華南理工大學(xué)材料測試技術(shù)歷年真題及答案

1、07年試題及答案1. 在X射線衍射中，根據(jù)布拉格方程說明若某一固溶體衍射峰向小小角度偏移，則材料內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了什么變化？答：根據(jù)布拉格方程2dsin=，可以看出由于入射的x射線不變，也就是“”不變，隨著衍射峰2的減小，能看出來d值在增大，可以知道內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了膨脹，使d值變大了。2. WDS與EDS的優(yōu)缺點？有一樣品，分析其中的元素和某一元素的不同區(qū)域分布，分別用哪種分析方法？為什么？要注意哪些問題？能譜儀 波普儀優(yōu)點 a.效率高，分析時間短分辨率高，峰背比高，普峰易分開b.可同時對分析點內(nèi)所有元素進行分析，特別適合做點分析分析元素范圍寬492c.儀器結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性和重復(fù)性好分析精度

2、高，含量10%以上，精度1%以內(nèi)，適于做定量分析。d .X射線收集效率高，靈敏度高一般做面分析，線分析e.對樣品無特殊要求，可分析粗糙表面f.可用較小的束流，尤其適于與SEM配合使用缺點 a.分辨率較低，波峰較寬，易產(chǎn)生重疊效率低，分析時間長，甚至幾小時b.分析元素范圍窄11-92經(jīng)過晶體衍射后，X射線能量損失大c.需用液氮冷卻使半導(dǎo)體探頭保持低溫點分析效果不好d.峰背比偏低，定量分析精度不夠理想，含量較大時，分析誤差小于5%；低含量則較差。用電子探針準確度較好。對X射線光子的收集效率很低，導(dǎo)致靈敏度低,不能用低束流電子。e.要求試樣表面平整，以滿足聚焦條件原理：入射電子照射試樣，由于能級結(jié)構(gòu)

3、不同，激發(fā)的X射線光子的能量也不同，通過測試X射線光譜的波長和能量來進行元素的定量或定性分析。分析其中某部位的元素用能譜儀，分析某一元素的不同區(qū)域分布用波普儀原因：因為能普儀檢測的X射線能量較高，進行點分析效果比較好，可以一次性對分析點內(nèi)的所有的元素進行分。注意由于分辨率比較低，定量分析準確性不高。而波普儀由于分光晶體使X射線強度下降，但是分辨率較高，適合做線分析和面分析，對試樣進行掃描過程中，可以測得同種元素在不同區(qū)域的分布及含量。注意：要求樣品表面平整光滑。3. 有一粉末樣品，要分析其中的物相及其含量，用什么分析分析方法？簡述其步驟。 答：分析粉末樣品的物相及含量，可以用XRD的物相定量和

4、定性分析。 定性分析步驟：a) 制成粉末樣品，粒度要均勻合適，不能有明顯的取向性，用衍射儀法得到試樣的x衍射譜；b）確定其衍射峰（d值和20）和相對強度c) 把d值按相對強度排列，取3強線，查找hanawalt索引或fink索引d）根據(jù)前3強線，查找可能物相，再對照4到8強線，找出相應(yīng)的物相f）如果d值與相對強度都能對上，則鑒定完畢，如果沒有，則可以剔除第一強線，用第2強線做最強線往下找，以此類推，直到找到全部衍射峰對應(yīng)的物質(zhì)。定量分析的步驟:a） 在粉末中加入一定質(zhì)量參比物（例a-Al2O3），用衍射儀法得出x衍射圖，b） 測定樣品中物相和參比物的相對強度c） 查表找出樣品物相中所有物質(zhì)的參

5、比強度，如果沒有，可以以1：1的比例配置混合物，樣品物相與參比物物相強度比就為參比強度Kd） 由K值法，可以得到Xi=。，就能得出相應(yīng)的相的含量。4. 什么是背閃射電子像和二次電子像？其特點和應(yīng)用？a）二次電子像：是表面形貌襯度，它是利用對樣品表面形貌變化敏感的物理信號作為調(diào)節(jié)信號得到的襯度像。 特點：二次電子能量較低，容易改變方向，平均自由程較短，一般從表面5到10nm的深度范圍內(nèi)發(fā)射出來，信號收集率高，因此成像分辨率高，達5-10nm，景深大，立體感強，信號大，信噪比好。成像原理：不同的形貌產(chǎn)生的二次電子量不同，不同部位對于檢測器收集信息的角度也不同，從而是樣品表面不同區(qū)域形成不同的亮度，

6、因而可以分析形貌。應(yīng)用：適用于表面形貌分析，觀察材料表面形貌、斷口、內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)等，常用于SEM的形貌分析。b）背散射電子成像：是原子系數(shù)襯度，是利用對樣品微區(qū)原子系數(shù)或化學(xué)成分變化敏感的物理信號作為調(diào)制信號得到的襯度像。 特點：背散射電子能量很高，不容易改變方向，信號收集率低，因此成像分辨率不高，只有50-200nm，一般不能做形貌，只能做成分分布分析。成像原理：不同的原子序數(shù)對入射電子的散射作用不同，原子序數(shù)越大，散射作用越大，散射電子量也就越多，成像亮度越高，因此能顯示成分分布的信息。應(yīng)用:適于微區(qū)成分分析，觀察試樣的平均原子系數(shù)和形貌，如在SEM中應(yīng)用。5. 什么是明場像，暗場像？二者

7、的區(qū)別及應(yīng)用？明場像：在電鏡成像過程中，讓光闌擋住衍射線而讓透射線透過而成的像。暗場像：在電鏡成像過程中，讓光闌擋住透射線而讓衍射線透過而成的像。區(qū)別：1）明場像是由透射線成的像，因此衍射強度高的地方在明場像中會很暗，其它部位則比較亮；而暗場像是由衍射線成的像，因此衍射強的地方在暗場像中會很亮，而其他部位則比較暗。 2）暗場像的襯度明顯高于明場像應(yīng)用：可以用明暗場像照片對照，方便進行物相鑒定和缺陷分析。例如樣品厚度，樣品變形，晶界，層錯，位錯等對衍射強度的影響，會造成有規(guī)律的消光現(xiàn)象，出現(xiàn)等厚消光條紋，彎曲消光條紋，傾斜晶界條紋，層錯條紋，位錯條紋等衍射襯度，可以利用這些條紋的特征分析樣品的結(jié)

8、構(gòu)和存在的缺陷。6有一納米級薄膜樣品，在基體上分別什么方法分析其化學(xué)組成，相組成和表面形貌（分辨率<1nm）?簡述其原理及分析精度。納米薄膜：a）化學(xué)組成：b) 相組成：可用XRD小角度掠射的方法，可以防止x射線穿透薄膜進入基底中，使衍射譜中含有基地的衍射線，因此通過小角度衍射測試出衍射花樣，根據(jù)衍射花樣的晶面間距和衍射線的相對強度，達到鑒別物相的組成，分析精度為1%。c）表面形貌：可以用原子力顯微鏡(AFM)（分辨率縱>0.05nm,橫向>0.15nm）,用一個對力非常敏感的微懸臂，尖端有一接近原子尺寸的探針，當探針接觸薄膜表面時微懸臂會彎曲，將懸臂的形變信號轉(zhuǎn)為光電信號放

9、大，可以得到原子間力的微弱信號。保持恒定距離在試樣表面掃面，針尖隨著凹凸面做起伏運動，可得到納米薄膜的三維形貌。08年試題及答案1. XRD的物相定性分析原理和定量分析原理?答：定性分析原理：不同的晶體有不同的衍射花樣，根據(jù)衍射線的晶面間距（反映晶胞的大小，形狀）和衍射線的相對強度（反映質(zhì)點的種類，數(shù)量及所處的位置），這個是晶體結(jié)構(gòu)的必然反映，可以用來鑒別物相。 定量分析的原理：衍射線的相對強度與物相含量相關(guān)。依據(jù)衍射線的強度隨相含量的增加而提高，從而達到定量分析。2. 透射電鏡的成像電子來自材料本身還是發(fā)射槍？怎樣在透射電鏡中觀察測試材料的電子衍射花樣?答：成像電子是透射電子，是來自發(fā)射槍。

10、 衍射電子束在物鏡背焦面上聚焦，讓中間鏡的物平面與物鏡的背焦面重合，經(jīng)放大后就會在熒光屏上就獲得電子衍射圖的放大像。3. 二次電子成像和背散射電子的成像特點和不同?答：同上4.能譜分析和波普分析的特點和不同?答：同上5.DTA和DSC的原理和不同？答：原理：DTA：在程序控制溫度下，由于試樣與參比物之間存在溫度差而產(chǎn)生熱電勢，通過測量信號輸出就能表征在加熱過程中與熱效應(yīng)的物理變化和化學(xué)變化?？v坐標：試樣與參比物的溫度差，橫坐標：溫度（T）或時間（t）。 DSC：在程序控制溫度下，測試樣品與參比物之間的熱量差，以表征加熱過程中所有與熱效應(yīng)有關(guān)的物理變化和化學(xué)變化?？v坐標：試樣和參考物之間的功率差

11、，橫坐標：溫度（T）或時間（t）。區(qū)別：DTA是測量T-T的關(guān)系，而DSC是保持T=0，測定H-T的關(guān)系；DTA只能測試T的變化，不能反映T與H之間的關(guān)系；DSC既能測試T的變化，又能反映T與H之間的關(guān)系；兩者最大的差別是DTA只能定性或半定量，而DSC的結(jié)果可用定量分析。6. 哪些物理化學(xué)變化過程會產(chǎn)生吸熱/放熱效應(yīng)? 吸熱效應(yīng)有：a）物質(zhì)受熱分解放出氣體(CO2，SO2，O2等)；b）物質(zhì)由結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴趹B(tài)；c）某些多晶轉(zhuǎn)變，如加熱過程中的石英晶形轉(zhuǎn)變(石英轉(zhuǎn)化為石英)；d) 物質(zhì)內(nèi)吸附氣體的逸出。 放熱效應(yīng)有：a）不穩(wěn)定變體變?yōu)榉€(wěn)定變體的多晶轉(zhuǎn)變(高溫型石英轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏匦褪?；b）無定

12、形物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶物質(zhì)、物質(zhì)重結(jié)晶作用等；c）從不平衡介質(zhì)中吸收氣體，如氧化反應(yīng)、有機物燃燒等；d）某些不產(chǎn)生氣體的固相反應(yīng)，如莫來石的形成；e）物質(zhì)由熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)，玻璃態(tài)物質(zhì)析晶等。7. 影響峰位變化的因素?化學(xué)鍵的振動頻率不僅與其性質(zhì)有關(guān)，還受分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部因素影響。1、 內(nèi)部因數(shù)：1)電子效應(yīng)：誘導(dǎo)效應(yīng)(吸電子基團使吸收峰向高頻方向移動(蘭移)，共軛效應(yīng)；2)空間效應(yīng)：場效應(yīng)、空間位阻、環(huán)張力。2、 氫鍵效應(yīng)：氫鍵(分子內(nèi)氫鍵、分子間氫鍵)：對峰位，峰強產(chǎn)生極明顯影響，使伸縮振動頻率向低波數(shù)方向移動。DSC測試結(jié)果的影響因素：a) 基線的影響：指的是被測樣品沒有吸熱和放熱反應(yīng)時

13、，測量的整個系統(tǒng)隨溫度變化，基線是一切計算的基礎(chǔ)。b) 溫度和靈敏度校正：熱電偶測量溫度信號與樣品實際溫度之間存在一定偏離。校正：實際測試溫度和能量與理論值建立對應(yīng)關(guān)系。c）實驗條件的影響：升溫速率（影響峰的形狀，位置，相鄰峰的分辨率下降）；氣體性質(zhì)；氣體流量。d)試樣特性的影響：試樣的用量(一般較小的樣品用量為宜，5-15mg)；粒度；幾何形狀(厚度稍小)；熱歷史；填裝情況；純度2010年試題及答案一、填空題1XPS分析是通過能量分析器測定光電子的 動能 ，計算出光電子的 結(jié)合能 ，從而進行樣品的表面元素分析，并根據(jù) 光電子的強度 進行元素的定量分析。2原子力顯微鏡有兩種工作模式，分別為：接

14、觸式 和 輕敲式 ，對于易損傷軟或脆的樣品，采用 輕敲式 工作模式。3要通過成像來直觀了解樣品中的元素分布可采用 BSE 、WDS 和 AES分析4要在同一測試中檢測出樣品含有哪些元素可以采用XRF、XPS或 EDS分析5樣品的化學(xué)成分定量分析可采用 XRF方法；樣品的微區(qū)元素定量分析可采用 WDS 方法；樣品表面元素的價態(tài)分析可采用 XRF、XPS、AES 方法。二、問答題1采用紅外光譜法分析樣品時，對于氣體、液體和固體樣品常用的制樣方法有哪些？答：對于固體樣品，常用的制樣方法有以下四種：（）壓片法(鹵化物)：是把固體樣品的細粉，均勻地分散在堿金屬鹵化物中并壓成透明薄片的一種方法；（）粉末法

15、：是把固體樣品研磨成m以下的粉末，懸浮于易揮發(fā)溶劑中，然后將此懸浮液滴于KBr片基上鋪平，待溶劑揮發(fā)后形成均勻的粉末薄層的一種方法；（）薄膜法：是把固體試樣溶解在適當?shù)牡娜軇┲?，把溶液倒在玻璃片上或KBr窗片上，待溶劑揮發(fā)后生成均勻薄膜的一種方法；（）研糊法(液體石蠟法)：是把固體粉末分散或懸浮于石蠟油等糊劑中，然后將糊狀物夾于兩片KBr等窗片間測繪其光譜。 其中最常用的是壓片法，但此法常因樣品濃度不合適或因片子不透明等問題需要一再返工。 對于液體樣品，常用的制樣方法有以下三種：（）液膜法(難揮發(fā)性液體)：是在可拆液體池兩片窗片之間，滴上滴液體試樣，使之形成一薄的液膜；（BP>80）（）

16、溶液法(液體池)：是將試樣溶解在合適的溶劑中，然后用注射器注入固定液體池中進行測試；（）薄膜法：用刮刀取適量的試樣均勻涂于窗片上，然后將另一塊窗片蓋上，稍加壓力，來回推移，使之形成一層均勻無氣泡的液膜。其中最常用的是液膜法，此法所使用的窗片是由整塊透明的溴化鉀（或氯化鈉）晶體制成，制作困難，價格昂貴，稍微使用不當就容易破裂，而且由于長期使用也會被試樣中微量水分將其慢慢侵蝕，到一定時候這對窗片也就報廢了。對于氣體樣品，常用制樣方法為：氣體池氣態(tài)物質(zhì)與液態(tài)、固態(tài)物質(zhì)相比，其分子間距離大、密度小，因此氣體池的厚度要大得多，一般厚100mm，液體池的厚度一般為0.011mm。氣體池還分為常規(guī)氣體池、小

17、體積氣體池、長光程氣體池、加壓氣體池。2影響熱分析曲線的儀器因數(shù)和樣品因數(shù)有哪些？請簡述其影響規(guī)律。答：儀器因素： 1）氣體浮力和對流的影響：氣體的密度與溫度有關(guān)，隨溫度升高，樣品周圍的氣體密度變小，從而氣體的浮力變小，因而試樣質(zhì)量增加，這種樣品質(zhì)量隨溫度升高而增重現(xiàn)象稱之為表觀增重。對流的產(chǎn)生，是常溫下，試樣周圍的氣體受熱變輕形成向上的熱氣流，作用在熱天平上，引起試樣的表觀質(zhì)量損失。為了減少氣體浮力和對流的影響，試樣可以選擇在真空條件下進行測定，或選用臥式結(jié)構(gòu)的熱重儀進行測定。2）坩堝的影響：坩堝的物理性狀，如坩堝的形狀、尺寸、多孔性可能影響實驗結(jié)果。坩堝大小與試樣量有關(guān)，直接影響試樣的熱傳

18、導(dǎo)和熱擴散；坩堝的形狀則影響試樣的揮發(fā)速率。因此，通常選用輕巧、淺底的坩堝，可使試樣在堝底攤成均勻的薄層，有利于熱傳導(dǎo)、熱擴散和揮發(fā)。此外，坩堝的材質(zhì)通常應(yīng)該選擇對試樣、中間產(chǎn)物、最終產(chǎn)物和氣氛沒有反應(yīng)活性和催化活性的惰性材料，如Pt、Al2O3等。3）揮發(fā)物冷凝的影響：樣品受熱分解、升華、逸出的揮發(fā)性物質(zhì)，往往會在儀器的低溫部分冷凝。這不僅污染儀器，而且使測定結(jié)果出現(xiàn)偏差。若揮發(fā)物冷凝在樣品支架上，則影響更嚴重，隨溫度升高，冷凝物可能再次揮發(fā)產(chǎn)生假失重，使TG曲線變形。為了減少揮發(fā)物冷凝的影響，可在坩堝周圍安裝耐熱屏蔽套管；采用水平結(jié)構(gòu)的天平；在天平靈敏度范圍內(nèi)，盡量減少樣品用量；選擇合適的

19、凈化氣體流量。實驗前，對樣品的分解情況有初步估計，防止對儀器的污染。試樣的影響：1）樣品量的影響：樣品量多少對熱傳導(dǎo)、熱擴散、揮發(fā)物逸出都有影響。樣品量用多時，熱效應(yīng)和溫度梯度都大，對熱傳導(dǎo)和氣體逸出不利，導(dǎo)致溫度偏差。樣品量越大，這種偏差越大。加大試樣量，會使曲線的清晰度變差，并移向較高的溫度，反應(yīng)所需時間也會加長。但樣品量大有時并非壞處，它可以擴大兩試樣間的較小差異。2）樣品粒度、形狀的影響：樣品粒度及形狀同樣對熱傳導(dǎo)和氣體的擴散有影響。粒度不同，會引起氣體產(chǎn)物擴散的變化，導(dǎo)致反應(yīng)速度和熱重曲線形狀的改變。粒度越小，反應(yīng)速度越快，熱重曲線上的起始分解溫度和終止分解溫度降低，反應(yīng)區(qū)間變窄，而

20、且分解反應(yīng)進行得完全。實驗條件因素（補充）：1）升溫速率的影響：這是對熱重曲線影響最大的因素。升溫速率越大溫度滯后越嚴重，開始分解溫度Ti及終止分解溫度Tf都越高，溫度區(qū)間也越寬，故影響越大。（因為樣品受熱升溫是通過介質(zhì)-坩堝-樣品進行熱傳遞的，在爐子和樣品坩堝之間可形成溫差。升溫速率越快，這種溫差隨之增加。爐子和樣品坩堝間的溫差就不同，導(dǎo)致測量誤差。）升溫速率不同，可導(dǎo)致熱重曲線的形狀改變。升溫速率快，往往不利于中間產(chǎn)物的檢出，使熱重曲線的拐點不明顯。升溫速率慢，可以顯示熱重曲線的全過程。一般來說，升溫速率為5和10/min時，對熱重曲線的影響不太明顯。升溫速率可影響熱重曲線的形狀和試樣的分

21、解溫度，但不影響失重量。慢速升溫可以研究樣品的分解過程，有利于中間體的鑒定與解析。但快速升溫與慢速升溫的選擇，要看具體的實驗條件和目的，并非慢速升溫就一定優(yōu)越。當樣品量很小時，快速升溫能檢查出分解過程中形成的中間產(chǎn)物，而慢速升溫則不能達到此目的。2）氣氛的影響：氣氛對熱重實驗結(jié)果也有影響，它可以影響反應(yīng)性質(zhì)、方向、速率和反應(yīng)溫度，也能影響熱重稱量的結(jié)果。氣體流速越大，表觀增重越大。所以送樣品做熱重分析時，需注明氣氛條件，包括：靜態(tài)還是動態(tài)氣氛；氣氛的種類；氣氛的流量。所謂靜態(tài)是指氣體穩(wěn)定不流動，動態(tài)就是氣體以穩(wěn)定流速流動。在靜態(tài)氣氛中，產(chǎn)物的分壓對TG曲線有明顯的影響，使反應(yīng)向高溫移動；而在動

22、態(tài)氣氛中，產(chǎn)物的分壓影響較小。因此，我們測試中都使用動態(tài)氣氛，氣體流量為20mL/min。而氣氛有如下幾類：惰性氣氛，氧化性氣氛，還原性氣氛，腐蝕性氣體，還有其它如CO2、Cl2、F2等。3請寫出布拉格方程，并說明方程式中各參數(shù)的物理意義。布拉格方程為：2dSin=n，式中d表示晶面的面網(wǎng)間距；為入射線與晶面的夾角，等于入射線與衍射線夾角的一半，稱為掠射角，可表征衍射的方向，2稱為衍射角；n為反射級數(shù)，表示入射X射線的波長。4進行-Fe2O3和Fe3O4混合物的XRD分析，得到兩相的最強線的強度比為I-Fe2O3/IFe3O4=1.3，經(jīng)查標準衍射卡片得兩相的參比強度分別為K-Fe2O3= I

23、-Fe2O3/I -Al2O3=3.27，K Fe3O4= IFe3O4/ I -Al2O3=5.07，請計算它們的含量。解：測量兩相混合物的相組成可用外標法，但也可用K值法分別測定其中一相的相組成，本題采用K值法計算。令X1為-Fe2O3的百分含量，X2為Fe3O4的百分含量，Xs為參比物Al2O3的含量。由公式有：= ， = =又= ，= ，且，則=又=1，則，5TEM和SEM在成像的原理和調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的原理上有何差異？TEM和SEM分析對制樣有何要求？答：1) TEM的成像原理：是以波長極短的電子束作為照明源，用電磁透鏡聚焦成像，并一次成像。 SEM的成像原理：是利用電磁透鏡聚焦的細高能

24、電子束，在掃描線圈的磁場作用下，電子束在樣品表面逐點掃描時激發(fā)出的各種物理信號來調(diào)制成像。2) TEM的調(diào)節(jié)放大倍數(shù)原理：樣品與物鏡之間的距離固定不變，通過改變物鏡的焦距和像距來改變放大倍數(shù)； SEM的調(diào)節(jié)放大倍數(shù)原理：是通過調(diào)節(jié)掃描線圈的電流，改變電子束在試樣上掃描的范圍來改變放大倍數(shù)，其定義為電子束在熒光屏上的最大掃描距離與在樣品表面的掃描距離之比。3) TEM對制樣的要求：試樣必須很薄，電子才能透過試樣成像，厚度不超過100nm，一般為50nm。對薄膜樣品的要求： 薄膜樣品的組織結(jié)構(gòu)必須與大塊樣品相同； 樣品要足夠薄，以便電子束能夠透過； 樣品應(yīng)有一定的強度和剛度，以便在制備、夾持和操作

25、過程中不產(chǎn)生形變和損傷。 在制樣過程中表面不氧化、腐蝕或污染（影響透明度和產(chǎn)生假像）。對粉末樣品的要求：必須先制備一種很薄的支持膜才能送入電鏡觀察；支持膜需要有一定的強度，對電子的穿透性能好，并且不顯示自身的結(jié)構(gòu)，支持膜常用塑料支持膜、塑料-碳支持膜、碳支持膜三種。此外，將粉末均勻分散地撒在支持膜上也十分重要。對于電子不透明的大塊材料不能直接放入電鏡中觀察，可以選擇適當?shù)牟牧?，將被研究材料的表面?fù)制成薄膜形態(tài)，而把復(fù)制品放入電鏡中觀察。 SEM 對制樣的要求：樣品大小要適合儀器專用樣品座尺寸，一般為直徑30-50mm，高度一般為5-10mm；樣品必須無油污、無腐蝕、不釋放氣體、干燥，通常要對樣

26、品進行超聲波清洗，以清除油污、塵埃、碎屑等，具體如下：試樣應(yīng)先烘干、表面潔凈；磁性試樣應(yīng)預(yù)先去磁；對塊狀樣品，除滿足樣品臺尺寸外，基本上不需要其他處理，用導(dǎo)電膠粘在樣品臺上即可；對于塊狀非導(dǎo)體或?qū)щ娦阅懿畹脑嚇樱瑧?yīng)進行鍍膜處理，鍍上導(dǎo)電膜；對于粉末樣品有直接制樣和濕法制樣兩種，樣品需先粘結(jié)在樣品座上。6二次電子成像是最常用的形貌觀察方法，簡述其特點。答：同上。7為什么能譜(EDS)更適合做“點”的元素全分析，而波普(WDS)更適合做“線”和“面”的元素分布分析和定量分析。答：EDS在瞬間能探測各種能量的X射線，而不同元素具有不同的能級結(jié)構(gòu)，發(fā)射出來的X射線光子的能量和波長也不同，因此在某個區(qū)域

27、的各種元素都能被其探測到，故更適合做“點”分析；而WDS在瞬間只能探測波長滿足某種條件的X射線，即只能探測某些特定的范圍內(nèi)的X射線，故不能完全探測到某個區(qū)域的全部元素，更適合做“線”和“面”的元素分析；此外，WDS分析精度高，元素含量>10%時，分析誤差可控制在1%以內(nèi)，故適合做定量分析，且是目前微區(qū)元素定量分析最準確的方法。2011年試題及答案1X射線光電子能譜（XPS）答：原理：用單色X射線照射樣品，具有一定能量的X射線光子把全部能量交給原子中某殼層上一個受束縛的電子。如果電子獲得的能量超過該電子的結(jié)合能，這個電子就會被激發(fā)，而高出結(jié)合能的能量轉(zhuǎn)化為電子的動能，電子被發(fā)射出去，成為自

28、由光電子，原子變成激發(fā)態(tài)。根據(jù)測得的光電子動能，可以確定表面存在什么元素和元素的化學(xué)狀態(tài)；根據(jù)具有某種能量的光電子的數(shù)量，可計算出該元素在試樣表面的含量。特點：通過XPS可獲得豐富的化學(xué)信息，對樣品損傷輕，微定量精度較好。缺點是X-ray照射面積較大，不適于做微區(qū)分析；一般檢測極限（靈敏度）大約為0.1%，且一般用能量較低的軟X射線（如Al和Mg的K線），穿透深度很淺，故是一種表面分析方法。定性分析：不同元素、不同價態(tài)的電子結(jié)合能有其固定值，根據(jù)所測得的譜峰（主峰）位置，對照X射線光電子能譜手冊，可確定試樣表面含有哪些元素，以及這些元素存在于什么化合物中（元素的化學(xué)狀態(tài)）。定量分析：光電子的強

29、度（數(shù)量）主要取決于樣品中所測元素的含量，但由于不同元素的原子或同一原子不同殼層的電子對光照的敏感性不同，因此不能直接用譜線的強度來定量，一般采用元素靈敏度因子法來定量。定量準確性比俄歇能譜好，誤差一般不超過20，屬于半定量分析。樣品的制備：通常只用于固體樣品的分析。樣品一般都需要經(jīng)過一定的預(yù)處理：樣品大?。洪L寬小于10 mm，高度小于5 mm；粉體樣品：用雙面膠帶直接把粉體固定在樣品臺或把粉體樣品壓成薄片；含揮發(fā)性物質(zhì)：加熱或用溶劑清洗除掉揮發(fā)性物質(zhì)；表面污染：通過溶劑清洗、拋光、離子濺射去污；微弱磁性：弱磁性樣品去磁，禁止分析磁性樣品；對于不導(dǎo)電樣品，由于荷電效應(yīng)，經(jīng)常會使結(jié)合能發(fā)生變化，

30、導(dǎo)致定性分析得出不正確的結(jié)果。運用：1). 固體材料表面元素全分析； 2). 樣品元素組分沿縱深度變化的檢測；3). 離子化學(xué)態(tài)分析及不同離子價態(tài)的比例：如Ti4+和Ti3+； 4). 表面元素的定量分析5). 高分子結(jié)構(gòu)分析。（補充）俄歇電子能譜 (AES)答：原理：電子束（或X射線）激發(fā)試樣表面原子的殼層電子，較外層電子躍遷填充較內(nèi)層電子空位，多余的能量發(fā)射一個具有特征能量的俄歇電子，通過檢測俄歇電子的能量和強度，進行樣品表層化學(xué)成分的定性和定量分析。主要用于微區(qū)（50 nm）表面化學(xué)成分分析。逸出的俄歇電子來源于表面1 nm的深度范圍，大于3 nm深度產(chǎn)生的俄歇電子會因非彈性散射而被樣品

31、吸收?？煞治龀鼿、He以外的所有元素，特別適合輕元素的分析。分析技術(shù)分類：定性分析，定量分析（屬半定量），深度分析（成分隨著表面深度的變化）微區(qū)分析（選點分析、線分析和面分析），價態(tài)分析。定性分析：俄歇電子的能量僅與原子本身的軌道能級有關(guān)，與入射電子的能量無關(guān)，也就是說與激發(fā)源無關(guān)。對于特定元素及特定俄歇躍遷過程，其俄歇電子的能量是特征的。由此，可以根據(jù)俄歇電子的動能用來定性分析樣品表面物質(zhì)的元素種類。定性分析可適用于除H、He以外的所有元素，且由于每個元素會有多個俄歇峰，定性分析的準確度很高。因此，AES技術(shù)是適用于對所有元素進行一次全分析的有效定性分析方法，這對于未知樣品的定性鑒定是非常有

32、效的。定量分析：俄歇電子的強度與樣品中該原子的濃度有線性關(guān)系，定量分析是根據(jù)峰的強度來計算，以摩爾百分比含量表示。一般采用相對靈敏度因子法，精度較低，在常規(guī)情況下，誤差在30%左右，屬于半定量分析。AES定量分析影響因素多，樣品表面的C、O污染以及吸附物的存在都會嚴重影響分析的結(jié)果。該法雖然準確性較低，但由于不需標樣，因而仍有較廣范的應(yīng)用。樣品的制備：俄歇電子能譜通常只能分析固體導(dǎo)電樣品，絕緣體固體需要經(jīng)過特殊的處理。要求樣品表面清潔、平整。粉體樣品原則上不能進行俄歇電子能譜分析，需經(jīng)特殊的制樣處理?？砂逊垠w樣品或小顆粒樣品直接壓到金屬銦或錫的基材表面，既可固定樣品，還可解決樣品的荷電問題。由

33、于俄歇電子能譜具有較高的空間分辨率，因此，在樣品固定方便的前提下，樣品面積應(yīng)盡量小，這樣可以在樣品臺上多固定一些樣品。應(yīng)用：表面元素的定性分析和半定量分析，如表面元素全分析、晶界成分分析、表面偏析分析、價態(tài)分析、薄膜成分分析、深度成分剖析、成分和價態(tài)分布等。2AFM的應(yīng)用（最少寫出三個）答：工作原理：使用一個對力非常敏感的微懸臂，其尖端有一個微小的探針，針尖半徑接近原子尺寸，當探針輕輕壓在樣品表面時微懸臂受力的作用發(fā)生彎曲，將懸臂的形變信號轉(zhuǎn)換成光電信號并放大，可以得到原子之間力的微弱變化的信號。恒定距離在試樣表面上掃描，針尖隨表面的凹凸作起伏運動，可得到表面三維輪廓圖。（在空氣中測量時，橫向

34、分辯率達0.15 nm，縱向分辯率達0.05 nm。）工作方式：1)接觸式探針一直與樣品接觸；通過調(diào)節(jié)探針與樣品的距離使反饋保持恒定（懸臂的彎曲度或力的大?。会樇鈽悠纷饔昧Γ?0-710-11 N；側(cè)向力可能損傷軟的和脆的樣品。2)輕敲式懸臂在共振頻率發(fā)生振蕩，“敲擊”樣品的表面，通過反饋調(diào)節(jié)保持恒定的振幅；降低了探針與樣品之間垂直和側(cè)向的作用力，可減小對軟樣品的損傷。應(yīng)用：可觀察測量包括絕緣體在內(nèi)的各種固體表面形貌，達到接近原子尺度的分辯率。1)觀察樣品納米至微米的表面形貌（三維成像）；2)粘彈性測定（粘性像和彈性像）；3)納米壓痕與微刻痕試驗；4)表面粗糙度分析；5)電化學(xué)反應(yīng)（表面形貌）觀察；6)摩擦力、表面磁場力、表面靜電力；7)加熱、冷卻或在特定氣氛下的AFM觀察。3原子吸