(221)，(110 )

排序后：

(100) (110) ( 111) (200) (210) (121) (220) (221) (030) (130) (311) ( 123)

3当波长为入的x射线照射到晶体并出现衍射线时，相邻两个( hkl，反射线的波程差是多少？相邻两个( hkl) 反射线的波程差又上多少？

相邻两个(hkl)晶面的波程差为n人相邻两个(HKL)晶面的波程差为入

4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？

原子散射因数f是以一个电子散射波的振幅为度量单位的一个原子散射波的振幅。它表示一个原子在某一方向上散射波的振幅是一个电子在相同条件下散射波振幅的f倍。它反应了原子将X射线向某一方向散射时的散射效率。

关系：z越大，f越大。因此，重原子对X射线散射的能力比轻原子要强。

第三章

1 •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？入射X射线的光束：都为单色的特征X射线，都有光栏调节光束。

不同：衍射仪法：采用一定发散度的入射线，且聚焦半径随2?变化。

德拜法:通过进光管限制入射线的发散度。

试样形状：衍射仪法为平板状，德拜法为细圆柱状。

试样吸收：衍射仪法吸收时间短，德拜法时间长。

记录方式：衍射仪法采用计数率仪作图，德拜法采用环带形底片成相，而且它们的强度( 1)对(2?)的分布曲线也不同。

2 •用直径5.73cm的德拜相机能使Cuk a双重线分离开的最小角是多少？(衍射线宽为0.03cm，分离开即是要使双

重线间隔达到线宽的两倍）

3 •试述x 射线衍射物相分析步骤？及其鉴定时应注意问题？

步骤：（1）计算或查找出衍射图谱上每根峰的 d 值和i 值

（2） 利用i 值最大的三根强线的对应 d 值查找索引，找出基本符合的物相名称及卡片号。

（3） 将实测的d 、i 值与卡片上的数据一一对照，若基本符合，就可以定为该物相。

注意问题：（1）d 的数据比i/i 0数据重要（2）低角度线的数据比高角度线的数据重要（ 3）强线比弱线重要，特别要 重视d 值大的强线（4）应重视特征线（5）应尽可能地先利用其他分析、鉴定手段，初步确定出样品可能是什么物 相，将它局限于一定的范围内。

第四章

1、 电子束入射固体样品表面会激发哪些信号 ？它们有哪些特点和用途？

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。

2）二次电子：能量较低；来自表层 5— 10nm 深度范围；对样品表面化状态十分敏感。

不能进行成分分析.主要用于分析样品表面形貌。 3）吸收电子：其衬度恰好和SE 或BE 信号调制图像衬度相反；与背散射电子的衬度互补。

吸收电子能产生原子序数衬度，即可用来进行定性的微区成分分析

4） 透射电子：透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结构决定 .可进行微区成分分析。

5） 特征X 射线：用特征值进行成分分析，来自样品较深的区域

6） 俄歇电子：各元素的俄歇电子能量值很低；来自样品表面 1 —2nm 范围。它适合做表面分析。

7） 阴极荧光：入射电子束发出材料表面时，从样中激发出来的可见光或红外光。

8 ）感应电动势：入射电子束照射半导体器件的 PN 结时，将产生由于电子束照射而引起的电动势。

9）弹性与非弹性散射电子：可以采用不同检测仪器，将其转变为放大的电信号，并在显像管荧光屏上显示出来，测 试样品的形貌结构和成分。

2、 分析电子衍射与x 射线衍射有何异同？

电子衍射是物质波的衍射，是二维衍射； X 射线衍射是一维，是一种电磁波。它们衍射的基本原理和衍射花样的几

何特征相似，而且都遵循劳厄方程或布拉格方程。

区别：

（1） 、电子波的波长短，则受物质散射强。

（2） 、电子衍射强度大，要考虑它们之间的相互作用，使得电子衍射花样分析，特别是强度分析变得复杂。不能像

X 射线一样从测量强度来广泛地测定晶体结构。

（3） 、由于电子衍射强度高导致电子穿透能力有限，因此较多使用于研究微晶、表面和薄膜晶体。

（4） 当晶粒大小只有几微米，甚至更小时，就不能用 X 射线衍射了，要用透射电镜在放大几万倍下，有目的的选择 这些晶体，用选区电子衍射和微束电衍射来确定其物象和结构。

第五章

1、透射电镜主要由几大系统构成 ？ 各系统之间关系如何 ？

通常透射电镜由电子光学系统、电源系统、真空系统、循环冷却系统和控制系统组成，其中电子光学系统是电镜的 主要组成部分，其他系统为辅助系统。

2、如何测定透射电镜的分辨率与放大倍数 ？电镜的哪些主要参数控制着分辨率与放大倍数 ？

（1）点分辨率测定方法：Pt 或贵金属蒸发法。 将Pt 或贵金属真空加热蒸发到支持膜（火棉胶、碳膜）上，可得到 粒径0.5-1nm 、间距0.2-1nm 的粒子。高倍下拍摄粒子像，再光学放大 5倍，从照片上找粒子间最小间距，除以总放 大倍数，即为相应的点分辨率。 （2）晶格分辨率测定方法：利用外延生长方法制得的定向单晶薄膜做标样，拍摄晶

格像。（3）放大倍数的标定方法：用衍射光栅复型为标样，在一定条件下（加速电压、透镜电流） ，拍摄标样的放大 像，然后从底片上测量光栅条纹像间距，并与实际光栅条纹间距相比即为该条件下的放大倍数。 （4）透射电镜的放 大倍数随样品平面高度、加速电压、透镜电流而变化。

3、说明多晶、单晶及非晶衍射花样的特征及形成原理。

答:单晶花样是一个零层二维倒易截面，其倒易点规则排列，具有明显对称性，且处于二维网络的格点上。因此表达花样 对称性的基本单元为平行四边形。

多晶面的衍射花样为各衍射圆锥与垂直入射束方向的荧光屏或照相底片的相交线 ，为一系列同心圆环.每一族衍射晶 面对应的倒易点分布集合而成一半径为

1/d 的倒易球面，与Ewald 球的相惯线为园环，因此，样品各晶粒｛hkl ｝晶面族晶面

,2R 为半锥角的衍射圆锥，不同晶面族衍射圆锥 射 花 样 为 一 第六章

的衍射线轨迹形成以入射电子束为轴

非 晶 的 衍 2R 不同，但各衍射圆锥共顶，共轴. 个 圆 斑 .