材料分析方法課后答案(更新至第十章)

材料分析方法（周玉主編）材料分析方法課后練習(xí)題參考答案2015-1-4BY：二專業(yè)の學(xué)渣材料科學(xué)與工程學(xué)院

第一章 X射線物理學(xué)基礎(chǔ)3.討論下列各組概念的關(guān)系答案之一(1）同一物質(zhì)的吸收譜和發(fā)射譜；答：λk吸收〈λkβ發(fā)射〈λkα發(fā)射(2）X射線管靶材的發(fā)射譜與其配用的濾波片的吸收譜。答：λkβ發(fā)射（靶）〈λk吸收(濾波片)〈λkα發(fā)射（靶）。任何材料對X射線的吸收都有一個Kα線和Kβ線。如Ni的吸收限為0.14869nm。也就是說它對0.14869nm波長及稍短波長的X射線有強(qiáng)烈的吸收。而對比0.14869稍長的X射線吸收很小。Cu靶X射線:Kα=0.15418nmKβ=0.13922nm。(3）X射線管靶材的發(fā)射譜與被照射試樣的吸收譜。答：Z靶≤Z樣品+1或Z靶>>Z樣品X射線管靶材的發(fā)射譜稍大于被照射試樣的吸收譜，或X射線管靶材的發(fā)射譜大大小于被照射試樣的吸收譜。在進(jìn)行衍射分析時，總希望試樣對X射線應(yīng)盡可能少被吸收，獲得高的衍射強(qiáng)度和低的背底。答案之二1）同一物質(zhì)的吸收譜和發(fā)射譜；答：當(dāng)構(gòu)成物質(zhì)的分子或原子受到激發(fā)而發(fā)光，產(chǎn)生的光譜稱為發(fā)射光譜，發(fā)射光譜的譜線與組成物質(zhì)的元素及其外圍電子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。吸收光譜是指光通過物質(zhì)被吸收后的光譜，吸收光譜則決定于物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，與分子中的雙鍵有關(guān)。2）X射線管靶材的發(fā)射譜與其配用的濾波片的吸收譜。答：可以選擇λK剛好位于輻射源的Kα和Kβ之間的金屬薄片作為濾光片，放在X射線源和試樣之間。這時濾光片對Kβ射線強(qiáng)烈吸收，而對Kα吸收卻少。6、欲用Mo靶X射線管激發(fā)Cu的熒光X射線輻射，所需施加的最低管電壓是多少？激發(fā)出的熒光輻射的波長是多少？答：eVk=hc/λVk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)λ0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm)其中h為普郎克常數(shù)，其值等于6.626×10-34e為電子電荷，等于1.602×10-19c故需加的最低管電壓應(yīng)≥17.46(kv)，所發(fā)射的熒光輻射波長是0.071納米。7、名詞解釋：相干散射、非相干散射、熒光輻射、吸收限、俄歇效應(yīng)答：⑴當(dāng)χ射線通過物質(zhì)時，物質(zhì)原子的電子在電磁場的作用下將產(chǎn)生受迫振動，受迫振動產(chǎn)生交變電磁場，其頻率與入射線的頻率相同，這種由于散射線與入射線的波長和頻率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干條件，故稱為相干散射。⑵當(dāng)χ射線經(jīng)束縛力不大的電子或自由電子散射后，可以得到波長比入射χ射線長的χ射線，且波長隨散射方向不同而改變，這種散射現(xiàn)象稱為非相干散射。么？答：（1）表示某晶面的等同晶面的數(shù)目。多重性因數(shù)越大，該晶面參加衍射的幾率越大，相應(yīng)衍射強(qiáng)度將增加。（2）其{100}的多重性因子是6；（3）如該晶體轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄刀嘀匦砸蜃邮?；（4）這個晶面族的多重性因子會隨對稱性不同而改變。5．總結(jié)簡單點(diǎn)陣、體心點(diǎn)陣和面心點(diǎn)陣衍射線的系統(tǒng)消光規(guī)律。?答：簡單點(diǎn)陣不存在系統(tǒng)消光，體心點(diǎn)陣衍射線的系統(tǒng)消光規(guī)律是(h+k+l)偶數(shù)時出現(xiàn)反射，(h+k+l)奇數(shù)時消光。?面心點(diǎn)陣衍射線的系統(tǒng)消光規(guī)律是h,k,l全奇或全偶出現(xiàn)反射，h,k,l有奇有偶時消光。6、多晶體衍射的積分強(qiáng)度表示什么？今有一張用CuKα攝得的鎢（體心立方）的德拜相，試計算出頭4根線的相對積分強(qiáng)度（不計算A（θ）和e-2M,以最強(qiáng)線的強(qiáng)度為100）。頭4根線的θ值如下：第四章第五章1.物相定性分析的原理是什么？對食鹽進(jìn)行化學(xué)分析與物相定性分析，所得信息有何不同？答：物相定性分析的原理：X射線在某種晶體上的衍射必然反映出帶有晶體特征的特定的衍射花樣（衍射位置θ、衍射強(qiáng)度I），而沒有兩種結(jié)晶物質(zhì)會給出完全相同的衍射花樣，所以我們才能根據(jù)衍射花樣與晶體結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)的關(guān)系，來確定某一物相。對食鹽進(jìn)行化學(xué)分析，只可得出組成物質(zhì)的元素種類（Na,Cl等）及其含量，卻不能說明其存在狀態(tài)，亦即不能說明其是何種晶體結(jié)構(gòu)，同種元素雖然成分不發(fā)生變化，但可以不同晶體狀態(tài)存在，對化合物更是如此。定性分析的任務(wù)就是鑒別待測樣由哪些物相所組成。2.物相定量分析的原理是什么？試述用K值法進(jìn)行物相定量分析的過程。答：根據(jù)X射線衍射強(qiáng)度公式，某一物相的相對含量的增加，其衍射線的強(qiáng)度亦隨之增加，所以通過衍射線強(qiáng)度的數(shù)值可以確定對應(yīng)物相的相對含量。由于各個物相對X射線的吸收影響不同，X射線衍射強(qiáng)度與該物相的相對含量之間不成線性比例關(guān)系，必須加以修正。這是內(nèi)標(biāo)法的一種，是事先在待測樣品中加入純元素，然后測出定標(biāo)曲線的斜率即K值。當(dāng)要進(jìn)行這類待測材料衍射分析時，已知K值和標(biāo)準(zhǔn)物相質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωs，只要測出a相強(qiáng)度Ia與標(biāo)準(zhǔn)物相的強(qiáng)度Is的比值Ia/Is就可以求出a相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωa。第六章*第七章*第八章電子光學(xué)基礎(chǔ)5、電磁透鏡景深和焦長主要受哪些因素影響？說明電磁透鏡的景深大、焦長長，是什么因素影響的結(jié)果？假設(shè)電磁透鏡沒有像差，也沒有衍射Airy斑，即分辨率極高，此時它的景深和焦長如何？答：景深受分辨本領(lǐng)和孔徑半角α的影響焦長受分辨本領(lǐng)、放大倍數(shù)和孔徑半角的影響電磁透鏡景深大、焦長長，是孔徑半角α影響的結(jié)果分辨率極高，景深和焦長將減?。ㄚ呌?）第九章透射電子顯微鏡（解答之一）4、分別說明成像操作與衍射操作時各級透鏡（像平面與物平面）之間的相對位置關(guān)系，并畫出光路圖。答：如果把中間鏡的物平面和物鏡的像平面重合，則在熒光屏上得到一幅放大像，這就是電子顯微鏡中的成像操作，如圖（a）所示。如果把中間鏡的物平面和物鏡的后焦面重合，則在熒光屏上得到一幅電子衍射花樣，這就是電子顯微鏡中的電子衍射操作，如圖（b）所示。（解答之二）4.分別說明成像操作與衍射操作時各級透鏡（像平面與物平面）之間的相對位置關(guān)系，并畫出光路圖。答：成像操作時中間鏡是以物鏡的像作為物成像，然后由投影鏡進(jìn)一步放大投到熒光屏上，即中間鏡的物平面與物鏡的像平面重合；衍射操作是以物鏡的背焦點(diǎn)作為物成像，然后由投影鏡進(jìn)一步放大投到熒光屏上，即中間鏡的物平面與物鏡的背焦面重合。

第十章電子衍射1.電子衍射與X射線衍射電子衍射與X射線衍射相似，都是以滿足（或基本滿足）布拉格方程作為產(chǎn)生衍射的必要條件。但由于電子波與X射線本身的一些特性，使得二者的衍射有許多不同之處：1）電子波的波長極短，衍射角很??；2）電子衍射中，晶體倒易陣點(diǎn)會發(fā)生擴(kuò)展，增加了與愛瓦爾德球相交的機(jī)會，因而略為偏離布拉格條件的電子束也能發(fā)生衍射；3）由于電子波長短，反射球半徑很大，θ角很小的范圍內(nèi)反射球的球面可近似看成平面，從而可以認(rèn)為電子衍射產(chǎn)生的衍射斑點(diǎn)大致分布在一個二維倒易截面內(nèi)。這為晶體分析帶來很大方便；4）原子對電子的散射能力遠(yuǎn)高于它對X射線的散射能力，因而電子衍射束的強(qiáng)度較大，拍攝衍射花樣的曝光時間僅需幾秒鐘。2.倒易點(diǎn)陣與正點(diǎn)陣之間關(guān)系如何？倒易點(diǎn)陣與晶體的電子衍射斑點(diǎn)之間有何對應(yīng)關(guān)系？第一問：1、倒易矢量垂直于正點(diǎn)陣中相應(yīng)的晶面，或平行于它的法向。2、倒易點(diǎn)陣中的一點(diǎn)代表的正點(diǎn)陣中的一組晶面。3、倒易矢量的長度等于正點(diǎn)陣中相應(yīng)品面間距的倒數(shù)。第二問：1、衍射斑點(diǎn)所對應(yīng)的倒易矢量均基本滿足布拉格條件2、衍射斑點(diǎn)是倒易點(diǎn)陣的與入射矢量垂直的零層倒易面的一部風(fēng)。3、標(biāo)準(zhǔn)電子衍射花樣是標(biāo)準(zhǔn)零層倒易截面的比例圖像，關(guān)系為：R=Kg4、衍射斑點(diǎn)所對應(yīng)的各倒易點(diǎn)的結(jié)構(gòu)因子均不為零5、偏離矢量小于Smax倒易點(diǎn)才能出現(xiàn)在衍射花樣中。4.畫出fcc和bcc晶體的倒易點(diǎn)陣，并標(biāo)出基本矢量a*,b*,c*。答：倒易點(diǎn)陣與正點(diǎn)陣互為倒易。 （課本124頁圖10-2）5.何為晶帶定理和零層倒易截面?說明同一晶帶中各晶面及其倒易矢量與晶帶軸之間的關(guān)系。答:晶體中,與某一晶向[uvw]平行的所有晶面(HKL)屬于同一晶帶,稱為[uvw]晶帶,該晶向[uvw]稱為此晶帶的晶帶軸,它們之間存在這樣的關(guān)系:Hu+Kv+Lw=0取某點(diǎn)O*為倒易原點(diǎn),則該晶帶所有晶面對應(yīng)的倒易矢(倒易點(diǎn))將處于同一倒易平面中,這個倒易平面與Z垂直。由正、倒空間的對應(yīng)關(guān)系,與Z垂直的倒易面為(uvw)*,即[uvw]⊥(uvw)*,因此,由同晶帶的晶面構(gòu)成的倒易面就可以用(uvw)*表示,且因?yàn)檫^原點(diǎn)O*,則稱為0層倒易截面(uvw)*。7.為何對稱入射（B//[uvw]）時，即只有倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)在埃瓦爾