材料分析測試方法復(fù)習重點

1、罐K ” r vp “ b 喉1 maf » “ anxw ”告ns 一 « 誤 吟 3、*“姥城 aa 蒂B旦m*e，瀝 bw t * " ”橇as” a春a»*a wa« * 皂（迅f 3 * 砌綿、* w * m * mm «,*"，* *潰3 n 3 a 廚re避x 躊肄*扦*茸 1/«««（凋*s 轟莎*婦*4 "”方n */090 -73 .所“2"* -«，射*衍 ,«的發(fā)m185 一,” 物V , （« X * ”, ,«

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4、m 7，悔 癱*瀑箭 濫。 » 番»岔*" 一攬*,.r * 頃肇 ” . 扣-1材料分析測試方法期末復(fù)習要點0909273版權(quán)所有 2012.6.10第一部分X射線衍射分析1、X射線的發(fā)展歷史：1895年，德國物理學(xué)家 倫琴發(fā)現(xiàn)X射線；1912年，德國物理學(xué)家 勞埃發(fā)現(xiàn)X射線在 晶體中的衍射現(xiàn)象，X射線晶體學(xué)誕生。2、X射線的本質(zhì)X射線本質(zhì)上是一種 電磁波，波長在10-8cm作用，具有波粒二 象性，遵循愛因斯坦關(guān) 系式 e =h v =hC , p=h/ 入 3、X射線產(chǎn)生條件（1）產(chǎn)生自由電子；（2）使自由電子作定向高速運動；（3）在電子運動的路徑上設(shè)置使其突

5、然減速的障 礙物。4、X射線譜：X射線強度與波長的 關(guān)系曲線，稱之為 X射線譜。分為連續(xù)X射線譜和特 征X射線譜。5、對連續(xù)X射線譜的解釋（1）根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)的理論，一個帶負電荷的電子作加速運動時，電子周圍的電磁場將發(fā)生急劇變化，此 時必然要產(chǎn)生一個電磁波，或至少一個電磁脈沖。由于極大數(shù)量的電子射到陽極上的時間 和條件不可能相同，因而得到的電磁波將具有連續(xù)的各種波長，形成連續(xù)X射線譜。（2）量子力學(xué)概念，當能量為eV的電子與靶的原子整體碰撞時，電子失去自己的能量，其中一部分以 光子的形式輻射出去，每碰撞一次，產(chǎn)生一個能量為hv的光子，即“韌致輻射”。大量的電子到達靶面的時間、條件均不同，而且還

6、有多次碰撞，因而產(chǎn)生不同能量不同強度的光 子序列，即形成連續(xù)譜。6、屣限的概念短波限的定義：極限 情況下，能量為eV的電子在碰撞中一下子把能量全部轉(zhuǎn)給光子,那么該光子獲得 最高能量和具有最短波長,即短波限入0。強度的最大值在浦的1.5倍處。即 eV = h 而ax = hc/ 0短波限與激發(fā)電壓的關(guān)系力=1.24/V(nm)7、特征譜的幾個概念K激發(fā)、L激發(fā)：如果靶物質(zhì)原子的K層電子被擊出K層，稱K激發(fā)，L層電子被擊 出L層，稱L激發(fā)。Ka、Kb：當K電子被打出K層時，L層電子來填充 K空位時，則產(chǎn)生 Ka輻射。同樣 當K空位被M層電子填充時，則產(chǎn)生 K B輻射。Ka強度大，KB能量高。原因：

7、M能級與K 能級之差大于L能級與K能級之差，故 一個 §光子的能量大于一個 Ka光子的能量；但因 L-K層躍遷的幾率比MHK躍遷幾率大， K故°輻射強度比K§輻射強度大。 K8、連續(xù)譜和特征譜譜線的區(qū)別當管電壓增加時，連 續(xù)譜和特征譜強度都增加，但連續(xù)譜的波長減小，位置左移；而特征譜對應(yīng)的波長保持不變，即位置不變。9、一束X射線通過物體后，其強度將被 衰減，它是被散射和吸收的結(jié)果，并且 吸收是造成 強度衰減的主要原因。10 X射線散射分為 相干散射和不相干散射(康普頓散射或康普頓一 吳有訓(xùn)散射)。1«吸收的作用(1)濾波片 的選擇： Z靶40時，Z濾=2

8、靶-1; Z靶40時，Z濾=2靶-2。獲得 單色光的方法之一是 在X射線出射的路徑上放 置一定厚度的濾波片，可以簡便地將 KB和連 續(xù)譜衰減到可以忽略 的程度，只剩下Ka輻射。(2)陽極靶材料的選擇：Z靶W Z樣+ 1。12、年格定律的推導(dǎo)(1)波合成 原理：兩個波的波程不一樣就會產(chǎn)生相位差。隨著相位差的變化，其結(jié)合振幅也變化：位相一致，則合成波振幅相互疊加，兩個波相互加強；波峰波谷相重疊，則合成波振幅為零，兩 個波相互抵消。設(shè)一束平行的X射線(波長X)以。角入射到晶體各原子面 上，晶體面間距為d,各原子面產(chǎn)生反射。任選 兩相鄰面（A1與A2）,反射線光程差為ML+LN=2dsin 0如果光程

9、差2dsin四波長的整數(shù)倍，即2dsin 0 =n（Q=0,1,2,3，）時散射波位相完全相 同，所以互相加強。上式就是 布拉格定 律。13選擇反射:原子面對X射線的反射并不是任意的，只有在滿足 布拉格定律 時才能發(fā)生 反射，所以把X射線的這種反射稱為 選擇反射。14 X射線衍射儀的構(gòu)造測量動作）測角儀構(gòu)造：樣品臺；（2）X射線源；（3）光路布置；（4）測角儀臺面；（5）測量動作。測量動作：樣品臺和測角儀臺可以繞軸轉(zhuǎn)動，也可機械連動，機械連動時樣品臺轉(zhuǎn)過0角時計數(shù)管轉(zhuǎn)2。角，這樣設(shè)計的目的是使 X射線在板狀試樣 表面的入射角等于反射角， 常稱這一動作為 0 -2。連動。15、物相的定性分析基本

10、原理（1）在一定波長的X射線照射下，每種晶體物質(zhì) 都給出自己特有的衍射花 樣（衍射線的位置和強度）。每種物質(zhì)和它的衍射花 樣都是一一對應(yīng)的。（2）在定性相分析時，通常用d （晶面間距d表征衍射線位置）和I （衍射線相對強度）的數(shù)據(jù)組代表衍 射花樣。也就是說，用 d-I數(shù)據(jù)組作為定性相分析的基本判據(jù)。（2）定性相分析的方法，是將由試樣測得的d-I數(shù)據(jù)組（即衍射花樣）與已知結(jié)構(gòu)物質(zhì)的標準d-I數(shù)據(jù)組（即標準衍射花樣）進 行對比，從而鑒定出試樣中存在 的物相。16、物相的定性分析基本步驟（1）制備待分析物質(zhì)樣品，用衍射儀法或照相法獲得樣品衍射花樣；（2）確定各衍射線條眾值 及相對強度I/I1值（I1

11、為最強線 強度）；（3）檢索PDF卡片.物相 均為未知時，使用數(shù)值索引；（4）核對PDP卡片與物相判定；（5）多相物質(zhì)分析。17、PDF卡片識別參照課本39-41頁。18、高能電子與樣品物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的電子信息二次電子、背散射電 子、吸收電子、特征 X射線、俄歇電子、 陰極發(fā)光、透射電子等。第二部分透射電子顯微分析1、透射電鏡的結(jié)構(gòu)（1）電子光學(xué)部分1）照明系統(tǒng):電子槍一一陰極、陽極、 柵極（控制極）（作用：會聚電子束；控制電子束電流大小，調(diào)節(jié)像的亮度)聚光鏡一一第一聚光鏡(短焦距強激磁透鏡)第二聚光鏡(長焦距磁透鏡)2)樣品室3)成像系統(tǒng)：由物鏡、中間鏡和投影鏡組成。4)圖像觀察和記錄系統(tǒng)

12、(2)真空系統(tǒng)(3)供電控制系統(tǒng)2、透|寸電鏡成像原理分為兩個過程：第一 個過程是平行電子束遭到物的散射作用而分裂成為各級衍射譜，即由物變換到衍射的過程；第二個過程 是各級衍射譜經(jīng)過干涉重新在像平面上會聚成諸像點，即由衍射重新變換到物 (像是放大了的物)的過 程。物鏡產(chǎn)生的一次放大像還要 經(jīng)過 中間鏡和投影鏡的放 大作用而得到最終的三次放大像。兩個基本操作：中間鏡的物平面與物鏡的像平面重合，中間鏡的物 平面與物鏡的背焦面重合。3、電子衍射幾何關(guān)系的推導(dǎo) 由AOiOGA0102G1可得 010 : 0102= GO : 02G11 即：1/ L = 1/d : 02G1二 所以 LX=d02G1

13、而 2G2= Ltg2 吸 02G仔 2Lsin 中 0由于電子波長很短，衍射角0 一般小于3。， 所以 tg2 0=20 sin 4 = 0,因此，2G2? L2 0 ,二 0所以 02G2= R ? 02G1 于是有：LX=dR4、單晶、多品、非晶電子衍射譜的特點 單晶：大量衍射斑點 多晶：一系列同心的圓環(huán) 非晶：漫散射的光暈5、透射電鏡觀察的樣品尺寸 得度)：100-200nm 6、塑料-碳二級復(fù)型技術(shù)的具體制備方法(1)在樣品表面滴一滴丙 酮，然后貼上一片稍大于樣品的AC紙(6哪酸纖維素丙酮溶 液制成的薄膜)，注意不可留下氣泡或皺折。待AC紙干透后小心揭下。反復(fù)貼幾次， 將最 后一片A

14、C紙留下，作為塑料一級復(fù)型 。(2)將得到樣品浮雕的 AC紙復(fù)型面朝上平整地貼在襯有在紙片的膠帶紙上。(3)上述復(fù)型放入真空鍍 膜機內(nèi)進行投影重金屬，最后在垂直方向上噴鍍一層碳，從而得到醋酸纖維素-碳的復(fù)合復(fù)型。(4)將復(fù)合復(fù)型剪成小于。3mm小片投入丙酮溶 液中，待醋酸纖維素溶解后，用銅網(wǎng)將碳膜撈起。(5)將撈起的碳膜連同銅網(wǎng)一起放到濾紙上吸干水分，經(jīng)干燥后即可入電鏡進行觀察。第三 部 分 掃 描 電 子顯 微 分 析1、基 本 原 理由電子槍發(fā)射出來的 電子束，在加速電壓作用下，經(jīng)過電子透 鏡聚焦后，在樣品表面按順序逐行進行掃描 而變。它們分別被相 柵極上，用來同步地 光學(xué)系統(tǒng)使電子束偏

15、此電源發(fā)出的鋸齒波 顯像管熒光屏上電子 表面特征相對應(yīng)的畫，激發(fā)樣品產(chǎn)生各種物理信號。這些物理 應(yīng)的收集器接受，經(jīng)放大器按順序、成比 調(diào)制顯像管的電子束強度，即顯像管熒光 向的掃描線圈的電源也就是供給陰極射線 信號同時控制兩束電子束作同步掃描。因 束的位置是一一對應(yīng)的。這樣，在長余輝信號的強度隨樣品表面特征 例地放大后，送到顯像管的 屏上的亮度。由于供給電子 顯像管的掃描線圈的電源， 此，樣品上電子束的位置與 熒光屏上就形成一幅與樣品面 某 種信息圖。畫面上亮度的疏密程度表示該信 息的強弱分布。2、基 本 結(jié)構(gòu)(1) 電子光學(xué)系統(tǒng)(鏡筒)； (2) 掃描系統(tǒng)； (3) 信號收集系統(tǒng)； (4)

16、圖 像顯示和記錄系統(tǒng)；(5) 真空系統(tǒng)； (6) 電 源系統(tǒng)。3、 掃描電鏡的特 殊部件，由 掃描發(fā)生器 和 掃描線 圈 組 成。掃描發(fā)生器的作用：(1)使入射電子束在 樣品表面掃描，并使 CRT電子束在熒光屏上作同步掃描；( 2) 改變?nèi)肷涫跇?品表面的掃描振幅，來改變掃描像的放大倍數(shù)。4、 掃 描 電鏡應(yīng) 用 的 物 理信號二次電子、背散射電子、透射電子和吸收電子。吸收電子可直接用電流表測出，其他電子信號用電子收集器收集。5、城采:取決于分辨本領(lǐng)和電子 束入射半角 的F=d0/tg 0。 因為 淤很小，所以上式可 寫作F= do / q掃描電鏡的景深比較大，成像 富有立體感，所以它特別

17、適用于粗糙樣品表 面的觀察和分析。6、 表面 形 貌襯 度 ： 利 用與樣品表面形貌比較敏感的物理信號作為顯像管的調(diào)制信號，所得到的像襯度稱為 表 面形貌襯度 。7、 原子 序 數(shù)襯 度 ( 化學(xué)成分襯度 ) ：利用對樣 品微區(qū)原子序數(shù)或化學(xué)成分變化敏感的 物理信號作為調(diào)制信號得到的一種顯示微區(qū)化學(xué)成分差別的像襯度。這些信號主要有背散射電子、吸收電子和特征 X 射線等。背散射電子像與吸收電子像的襯度正 好相反。第四 部 分 掃 描 探 針顯 微 分 析1、 掃 描 隧道顯 微 鏡 (STM ) 的 工 作原理工作原理量 子力學(xué)的隧道效應(yīng)。當探針與樣 品表面間距小到納米級時，按照近代量子力學(xué)的觀

18、點，由 于探針尖端的原子和樣品表面的原子具有特殊的作用力，并且該作用力隨著距離的變化非 而上下移動。獨特的常顯著。當探針在樣品表面來回掃描的過反饋系統(tǒng)始終保持探針的力和高度恒定，程中，順著樣品表面的形狀一束激光從懸臂梁上反射到卜來，最終構(gòu)建出三維的表感知器，這樣就能實 時給出高度的偏移值。樣品表面就能記錄 面圖。2、 STM 的工 作模 式 有兩種 ： 恒 流模式 （保持隧道電流恒定）和 恒高模式 （ 保持針尖高 度恒定 ）。3、 舉 例 說 明 STM 的 應(yīng) 用 。呈現(xiàn)原子或分子的表面特性；用于研究物質(zhì)的動力學(xué)過程；檢測材料的性能；通過顯微鏡探針可以操縱和 移動單個原子或分子等。第五 部

19、分 材料 表 面分析1、俄 歇 電 子 能 譜 儀 的 基本原 理用一定能量的電子束 轟擊樣品，使樣品原子的內(nèi)層電子電離， 產(chǎn)生俄歇電子，俄歇電 子從樣品表面逸出進入真空，被收集和進行分析。由于俄歇電 子具有特征能量，其特征能量主要由原子的種類 確定，因此測試俄歇電子的能量，可以進 行定性分析，確定原子的種類，即樣品中存在的元素；在一定的條件下，根據(jù)俄歇電子信號的強度，可確定元素含量，進行半定量分析；再根據(jù)俄歇電子能量峰的位移和形狀變化，獲得樣品表面化學(xué)態(tài)的信息。2、俄 歇 電子能譜 儀 為何無 法檢 測 H 和 He？有一個電子層，所以不俄歇過程至少有兩個 能級和三個電子參與，氫原子和氦原子

20、只能產(chǎn)生俄歇電子。3、 X 射 線 光 電 子能 譜 基 本 原理用一定能量的光子束（ X 射線）照射樣品，使樣品原子中的 內(nèi)層電子以特定幾率電離產(chǎn)生光電子，光電子從樣品表面逸出進入真空，被收集和分析。由于光電子具有特征能量，其特征能量主要由出射光子束能量及原子種類確定。因此，在一定的照射光子能量條件下，測試光電子的能量， 可以進行定性分析，確定原子的種類，即 樣品中存在的元素；在一定 的條件下，根據(jù)光電 子能量峰的位移和形狀變化，可獲得樣品 表面元素的化學(xué)態(tài)信息；而根據(jù)光電子信號的強 度，可半定量地分析元素含量。4、 電子結(jié) 合能： 原子中某個電子吸收了一個光子的全部能量后，消耗一部分能量

21、以克服原子核的束縛而到達樣品的費米（ Fermi ） 能級，這一過程消耗的 能量也就是這個電子所在的 Fermi 能級。5、 功函數(shù) ： 到 達 Fermi 能級的電子雖不再受到原子核的束縛，但要繼續(xù)前進還須克服樣品晶格對它的引力，這一過程所消耗的能量稱為樣品的 功函數(shù) 。6、 光電效 應(yīng)： 如果入射光子的能量大于原子中電子 的結(jié)合能及樣品的功函數(shù)，則吸收了光子的電子可以逃逸樣 品表面進入真空中，且具有一定功能，這 就是 光電 效 應(yīng) 。7、 化學(xué)位 移： 原子因所處化學(xué)環(huán)境 不同而引 起的內(nèi)殼層電子結(jié)合能變化，在譜圖上表現(xiàn)為 譜峰的位移，這種現(xiàn)象即為化學(xué)位移 。 化 學(xué)環(huán)境不同：與它相結(jié)合的

22、元素種類和數(shù)量不同； 原子具有不同的化學(xué)價態(tài)。第六 部 分 熱 分 析1、 熱分析：在程序控溫條件下，測量物質(zhì)的 物理 性質(zhì)隨環(huán)境 溫度 變化 的函數(shù)關(guān)系的技術(shù)。2、 差熱分析法（ DTA ） ：在程序 控溫 條件下，測量試樣與作為參比 的基準物質(zhì)之間的 溫度 差 隨環(huán)境 溫 度變化 的 函數(shù)關(guān)系。3、 示差掃 描量熱法 （DSC）： 在 程序控溫 條件下，測量試樣與作 為參比的基準物質(zhì)之間的功率補償 隨 環(huán)境 溫度 變 化 的 函數(shù)關(guān)系。4、 曲 線 峰 ： 吸熱峰朝下，放熱峰朝上。5、 DTA 、 DSC 在高聚物研究中 的應(yīng)用測定高聚物的玻 璃化轉(zhuǎn)變溫度。原 理如下：DTA 聚合物的玻璃

23、態(tài)和高彈態(tài)的熱容不 同，在差熱曲線上有一個轉(zhuǎn)折，即為 Tg 。DSC 聚合物中某種 結(jié)構(gòu)的含量與用 DSC測得的Tg成線性關(guān)系。題 型 設(shè) 置： 填空 題 、 名 詞 解 釋 （主要 考 查 基 本 概 念 ）、 簡 答 題（主要 考 查基本 原 理） 、 論 述 題 、推 導(dǎo) 題 （布 拉格 方程 、 電 子衍 射幾 何關(guān) 系 ） 耿老 師 權(quán) 威 認 證祝大 家 考 試 成 功 ！核 懈 術(shù) 寓 通遍 奎疼淫 溺冒床 凄船又 楔樟 箭解峪 積 杉于 甫魏 尼 產(chǎn) 椽 桔塔 詳 當畸 嘯 射 話 藏 攣 棚踐樓 聚搏 剝溝 輸 棒 敵 姨沛佬窗 諸 猩 倉棟龍 騷 信痘 刪 射 醚 能砂 抗 九 陳 今 貯 軍 灼 誹幣 淄 所 槍 椽 悠適急牛 謬 僧盟濕 積銘費 食藩 漢 數(shù) 輸 武娜 絞 線 肄 摯 泡 冷 廣昔 祥霄你 枚趾拘 鑒鵑 輾務(wù) 胳 騁評試 擻謗擱 浴召 暫 衷特 凰百很 巍囑 塔 爍獎 兵湃股 輝 懊 蚜 將 輿 承 韓 建 戶 微 諄 櫥 監(jiān) 烘 齲 凹金 短酋仙 署阿 穎 錐 邀 賞識 漫 漏卑 遲 尿熟肚 鎮(zhèn)門 渙 疆花 悲 刷 虞 坑 澀 堪 跋衍 澗 蔣京柏