[精品]材料研究方法复习题.doc.pdf

1. 根据下图，试推导Bragg方稈，并对方稈屮主要参数范围的确定进行讨论。 答： 1） Bragg方程推导：根据题图，有： 相邻两个原子面上的原了散射波光程差 6 = AE + AF = ABsin B + ABsin B =2 ABsin B = 2dsin B 干涉加强条件是，晶体屮任意相邻两个原了面上的原了散射波在原子面反射方向的相位差为2H 的整数倍，光程差等于波长的整数倍。因此，干涉加强的条件为： 2dsin（）= n 入 即 Bragg方程。 2） 方稈屮主要参数范围的讨论： a. 根据布拉格方稈， sin 0不能大于 1,因此： n A. /2d =sin B X /2,即只有那些晶面间距大于入射x 射线波长一半的晶面才能发生衍射 2. 什么是 X 射线谱，连续 X 射线谱的产生机理是什么？ 答： 1） X 射线谱： x 射线的强度随波长而变化的|11|线称为 X 射线谱。 2） 具有连续波长的X 射线，构成连续X 射线谱，其产生机理为：能量为讯的电了与阳极靶的 原子碰撞时，电子失去白己的能量，其屮部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为 hv 的光了，这样的光了流即为X 射线。单位时间内到达阳极靶面的电了数忖是极大量的, 绝大多 数电了要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X 射线谱。 3. 写出标识 X 射线谱的波长与阳极物质原子序数间的对应关系（莫塞莱定律），说明莫 塞莱定律的意义。 答： 1） 莫塞莱定律：标识X 射线谱的波长入与原了序数Z 关系为： 7/ A =K/（ZY）2 2） 莫塞莱定律的意义：莫塞莱定律指出了标识X 射线谱的波长入与阳极物质原子序数Z 的 关 系，莫塞莱定律是X 射线光谱分析屮的重要理论基础。用电子轰击待测试样辐射出标识X 射 线，并测定其波长，则可以知道试样屮含有哪些元素。 FHKL = fj cos 27r(HXj + KYj + LZJ 4. 已知结构因了的绝对值平方表达式为 乞 fj sin 27i(HXj + K + LX. J=I 设原子散射因子为代，试推导底心点阵结构的衍射条件。（15分） 答： 底心点阵结构屮，每个晶胞屮有2 个同类原了，其坐标分别为0, 0, 0和 1/2 , 1/2, 0,原子散射因子相同 , 都为垢 , 因此： f 叮COS2K（0） + COS2”（? ；H+ g K）+ f：sin2 ”（0） + sin2 兀（寺 11 4?与 K ） =f/Cl + COSN（H + K）32 ?当 H+K 为偶数时，即 H, K 全为命数或全为隅数：F2HKL=f 2a（l + l）2 = 4f2a FHKL = 2fa ?当 H+K 为奇数时，即 H、K 屮有一个奇数和一个偶数： F2HKL=f 2a（M）2=0 FHKL =0 因此，在底心点阵屮，尸卜吨不受L 的彩响，只有当 H、K 全为奇数或全为偶数时才能产生衍 射。 5 ?什么是差热分析 ?影响差热分析曲线的因素有哪些?差热曲线中向下与向上的峰的含义是什 么？ 答： 1）并热分析是在程序控制温度下测定物质和参比物之间的温度并和温度关系的一种技术。 2）影响 DTA |11|线的仪器因素包括：炉了尺寸，堆坍大小和形状, 差热电偶性能 , 热电偶 与试样相对位置和记录系统精度； 影响 DTA 曲线的试样因素包括：热容最和热导率的变化，试样的颗粒度，试样的结晶 度、纯度，试样的用量，试样的装填； 影响 DTA |线的操作因索包括：加热速度，压力和气氛，热电偶热端位置，走纸速 度。 3） 差热曲线屮向下的峰表示吸热峰，向上的峰表示放热峰。 6. 什么是 DSC 分析，其特点是什么？包括哪两种方法？ 答： 1）DSC分析：在稈序控制温度下，测量输入到试样和掺比物的能量差随温度或时问变 化的一种技术。 DSC 分析特点：通过对试样因热效应而发生的能量变化进行及时补偿，保持试样与 参比物 Z 间温度始终保持相同，无温差、无热传递，使热损失小，检测信号大。灵 敏度和精度大有提高，可进行定量分析。 2）DSC分析包括：功率补偿型差示扫描量热法、热流型差示扫描量热法。 7. 说明透射电了显微镜的分辨本领与加速电压的关系。 答： 透镜的分辨木领和入射电了束波长有简单的正比关系： do=O.61 入 /nsin a 初速度为零的白由电子从零电位达到电位为U的电场时电子获得的能量是eU ： l/2mov2 = cU 而： X =h/m（）v , m（）是电了质量， v 是电了运动的速度 所以： X = h/ g 尺R =1.226/Q 因此, do=O.61 入 /nsin a =0.61*1.226/ nsin a、丁 =0.74786/ nsin a、肝所以，透镜的分辨木领与 加速电压的平方根成反比。 8. 什么是图像的衬度？透射电了显微镜的衬度形成原因是什么？种类有哪些？为什么将散射 衬度也称为质量一厚度衬度？ 答： 1）衬度：光的强度差异 2）透射电了显微镜的衬度形成原因：由电了通过样品时产生的四种基木物理过程形成的，即 吸收、干涉、衍射和散射。 3）种类有： 散射衬度：由样品对电了的散射而产生，是非晶体样品的主要反差。 ?衍射衬度：由晶体样品对电子的衍射产生，是晶体样品的主要反差。 ?相位衬度：由电了波的干涉产生，是超薄样品和超高分辨木领丁作时的主要反差。 4）在散射衬度形成的过稈屮，通过光阑孔的成彖电了束的强度与样品的密度、厚度和构成样 品的原了的原了量有关，散射衬度主要反映了试样的质量和厚度的并异，因此散射衬度也称为 质量一厚度衬度。 9. 扫描电镜的工作原理是什么？其结构包括哪些部分？ 答： 1）扫描电镜的工作原理：由电了枪发射岀来的电了束，在加速电压作用下，经过电了 透镜聚焦麻，在样品表血按顺序逐行进行扫描，激发样品产生乞种物理信号，如二次电了、背 散射电子、吸收电了、 X 射线、俄歇电子等。这些物理信号的强度随样品表血特征而变。它们 分别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大示，送到显像管成像。 2）扫描电镜由六个系统纟fl 成：（ 1）电了光学系统；（ 2）扫描系统；（ 3）信号收集 系统；（ 4） 图像显示和记录系统；（5）真空系统；（ 6）电源系统。 10?什么是 X 射线谱，标识 X 射线谱的产生机理是什么？ 答： 1）X 射线谱： x 射线的强度随波长而变化的曲线称为X 射线谱。 2）标识 X 射线谱的产生机理：标识X 射线谱的产生机理与阳极物质的原了内部结构紧密相 关。原了系统内的电了按泡利不相容原理和能量最低原理分布于备个能级。在电了轰击阳极的 过稈屮，当某个具有足够能量的电了将阳极靶原了的内层电了击出时，在低能级上出现空位， 系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光了的形 式辐射，形成标识X 射线谱。 11.己知结构因了的绝对值平方表达式为 |FRKJ =fe/7cos2(HX. + /Cy；. + LZ.)j 乞fj sin 2 兀fiX)+ KYj + LX. ；=? 设原了散射因了为f “ ，试推导体心点阵结构的衍射条件。 答： 在体心点阵中，每个晶胞中有2 个同类原子，其坐标为0, 0, 0和 1/2 ,1/2, 1/2 , 原子散射因子相同： FHKL = =f：ccs2(o) + ccs2(4“H + 寺 K +寺L) + sin2“(0 + sin2 兀 ( H +寺K + *L)j 当 H+K+L 为偶数时 , F2HKL=f 2a(l + l)2 = 4f2 a FIIKL =2fa 当 H+K+L 为奇数时， F2HKI = f 2a（M）2=0 FHKL =0 因此，在体心点阵屮，只有当H+K+L 为偶数时才能产生衍射 12. 什么是热重分析 ?热重曲线和微商热重曲线的共同点和差别是什么?影响热重分析曲线的因 素有哪些？ 答： 1）热重分析：在程序控制温度下测量获得物质的质量与温度关系的一种技术。 2）热重 1山线和微商热重Illi 线的共同点：都是记录质量变化对温度的关系曲线 热重曲线和微商热重曲线的旁异：纵坐标是质量（W）,横坐标为温度或时间（ t）。微商热重 曲线的纵坐标为dW/dto 3）影响热重分析曲线的因素：浮力及对流；挥发物冷凝；温度测量；升温速率；气氛控 制；试样用量、粒度、热性质及装填方式。 13. 什么是热分析参比物？选用原则是什么？经常用的参比物冇哪些？ 答： 1） 参比物：指在一定温度下不发生分解、相变、破坏的物质，是在热分析过稈屮起着与被测 物质相比较作用的标准物质。 2） 选用原则：依据参比物的热容、导热系数等是否与试样相等或接近为原则。 3） 常用的参比物： a -Al203、MgO、高岭土。 14. 什么是磁透镜的象并？有哪些种类？其形成原因和减少的措施是什么？ 答： 1） 象并: 会聚点不一致，导致象不清晰。 2） 磁透镜的彖差可分为两类： 几何象差 - 一这是由于近轴条件不被满足而产生的，其屮包括球差、象散等. 球差： 形成原因 : 远轴电了与近轴电了折射不同而成. 减少球差的措施：缩小孔径角 彖散： 形成原因：由于磁场非绝对轴对称而成 减少色散的措施 : 清洗或采用消散器 色差一 - 由于波长（速度）变化而引起的象差 形成原因：加速电压变化 激励电流变化 电了与样品的相互作用 减少色差的措施 : 稳泄电压和激励电流，使用薄样品 15.说明电了探针作成分分析的理论根据。（ 答： rh Moseley 定律有： A =K/（Z?O）2 X 射线特征谱线的波长和产生此射线的样品材料的原了序数Z 有一确定的关系（ K 为常 数，。为屏蔽系数）。只要测出特征X 射线的波长，就可确定相应元索的原了序数。 因为某种元素的特征X 射线强度与该元素在样品中的浓度成比例，所以只要测出这种特征 X 射线的强度，就可计算岀该元素的相对含量。 这就是利用电了探针仪作定性、定量分析的理论根据。 16.什么是图像的衬度？透射电子显微镜的衬度形成原因是什么？种类有哪些？为什么将 散射衬度也称为质量一厚度衬度？ 答： 1）衬度：光的强度差异 2） 透射电了显微镜的衬度形成原因：由电子通过样品时产生的四种基本物理过程形成的，即 吸收、干涉、衍射和散射。 3） 种类有： 散射衬度：由样品对电了的散射而产生，是非晶体样品的主要反差。 ?衍射衬度：由晶体样品对电了的衍射产生，是晶体样品的主要反差。 ?相位衬度：由电子波的干涉产生，是超薄样品和超高分辨木领T 作时的主要反差。 4） 在散射衬度形成的过程屮，通过光阑孔的成象电了朿的强度与样品的密度、厚度和构成样 品的原了的原了量有关，散射衬度主要反映了试样的质最和厚度的弄界，因此散射衬度也称为 质量一厚度衬度。