材料物理專業(yè)《材料分析測試方法A》作業(yè)

材料物理專業(yè)《材料分析測試方法A》作業(yè)PAGEPAGE1材料物理專業(yè)《材料分析測試方法A》作業(yè)第一章電磁輻射與材料結(jié)構(gòu)一、教材習(xí)題1-1計算下列電磁輻射的有關(guān)參數(shù)：（1）波數(shù)為3030cm-1的芳烴紅外吸收峰的波長（m）；（2）5m波長射頻輻射的頻率（MHz）；（3）588.995nm鈉線相應(yīng)的光子能量（eV）。1-3某原子的一個光譜項(xiàng)為45FJ，試用能級示意圖表示其光譜支項(xiàng)與塞曼能級。1-5下列原子核中，哪些核沒有自旋角動量？12C6、19F9、31P15、16O8、1H1、14N7。1-8分別在簡單立方晶胞和面心立方晶胞中標(biāo)明（001）、（002）和（003）面，并據(jù)此回答：干涉指數(shù)表示的晶面上是否一定有原子分布？為什么？1-9已知某點(diǎn)陣a=3?，b=2?，=60，c∥a×b，試用圖解法求r*110與r*210。1-10下列哪些晶面屬于晶帶？。二、補(bǔ)充習(xí)題1、試求加速電壓為1、10、100kV時，電子的波長各是多少？考慮相對論修正后又各是多少？第二章電磁輻射與材料的相互作用一、教材習(xí)題2-2下列各光子能量（eV）各在何種電磁波譜域內(nèi)？各與何種躍遷所需能量相適應(yīng)？1.2×106~1.2×102、6.2~1.7、0.5~0.02、2×10-2~4×10-7。2-3下列哪種躍遷不能產(chǎn)生?31S0—31P1、31S0—31D2、33P2—33D3、43S1—43P1。2-5分子能級躍遷有哪些類型？紫外、可見光譜與紅外光譜相比，各有何特點(diǎn)？2-6以MgK（=9.89?）輻射為激發(fā)源，由譜儀（功函數(shù)4eV）測得某元素（固體樣品）X射線光電子動能為981.5eV，求此元素的電子結(jié)合能。2-7用能級示意圖比較X射線光電子、特征X射線與俄歇電子的概念。二、補(bǔ)充習(xí)題1、俄歇電子能譜圖與光電子能譜圖的表示方法有何不同？為什么？2、簡述X射線與固體相互作用產(chǎn)生的主要信息及據(jù)此建立的主要分析方法。第三章粒子（束）與材料的相互作用一、教材習(xí)題3-1電子與固體作用產(chǎn)生多種粒子信號（教材圖3-3），哪些對應(yīng)入射電子？哪些是由電子激發(fā)產(chǎn)生的？圖3-3入射電子束與固體作用產(chǎn)生的發(fā)射現(xiàn)象3-2電子“吸收”與光子吸收有何不同？3-3入射X射線比同樣能量的入射電子在固體中穿入深度大得多，而俄歇電子與X光電子的逸出深度相當(dāng)，這是為什么？二、補(bǔ)充習(xí)題銻的分布（偏聚）的研究；（13）淬火鋼中孿晶馬氏體與位錯馬氏體的形貌觀察；（14）固體表面元素定性分析及定量分析；（15）某聚合物的價帶結(jié)構(gòu)分析；（16）某半導(dǎo)體的表面能帶結(jié)構(gòu)測定。二、補(bǔ)充習(xí)題（可在本門課程大部門內(nèi)容講完之后做）1、假若你采用高溫固相法合成一種新的尖晶石，最后你得到了一種白色固體。如果它是一種新的尖晶石，你將如何測定它的結(jié)構(gòu)、組成和純度。2、假若你采用水熱法制備TiO2納米管，最后你得到了一種白色固體，你將如何觀察它的形貌？如何測定它的顆粒尺寸、大小、結(jié)構(gòu)、組成和純度。3、假若你采用溶液插層等方法制備層狀硅酸鹽/聚合物納米復(fù)合材料，最后你得到了一種塊體材料，你將如何表征它的結(jié)構(gòu)？第五章X射線衍射分析原理一、教材習(xí)題5-2“一束X射線照射一個原子列（一維晶體），只有鏡面反射方向上才有可能產(chǎn)生衍射”，此種說法是否正確？5-3辨析概念：X射線散射、衍射與反射。5-4某斜方晶體晶胞含有兩個同類原子，坐標(biāo)位置分別為：(，，1)和（，，），該晶體屬何種布拉菲點(diǎn)陣？寫出該晶體(100)、(110)、(211)、(221)等晶面反射線的F2值。5-7金剛石晶體屬面心立方點(diǎn)陣，每個晶胞含8個原子，坐標(biāo)為：（0，0，0）、（，，0）、（，0，）、（0，，）、（，，）、（，，）、（，，）、（，，），原子散射因子為fa，求其系統(tǒng)消光規(guī)律（F2最簡表達(dá)式），并據(jù)此說明結(jié)構(gòu)消光的概念。5-8“衍射線在空間的方位僅取決于晶胞的形狀與大小，而與晶胞中的原子位置無關(guān)；衍射線的強(qiáng)度則僅取決于晶胞中原子位置，而與晶胞形狀及大小無關(guān)”，此種說法是否正確？5-9CuK射線（）照射Cu樣品。已知Cu的點(diǎn)陣常數(shù)a=0.361nm，試分別用布拉格方程與厄瓦爾德圖解法求其（200）反射的角。二、補(bǔ)充習(xí)題1、簡述布拉格公式2dHKLsinθ=λ中各參數(shù)的含義，以及該公式有哪些應(yīng)用？2、簡述影響X射線衍射方向的因素。3、簡述影響X射線衍射強(qiáng)度的因素。4、多重性因子的物理意義是什么？某立方系晶體，其{100}的多重性因數(shù)是多少？如該晶體轉(zhuǎn)變成四方晶系，這個晶面族的多重性因子會發(fā)生什么變化？為什么？第六章X射線衍射方法教材習(xí)題：6-1CuK輻射（=0.154nm）照射Ag（f．c．c）樣品，測得第一衍射峰位置2＝38，試求Ag的點(diǎn)陣常數(shù)。（注：面心立方f．c．c）6-2試總結(jié)德拜法衍射花樣的背底來源，并提出一些防止和減少背底的措施。6-3圖題6-1為某樣品德拜相（示意圖），攝照時未經(jīng)濾波。已知1、2為同一晶面衍射線，3、4為另一晶面衍射線，試對此現(xiàn)象作出解釋。圖題6-16-4粉末樣品顆粒過大或過小對德拜花樣影響如何？為什么？板狀多晶體樣品晶粒過大或過小對衍射峰形影響又如何？6-5試從入射光束、樣品形狀、成相原理（厄瓦爾德圖解）、衍射線記錄、衍射花樣、樣品吸收與衍射強(qiáng)度（公式）、衍射裝備及應(yīng)用等方面比較衍射儀法與德拜法的異同點(diǎn)。第七章X射線衍射分析的應(yīng)用一、教材習(xí)題7-4A-TiO2（銳鈦礦）與R-TiO2（金紅石）混合物衍射花樣中兩相最強(qiáng)線強(qiáng)度比。試用參比強(qiáng)度法計算兩相各自的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（提示：假若采用的CuK輻射，查有關(guān)數(shù)據(jù)手冊，R-TiO2用d=0.325nm線條，；A-TiO2用d=0.351nm線條，）7-5某淬火后低溫回火的碳鋼樣品，不含碳化物（經(jīng)金相檢驗(yàn)）。A（奧氏體）中含碳1%，M（馬氏體）中含碳量極低。經(jīng)過衍射測得A220峰積分強(qiáng)度為2.33（任意單位），M211峰積分強(qiáng)度為16.32。試計算該鋼中殘留奧氏體的體積分?jǐn)?shù)（實(shí)驗(yàn)條件：FeK輻射，濾波，室溫20℃。-Fe點(diǎn)陣參數(shù)a＝0.2866nm，奧氏體點(diǎn)陣參數(shù)a＝0.3571+0.0044wc，wc為碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。（提示：解題方法一，查標(biāo)準(zhǔn)YB/T5338-2006鋼中殘余奧氏體定量測定X射線衍射儀法，可得強(qiáng)度因子G，然后進(jìn)行計算；解題方法二，根據(jù)衍射強(qiáng)度理論，計算強(qiáng)度因子G。）7-6某立方晶系晶體德拜花樣中部分高角度線條數(shù)據(jù)如下表所列。試用“a-cos2”的圖解外推法求其點(diǎn)陣常數(shù)（準(zhǔn)確到4位有效數(shù)字）。H2+K2+LSin2384041420.91140.95630.97610.9980（提示：設(shè)所用X射線為Cu靶的K1輻射，=0.15406nm。）7-7按上題數(shù)據(jù)，應(yīng)用最小二乘法（以cos2為外推函數(shù)）計算點(diǎn)陣常數(shù)值（準(zhǔn)確到4位有效數(shù)字）。二、補(bǔ)充習(xí)題1、X射線衍射物相定性分析原理、一般步驟及注意事項(xiàng)。2、化學(xué)分析表明，一種氫氧化鋁試樣中含有百分之幾的Fe3+雜質(zhì)。Fe3+離子將會對粉末XRD圖帶來什么影響，如果它以（a）分離的氫氧化鐵相存在，（b）在A1(OH)3晶體結(jié)構(gòu)中取代Al3+。第八章透射電子顯微分析一、教材習(xí)題8-1電子衍射分析的基本公式是在什么條件下導(dǎo)出的？公式中各項(xiàng)的含義是什么？8-4單晶電子衍射花樣的標(biāo)定有哪幾種方法？9-2透射電子顯微鏡中物鏡和中間鏡各處在什么位置，起什么作用？9-3試比較光學(xué)顯微鏡成像和透射電子顯微鏡成像的異同點(diǎn)。9-4簡述選區(qū)衍射原理及操作步驟。9-7什么是明場像？什么是暗場像？9-8試分析復(fù)型樣品的成像原理。為什么要以傾斜方向給復(fù)型“投影”重金屬？9-9什么是衍射襯度？它與質(zhì)厚襯度有什么區(qū)別？二、補(bǔ)充習(xí)題1、簡述透射電鏡對分析樣品的要求。2、說明如何用透射電鏡觀察超細(xì)粉末的尺寸和形態(tài)？如何制備樣品？3、簡述用于透射電鏡分析的晶體薄膜樣品的制備步驟。4、分析電子衍射與X射線衍射有何異同？5、萃取復(fù)型可用來分析哪些組織結(jié)構(gòu)？得到什么信息？第九章掃描電子顯微分析與電子探針一、教材習(xí)題10-2為什么掃描電鏡的分辨率和信號的種類有關(guān)？試將各種信號的分辨率高低作一比較。10-3二次電子像的襯度和背散射電子像的襯度各有何特點(diǎn)？10-4試比較波譜儀和能譜儀在進(jìn)行微區(qū)化學(xué)成分分析時的優(yōu)缺點(diǎn)。10-5為什么說電子探針是一種微區(qū)分析儀？二、補(bǔ)充習(xí)題1、二次電子像景深很大，樣品凹坑底部都能清楚地顯示出來，從而使圖像的立體感很強(qiáng)，其原因何在?2、要分析鋼中碳化物成分和基體中碳含量，應(yīng)選用什么儀器？為什么？3、要在觀察斷口形貌的同時，分析斷口上粒狀夾雜物的化學(xué)成分，選用什么儀器？怎樣操作？4、電子探針儀如何與掃描電鏡和透射電鏡配合進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)與微區(qū)化學(xué)成分的同位分析？5、舉例說明電子探針的三種工作方式（點(diǎn)、線、面）在顯微成分分析中的應(yīng)用。第十章紫外、可見吸收光譜法一、教材習(xí)題12-1丙酮在乙醇中于366nm處的摩爾吸收系數(shù)為2.75L·cm-1·mol-1。使用1.5cm樣品池，若透光率大于10%且小于90%，試計算可以使用的丙酮濃度范圍。二、補(bǔ)充習(xí)題1、簡述紫外可見吸收光譜（電子光譜）吸收譜帶的類型？2、比較d-d躍遷和f-f躍遷光譜的異同？3、簡述光吸收定律（朗伯-比爾定律）及其應(yīng)用。第十一章紅外吸收光譜分析法一、教材習(xí)題12-4CO的紅外光譜在2170cm-1有一吸收峰，計算CO的鍵力常數(shù)。二、補(bǔ)充習(xí)題1、簡述紅外吸收光譜（振動光譜）的選擇定則。2、簡述多原子分子的簡正振動類型。3、簡述氫鍵對紅外吸收帶的影響4、氯仿（CHCl3）分子的振動自由度（振動模式）是多少？5、氯仿（CHCl3）分子中C–H伸縮振動頻率在3000cm?1，試計算氘化氯仿（CDCl3）中C–D伸縮振動頻率。（相關(guān)原子質(zhì)量：1H=1.674×10?27kg,2H=3.345×10?27kg和12C=1.993×10?26kg）第十二章電子能譜分析法教材習(xí)題：13-4造成俄歇譜信噪比低的原因如何？為什么X射線光電子譜法只采用直接譜進(jìn)行分析工作？13-5為什么俄歇電子能譜法不適于分析H與He元素？X射線光電子能譜法呢？13-6為什么紫外光電子能譜法不適于進(jìn)行元素定性分析工作？13-7紫外光電子能譜法與X射線光電子能譜法各自的應(yīng)用范圍與特點(diǎn)如何？13-8作為固體材料表面分析的重要方法，比較AES、XPS與UPS分析法應(yīng)用范圍與特點(diǎn)。13-9簡述AES、XPS與UPS譜峰化學(xué)位移的概念，AES、XPS與UPS的化學(xué)位移對于材料分析工作各有何作用？第十三章熱分析法一、教材習(xí)題17-2試述差熱分析中放熱峰和吸熱峰產(chǎn)生的原因有哪些？17-3差示掃描量熱法與差熱分析方法比較有何優(yōu)越性？17-4熱重法與微商熱重法相比各具有何特點(diǎn)？17-5由碳酸氫鈉的熱重分析可知，它在100~225℃之間分解放出水和二氧化碳，所失質(zhì)量占樣品質(zhì)量的36.6%，而其中。試據(jù)此寫出碳酸氫鈉加熱時的固體反應(yīng)式。17-6根據(jù)題圖17-1所示的TG、DTG和DTA曲線，推論NH4VO3的分解過程。題圖17-1題圖17-21-在氦氣中；2-在空氣中16-7題圖17-2為尼龍-6在氦氣和空氣中的DTA曲線，二者之差異說明了什么?二、補(bǔ)充習(xí)題1、簡述影響DTA（DSC）曲線形狀的因素。2、簡述影響TG曲線形狀的因素。第十四章其它分析方法簡介教材習(xí)題（選做）：18-2核磁共振化學(xué)