材料現(xiàn)代分析測試方法期末考試大綱整理

第一章X射線衍射分析1.（機）X射線的性質。1）.電磁波，波長0.01～1000?，用于衍射分析的X射線波長范圍為0.05~0.25nm。2）.波粒二象性：3）.有能量，2.（筆）X射線的產生過程。X子在此高電壓電場的作用下，以極快速度撞向陽極，此時就會產生X間的管電壓V、管電流I()有關。3.（機）水冷和焦點形狀以及所適合的分析。高速電子束打靶后，一部分能量轉化為X高。→→必須冷卻陽極靶。水冷、風冷。與焦點短邊垂直的方向上的窗口，得表觀面積1×1mm正方形點焦點，適于拍攝粉末照片和勞厄照片。0.1×10mm4.（筆+機）特征X射線譜產生原因。管電壓超過一定值（激發(fā)電壓）Vk，電子的動能就大到足以將陽極物質原子中的KKVkK系激發(fā)電壓。K、M、N……外層電子就會躍入此空位，同時將它們多余的能量以X射線光子的形式釋放出來。K系：L,M,N,Kα、KrKXL系：M,N,O,...─→LLα、Lβ...LX射線。M系:N,O,─→MMαLβ..MXK系，L系，M(標識)X特征（標識射線。5.（筆+機）連續(xù)X射線的產生原因。X+（X射線X射線波長各不相同，構成連續(xù)譜。6.（筆+機）短波極限。短波極限對應于能量最大（波長最短）的X射線光子。1個電子全部動能全部轉化為1個X射線光子。EeVhc0

heV0其中電子電荷 V—管電壓 h—普朗克常數 c—真空中光速。0（+筆射線的吸收及吸收限。I I 0

1x由

1 m

可得：

I I 0

mxμ1為線吸收系數，單位厚度物質對X射線的吸收（X-ray波長和吸收體一定，為常數。μmZX射線波長λμmμm(Z,λ)。X穿透力也越大。但當波長短于某一臨界值時時，則光子能Ek上的電子打出來，這是光子就被大量吸收，造成吸收系數的突然增加，光子的能量轉變?yōu)楣怆?吸收子、熒光X射線及俄歇電子的能量了，當波長繼續(xù)減小時，雖然它已能撞出內層電子，但由于穿透能力增加了所以μm又趨向減小。故產生吸收限。(機)X射線濾波片。原理：利用吸收限兩邊吸收系數相差懸殊；效果：獲得單色X射線（Kα線）；做法：選取適當材料，其K線之間；X1或。（機）相干散射與非相干散射。(hν)與電子的能量(m0c2=0.5MeV)XX射線波長相同的次級X射線。特點：只變方向,不變能量，散射波波長和頻率與入射光相同；新的散射波之間可以發(fā)生干涉作用——相干散射。非相干散射：產生原因：與束縛力弱的外層電子或自由電子碰撞，電子獲得一部分動能 cos ):散射波改變方向，能量變小（頻率變小亦即波長變長。A。10.（筆）X于某一能級上的電子打出來，X射線光子本身被吸收，它的能量傳給該電子，使之成為具有一定能量的光電子，并使原子處于高能的激發(fā)態(tài)的效應稱光電效應。。外層電子填補空位將多余能量XXXX射線。俄歇效應是外層電子躍遷到空位時將多余能量ΔE激發(fā)另一個核外電子，使之脫離原子。11.（機or筆）布拉格方程與布拉格定律。布拉格方程dsinn λ n——整數，稱為衍射級數晶面間距與晶體結構有關，θ——Bragg角或半衍射角衍射(入射線與衍射線夾角。內涵：要產生衍射，入射線與晶面夾角必須滿足Bragg公式衍射線在與入射線夾角2θ的方向。Bragg+Bragg12.（筆）Bragg方程討論。選擇反射2d（當λ和d選定后，可能有的衍射級數是一定的)一組晶面只能在幾個方向“反射”X射線，稱選擇反射。衍射極限條件λ2：只有特定波長范圍的X射線才能產生衍射d確定。13.（機）系統(tǒng)消光規(guī)則。系統(tǒng)消光規(guī)則與衍射條件：當h、k、l為異性數時，衍射線強度為零，系統(tǒng)消光；當h、k、l三者全為奇數時，衍射線強度減弱；當h、k、l三者全為偶數時，衍射線強度增強。14.（機）晶體衍射分析方法分類。轉動晶體法、粉末衍射法、勞厄法。多晶：用單色X射線照射多晶體或粉末試樣：用照相底片來記錄衍射圓→粉末照相法①德拜—謝樂法，②針孔照相法。用X單晶：①照相法，②衍射儀法。15.（機）德拜底片安裝與德拜直徑。反射線分布在以入射線為軸2θ為半頂角圓錐面上。不同的晶面族的衍射角2θ不同；即衍射圓錐。德拜安裝法：△θ=(△λ/λ)*tanθ正裝法（常用于物相分析：底片開口在承光管的兩側（入射線口）反裝法（常用于點陣常數的測定：底片開口在出射光闌兩側（透射線口）不對稱安裝法（適用于點陣常數的精確測定）德拜直徑：D=57.3mm，周長C=180mm，1mm長度→2°圓心角；D=114.6mm，周長C=360mm，1mm長度→1°圓心角。16.（機）測角儀。衍射儀圓R=185mX射線源S與接收狹縫RS都處在以O衍射儀軸O：大小轉盤均可繞它們的共同軸線O轉動。聚焦圓：X射線源S、試樣表面（測角儀軸O）和接收狹縫RS處于同一圓上。17.（機+筆）聚焦原理。聚焦圓上同一圓周上同弧圓周角相等，S點發(fā)出的X射線與(hkl)晶面衍射線(圓周角)均為(π-2θ)，故樣品各處之(hkl)晶面衍射線聚焦于一點F。18.（機）探測器種類。作用：X射線→電信號種類：

閃爍計數管半導體硅(鋰)探測器19.（筆）正比計數管和蓋革計數管原理。原理：利用X光對氣體(90%Ar+10%CH4)的電離作用產生電脈沖而記錄X光。X這比計數管：電壓600~9001次“雪崩”時間短約.2-0.μ106cps無明顯計數損失。蓋革計數管：電壓1500，瞬間整個陽極”射光能量無明顯關系；脈沖分辨能力弱；計數率不能超103cps。20.（機）記錄顯示系統(tǒng)。計數率儀和定標器。連續(xù)掃描：探測器以一定角速度在選定角度范圍連續(xù)掃描 -→計數率儀-→繪I-2θ曲線。步進掃描：探測器以一定步長移動→每點停留一定時間定標器逐點測量衍射峰強度-→X-Y數據。勞厄衍射花樣產生的原因及特征。勞厄法：連續(xù)X射線投射不動單晶體試樣產生衍射(λ連續(xù)變，θ不變)勞厄斑點不能無限多，應滿足衍射極限條件。產生原因：每一族晶面選擇性地反射滿足Bragg公式的特殊波長X射線，不同晶面族以不同方向反射不同波長的X射線，空間形成很多衍射線，與底片相遇形成勞厄斑點?；犹卣鳎和干浞E圓 背射法：α=45°拋物線 只能與圓錐相交α>45°雙曲線 α>45°雙曲線α=90°直線 α=90°直線α α（機）衍射線峰位確定。）衍射峰線形尖銳（峰頂法：以衍射峰表觀極大值P的角位置為峰位。（切線法P作為峰位。.頂部平坦、兩側直線性不好（半高寬中點法：連接峰兩邊背底作背底線a。從表觀極大點P作X軸垂線PPPP’中點O’作ab平行線M，MN的中點O即為峰位。4）.重疊峰，峰頂明顯分開（7/8高度法：類似半高寬中點法，背底平行線作在7/8高度 。.逼近峰頂。線形漫散 雙線分辨不清（拋物線擬合法：用拋物線擬合峰頂線形，取拋物線稱軸位置作峰位。重心法。雙峰分離（圖解法?！?(△λλ)*taθ，=λα1λkα2.。I1和I2峰形一致，I1在左，I2在右，I2但強度減半。（機）X定量相分析原理。X(方向2θ)取決于晶胞形狀、大小dX取決于晶胞內原子種類、數目、排列方式，故每就可斷定試樣中包含這種結晶物質。定量：多相混合物中，某相衍射線強度隨該相含量增加而增加。（機）（d值d值,,,dd值大d2、d1d3。芬克索引（依d值本身遞減排列d值為主要依據，強度為次要依據。依dd,,卡片號等。（機）定性相分析注意事項。1）d值數據比相對強度數據重要。2）低角度衍射數據比高角度數據重要。（機）晶胞參數測定。結晶物質在一定條件下具有一定的晶胞參數abcαβγTP固溶體的組分比、晶體中雜質含量變化等都會引起晶胞數的變化。28.（+筆）（Scherrer公式。D K 公式：

hkl cosDhkl——垂直(hkl)面方向的晶粒尺寸 λ——x射線波長 θ——Bragg角β——寬化度Ra（① 衍射峰hk）的半高寬β1/，② 衍射峰hk）的積分度βi=積分面積峰高——常數（①當=β1/，K=0.8，② 當=i，K=使用注意事項：①適用范圍是D在1~100nm。②用標準試樣校正儀器本身的寬化。③要對Kα雙線進行分離，求得Kα1所產生的真實寬度，代入謝樂公式。④Dhkl與所測衍射線指數測量計算，以作比較。如11）和22，或20）和40。計算注意事項：①β應化為弧度Rad，即【度數xπ/180②θ為峰位值（2θ）的一半，注意除以2。29.（機）轉動晶體法應用。①測定單晶試樣的晶胞常數②觀察晶體的系統(tǒng)消光規(guī)律，以確定晶體的空間群第二章電子顯微分析30.（機）電子顯微分析特點。5倍~100萬倍；且連續(xù)可調（現(xiàn)代TEM可達200萬倍以上）②分辨率高：0.2~0.3nm（現(xiàn)代TEM線分辨率可達0.104~0.14）③多功能、綜合性：形貌+物相+晶體結構+化學組成31.（筆）阿貝公式和意思。0.61 0.61分辨能力，即數值上是剛能清楚地分開兩個物點間的最小距離rnsinr—分辨率 （r小，分辨能力越高）λ—照明源的波長n—透鏡上、下方介質的折射率а—透鏡孔徑半角（°）nsinα—數值孔徑，用N.A

N

(nm)意義有公式可知提高分辨能力減小r值的途徑有即↑n和α(2)↓λ。32.（機）電子的波長與什么有關？由

h

12.25

可知，波長與加速電壓的平方根成反比。2em V0150VV常用電子波波長：λ=0.0025—0.0054nm（200kv—50kv2em V0150VV①會聚作用大于發(fā)散作用：靜電透鏡總是會聚透鏡；f f ANU2I2R③主要用于電子槍中，使電子束會聚成形。34.（機）短磁透鏡。與和U短線圈磁透鏡：①磁場強度?、诮咕嚅L③物與像都在場外。包殼磁透鏡：①磁力線相對集中②磁場較強。35.（筆）磁透鏡與光學透鏡的比較。磁轉角。②磁透鏡是可變焦距和可變倍率透鏡。③ 磁透鏡場深大200~2000n；焦深長80c。36.（機+筆）四種相差。產生原因：見書本P102.37.（機）分辨本領與什么有關？1 3r AC 2th S

4 ，r故分辨本領與球差系數與波長有關。38.（筆）場深焦深定義與內涵。場深（景深(Df內涵：場深反映試樣在物平面上下移動的距離；試樣的允許厚度。焦深：在不影響透鏡成像分辨本領的前提下，像平面可沿鏡軸移動的距離Di。裝位置。39.（筆）核外電子對入射電子非彈性散射的三個機制。1）單電子激發(fā)：入射電子與核外電子碰撞，將核外電子激發(fā)到空能級或脫離原子核成為二次電子（此過程稱為電離。是一個級聯(lián)過程，直至二次電子能量很低，不足以維持此過程為止。二次電子信號：試樣表面和深處都能產生二次電子，但僅在試樣表面10nm層內產生且能克服逸出功的二次電子才有可能逸出成為信號。二次電子特:能量: ＜50ev對試樣表面狀態(tài)非常敏感，顯示表面微區(qū)的形貌結構非常有效。二次電子應用——分辨率較高，是SEM的主要成像手段單電子激發(fā)的對象：價電子。等離子激發(fā)：電子入射到晶體中，引起價電子集體振蕩。振蕩的能量是量子化的。這種能量量子稱為等離子E p

h 2 p入射電子激發(fā)等離子后就要損失能量ΔEp是固定值，且隨不同元素而變化，即特征能量損失，產生特征能量損失電子。應用：△電子能量損失譜——能量分析電子顯微術△有特征能量的電子成像——能量選擇電子顯微術聲子激發(fā)：晶格振動的能量也是量子化的，它的能量量子稱為聲子。入射電子和晶格的作用可以看作是電子激發(fā)聲子（或吸收聲子）碰撞后，電子發(fā)生大角度散射，能量變化甚微，動量改變可以相當大。40.（+筆）各種物理信號及其用途。用于掃描電鏡：①背散射電子，②吸收電子，③二次電子，④特征X用于透射電鏡：①透射電子，②特征能量損失電子各種電子詳細信息：見書本P107—P109.41.（機）物理性號的深度。俄歇電子<二次電子<背射電子<特征X射線<連續(xù)輻射<熒光輻射42.（筆）相互作用體積。相互作用體積。影響因素：①輕元素試樣，相互作用體積呈梨形；重元素試樣，相互作用體積呈半球形。②能量↗，體積↗，但形狀基本不變。③傾斜入射，試樣表面處相互作用體積橫向尺寸增加。相互作用體積形狀和大小決定各種物理信號產生的深度和廣度。43（機）透射電鏡電子源，電子交叉斑。電子槍交叉斑點：由陰極發(fā)射的發(fā)散電子束受到電場徑向分量的作用，會聚，通過一最小截面，此處電子密度最高，稱電子槍交叉斑點。是電鏡的實際電子源。44.（機）透射電鏡成像系統(tǒng)。物鏡：強磁透鏡。短焦距，高放大倍數倍。中間鏡：弱磁透鏡。長焦距，可變放大倍數（0~20倍投影鏡（100倍，固定不變。45.（機+筆）透射電鏡主要性能指標。1）.分辨率：點分辨率：0.23～0.25nm，線分辨率：0.104～0.14nm2）.放大倍數倍～80萬倍～200萬倍 （人眼可分辨最小細節(jié)0.1mm. 常配工作距離立體顯微, 將細節(jié)進一步放大。材料研究工作：200KV適宜。46.（機）光闌作用及其位置。①聚光鏡光闌：限制照明孔徑角，裝在第二聚光鏡下方。②物鏡（襯度）光闌：擋住散射角較大的電子，裝在物鏡的后焦面上。③選區(qū)（視場）光闌：選擇分析樣品的微小區(qū)域，放在物鏡的像平面位置。47.（筆）電子衍射與X射線的異同。相似性：都遵循勞厄方程、Bragg方程區(qū) 別：①電子波波長短，②受物質散射強。電子波長短——單晶的電子衍射譜和晶體倒易點陣的二維截面完全相似何關系的研究。較適用于研究微晶、表面和薄膜晶體。48.（機）相機常數。L'=foMiMp。K'=λL'=R'd49.(筆)選區(qū)的衍射如何實現(xiàn)？是指選擇特定像區(qū)的各級衍射束成譜。選區(qū)實現(xiàn)：置于物鏡像平面的專用選區(qū)光闌（稱視場光闌一對應。50.（筆）電子衍射譜。單晶：特點：為衍射斑點，具有一定幾何圖形與對稱性。實質：單晶電子衍射譜是晶體倒易點陣的二維截面的投影放大像。多晶：特點：有一系列半徑不同的同心圓環(huán)組成。d的｛hkl｝生衍射束，并在屏或底板上得到相應衍射斑點。當有許多取向不同的小晶粒，其｛hkl｝晶面簇族符合衍射條件時，則形成以入射束為軸，2θ為半角的衍射束構成的圓錐面，它與屏或底板的線，就是半徑為R=Lλ/d的圓環(huán)。d值不同，則半徑R不同——同心圓環(huán)。51.（筆）復型含義及方法。復型：用對電子束透明的薄膜把材料表面或斷口的形貌復制下來，稱為復型。常用復型方法：10～30nm碳膜（2mm見方小塊3～5nm。③襯度較差，不能區(qū)分形貌中的凹凸。④可在碳膜形成前或后，以一定角度投影重金屬（增強襯度和立體感，但同時卻降低分辨率。塑料碳二級復型：在待觀察試塊表面滴一滴丙酮（或醋酸甲酯，在丙酮未完全揮發(fā)或被試樣吸干之前貼上一塊醋酸纖維素塑料膜（簡稱AC紙10～30nm的碳膜—浮于丙酮中，經漂洗、展開、晾干————二級復型樣品。10nm左右。萃取復型。這種由復型膜成的電子圖像稱為復型像。52.（機）襯度。襯 度——電子圖像的光強度差(電子束強度差)①質厚襯度——非晶態(tài)薄膜、復型膜試樣②衍射襯度③相位襯度53.（筆）衍射襯度產生原因。Io為入射電子束，照射A.B晶粒晶粒：各晶面完全不滿足Bragg條件晶粒某hkl晶面與入射電子束交成精確Bragg角θB產生衍射。則IA≈Io，IB≈ Io-Ihkl如果用物鏡光闌把B晶粒hkl衍射束擋掉只讓透射束通過光闌孔進行成像則像平面上AB的亮度不同A亮 B暗，形成襯度。54.（機）掃描電鏡分辨本領決定因素（筆）與性能指標（機決定因素：入射電子束束斑大小 小于電子束斑的試樣細節(jié)不能在熒光屏上顯示分辨本領不能小于電子束斑直徑。成像信號 二次電子像分辨率最高射線像最低。放大倍數掃描電鏡的性能指標55.（筆）背散射電子特點。

分辨本領E0；產生深廣度＞二次電子，像分辨率低；發(fā)射系數η隨原子序數增加而增大；η隨表面傾角增加而增大；η響不大；56.（筆）二次電子特點與二次電子像。特點：①能量＜50eV；表面10nm層內狀態(tài)；成像分辨率高。②發(fā)射系數與入射束能量有關，因此要選擇適當加速電壓。③入射束產生二次電子各向同性--→二次電子發(fā)射方向不受試樣傾斜影響，在試樣上方呈余弦角分布。像：主要反映試樣表面的形貌特征——形貌像；像的襯度是形貌襯度；襯度形成主要決定于試樣表面相對于入射束的傾角。57.（筆+機）波譜儀與能譜儀。波譜儀XX波長色散譜儀。能譜儀ED：利用特征X射線能量不同來展譜的能量色散譜儀，簡稱能譜儀ED比較：波譜儀分析的元素范圍廣，探測極小、分辨力高，適用于精確的定量分析。能譜儀分析速度快，可用于較小的束流和微細的電子束對試樣表面要求不如波譜儀那么嚴格。第三章 熱分析58.（機）常用的四個熱分析方法。①熱重②差熱分析③示差掃描量熱④熱膨脹法59.（筆）差熱分析原理。①在樣品室中裝入被測樣和參比物，使用示差熱電偶。②參比物是熱中性體，整個加熱過程中只是隨爐升溫；③被測樣產生熱變化，則在差熱電偶的兩焊點間形成溫度差，產生溫差電動勢為試樣發(fā)生吸熱反應時EAB<0出現(xiàn)吸熱峰試樣發(fā)生放熱反應時EAB>0出現(xiàn)放熱峰位置：位置：T=C -Cr svaKCC比物、試樣熱rs容J/K;v--升溫速度 0C/minK--比例常；;(△T)a與(Cr-Cs)成正比——參比物稀釋試樣，減輕基線偏離零點(△T)a與v正比——欲使基線穩(wěn)定，必須程序控,以保證v恒定。反應生成新物質，熱容量變化 -------→ 基線漂移61.（筆）轉變點確定及含義。起始點：反應過程開始被測出，而不是反應才開始。終止點：反應測試過程測試結束，而不是反應結束。峰值點：不表示反應最大速度也不表示放熱過程結束，而只表示溫度差最大。62.（筆）差熱分析影響因素。升溫速率：慢：峰形寬、淺；峰值溫度滯后小?？欤悍逍渭?、長；峰值溫度滯后大。--→峰位高溫移動。晶體結（水在化合物中存在狀態(tài)不同 失水溫度不同）吸附水→結晶水結構水脫水溫度逐漸升高。陽離子電負性、離子半