材料分析测试技术-习题
第一章
1．什么是连续X射线谱？为什么存在短波限λ0？
答：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，称之为X射线谱。在管电压很低，小于20kv时的曲线是连续的，称之为连续谱。大量能量为eV的自由电子与靶的原子整体碰撞时，由于到达靶的时间和条件不同，绝大多数电子要经过多次碰撞，于是产生一系列能量为hv的光子序列，形成连续的X射线谱，按照量子理论观点，当能量为eV的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去，在极限情况下，极少数的电子在一次碰撞中将全部的能量一次性转化为一个光量子，这个光量子具有最高的能量和最短的波长，即λ0。
2.什么是特征X射线？它产生的机理是什么？为什么存在激发电压Vk？
答：当X射线管电压超过某个临界值时，在连续谱的某个波长处出现强度峰，峰窄而尖锐，这些谱线之改变强度，而峰位置所对应的波长不便，即波长只与靶的原子序数有关，与电压无关，因为这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征，故称为特征X射线，由特征X射线构成的X射线谱叫做特征X射线谱。
它的产生是与阳极靶物质的原子结构紧密相关当外来的高速粒子（电子或光子）的动能足够大时，可以将壳层中的某个电子击出，或击到原子系统之外，击出原子内部的电子形成逸出电子，或使这个电子填补到未满的高能级上。于是在原来位置出现空位，原子系统处于激发态，高能级的电子越迁到该空位处，同时将多余的能量e=hv=hc/λ释放出来，变成光电子而成为德特征X射线。
由于阴极射来的电子欲击出靶材的原子内层电子，比如k层电子，必须使其动能大于k 层电子与原子核的结合能Ek或k层的逸出功Wk。即有eV k=1/2mv2〉-Ek=Wk，故存在阴极电子击出靶材原子k电子所需要的临界激发电压Vk。
3、X射线与物质有哪些互相作用？
答;X射线的散射：相干散射，非相干散射
X射线的吸收：二次特征辐射（当入射X射线的能量足够大时，会产生二次荧光辐射）；
光电效应：这种以光子激发原子所产生的激发和辐射过程；俄歇效应：当内层电子被击出成为光电子，高能级电子越迁进入低能级空位，同时产生能量激发高层点成为光电子。
4、线吸收系数μl和质量吸收系数μm的含义
答：线吸收系数μl：在X射线的传播方向上，单位长度的X射线强度衰减程度[cm-1]（强度为I的入射X射线在均匀物质内部通过时，强度的衰减率与在物质内通过的距离x成正步-dI/I=μdx，强度的衰减与物质内通过的距离x成正比）。与物质种类、密度、波长有关。质量吸收系数μm：他的物理意义是单位重量物质对X射线的衰减量，μ/P=μm[cm2/g]与物质密度和物质状态无关，而与物质原子序数Z和μm=kλ3Z3，X射线波长有关。
5、什么是吸收限？为什么存在吸收限？
答：1）当入射光子能量hv刚好击出吸收体的k层电子，其对应的λk为击出电子所需要的入射光的最长波长，在光电效应产生的条件时，λk称为k系激发限，若讨论X射线的被物质吸收时，λk又称为吸收限。
当入射X射线，刚好λ=λk时，入射X射线被强烈的吸收。当能量增加，即入射λ〉λk时，吸收程度小。
6、如何选择滤波片和阳极靶？为什么？
答：质量吸收系数为μm ，吸收限为λk 的物质，可以强烈的吸收λ〈=λk 的入射X 射线，在X 射线衍射分析中，希望得到单色的入射X 射线，因此需要将k 系特征谱线滤掉一条。由于K β谱线波长更短，能量更高，可以选择吸收限λk 刚好位于辐射源的K α，K β之间的金属薄片作为滤波片，这样就能滤掉K β，而保留K α，铝箔片如果太厚对K α也会有吸收。
在X 射线衍射实验，若产生荧光X 射线，对衍射分析不利。针对试样的原子序数，可以调整靶材种类避免产生荧光辐射，若试样的K 系吸收限为λk ，应选择靶的K α波长稍稍大于λk ，，并尽量靠近λk ，这样可产生K 系荧光，而且吸收又最小，Z 靶〈=Z 试样+1
第二章
1、推到布拉格方程，说明干涉面及其指数HKL 的含义，衍射极限条件是什么？
答：根据波动光学理论，要产生干涉，则必须由两束光线的光程差为波长为波长的整数倍，故有2dsin θ=n λ（n=1、2、3……）
这是晶面间距为1/n 的实际存在或不存在的假象晶面的一级反射，将这个晶面叫干涉面。其晶面指数称为干涉指数，一般用HKL 表示，H=nh ，K=nk ，L=nl ，干涉指数和晶面指数的明显差别是，干涉指数有公约数，λ〈2d'产生衍射的条件
极限条件：晶面间距〉=半波长才能产生衍射角。
2、什么是劳埃法，周转晶体法，详细说明多晶（粉末）法的原理
答：劳埃法：用连续谱（波长不变）照不动（入射角不变）的单晶体而产生衍射的方法。 周转晶体法：用单色X 射线照射旋转的单晶体产生衍射的方法（波长不变）。
多晶法：用单色的X 射线照射多晶体试样，利用晶粒的不同取向来改变入射角，以满足布拉格方程。
把单晶体研磨成粉末，就有足够多的（hkl ）晶面，在2θ方向上产生衍射，衍射线形成单晶体旋转的衍射圆锥。
第三章
1、证明*g ()hkl
hkl ⊥晶面， *1hkl hkl
g d = 证：设ABC 是正点阵（hkl ）
晶面组中距原点最近的平面
/OA a h =，/OB b k =，
/OC c l =
//AB OB OA b k a h
=-=-，*
***g ()(//)0hkl AB ha kb lc b k a h ?=++?-=， *
g hkl AB ⊥，
*
g hkl AC ⊥，所以*g ()hkl
hkl ⊥晶面。设0n 是（hkl ）面法向单位矢量，即*hkl g 方向上单位矢量→即*0*hkl hkl g n g =→单位矢量0n ，hkl d 等于ABC 面在晶轴的截距向0n 投影得到****0***1hkl hkl hkl
hkl hkl ha kb lc g a a d OA n h h g g g ++====，得证。
2、由布拉格方程推导衍射矢量方程
*0//hkl g s s λλ=-，s 为单位矢量，*0hkl g k k =-，**00hkl hkl s s g s s g λλ-=?-=， 由图知：
*02sin /2sin hkl hkl hkl s s d g d θλλθλ-===?=，
2sin 2sin /hkl hkl d d θλθλ=?=, 02sin s s θ=-,
**00hkl hkl s s g s s g λλ-=?-=,
*00//hkl g s s k k λλ=-=-
3、简要总结一个电子、原子、晶胞、单晶体、多晶体衍射强度思路——〉反射强度与引起散射的粒子两的平方成反比振动因子取决于2θ。
答： 1）一个电子将X 射线散射后，在距电子为R 处的强度为I e =I 0[e 2/(4πε0mc 2)][(1+(cos2θ)2)/2]。
2）一个原子：Ia ＜ZIe ，引入系数f 为原子散射因子，f=Au/Ae=(Iu/Ie)0.5，评价原子
散射能力。
3）晶胞：F=A 0/Ae=∑fie iφ，A 0为一个单胞内所有原子散射的相干散射波振幅，Ae 为一个电子系的相干散射波振幅，F-以一个散射波振幅为单位所表征的晶胞散射波振幅，F hkl =fj （sinθ/λ）
4）单晶体：Ic=Ie|F hkl |2|G|2
5）多晶体：
4、点阵体心和旋点原子种类不同时，消光条件有什么变化？
答：|F hkl |与晶胞内原子的种类、原子个数、原子位置有关。
1）体心：h+k+l=偶数时不消光，为奇数时消光
2）面心：h 、k 、l 为同性数时,即h+k,k+l,h+l 为偶数时不消光。
不同原子、散射因子f 不同，从而结构因子不同，消光规律和发射强度都发生变化
5、试述干涉函数的意义
答：干涉函数|G|2表示衍射线自身的强度分度，在hkl 倒易点阵周围|G|2不等于0的区域成为选择反射区，选择反射区中心是严格满足布拉格方程的倒易点hkl ，反射球与选择反射区任何部位相交都能产生衍射。
6、说明选择反射区与实际晶体之间的联系
答：在hkl倒易点周围|G|2不等于0的区域成为选择反射区。选择反射区中心（倒易点上）是严格满注布拉格方程的倒易点hkl，反射球与选择反射区任何部位相交产生衍射。
倒易点阵是与正点阵相对应量纲为长度倒数的一个三维空间点阵，在倒易空间中，hkl 倒易点周围|G|2不等于0。
电子衍射斑点就是与晶体相对应的倒易点阵中某一截面上点阵排列的点。
第9章
1、电子波有何特征？与可见光有何异同？
电子显微镜的照明源是电子波，电子波的波长比可见光短十万倍，电子波的波长取决于电子运动的速度和质量λ=h/mv
2、分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响
答：电磁透镜是利用磁场来使电子波聚焦成像的，其焦距总是正的，焦距f=kU r/(IN)2,改变激磁电流，电磁透镜的焦距和放大倍数将发生相应变化，是一种变焦距倍率的会聚透镜。
3、电磁透镜的像差是怎么产生的，如何来消除和减少像差？
答：像差分为两类，即几何像差和色差。
几何像差是因为透镜磁场的几何形状上的缺陷造成的。几何像差主要是指球差和象散；
色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。
球差是球面像差，是由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律而造成的。用小孔径角成像时，可使球差明显减小。
象散是由透镜磁场的非旋转对称而引起的，可以通过“消象散器”消除。
色差是由于入射电子波长（或能量）的非均一性造成的，可采取稳定加速电压的方法减小色差。
4、说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么？如何提高电磁透镜的分辨率？
答：是衍射效应和球差，
Δr0=0.61λ/（Nsinα），
孔径角α越大，Δr0越小，
分辨率越高，但关键是确
定最佳的孔径半角α0，使
得衍射效应Airy斑和球差
散焦斑尺寸大小相等。
5、景深受什么因素的影响？焦长受什么因素影响？景深和焦长改变是什么因素影响的结果？假设电磁透镜没有像差，也没有Airy斑，即分辨率极高，此时它的景深和焦长如何。
答：景深是受孔径半角α影响；焦长主要受孔径半角的影响（在放大倍数和分辨率本领一定时）。
电磁透镜的景深大，焦长长时孔径半角小的结果。
Df=2Δr o/α，Dl=2Δr o M2/α
此时，他的景深大，焦距长，M-为透镜放大倍数。
第八章
1、透射电镜主要由哪几大系统构成？各系统之间关系如何？
答：透射电镜主要由电子光学系统，电源与控制系统及真空系统构成。电子显微镜工作时，整个电子通道都是必须置于真空系统之内的；电子光学系统是透射电镜的核心，包括照明系统，成像系统和观察系统；电源与控制系统对整个透射电镜提供能源，并控制操作过程。
2、照明系统的作用是什么？它应满足什么要求？
答：其作用是提供一束高亮度，照明孔径角小，平行度好、束流稳定的照明源。为满足明场和暗场成像需要，照明束可在2~3度范围内倾斜。
3、成像系统的主要构成及其特点是什么？
答：成像系统主要是由物镜、中间镜和投影镜组成
物镜是一个强激磁短焦距的透镜，用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射图像的透镜。（图像清晰度决定于物镜）
中间镜是一个弱激磁长焦距变倍透镜，用来控制电镜的总放大倍数。
投影镜是一个短焦距的强磁透镜，其景深和焦长都非常大。即使改变中间镜的放大倍数，使显微镜的总放大倍数有很大的变化，也不会影响图像的清晰度。作用，把中间镜放大的作用进一步放大，并投放到荧光屏上。
5、分别说明成像操作和衍射操作的方法，并画出光路图
答：成像操作：中间镜的平面和物镜像平面重合，荧光屏上得到一幅放大的像。
衍射操作：中间镜的物平面和物镜的背焦面重合，荧光屏上得到一幅电子衍射花样。
6、样品台的结构与功能如何？它应满足那些要求？
答：样品台上有外径为3mm的样品铜网，铜网有许多网孔（根据不同要求就要不同的晶粒）
样品台的作用就是承载样品，并使样品能在物镜极靴孔内平移，倾斜，旋转以选择感兴趣的样品区域或位相进行观察分析。
对样品台的要求是非常严格的。首先必须使样品铜网牢固地夹持在样品座中并保持良好的热电接触，减小因电子照射引起的热或电荷堆积而产生样品的损伤或图像漂移，样品移动机构要有足够的机械精度，无效行程应尽可能少。
第十章
1、分析电子衍射与X射线有何异同？
答：电子衍射原理与X射线相似
相同之处：都是满足布拉格方程作为产生衍射的必要条件，两种衍射技术所得到的衍射花样在几何特征上是大致相似的。
不同之处：
1）电子波的波长比X射线短得多，在同样满足布拉格条件时，它的衍射角θ很小，约为10e-2rad。而X射线产生衍射时其衍射角最大可接近π/2。
2）在进行电子衍射操作时采用薄晶样品，薄样品的倒易阵点会沿着厚度方向延伸成杆状，因此，增加了倒易点阵与爱瓦德球相交截的机点，结果使略微偏离布拉格条件的电子束可能发生衍射。
3）因为电子波的波长短，采用爱瓦德球图解式，反射球的半径很大，在衍射角θ较小的范围内反射球的球面可以近似的看成是一个平面，从而也可以认为电子衍射产生的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内，这个结果使晶体产生的衍射花样能比较直接地反映晶体内各晶面的位向，给分析带来不少方便。
4）原子对电子的散射能力远高于对X射线的散射能力（约高四个数量级），故电子衍射束的强度较大，摄取衍射花样时曝光时间仅需数秒钟。
2、倒易点阵与正点正间关系如何？倒易点阵与晶体的电子衍射斑点之间有何对应关系？
答：倒易点阵是与正点阵相对应的量纲为长度倒数的一个三维空间（倒易空间）点阵，通过倒易点阵可以把晶体的电子衍射斑点直接解释成晶体相应晶面的衍射结果，可以认为电子衍射斑点就是就是与晶体相对应的倒易点阵中某一截面上阵点排列的像。
关系：
1）倒易矢量g hkl垂直于正点阵中对应的（hkl）晶面，或平行于它的法向N hkl
2）倒易点阵中的一个点代表正点阵中的一组晶面
3）倒易矢量的长度等于正点阵中的相应晶面间距的倒数，即g hkl=1/d hkl。
4）对正交点阵有a*//a,b*//b,c*//c,a*=1/a,b*=1/b,c*=1/c
5）只有在立方点阵中，晶面法向和同指数的晶向市重合的，即倒易矢量g hkl是与相应指数的晶向[hkl]平行
6）某一倒易基矢垂直于正交点阵中和自己
3、用爱瓦德图解法证明布拉格定律
证：在倒易原点0*为端点，作入
射波的波矢量k，平行于入射方向
长度等于波长的倒数，即1/λ=k，
k=00*，以0为中心，1/λ为半
径作一个球，即爱瓦德球，G为倒
易点（hkl）既在球面上OG即衍
射束的方向。
证：由0 向0*G作垂线，垂足
为D，因为g平行于（hkl）晶面
的法向N hkl，所以OD就是正交
空间中（hkl）晶面的方位，若它
与入射束方向的夹角为θ，则有
O*D=OO*sinθ，即
g/2=ksinθ，由于g=1/d，
k=1/λ，故有2dsinθ=λ
4、画出fcc、bcc晶体的倒易点阵，并标出基本适量a*,b*，c*
5、何为零层倒易截面和晶带定理？说明同一晶带中各晶面平行面及其倒易点阵矢量与晶带轴之间的关系
答：零层倒易截面过倒易原点O *，电子沿晶带轴[uvw]方向入射时垂直的倒易平面（uvw ）*。
晶带定理：因为零层倒易面上的各倒易矢量都和晶带轴r=[uvw]垂直，故有g hkl *r=0，即
hu+kv+lw=0,这就是晶带定理。
各晶面与晶带轴平行，而倒易矢量与晶带轴矢量相垂直。
7、为何对称入射的（B//[uvw]）时，即只有倒易点阵的原点在爱瓦德球面上，也能得到除中心斑点以外的一系列衍射斑点？
答：薄晶体电子，倒易阵点延伸成杆状是获得零层倒易截面比例图像的主要原因，即尽管在对称入射时只有倒易点阵的原点在爱瓦德球面上，也能得到除中心斑点以外的一系列衍射斑点。
8、举例说明如何用选区衍射的方法来确定新相的惯习面及母相与新相的位向关系。
答：由于选区衍射所选的区域很小，因此能在晶粒十分细小的多晶体样品内选取单个晶粒进行分析，从而为研究单晶体材料结构提供有利条件。
9、说明多晶，单晶及非晶衍射花样的特征及形成原理
答：单晶的衍射花样石油排列十分整齐的许多斑点所组成，多晶的衍射花样是一系列不同半径的同心圆环，非晶只有一个漫散射中心斑点。
单晶电子衍射花样是以X 射电子束方向为法线的零层倒易截面放大像
10、推导电子衍射基本公式p170，图12.13
hkl g R L k =
1/,1/hkl hkl g d k λ==
/R L d Lg λλ==
R ∥hkl g
hkl hkl R Lg kg λ==
第十一章
1、制备薄膜样品的基本要求是什么？具体工艺过程如何？双喷减薄适用于制备什么样品？ 答：基本要求：
1） 薄膜样品的组织结构必须和大块样品相同。
2） 样品相对于电子束而言，必须有足够多的“透明度”。
3） 薄膜样品应有一定的强度和刚度，在制备、夹持和操作的过程中，在一定的机械力的作用下不会引起变形或损坏。
4） 在样品制备过程中不允许表面产生氧化和腐蚀。
工艺过程
1）从实物或大块的式样上切割厚度为0.3~0.5mm 厚的薄片（点火花线切割）。
2）样品薄片的预减薄（机械法和化学法）。
3）最终减薄：目前效率最高和操作最简单的方法是双喷电解减薄。
对于不导电的瓷片薄膜样品，采用离子减薄、切片、研磨
对于要求较高的金属薄膜样品，先双喷减薄再离子减薄
2、什么是衍射衬度？它与质厚衬度有什么区别？p190，图13.3
答：衍射衬度：由于样品中不同位相的晶体的衍射条件（位相）不同而造成的衬度差别。 区别：衍射衬度不考虑衍射束与入射束的差别，也不考虑电子束反射的差别，质厚衬度是利用样品厚度的差异而造成的衬度差别，它是由于入射电子透过非晶体时碰到的原子数越多（样品越厚），样品原子核库仑电场越强（或者样品原子序数越大或密度越大），被散射到物镜光阑外的电子就越大，而通过物镜光阑参与成像电子像度也就越低。
3、画图说明衍射衬度成像原理，并说明什么是明场像和中心暗场像
答：明场像：让透射束通过物镜光阑，而把透射束挡掉得到的像
暗场像：光阑孔套住hkl 焦点，而把透射束挡掉得到的像
中心暗场像：把入射电子束方向倾斜2Θ角度，使B 晶粒的hkl 晶面组处于强烈的衍射的位向，而物镜光阑仍在光轴的位置，此时只有B 晶粒的hkl 衍射束正好通过光阑孔，而透射束被挡掉。此时所得到的像为中心暗场像。
第十二章
1、电子束入射固体样品表面会激发那些信号？他们有哪些特点和用途？
答：被散射电子：是被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，来自样品表面几百纳米的深度范围，利用其进行形貌分析，定性的成分分析。
二次电子：其产额强度受便面形貌的影响，利用其形貌分析，受原子序数的影响很小，表面5~10nm。
特征X射线，与原子序数相对应，显示特征能量，用于成分分析，利用X射线作为入射线，照射晶体时，在特定晶体发生衍射，用于相成分分析；利用X射线照射样品时发生衍射，应分透射束与衍射束，对晶体样品进行缺陷分析。
吸收电子：产生原子序数衬度，可以用来进行成分分析，定性微区成分分析。
透射电子：由微区的厚度、成分和晶体结构决定，可以用来进行成分分析。
俄歇电子：平均自由程比较小，适用于表面成分分析。
2、扫描电镜的分辨率受哪些因素影响，用不同的信号成像时，其分辨率有何不同？所谓扫描电及的分辨率是指用何种信号成像时的分辨率？
答：在其他相同的条件下（如信号噪音比、磁场条件及机械振动等），电子束的束征大小，检测信号的类型，以及检测部位的原子序数是影响电子显微镜分辨率的三大因素。
不同信号成像时分辨率不同，其中二次电子和俄歇电子的分辨率最高，背散射电子次之，吸收电子和特征X射线的分辨率最低。
通常指的是二次电子的分辨率。
3、扫描电镜的成像原理与透射电镜有何异同？
答：扫描电镜的成像原理是基于二次电子的成像原理，即通过二次电子能强烈反映表面形貌的差异，以类似于电视摄影现象方式，利用细聚焦电子束在样品表面扫描激发出的各种物理信号来调制成像。
而透射电镜的成像原理是采用电子束作为照明源，和光学显微镜相似的高倍成像原理成像。
4、二次电子和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处？
答：原理大体相同，都是利用检测信号的强弱来反映表面衬度，但是由于背散射电子的能量较大，并且是在一个较大的体积内被激发出来的，即成像单元大，则在图像上显示很强的衬度，失去一些细节的层次，因此分辨率很低，并且背向检测器的背散射电子无法收集到，而二次电子信号则可以（细节清晰）
1）背散射的分辨率低
2）背散射成像衬度较大而失去细节较多
3）二次电子图像层次好，细节清晰
4）在图形分析是，背散射不及二次电子
5、说明背散射电子像和吸收电子像的原子序数衬度形成原理，并举例说明在分析样品中元素分布的应用
原子序数衬度原理是利用背散射电子在原子序数较小的范围内，背散射电子的产生额度对原子序数十分敏感，利用原子序数造成衬度变化可以对各种金属和合金进行定性分析；吸收电子产额与背散射电子相反，样品的原子序数越小，背散射电子越少，吸收电子越多，因此吸收电子像的衬度和背散射电子像互补应用：A+B=成分，A-B=形貌，
A、B是一对特征检测器。
6、电子束入射重元素和轻元素时，其作用体积有何不同？各自产生的信号的分辨率有何特点？
答：电子束入射重元素时，作用体积呈半球状；入射轻元素时，作用体积呈滴状。
入射重元素时，电子束进入表面后就横向扩展，因此分析重元素时，即使电子束属斑痕深，也不能达到较高的分辨率，此时二次电子和背散射电子的分辨率差距明显变大；入射轻元素，分辨率就相当于束斑的直径（浅），入射较深时，分辨率大为降低。
第十三章
1、电子探针与扫描电镜有何异同？电子探针如何与扫描电镜配合进行组织结构与微区化学
成分的同位分析？
答：电子探针仪镜筒部分的构造大体上和扫描电镜相同，只是在检测器部分使用X射线谱仪，专门用来检测X射线的特征波长或特征能量，以此来对微区的化学成分进行分析。
因此，除专门的电子探针仪外，有相当一部分电子探针是作为附件安装在扫描电镜镜筒上的，以满足微区组织形貌、晶体结构及化学成分三位一体分析需要。
2、波谱仪和能谱仪各有什么优缺点？他们的原理是什么？
答：能谱仪（EDS）：X射线特征波长的大小取决于能级跃迁过程中释放的特征能量ΔE，能谱仪就是利用不同元素X射线光子特征能量不同这一特点来进行成分分析的。X射线光子由锂漂硅Si(Li)检测器收集，当光子进入检测后，在Si(Li)晶体内激发出一定数目的电子空穴对，其载目N=ΔE/ε，电子孔穴对经前置放大器转换成电流脉冲，电流脉冲的高度取决于N的大小，电流脉冲惊主放大器转换成电压脉冲进入多道脉冲高度分析器，脉冲高度分析器按高度把脉冲分类进行计数，这样就可以描出一张特征X射线按能量大小分布的图谱。
波谱仪(WDS)：对一个特征X射线来说只有从某些特征入射方向进入晶体时，才能得到较强的衍射束，若面向衍射束安置一个接收器，便可记录下不同波长的X射线。优点：直接进入，出射角ψ保持不变，吸收条件相同，结构简单，但在表面不平度较大的情况下，由于X射线在样品内进行路线不同，往往会因吸收条件的变化而造成成分分析上的误差。
材料研究与测试方法复习题答案版
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复习题 一、名词解释 1、系统消光: 把由于F HKL=0而使衍射线有规律消失的现象称为系统消光。 2、X射线衍射方向: 是两种相干波的光程差是波长整数倍的方向。 3、Moseley定律：对于一定线性系的某条谱线而言其波长与原子序数平方近似成反比关系。 4、相对强度：同一衍射图中各个衍射线的绝对强度的比值。 5、积分强度：扣除背影强度后衍射峰下的累积强度。 6、明场像暗场像：用物镜光栏挡去衍射束，让透射束成像，有衍射的为暗像，无衍射的为明像，这样形成的为明场像；用物镜光栏挡去透射束和及其余衍射束，让一束强衍射束成像，则无衍射的为暗像，有衍射的为明像，这样形成的为暗场像。 7、透射电镜点分辨率、线分辨率：点分辨率表示电镜所能分辨的两个点之间的最小距离；线分辨率表示电镜所能分辨的两条线之间的最小距离。 8、厚度衬度:由于试样各部分的密度(或原子序数)和厚度不同形成的透射强度的差异； 9、衍射衬度：由于晶体薄膜内各部分满足衍射条件的程度不同形成的衍射强度的差异；10相位衬度：入射电子收到试样原子散射，得到透射波和散射波，两者振幅接近，强度差很小，两者之间引入相位差，使得透射波和合成波振幅产生较大差异，从而产生衬度。 11像差：从物面上一点散射出的电子束，不一定全部聚焦在一点，或者物面上的各点并不按比例成像于同一平面，结果图像模糊不清，或者原物的几何形状不完全相似，这种现象称为像差 球差：由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束的汇聚能力不同造成的 像散：由于透镜磁场不是理想的旋转对称磁场而引起的像差 色差：由于成像电子的波长（或能量）不同而引起的一种像差 12、透镜景深：在不影响透镜成像分辨本领的前提下，物平面可沿透镜轴移动的距离 13、透镜焦深：在不影响透镜成像分辨本领的前提下，像平面可沿透镜轴移动的距离 14、电子衍射：电子衍射是指当一定能量的电子束落到晶体上时，被晶体中原子散射，各散射电子波之间产生互相干涉现象。它满足劳厄方程或布拉格方程，并满足电子衍射的基本公式Lλ=Rd L是相机长度，λ为入射电子束波长，R是透射斑点与衍射斑点间的距离。 15、二次电子：二次电子是指在入射电子作用下被轰击出来并离开样品表面的原子的核外电子。
材料分析报告测试技术复习题二
材料分析测试技术 一、名词解释（共有20分，每小题2分。） 1. 辐射的发射：指物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。 2. 俄歇电子：X射线或电子束激发固体中原子内层电子使原子电离，此时原子(实际是离子)处于激发 态，将发生较外层电子向空位跃迁以降低原子能量的过程，此过程发射的电子。 3. 背散射电子：入射电子与固体作用后又离开固体的电子。 4. 溅射：入射离子轰击固体时，当表面原子获得足够的动量和能量背离表面运动时，就引起表面粒 子（原子、离子、原子团等）的发射，这种现象称为溅射。 5. 物相鉴定：指确定材料（样品）由哪些相组成。 6. 电子透镜：能使电子束聚焦的装置。 7. 质厚衬度：样品上的不同微区无论是质量还是厚度的差别，均可引起相应区域透射电子强度的改 变，从而在图像上形成亮暗不同的区域，这一现象称为质厚衬度。 8. 蓝移：当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的最大吸收峰波长或位置（?最大）向短波方 向移动，这种现象称为蓝移（或紫移，或“向蓝”）。 9. 伸缩振动：键长变化而键角不变的振动，可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。
10. 差热分析：指在程序控制温度条件下，测量样品与参比物的温度差随温度或时间变化的函数关系 的技术。 二、填空题（共20分，每小题2分。） 1. 电磁波谱可分为三个部分，即长波部分、中间部分和短波部分，其中中间部分包括（红外线）、 （可见光）和（紫外线），统称为光学光谱。 2. 光谱分析方法是基于电磁辐射与材料相互作用产生的特征光谱波长与强度进行材料分析的方法。 光谱按强度对波长的分布（曲线）特点（或按胶片记录的光谱表观形态）可分为（连续）光谱、（带状）光谱和（线状）光谱3类。 3. 分子散射是入射线与线度即尺寸大小远小于其波长的分子或分子聚集体相互作用而产生的散射。 分子散射包括（瑞利散射）与（拉曼散射）两种。 4. X射线照射固体物质(样品)，可能发生的相互作用主要有二次电子、背散射电子、特征X射线、俄 歇电子、吸收电子、透射电子 5. 多晶体（粉晶）X射线衍射分析的基本方法为（照相法）和（X射线衍射仪法）。 6. 依据入射电子的能量大小，电子衍射可分为（高能）电子衍射和（低能）电子衍射。依据 电子束是否穿透样品，电子衍射可分为（投射式）电子衍射与（反射式）电子衍射。
现代材料测试技术期末测试题汇总
《材料现代分析测试技术》思考题 1.电子束与固体物质作用可以产生哪些主要的检测信号？这些信号产生的原理是什么？它们有哪些特点和用途？ (1)电子束与固体物质产生的检测信号有：特征X射线、阴极荧光、二次电子、背散射电子、俄歇电子、吸收电子等。 (2)信号产生的原理：电子束与物质电子和原子核形成的电场间相互作用。 (3)特征和用途： ①背散射电子：特点：电子能量较大，分辨率低。用途：确定晶体的取向，晶体间夹角，晶粒度及晶界类型，重位点阵晶界分布，织 构分析以及相鉴定等。 ②二次电子：特点：能量较低，分辨率高。用途：样品表面成像。 ③吸收电子：特点：被物质样品吸收，带负电。用途：样品吸收电子成像，定性微区成分分析。 ④透射电子：特点：穿透薄试样的入射电子。用途：微区成分分析和结构分析。 ⑤特征X射线：特点：实物性弱，具有特征能量和波长，并取决于被激发物质原子能及结构，是物质固有的特征。用途：微区元素定 性分析。 ⑥俄歇电子：特点：实物性强，具有特征能量。用途：表层化学成分分析。 ⑦阴极荧光：特点：能量小，可见光。用途：观察晶体内部缺陷。 ①电子散射：当高速运动的电子穿过固体物质时，会受到原子中的电子作用，或受到原子核及周围电子形成的库伦电场的作用，从而 改变了电子的运动方向的现象叫电子散射 ②相干弹性散射：一束单一波长的电子垂直穿透一晶体薄膜样品时，由于原子排列的规律性，入射电子波与各原子的弹性散射波不但 波长相同，而且有一定的相位关系，相互干涉。 ③不相干弹性散射：一束单一波长的电子垂直穿透一单一元素的非晶样品时，发生的相互无关的、随机的散射。 ④电子衍射的成像基础是弹性散射。 3.电子束与固体物质作用所产生的非弹性散射的作用机制有哪些？ 非弹性散射作用机制有：单电子激发、等离子激发、声子发射、轫致辐射 ①单电子激发：样品内的核外电子在收到入射电子轰击时，有可能被激发到较高的空能级甚至被电离，这叫单电子激发。 ②等离子激发：高能电子入射晶体时，会瞬时地破坏入射区域的电中性，引起价电子云的集体振荡，这叫等离子激发。 ③声子发射：入射电子激发或吸收声子后，使入射电子发生大角度散射，这叫声子发射。 ④轫致辐射：带负电的电子在受到减速作用的同时，在其周围的电磁场将发生急剧的变化，将产生一个电磁波脉冲，这种现象叫做轫 致辐射。 1）二次电子产生：单电子激发过程中，被入射电子轰击出来并离开样品原子的核外电子。应用：样品表面成像，显微组织观察，断口形貌观察等 2）背散射电子：受到原子核弹性与非弹性散射或与核外电子发生非弹性散射后被反射回来的入射电子。应用：确定晶体的取向，晶体间夹角，晶粒度及晶界类型，重位点阵晶界分布，织构分析以及相鉴定等。 3）成像的相同点：都能用于材料形貌分析成像的不同点：二次电子成像特点：（1）分辨率高（2）景深大，立体感强（3）主要反应形貌衬度。背散射电子成像特点：（1）分辨率低（2）背散射电子检测效率低，衬度小（3）主要反应原子序数衬度。 5.特征X射线是如何产生的，其波长和能量有什么特点，有哪些主要的应用？ 特征X-Ray产生：当入射电子激发试样原子的内层电子，使原子处于能量较高的不稳定的激发态状态，外层的电子会迅速填补到内层电子空位上，并辐射释放一种具有特征能量和波长的射线，使原子体系的能量降低、趋向较稳定状，这种射线即特征X射线。 波长的特点：不受管压、电流的影响，只决定于阳极靶材元素的原子序。 应用：物质样品微区元素定性分析
材料分析方法习题集
材料结构分析习题集 电子显微分析部分习题 习题一 1．电子波有何特征？与可见光有何异同？ 2．分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响。 3．电磁透镜的像差是怎样产生的，如何来消除和减少像差？4．说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么？如何提高电磁透镜的分辨率？ 5．电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响？说明电磁透镜的景深大、焦长长、是什么因素影响的结果？ 6．试比较光学显微镜成像和透射电子显微镜成像的异同点？ 电子显微分析部分习题 习题二
1．透射电镜主要由几大系统构成？各系统之间关系如何？2．照明系统的作用是什么？它应满足什么要求？ 3．分别说明成像操作与衍射操作时各级透镜（像平面与物平面）之间的相对位置关系，并画出光路图。 4．成像系统的主要构成及其特点是什么？ 5．样品台的结构与功能如何？它应满足什么要求？ 6．透射电镜中有哪些主要光阑，在什么位置？其作用如何？7．点分辨率和晶格分辨率有何不同？同一电镜的这两种分辨率哪个高？为什么？ 8．复型样品在透射电镜下的衬度是如何形成的？ 9．说明如何用透射电镜观察超细粉末的尺寸和形态？如何制备 样品？ 材料现代分析方法习题集 X射线衍射分析习题 习题一 1．名词解释：相干散射（汤姆逊散射）、不相干散射（康普顿散射）、荧光辐射、俄歇效应、吸收限、俄歇效应。
2．在原子序24（Cr）到74（W）之间选择7种元素，根据它们的特征谱波长（Kα1），用图解法验证莫塞莱定律。 3．若X射线管的额定功率为1.5kW，在管电压为35kV时，容许的最大电流是多少？ 4．讨论下列各组概念中二者之间的关系： 1）同一物质的吸收谱和发射谱； 2）X射线管靶材的发射谱与其配用的滤波片的吸收谱。 5．为使Cu靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。 6．画出MoKα辐射的透射系数（I/I0）-铅板厚度（t）的关系曲线（t取0~1mm）。 7．欲用Mo靶X射线管激发Cu的荧光X射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？8．X射线的本质是什么？ 9．如何选用滤波片的材料？如何选用X射线管的材料？10．实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以Fe为主要成分的样品，试选择合适的X射线管和合适的滤波片。
材料物理专业《材料分析测试方法A》作业
材料物理专业《材料分析测试方法A 》作业 第一章 电磁辐射与材料结构 一、教材习题 1-1 计算下列电磁辐射的有关参数： （1）波数为3030cm -1的芳烃红外吸收峰的波长（μm ）； （2）5m 波长射频辐射的频率（MHz ）； （3）588.995nm 钠线相应的光子能量（eV ）。 1-3 某原子的一个光谱项为45F J ，试用能级示意图表示其光谱支项与塞曼能级。 1-5 下列原子核中，哪些核没有自旋角动量？ 12C 6、19F 9、31P 15、16O 8、1H 1、14N 7。 1-8 分别在简单立方晶胞和面心立方晶胞中标明（001）、（002）和（003）面，并据此回答： 干涉指数表示的晶面上是否一定有原子分布？为什么？ 1-9 已知某点阵∣a ∣=3?，∣b ∣=2?，γ = 60?，c ∥a ×b ，试用图解法求r *110与r *210。 1-10 下列哪些晶面属于]111[晶带？ )331(),011(),101(),211(),231(),132(),111(。 二、补充习题 1、试求加速电压为1、10、100kV 时，电子的波长各是多少？考虑相对论修正后又各是多 少？ 第二章 电磁辐射与材料的相互作用 一、教材习题 2-2 下列各光子能量（eV ）各在何种电磁波谱域内？各与何种跃迁所需能量相适应？ 1.2×106~1.2×102、6.2~1.7、0.5~0.02、2×10-2~4×10-7。 2-3 下列哪种跃迁不能产生? 31S 0—31P 1、31S 0—31D 2、33P 2—33D 3、43S 1—43P 1。 2-5 分子能级跃迁有哪些类型？紫外、可见光谱与红外光谱相比，各有何特点？ 2-6 以Mg K α（λ=9.89?）辐射为激发源，由谱仪（功函数4eV ）测得某元素（固体样品） X 射线光电子动能为981.5eV ，求此元素的电子结合能。 2-7 用能级示意图比较X 射线光电子、特征X 射线与俄歇电子的概念。 二、补充习题 1、俄歇电子能谱图与光电子能谱图的表示方法有何不同？为什么？ 2、简述X 射线与固体相互作用产生的主要信息及据此建立的主要分析方法。 第三章 粒子（束）与材料的相互作用 一、教材习题 3-1 电子与固体作用产生多种粒子信号（教材图3-3），哪些对应入射电子？哪些是由电子 激发产生的？
材料分析测试技术》试卷(答案)
《材料分析测试技术》试卷（答案） 一、填空题：（20分，每空一分） 1. X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。 2. X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X射线、和热。 3. 德拜照相法中的底片安装方法有：正装、反装和偏装三种。 4. X射线物相分析方法分：定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。 5. 透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。 6. 今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。 7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。 8. 扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。 二、选择题：（8分，每题一分） 1. X射线衍射方法中最常用的方法是（ b ）。 a．劳厄法；b．粉末多晶法；c．周转晶体法。 2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是（b）。 a．Co ；b. Ni ；c. Fe。 3. X射线物相定性分析方法中有三种索引，如果已知物质名时可以采用（c ）。 a．哈氏无机数值索引；b. 芬克无机数值索引；c. 戴维无机字母索引。4. 能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是（b）。 a．第二聚光镜光阑；b. 物镜光阑；c. 选区光阑。 5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是（ b ）。 a．球差；b. 像散；c. 色差。 6. 可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是（a）。 a．高阶劳厄斑点；b. 超结构斑点；c. 二次衍射斑点。 7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nm厚表层成分的信号是（b）。 a．背散射电子；b.俄歇电子；c. 特征X射线。 8. 中心暗场像的成像操作方法是（c）。 a．以物镜光栏套住透射斑；b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。 三、问答题：（24分，每题8分） 1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么 答：X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小 适中，在1um-5um之间；其次粉末不能有应力和织构；最后是样品有一 个最佳厚度（t =
资料分析公式及例题最全
一、增长 增长量 = 现期量 — 基期量 增长率 = 增幅 = 增速 = 增长量 ÷ 基期量 =（现期量 — 基期量）÷基期量 年均增长量、年均增长率： 如果初值为A ，第n+1年增长为B ，年均增长量为M ，年均增长率为x?%，则： M= B?A n B =A(1+x ?%)n 增长量 = A 1+m%×m% ， 当m >0 时，m 越大，m%1+m% 越大。 现期量高，增长率高，则增长量高。 同比增长、环比增长 同比增长：与上一年的同一时期相比的增长速度。 环比增长：与紧紧相邻的上一期相比的增长速度。 乘除法转化法： 当0 长38.7%。 问题：2009年我国进出口贸易总额约为（ ）万亿美元。 A.1.6 B.2.2 C.2.6 D.3.0 二、比重 比重 = 分量÷总体量×100% 已知本期分量为A ，增长率为a%，总量为B ，增长率为b%，则： 基期分量占总量的比重： A ÷(1+a%) B ÷(1+b%)=A B ×1+b%1+a% 如果a%>b%，则本期A 占B 的比重( A B )相较基期( A B × 1+b%1+a% )有所上升。 如果a% 复习题 1 绪论 选择题： 1.依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置称为（ A ） A.物理型传感器 B.结构型传感器 C.电桥 D.A/D转换器 2. 一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较，从而获得被测对象的数值结果过程称为（ B ） A．测试 B．测量 C. 试验 D．传感 3. 电测法具有测试范围广、精度高、灵敏度高、响应速度快等优点，特别适合于（ C ） A．静态测试 B．线性测试 C. 动态测试 D．非线性测试 填空题： 1.测试泛指测量和试验两个方面的技术，是具有试验性质的测量，是测量和试验的综合。 2.测量是指一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较，从而获得被测对象的数值结果，即以确定被测对象的量值为目的的全部操作，可分为直接比较法和间接比较法。 3.依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置称为物理型传感器。 4.随着新材料的开发，传感器正经历着从机构型为主向物性型为主的转变。 名词解释： 1.电测法 答：电测法是将非电量先转换为电量，然后用各种电测仪表和装置乃至计算机对电信号进行处理和分析的方法。 2. 间接比较法 答：间接比较法利用仪器仪表把待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变化。 3.直接比较法 答：直接比较法无须经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值。 简答题： 1.试述测量与测试的概念及其区别。 答：测量是指一个被测量与一个预定标准之间进行定量比较，从而获得被测对象的数值结果，即以确定被测对象的量值为目的的全部操作。测试是对信号的获取、加工、处理、显示记录及分析的过程。测量是被动的、静态的、较孤立的记录性操作，其重要性在于它提供了系统所要求的和实际所取得的结果之间的一种比较；测试是主动地、涉及过程动态的、系统的记 第一章 1．什么是连续X射线谱？为什么存在短波限λ0？ 答：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，称之为X射线谱。在管电压很低，小于20kv时的曲线是连续的，称之为连续谱。大量能量为eV的自由电子与靶的原子整体碰撞时，由于到达靶的时间和条件不同，绝大多数电子要经过多次碰撞，于是产生一系列能量为hv的光子序列，形成连续的X射线谱，按照量子理论观点，当能量为eV的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去，在极限情况下，极少数的电子在一次碰撞中将全部的能量一次性转化为一个光量子，这个光量子具有最高的能量和最短的波长，即λ0。 2.什么是特征X射线？它产生的机理是什么？为什么存在激发电压Vk？ 答：当X射线管电压超过某个临界值时，在连续谱的某个波长处出现强度峰，峰窄而尖锐，这些谱线之改变强度，而峰位置所对应的波长不便，即波长只与靶的原子序数有关，与电压无关，因为这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征，故称为特征X射线，由特征X射线构成的X射线谱叫做特征X射线谱。 它的产生是与阳极靶物质的原子结构紧密相关当外来的高速粒子（电子或光子）的动能足够大时，可以将壳层中的某个电子击出，或击到原子系统之外，击出原子内部的电子形成逸出电子，或使这个电子填补到未满的高能级上。于是在原来位置出现空位，原子系统处于激发态，高能级的电子越迁到该空位处，同时将多余的能量e=hv=hc/λ释放出来，变成光电子而成为德特征X射线。 由于阴极射来的电子欲击出靶材的原子内层电子，比如k层电子，必须使其动能大于k 层电子与原子核的结合能Ek或k层的逸出功Wk。即有eV k=1/2mv2〉-Ek=Wk，故存在阴极电子击出靶材原子k电子所需要的临界激发电压Vk。 3、X射线与物质有哪些互相作用？ 答;X射线的散射：相干散射，非相干散射 X射线的吸收：二次特征辐射（当入射X射线的能量足够大时，会产生二次荧光辐射）； 光电效应：这种以光子激发原子所产生的激发和辐射过程；俄歇效应：当内层电子被击出成为光电子，高能级电子越迁进入低能级空位，同时产生能量激发高层点成为光电子。 4、线吸收系数μl和质量吸收系数μm的含义 答：线吸收系数μl：在X射线的传播方向上，单位长度的X射线强度衰减程度[cm-1]（强度为I的入射X射线在均匀物质内部通过时，强度的衰减率与在物质内通过的距离x成正步-dI/I=μdx，强度的衰减与物质内通过的距离x成正比）。与物质种类、密度、波长有关。质量吸收系数μm：他的物理意义是单位重量物质对X射线的衰减量，μ/P=μm[cm2/g]与物质密度和物质状态无关，而与物质原子序数Z和μm=kλ3Z3，X射线波长有关。 5、什么是吸收限？为什么存在吸收限？ 答：1）当入射光子能量hv刚好击出吸收体的k层电子，其对应的λk为击出电子所需要的入射光的最长波长，在光电效应产生的条件时，λk称为k系激发限，若讨论X射线的被物质吸收时，λk又称为吸收限。 当入射X射线，刚好λ=λk时，入射X射线被强烈的吸收。当能量增加，即入射λ〉λk时，吸收程度小。 材料分析测试方法复习题 第一部分 简答题： 1. X 射线产生的基本条件 答：①产生自由电子； ②使电子做定向高速运动； ③在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物。 2. 连续X 射线产生实质 答：假设管电流为10mA ，则每秒到达阳极靶上的电子数可达6.25x10（16）个，如此之多的电子到达靶上的时间和条件不会相同，并且绝大多数达到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hv （i ）的光子序列，这样就形成了连续X 射线。 3. 特征X 射线产生的物理机制 答：原子系统中的电子遵从刨利不相容原理不连续的分布在K 、L 、M 、N 等 不同能级的壳层上，而且按能量最低原理从里到外逐层填充。当外来的高速度的粒子动能足够大时，可以将壳层中某个电子击出去，于是在原来的位置出现空位，原子系统的能量升高，处于激发态，这时原子系统就要向低能态转化，即向低能级上的空位跃迁，在跃迁时会有一能量产生，这一能量以光子的形式辐射出来，即特征X 射线。 4. 短波限、吸收限 答：短波限：X 射线管不同管电压下的连续谱存在的一个最短波长值。 吸收限：把一特定壳层的电子击出所需要的入射光最长波长。 5. X 射线相干散射与非相干散射现象 答： 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。 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。 6. 光电子、荧光X 射线以及俄歇电子的含义 答：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）。 荧光X 射线：由X 射线激发所产生的特征X 射线。 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。 7. X 射线吸收规律、线吸收系数 答：X 射线吸收规律：强度为I 的特征X 射线在均匀物质内部通过时，强度的衰减与在物质内通过的距离x 成比例，即-dI/I=μdx 。 线吸收系数：即为上式中的μ，指在X 射线传播方向上，单位长度上的X 射线强弱衰减程度。 8. 晶面及晶面间距 答:晶面：在空间点阵中可以作出相互平行且间距相等的一组平面，使所有的节点均位于这组平面上，各平面的节点分布情况完全相同，这样的节点平面成为晶面。 晶面间距：两个相邻的平行晶面的垂直距离。 9. 反射级数与干涉指数 答：布拉格方程 表示面间距为d ’的（hkl ）晶面上产生了n 级衍射，n 就是反射级数 λ θn Sin d ='2： 材料分析测试技术复习题 【第一至第六章】 1.X射线的波粒二象性 波动性表现为： －以波动的形式传播，具有一定的频率和波长 －波动性特征反映在物质运动的连续性和在传播过程中发生的干涉、衍射现象 粒子性突出表现为： －在与物质相互作用和交换能量的时候 －X射线由大量的粒子流(能量E、动量P、质量m)构成，粒子流称为光子－当X射线与物质相互作用时，光子只能整个被原子或电子吸收或散射 2.连续x射线谱的特点，连续谱的短波限 定义：波长在一定范围连续分布的X射线，I和λ构成连续X射线谱 λ∞，波?当管压很低（小于20KV 时），由某一短波限λ 0开始直到波长无穷大长连续分布 ?随管压增高，X射线强度增高，连续谱峰值所对应的波长（1.5 λ 0处)向短波端移动 ?λ 0 正比于1/V, 与靶元素无关 ?强度I：由单位时间内通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的光量子数的能量总和决定（粒子性观点描述） ?单位时间通过垂直于传播方向的单位截面上的能量大小，与A2成正比（波动性观点描述） 短波限:对X射线管施加不同电压时，在X射线的强度I 随波长λ变化的关系曲线中，在各种管压下的连续谱都存在一个最短的波长值λ0，称为短波限。 3.连续x射线谱产生机理 【a】.经典电动力学概念解释： 一个高速运动电子到达靶面时，因突然减速产生很大的负加速度，负加速度引起周围电磁场的急剧变化，产生电磁波，且具有不同波长，形成连续X射线谱。 【b】.量子理论解释： * 电子与靶经过多次碰撞，逐步把能量释放到零，同时产生一系列能量为hυi的光子序列，形成连续谱 * 存在ev=hυmax，υmax=hc/ λ0, λ0为短波限，从而推出λ0＝1.24/ V （nm) （V为电子通过两极时的电压降，与管压有关）。 * 一般ev≥h υ,在极限情况下，极少数电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子 4.特征x射线谱的特点 对于一定元素的靶，当管压小于某一限度时，只激发连续谱，管压增高，射线谱曲线只向短波方向移动，总强度增高，本质上无变化。 当管压超过某一临界值后，在连续谱某几个特定波长的地方，强度突然显著 第五章 X 射线衍射分析原理 一、教材习题 5-2 “一束X 射线照射一个原子列（一维晶体），只有镜面反射方向上才有可能 产生衍射”，此种说法是否正确？ 答：不正确。（根据劳埃一维方程，一个原子列形成的衍射线构成一系列共顶同轴的衍射圆锥，不仅镜面反射方向上才有可能产生衍射。） 5-3 辨析概念：X 射线散射、衍射与反射。 答：X 射线散射：X 射线与物质作用（主要是电子）时，传播方向发生改变的现象。 X 射线衍射：晶体中某方向散射X 射线干涉一致加强的结果，即衍射。 X 射线反射：晶体中各原子面产生的反射方向上的相干散射。与可见光的反射不同，是“选择反射”。 在材料的衍射分析工作中，“反射”与“衍射”通常作为同义词使用。 5-4 某斜方晶体晶胞含有两个同类原子，坐标位置分别为：( 43，43，1)和（4 1 ，41，2 1 ），该晶体属何种布拉菲点阵？写出该晶体(100)、(110)、(211)、(221)等晶面反射线的F 2值。 答：根据题意，可画出二个同类原子的位置，如下图所示： 如果将原子（1/4，1/4，1/2）移动到原点（0，0，0），则另一原子（3/4，3/4，1）的坐标变为(1/2，1/2，1/2)，因此该晶体属布拉菲点阵中的斜方体心点阵。 对于体心点阵： ])1(1[)()2/2/2/(2)0(2L K H L K H i i f fe fe F ++++-+=+=ππ ???=++=++=奇数时 ，当偶数时； 当L K H 0,2L K H f F ?? ?=++=++=奇数时 ，当偶数时； 当L K H L K H f 0,4F 22 或直接用两个原子的坐标计算： ()()()()()()()3 31112()2()4444211111122()222442 111 2() 4421 (2)2 11111111i h k l i h k l i h k l i h k l i h k l h k l i h k l h k l h k l F f e e f e e f e f e f ππππππ++++??++++ ? ??++++++++++??=+ ? ????=+?????? ??=+-?? ?? =+-?? ??=+-±?? 所以 F 2=f 2[1+(-1)(h +k +l )]2 因此，(100)和(221)，h +k +l =奇数，|F |2=0；(110)、(211)，h +k +l =偶数，|F |2=4f 2。 5-7 金刚石晶体属面心立方点阵，每个晶胞含8个原子，坐标为：（0，0，0）、 （ 21，21，0）、（21，0，21）、（0，21，21）、（41，41，41）、（43，43，41 ）、（43，41，43）、（41，43，4 3），原子散射因子为f a ，求其系统消光规律（F 2 最简表达式），并据此说明结构消光的概念。 答：金刚石晶体属面心立方点阵，每个晶胞含8个原子，坐标为：(0,0,0)、(1/2,1/2,0)、(1/2,0,1/2)、（0,1/2,1/2)、(1/4,1/4,1/4)、(3/4,3/4,1/4)、(3/4,1/4,3/4)、(1/4,3/4,3/4)，可以看成一个面心立方点阵和沿体对角线平移(1/4,1/4,1/4)的另一个面心立方点阵叠加而成的。 《材料分析测试技术》试卷（答案) 一、填空题：(20分，每空一分) 1．X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。 2．X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X 射线、和热。 3．德拜照相法中的底片安装方法有: 正装、反装和偏装三种。 4. X射线物相分析方法分: 定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。 5．透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。 6.今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。 7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。 ８．扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。 二、选择题:（8分，每题一分） 1.X射线衍射方法中最常用的方法是( b ）。 a．劳厄法；b．粉末多晶法;ｃ.周转晶体法。 2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是(b)。 ａ．Co;b. Nｉ;c.Fe。 3.X射线物相定性分析方法中有三种索引,如果已知物质名时可以采用( c )。 a．哈氏无机数值索引;b. 芬克无机数值索引；ｃ. 戴维无机字母索引。 4.能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是(b)。 a．第二聚光镜光阑；b．物镜光阑;c. 选区光阑。 5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是( b )。 a.球差; b. 像散; c. 色差。 6．可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是( a)。 ａ．高阶劳厄斑点；ｂ．超结构斑点;c. 二次衍射斑点。 7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nｍ厚表层成分的信号是（b)。 a.背散射电子; b.俄歇电子；ｃ. 特征Ｘ射线。 8. 中心暗场像的成像操作方法是（ｃ)。 a．以物镜光栏套住透射斑;b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。 三、问答题：(2４分,每题8分） 1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么？ 答: X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小适 中,在1ｕｍ－5uｍ之间;其次粉末不能有应力和织构;最后是样品有一个 最佳厚度(t = 教师职业道德这部分就是我们特岗教师考试中会涉及到材料分析的一部分内容，考试中常考察的是08版师德，即三爱两人一终身，今天我们就一起分享一下。 1、爱国守法 热爱祖国，热爱人民，拥护中国共产党领导，拥护社会主义。全面贯彻国家教育方针，自觉遵守教育法律法规，依法履行教师职责权利。不得有违背党和国家方针政策的言行。 分析技巧：涉及教师侵犯学生权利类。 2、爱岗敬业 忠诚于人民教育事业，志存高远，勤恳敬业，甘为人梯，乐于奉献。对工作高度负责，认真备课上课，认真批改作业，认真辅导学生。不得敷衍塞责。 分析技巧： (1)忠诚于人民教育事业：某教师十几年如一日在工作岗位上认真执教等; (2)甘为人梯：人包含学生和新教师两方面; (3)三个认真：认真上课、认真备课、认真辅导学生。 3、关爱学生 关心爱护全体学生，尊重学生人格，平等公正对待学生。对学生严慈相济，做学生良师益友。保护学生安全，关心学生健康，维护学生权益。不讽刺、挖苦、歧视学生，不体罚或变相体罚学生。 分析技巧： (1)爱谁：全体学生——只关注尖子生、设特殊座位等行为均违反该条; (2)怎么爱：尊重学生人格，平等公正对待学生。即不能以学生成绩、家庭背景等因素而有区别对待。 (3)爱哪些方面：安全、健康、权益。 4、教书育人 遵循教育规律，实施素质教育。循循善诱，诲人不倦，因材施教。培养学生良好品行，激发学生创新精神，促进学生全面发展。不以分数作为评价学生的唯一标准。 分析技巧：关注学生全面发展，不以分数作为衡量学生的唯一标准。 5、为人师表 坚守高尚情操，知荣明耻，严于律己，以身作则。衣着得体，语言规范，举止文明。关心集体，团结协作，尊重同事，尊重家长。作风正派，廉洁奉公。自觉抵制有偿家教，不利用职务之便谋取私利。 分析技巧： (1)各个方面为学生做表率和榜样; (2)团结同事; (3)尊重家长。 材料分析测试技术部分课后答案 太原理工大学材料物理0901 除夕月 1-1 计算0.071nm(MoKα)和0.154nm(CuKα)的X-射线的振动频率和能量。 ν=c/λ=3*108/(0.071*10-9)=4.23*1018S-1 E=hν=6.63*10-34*4.23*1018=2.8*10-15 J ν=c/λ=3*108/(0. 154*10-9)=1.95*1018S-1 E=hν=6.63*10-34*2.8*1018=1.29*10-15 J 1-2 计算当管电压为50kV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. E=eV=1.602*10-19*50*103=8.01*10-15 J λ=1.24/50=0.0248 nm E=8.01*10-15 J(全部转化为光子的能量) V=(2eV/m)1/2=(2*8.01*10-15/9.1*10-31)1/2=1.32*108m/s 1-3分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？ （1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射； （2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射； （3）用CuKαX射线激发CuLα荧光辐射。 答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。最内层能量最低，向外能量依次增加。 根据能量关系，M、K层之间的能量差大于L、K成之间的能量差，K、L层之间的能量差大于M、L层能量差。由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以K?的能量大于Ka 的能量，Ka能量大于La的能量。 因此在不考虑能量损失的情况下： CuKa能激发CuKa荧光辐射；（能量相同） CuK?能激发CuKa荧光辐射；（K?>Ka） CuKa能激发CuLa荧光辐射；（Ka>la） 1-4 以铅为吸收体，利用MoKα、RhKα、AgKαX射线画图，用图解法证明式（1-16）的正确性。（铅对于上述Ⅹ射线的质量吸收系数分别为122.8，84.13，66.14 cm2／g）。再由曲线求出铅对应于管电压为30 kv条件下所发出的最短波长时质量吸收系数。 解：查表得 以铅为吸收体即Z=82 Kαλ 3 λ3Z3 μm Mo 0.714 0.364 200698 122.8 Rh 0.615 0.233 128469 84.13 Ag 0.567 0.182 100349 66.14 画以μm为纵坐标，以λ3Z3为横坐标曲线得K≈8.49×10-4，可见下图 铅发射最短波长λ0＝1.24×103/V＝0.0413nm λ3Z3＝38.844×103 μm = 33 cm3/g 1-5. 计算空气对CrKα的质量吸收系数和线吸收系数（假设空气中只有质量分数80％的氮和质量分数20％的氧，空气的密度为1.29×10-3g／cm3）。 解：μm=0.8×27.7＋0.2×40.1=22.16+8.02=30.18（cm2/g） μ=μm×ρ=30.18×1.29×10-3=3.89×10-2 cm-1 1-6. 为使CuKα线的强度衰减1／2，需要多厚的Ni滤波片？（Ni的密度为8.90g／cm3）。1-7. CuKα1和CuKα2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？ 解：设滤波片的厚度为t 根据公式I/ I0=e-Umρt；查表得铁对CuKα的μm＝49.3（cm2/g）,有：1/2=exp(-μmρt) 即t=-(ln0.5)/ μmρ=0.00158cm 根据公式：μm=Kλ3Z3，CuKα1和CuKα2的波长分别为：0.154051和0.154433nm ，所以μm=K 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 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=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。即特征X射线波长为一固定值。 能量：若为K层向L层跃迁，则能量为： 各个系的概念：原于处于激发态后，外层电子使争相向内层跃迁，同时辐射出特征x射线。我们定义把K层电子被击出的过程叫K系激发，随之的电子跃迁所引起的辐射叫K系辐射，同理，把L层电子被击出的过程叫L系激发，随之的电子跃迁所引起的辐射叫L系辐射，依次类推。我们再按电子跃迁时所跨越的能级数目的不同把同一辐射线系分成几类，对跨 越I，2，3．．个能级所引起的辐射分别标以α、β、γ等符号。电子由L—K，M—K跃迁(分别跨越1、2个能级)所引起的K系辐射定义为Kα，Kβ谱线；同理，由M—L，N—L电子跃迁将辐射出L系的Lα，Lβ谱线，以此类推还有M线系等。 莫赛莱定律：特征X射线谱的频率或波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构， 材料分析复习题 一．-----名词解释 一．名词解释： 光电效应质厚衬度X射线谱特征X射线谱：二次电子系统消光俄歇效应衍射衬度连续谱背散射电子结构因数激发电压等同晶面明场成像暗场成像景深相干散射非相干散射短波限特征谱干涉面衬度焦长晶带复型标准零层倒易面相机常数多重性因子吸收电子 光电效应：以光子激发原子所产生的激发和辐射过程称为光电效应。 质厚衬度：由试样的厚度和密度造成的衬度。 X射线谱： x射线管发出的x射线束的波长和强度的关系曲线。 特征X射线谱：在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的谱线,称为特征X 射线谱。它和可见光的单色相似，亦称单色X射线。 二次电子：在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外电子。系统消光：因原子在晶体中位置不同或原子种类不同而引起的某些方向上的衍射线消失的现象称之为系统消光。 俄歇效应如果原子在入射的x射线光子的作用下， K层电子被击出，L层电子向K层跃迁，其能量差不是以产生K系X射线光量子的形式释放，而是被邻近电子所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子-----俄歇电子(Auger electrons)。这种现象叫做俄歇效应。 衍射衬度:由于样品中不同晶体(或同种晶体不同位向)衍射条件不同而造成的衬度差别称为衍射衬度。 连续谱：具有连续波长的X射线，构成连续X射线谱，它和可见+ -光相似，亦称多色X射线。（或答：管压很低时，X射线谱的曲线是连续变化的，称连续谱。） 背散射电子：背散射电子是被固体试样表面的原子核反射回来的一部份入射电子，包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。 结构因数F2： 反映了晶胞内原子种类、原子个数、原子位置 对（hkl）晶面衍射方向上衍射强度的影响。 焦长：物平面固定,在保证象清晰的条件下，像平面沿透镜主轴上下移动的距离。（或答：透镜像平面允许的轴向偏差） 等同晶面：晶面间距相同,晶面上原子排列规律相同的晶面. 明场成像：让透射束通过物镜光阑，而把衍射束挡住得到图象衬度的方法叫明场测试技术复习题2 (1)
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