現(xiàn)代材料分析方法 期末考試 要點(diǎn)總結(jié)

1、1.x射線與物質(zhì)的相互作用？光電效應(yīng)？莫塞萊定律？作用：（1）宏觀效應(yīng)-x射線強(qiáng)度衰減 （2）微觀機(jī)制-x射線被散射,吸收.1散射-相干散射,康譜頓散射2吸收-產(chǎn)生光電子,二次熒光,俄歇電子光電效應(yīng)：原子中的電子處在不同的能級(jí)上，當(dāng)入射光子的能量超過(guò)內(nèi)層電子的軌道結(jié)合能，就可以發(fā)生光電離過(guò)程，產(chǎn)生光電子 2.x射線衍射的充分必要條件？極限條件？簡(jiǎn)單點(diǎn)陣的消光規(guī)律必要條件：滿足布拉格方程充分條件：滿足消光規(guī)律極限條件：能夠被晶體衍射的電磁波的波長(zhǎng)必須小于參加反射的晶面中最大面間距的二倍2d3.x射線衍射的方法及其特點(diǎn)？saxs？衍射方法 適用試樣勞埃法 變不變單晶轉(zhuǎn)晶法 不變變 單晶德拜-謝樂(lè)法

2、 不變 變 多晶粉末法 不變變 多晶如果試樣具有不同電子密度的非周期性結(jié)構(gòu)（晶區(qū)和非晶區(qū)），則x射線不被相干散射，有波長(zhǎng)的改變，并在小角度上測(cè)定，稱為小角x射線散射（saxs）4.xrd的應(yīng)用？晶粒度的測(cè)定公式？1、固體結(jié)構(gòu)分析2、物相定性分析3、物相定量分析 4、晶粒大小分析5、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)分析，結(jié)晶度分析6、宏觀應(yīng)力與微觀應(yīng)力分析7、擇優(yōu)取向分析5 xrd定性分析的原理？1各種物質(zhì)都有自己特定的結(jié)構(gòu)參數(shù)（點(diǎn)陣類型、晶胞大小、晶胞中原子或分子的數(shù)目、位置等），結(jié)構(gòu)參數(shù)不同則x射線衍射花樣也就各不相同。2當(dāng)多種物質(zhì)同時(shí)衍射時(shí)，其衍射花樣也是各種物質(zhì)自身衍射花樣的機(jī)械疊加。它們互不干擾，相互獨(dú)立，

3、逐一比較就可以在重疊的衍射花樣中剝離出各自的衍射花樣，分析標(biāo)定后即可鑒別出各自物相。6 電磁透鏡？tem成像原理？tem分辨率及其影響因素？景深及其影響因素？電磁透鏡：在電子顯微鏡中由電磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)所構(gòu)成的透鏡，用以將電子槍的束斑縮小tem成像原理：透射電鏡是以電子束透過(guò)樣品經(jīng)過(guò)聚焦與放大后所產(chǎn)生的物像， 投射到熒光屏上或照相底片上進(jìn)行觀察。（阿貝成像原理）1平行光(電子束)透過(guò)物后產(chǎn)生的衍射光，經(jīng)透鏡后在其后焦面上形成衍射圖樣。2這些衍射圖上的每一點(diǎn)可看作是相干的次波源，這些次波源發(fā)出的光(電子束)在像平面上相干迭加，形成物體的幾何像. 分辨率：對(duì)微區(qū)成分分析而言，是指能分析的最小區(qū)域；

4、對(duì)成像而言，是指能分辨兩點(diǎn)之間的最小距離。分辨本領(lǐng)為2-3 埃。影響因素：衍射效應(yīng)，像差，球差 ，像散，色差，景深是指一個(gè)透鏡對(duì)高低不平的試樣各部位能同時(shí)聚焦成像的一個(gè)能力范圍。電子束孔徑角是決定掃描電鏡景深的主要因素7 tem的主要部件？ 成像方式及其特點(diǎn)？光欄（闌）的作用？通常透射電鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、循環(huán)冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，其中電子光學(xué)系統(tǒng)是電鏡的主要組成部分。照明系統(tǒng)：電子槍，聚光鏡成像系統(tǒng)：物鏡，中間鏡(1、2個(gè))，投影鏡(1、2個(gè)) 光闌作用：擋掉發(fā)散電子，保證電子束的相干性和照射區(qū)域物鏡光欄：光闌孔越小，被擋去的電子越多，圖像的襯度就越大。 在后焦面上套取衍

5、射束的斑點(diǎn)（即副焦點(diǎn)）成像，這就是所謂暗場(chǎng)像選區(qū)光欄：使電子束僅通過(guò)光欄限定的微區(qū)。第二聚光鏡光欄：限制照明孔徑角。8 電子衍射原理及其與xrd的異同點(diǎn)？選區(qū)電子衍射？原理：布拉格定律：2dsin=；2d 通常的透射電鏡的加速電壓為100-200kv，即電子波的波長(zhǎng)為10-2-10-3nm數(shù)量級(jí)，而常見(jiàn)晶體的晶面間距為0.1-1nm數(shù)量級(jí)，于是 sin=/2d10-2； =10-2rad98%），通常在分析前，樣品需要純化 2 試樣不含水（水能強(qiáng)吸收且侵蝕鹽窗） 3試樣濃度或厚度應(yīng)適當(dāng)，以使t在合適范圍。 液體或溶液試樣：（1）沸點(diǎn)低易揮發(fā)的樣品：液體池法。（2）高沸點(diǎn)的樣品：液膜法（夾于兩鹽

6、片之間）。 （3）固體樣品可溶于cs2或ccl4等無(wú)強(qiáng)吸收的溶液中。固體試樣：（1）壓片法：12mg樣+200mg kbr干燥處理研細(xì)：粒度小于 2 m（散射小）混合壓成透明薄片直接測(cè)定；（2）石蠟糊法：試樣磨細(xì)與液體石蠟混合夾于鹽片間；石蠟為高碳數(shù)飽和烷烴，因此該法不適于研究飽和烷烴。（3）薄膜法：高分子試樣加熱熔融涂制或壓制成膜；高分子試樣溶于低沸點(diǎn)溶劑涂漬于鹽片揮發(fā)除溶劑；樣品量少時(shí)，采用光束聚光器并配微量池。13 拉曼散射和拉曼位移？拉曼光譜的產(chǎn)生原理、選律及其表示方法？拉曼光譜的特點(diǎn)？直讀光譜儀中“通道” 的概念？拉曼散射：碰撞過(guò)程中，光子與分子之間發(fā)生能量交換，光子不僅改變運(yùn)動(dòng)方向

7、，而且改變頻率 拉曼位移：斯托克斯線或反斯托克斯線與入射光頻率之差（v）產(chǎn)生原理：分子和光相互作用的散射光的頻率與入射光不同。斯托克斯線和反斯托克斯線統(tǒng)稱為拉曼譜線。入射光的能量 stokes線的能量 anti-stokes線的能量 由于在通常情況下，分子絕大多數(shù)處于振動(dòng)能級(jí)基態(tài)，所以斯托克斯線的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于反斯托克斯線選律：拉曼散射光譜也同紅外吸收光譜一樣，遵守e=h的光譜選律。表示方法：縱坐標(biāo)-相對(duì)強(qiáng)度，橫坐標(biāo)-波數(shù)（表示拉曼位移值）拉曼光譜的特點(diǎn)：（1）一些在紅外光譜中為弱吸收的譜帶，在拉曼光譜中可能為強(qiáng)譜帶，從而有利于這些基團(tuán)的檢出。（2）拉曼光譜低波數(shù)方向的測(cè)定范圍寬，有利于提供重原

8、子的振動(dòng)信息。（3）對(duì)于結(jié)構(gòu)的變化，拉曼光譜有可能比紅外光譜更敏感。（4）特別適合于研究水溶液體系。（5）比紅外光譜有更好的分辨率。（6）固體樣品可直接測(cè)定，無(wú)需制樣。直讀光譜儀中“通道” 的概念 發(fā)射光通過(guò)入射狹縫進(jìn)入光室經(jīng)過(guò)光柵的分光把不同波長(zhǎng)的光分開(kāi)，不同波長(zhǎng)的光經(jīng)出射狹縫進(jìn)入光電倍增管接受光信號(hào)然后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理機(jī)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通過(guò)機(jī)處理再連接打印機(jī)打印出數(shù)據(jù)一個(gè)波長(zhǎng)的發(fā)射光對(duì)應(yīng)一個(gè)通道儀器有多少個(gè)“通道”即可測(cè)量多少個(gè)元素。但是對(duì)于用ccd（電荷耦合傳感器）檢測(cè)器的直讀光譜儀而言，沒(méi)有“通道”可言，通常指在多少波長(zhǎng)譜線內(nèi)可有效測(cè)量多少個(gè)元素（由檢出限而定）

9、。14 電子躍遷的類型？紫外可見(jiàn)光譜的產(chǎn)生原理？朗伯-比爾定律？ 電子躍遷的類型：（1）- *躍遷：比如甲烷分子，只有c-h鍵，因此只能產(chǎn)生- *躍遷，在紫外光譜圖上在125nm處有最大吸收。（2） -*躍遷：分子中含有不飽和基團(tuán)。（3）n -*躍遷：分子中含有不飽和基團(tuán)。（4） n - *躍遷：含有孤對(duì)電子的飽和化合物，可以產(chǎn)生n -*躍遷，吸收波長(zhǎng)位于150-250nm。表示方法：橫坐標(biāo)-波長(zhǎng)（nm），縱坐標(biāo)-吸光度a或吸收系數(shù) 產(chǎn)生原理: 利用某些物質(zhì)的分子中生色團(tuán)及助色團(tuán)吸收200800nm光譜區(qū)的輻射來(lái)進(jìn)行分析測(cè)定，這種分子吸收光譜產(chǎn)生于價(jià)電子和分子軌道上的電子在電子能級(jí)間的躍遷，廣

10、泛用于有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)的定性和定量測(cè)定。 朗伯-比爾定律：描述物質(zhì)對(duì)單色光吸收強(qiáng)弱與液層厚度和待測(cè)物濃度的關(guān)系，: 摩爾吸光系數(shù) (l mol-1 cm-1)l: 樣品路徑長(zhǎng)度（cm)c : 溶液樣品濃度（ mol l-1） 透射率t15 nmr的原理？表示方法？化學(xué)位移？ 原理：原子核自旋產(chǎn)生磁矩，當(dāng)核磁矩處于靜止外磁場(chǎng)中時(shí)產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)核和能級(jí)分裂。在交變磁場(chǎng)作用下，自旋核會(huì)吸收特定頻率的電磁波，從較低的能級(jí)躍遷到較高能級(jí)。這種過(guò)程就是核磁共振。表示方法：橫坐標(biāo)-吸收峰（表示化學(xué)位移和耦合常數(shù)），縱坐標(biāo)-吸收峰的強(qiáng)度。化學(xué)位移：不同化學(xué)環(huán)境中的氫核，受到的屏蔽或去屏蔽作用不同，它們的共振吸收出現(xiàn)在

11、不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下。表示：/ppm。16 熱分析方法的種類（dta、dsc、tg、dtg）及其表示方法？熱分析曲線表達(dá)的含義？熱分析方法的應(yīng)用？dsc 在程控溫度下，測(cè)量輸入到物質(zhì)和參比物之間的功率差與溫度關(guān)系的技術(shù)橫軸為溫度或時(shí)間；縱軸為熱流率，有兩種：。（1）功率補(bǔ)償dsc（2）熱流dsc 應(yīng)用：測(cè)反應(yīng)焓、比熱、觀察熔點(diǎn)降低，測(cè)高純有機(jī)物中雜質(zhì)，測(cè)定聚合物的玻璃化溫度dta在程控溫度下，測(cè)量物質(zhì)和參比物之間的溫度差與溫度關(guān)系的技術(shù)。橫軸為溫度或時(shí)間，從左到右逐漸增加；縱軸為溫度差，向上表示放熱，向下表示吸熱 tga 在程控溫度下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的技術(shù)。橫軸為溫度或時(shí)間，從左到右逐漸增

12、加；縱軸為質(zhì)量，自上向下逐漸減少 dtg將熱重法得到的熱重曲線對(duì)時(shí)間或溫度一階微商的方法。橫軸同上；縱軸為重量變化速率 tma在程控溫度下，測(cè)量物質(zhì)在非振動(dòng)負(fù)荷下的形變與溫度關(guān)系的技術(shù)。負(fù)荷方式有拉、壓、彎、扭、針入等 dma在程控溫度下，測(cè)量物質(zhì)在振動(dòng)負(fù)荷下的動(dòng)態(tài)模量和（或）力學(xué)損耗與溫度關(guān)系的技術(shù)。其方法有懸臂梁法、振簧法、扭擺法、扭辮法和粘彈譜法等 應(yīng)用：1) 材料的結(jié)晶行為 2) 材料液晶的多重轉(zhuǎn)變 3) 材料的玻璃化轉(zhuǎn)變tg及共聚共混物相容性 4) 材料的熱穩(wěn)定性及熱分解機(jī)理 5) 材料的剖析 6) 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析評(píng)價(jià)材料的使用性能 17 xps的原理及其表示方法？xps中化學(xué)位移的

13、概念？影響因素？譜線的識(shí)別方法？應(yīng)用？.xps ：x射線光電子能譜。原理：m + h m+* + e-（光電效應(yīng)方程）ek = h eb （愛(ài)因斯坦光電子發(fā)射方程）eb表示內(nèi)層電子的軌道結(jié)合能，ek表示被入射光子所激發(fā)出的光電子的動(dòng)能，h表示入射光子（x射線或uv）能量。結(jié)合能是將特定能級(jí)上的電子移到固體費(fèi)米能級(jí)或移到自由原子或分子的真空能級(jí)所需消耗的能量。 由于原子所處的化學(xué)環(huán)境不同（與之相結(jié)合的元素種類和數(shù)量以及原子的化學(xué)價(jià)態(tài)）內(nèi)層電子結(jié)合能的是變化的（化學(xué)位移）。通過(guò)測(cè)定光電效應(yīng)過(guò)程中結(jié)合能的變化作出“結(jié)合能強(qiáng)度”的圖線表示方法：xps譜有一組譜峰和背底譜線組成，它們包含了被分析物質(zhì)元素

14、組成和結(jié)構(gòu)方面非常有價(jià)值的信息， 如化學(xué)位移、俄歇電子譜線、電子自旋-軌道分裂、價(jià)電子結(jié)構(gòu)等。橫坐標(biāo)-結(jié)合能，縱坐標(biāo)-強(qiáng)度或數(shù)量化學(xué)位移的定義：由于原子所處的化學(xué)環(huán)境不同（與之相結(jié)合的元素種類和數(shù)量以及原子的化學(xué)價(jià)態(tài)）而引起的內(nèi)層電子結(jié)合能的變化。影響因素：化學(xué)位移是判定原子化合態(tài)的重要依據(jù)，影響化學(xué)位移的因素有是原子的初態(tài)效應(yīng)和終態(tài)效應(yīng)譜線的識(shí)別 （1）確定經(jīng)常出現(xiàn)的光電子峰，如c, o的光電子譜線；（2）確定auger線；（俄歇電子的動(dòng)能和結(jié)合能是固定的所以通過(guò)改變激發(fā)源(如al/mg雙陽(yáng)極x射線源、mg陽(yáng)極x射線源)觀察伴峰位置的改變與否來(lái)確定）（3）根據(jù)x射線光電子譜手冊(cè)中的各元素的峰

15、位表確定其他強(qiáng)峰，并標(biāo)出其相關(guān)峰；（4）區(qū)分多重峰、震激、震離、能量損失峰等。 （5）對(duì)于 p，d，f 譜線的鑒別應(yīng)注意它們一般應(yīng)為自旋雙線結(jié)構(gòu)，它們應(yīng)有一定的能量間隔和強(qiáng)度比，p 線的強(qiáng)度比約為1:2，d 線的強(qiáng)度比約為2:3，f 線的強(qiáng)度比約為3:4。光電子譜線 ：光電子譜線的特點(diǎn)是一般情況下比較窄而且對(duì)稱。x射線的伴峰：一般情況下由于x射線源并非完全單一引起， 同時(shí)區(qū)別auger電子峰和x射線光電子峰。 auger譜線：由于auger電子的動(dòng)能是固定的，x射線光電子的結(jié)合能是固定的，因此，可以通過(guò)改變激發(fā)源(如al/mg雙陽(yáng)極x射線源、mg陽(yáng)極x射線源)觀察伴峰位置的改變與否來(lái)確定x射線

16、“鬼峰” ：由于x射源的陽(yáng)極可能不純或被污染，則產(chǎn)生的x射線不純。“鬼峰” 為非陽(yáng)極材料x(chóng)射線所激發(fā)出的光電子譜線。 能量損失峰：光電子在離開(kāi)樣品表面的過(guò)程中有可能與表面的其它電子相互作用而損失一定的能量，從而在xps低動(dòng)能側(cè)出現(xiàn)一些伴峰，即能量損失峰。 電子的振激（shake up）在光電發(fā)射中，當(dāng)內(nèi)層電子被激發(fā)后會(huì)形成空穴。由于內(nèi)層電位發(fā)生突然變化，會(huì)引起價(jià)電子云的重新分布，結(jié)果會(huì)有一定的幾率將引起價(jià)殼層電子的躍遷，價(jià)殼層電子躍遷到更高能級(jí)的束縛態(tài) 電子的振離如果價(jià)電子被激發(fā)到連續(xù)態(tài)而成為自由電子應(yīng)用：1.固體樣品的元素成分進(jìn)行定性、定量或半定量及價(jià)態(tài)分析,樣品表面的微區(qū)2.選點(diǎn)分析,元素

17、成分的深度分析（角分辨方式和氬離子刻蝕方式）。 3.固體樣品表面的組成、化學(xué)狀態(tài)分析，廣泛應(yīng)用于元素分析、多相研究、化合物4.結(jié)構(gòu)鑒定、富集法微量元素分析、元素價(jià)態(tài)鑒定。5.對(duì)氧化、腐蝕、摩擦、潤(rùn)滑、燃燒、粘接、催化、包袱等微觀機(jī)理研究。6.分子生物化學(xué)以及三維剖析如界面及過(guò)渡層的研究等方面有所應(yīng)用。7.反映出分子的外殼層分子軌道的特性，測(cè)試逸出功等。18 aes的原理及其表示方法？俄歇電子的產(chǎn)額與原子序數(shù)之間的關(guān)系？應(yīng)用？原理：原子內(nèi)某一內(nèi)層電子被激發(fā)電離從而形成空位，一個(gè)較高能級(jí)的電子躍遷到該空位上，產(chǎn)生的能量使另一個(gè)電子被激發(fā)發(fā)射，形成無(wú)輻射躍遷過(guò)程，這一過(guò)程被稱為auger效應(yīng),表示方

18、法：橫坐標(biāo)-電子能量，縱坐標(biāo)-強(qiáng)度 產(chǎn)額隨原子序數(shù)增加減少應(yīng)用：1定性分析是進(jìn)行aes分析的首要內(nèi)容，方法是將采集到的auger電子譜與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)auger電子譜峰的位置和形狀來(lái)識(shí)別分析區(qū)域內(nèi)的未知元素。2定量分析：從理論上說(shuō)，如果知道auger電子峰的強(qiáng)度，根據(jù)一定的理論和計(jì)算方法，就可確定元素在所分析區(qū)域內(nèi)的含量。包括標(biāo)樣法和相對(duì)靈敏度因子法 19 spm？stm和afm的成像原理？對(duì)樣品要求？分辨率？掃描探針顯微鏡（spm）包括stm和afm等，掃描隧道顯微鏡（stm）基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的相關(guān)理論。用一個(gè)極細(xì)的、只有原子線度的金屬針尖作為探針，將它與樣品的表面作為兩電極，當(dāng)樣品表面與針尖非?？拷?距離1nm)