材料分析方法期末试题

第一章

（1）德国物理学家伦琴发现X射线（1895年）

（2）X射线的本质为电磁波，具有波粒二象性。

（3）为什么在电磁波谱中，X射线的波长与γ射线和紫外线重叠的原因：

X射线是由外层电子跃迁到内层电子，紫外线是外层电子跃迁，γ射线是原子核的能级跃迁。波长相同，但特征量相同。

（4）X射线的产生条件：

①有电子发射装置（钨丝，热发射，针尖，场发射）ξ=hv

②有定向加速装置(加速电场)

③有阻挡电子束运动装置（阳极靶）

（5）连续X射线谱的定义：X射线强度随波长连续变化的谱称为连续X射线谱。（6）连续X射线谱的产生机制：从阴极发射出的大量电子，在加速电场的作用下获得极大的动能，受到阳极靶中原子的阻碍，电子会经过一系列碰撞而损失能量，并转化为一系列波长不同的电磁脉冲，从而形成波长连续变化的连续谱。

短波限的产生机制：从阴极发射出的大量电子，在加速电场的作用下获得极大的动能，受到阳极靶中原子的阻碍，电子会经过一系列碰撞而损失能量，并转化为一系列波长不同的电磁脉冲，从而形成波长连续变化的连续谱。当电子经过一次碰撞而损失了全部能量，则产生光子能量最高，波长最短的电磁脉冲，即短波限 eU=hVmax=hc/λswl

（7）特征X射线谱：当加于X射线管两端的电压增高到与阳极靶材料相应的某一特征值Uk时，在连续谱的某些特定的波长位置上，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有严格恒定的数值，此波长可作为阳极靶材的标志或特征，故称为特征谱或标识谱

特征X射线谱产生机制：冲向阳极的电子若具有足够能量，将内层电子击出而成为自由电子，此时原子处于高能的不稳定状态，必然自发的稳态过渡，处于高能态的原子必然由较外层跃迁来一个电子填补内层空位，所释放的能量转化为光子（电磁脉冲）及特征X射线（ X射线是原子内层电子跃迁产生的）。

（8）莫塞莱定律：特征谱的波长只和阳极靶的原子序数有关。表明阳极靶材的原子序数越大，同一线系的特征谱波长越短。

（9）X射线与物质相互作用：①X射线透射②X射线真吸收③X射线的散射［1］相干散射：X射线与物质的内层电子作用而改变方向且没有能量损失，散射波波长与λ射线相同且是具有固定的位相差，符合干涉条件的称为相干散射。

用途：相干散射是X射线衍射分析的基础

［2］非相干散射：当X射线经束缚力不大的电子和自由电子散射后，可以得到波场比入射X射线长的X射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象，称为非相干散射。

用途：衍射花样上的背底，形成图谱上的连续背底。

［3］透射X射线用于X射线透视学

［4］真吸收：光电效应所造成的入射能量消耗即为真吸收。

［5］X射线与物质相互作用产生信号：透射X射线，相干散射，不相干散射（反冲电子），俄歇电子，光电子，荧光X射线。（产生机制，应用）

（10）质量吸收系数μ

m =μ

l

/ρμ

l

（X射线通过单位厚度物质的相对衰减量）

物理意义：表征X射线通过单位质量物质的强度

荧光辐射的应用：成分分析。

（11）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溢出，成为自由电子，称为光子，光子击出电子的现象称为光电效应。

光电效应产生信号：俄歇电子，荧光X射线

荧光辐射与俄歇电子应用与区别：都是进行成分分析，但近表面的几个原子层内的俄歇电子才能无能量损失而溢出表面。

（12）区分短波限，吸收限，激发限的定义：

短波限：在X射线谱中,波长最短的叫做短波限

吸收限：因入射X射线光子能量(与波长有关)恰好能激发某元素原子能级时，X 射线能量被大量吸收，产生吸收突变，故称吸收限。

激发限：X射线与物质作用，当波长小于某临界值，会激发物质原子内层电子电离，波长临界值称为激发限。

第二章

（1）衍射：X射线与原子内受束缚较紧的电子相遇时产生的相干散射波，在某些方向相互加强，而在某些方向相互减弱，称为这种散射波干涉的总结果为衍射。

（2）布拉格方程的假设：

1.原子中所有电子都集中于原子中心，则原子的散射波是其中电子散射波的简单叠加

2.原子不做热运动，且理想地按空间点阵的方式排列

3.晶体尺寸是完整的，由无穷多个晶面组成

4.入射的X射线是严格单色和平行的

5.认为从辐照体积中所有原子到底片观察点的反射线是相互平行的

（3）布拉格方程的推导:

任选（hkl）面中两个相邻原子面，求其在反射方向上的光程差。当.δ=n λ时，产生相长干射，故产生衍射时应有：.δ=dsinθ+ dsinθ=2 dsinθ=nλ

（4）干涉面指数：晶面(hkl）的 n 级反射面（nh,nk,nl）,用符号（HKL）表示,称为反射面和干涉面。（hkl）是晶体中实际存在的晶面，（HKL）只是为了使问题简化而引入的虚拟晶面，干涉面的面指数称为干涉指数。

（5）掠射角：掠射角θ是入射线（或反射线）与晶面的夹角，可表征衍射的方向。

（6）衍射极限条件：掠射角的极限范围为0°-90°，但过大或过小都会造成衍射的探测困难。由于|sinθ|≤1，使得在衍射中反射级数n或干涉面间d都要受

到限制。

（7）X射线衍射方法：[ 劳埃法，周转晶体法，粉末法。]（及其图解）

1.劳埃法:

方法大意：采用连续X射线照射固定不动的单晶体，（HKL）干涉面自动连续谱中选择满足布拉格方程的波长产生衍射。

用途：单晶取向测定，晶体对称性研究。

2.周转晶体法:

方法大意：用单色X射线照射转动的单晶体，（HKL）干涉面与X射线间夹角θ将发生连续变化，而在某些特定位置满足布拉格条件而产生衍射。

应用：单晶取向测定，晶体对称性研究。

3.粉末法:

方法大意：用单色X射线照射多晶体试样，由于粉末颗粒在三维空间的取向是随机的，样品中某一（HKL）干涉面与λ射线之间必然在某些方位满足布拉格方程而产生衍射时，试样形成一系列以4θ

HKL

顶角的衍射圆锥。

应用：晶体结构测定、物相分析：定量分析和定性分析，点阵参数精确测定，宏观应力测定，织构测定，晶粒尺寸测定。

第三章

（1）德拜相图解（原理为粉末法）

（2）系统消光：由于衍射线的相互干涉，某些方向的强度将会加强，而某些方向的强度将会减弱甚至消失这种规律习惯称为系统消光。

（3）结构振幅F

HKL

：以电子散射能力为单位的，反映单胞散射能力的参量。

F HKL=一个晶胞散射波振幅Ab

一个电子散射波振幅Ae =∑f j e iφj

n

j=1

=∑f j e2πig HKL r j

n

j=1

g

HKL=

Ha*+Kb*+Lc*

(4)结构因数：表征了单胞的衍射强度，反映了单胞中原子种类，原子数目原子位置对（HKL）晶面衍射方向上衍射强度的影响。

结构因数的影响因素：只与原子的种类及在单胞中的位置有关，而不受单胞的形状和大小的影响。

（5）几种点阵的结构因数计算：简单点阵，体心点阵，面新点阵（33页）（6）三种点阵的晶体经系统消光后所呈现的衍射线分布状况，其中m=H2+K2+L2(P34 图)

（7）影响衍射强度的其他因数：多重性因数，角因数，吸收因数越小，温度因数（四个因数随θ角增加，角因数先减小后增大，圆柱试样吸收因数减小平板试样无影响，温度因数减小）

（8）多重性因数：我们称某种晶面的等同晶面数为影响衍射强度的多重性因数P。

第四章

（1）德拜（粉末法）爱瓦尔德图解（40页）

（2）德拜相底片安装方法：正装法，反装法，偏装法

（3）吸收曲线的应用：根据样品选择阳极靶，根据阳极靶选择滤波片

第五章