材料分析技術(shù)復(fù)習(xí)

1、第一部分簡(jiǎn)答題:1.X射線產(chǎn)生的基本條件答:產(chǎn)生自由電子;使電子做定向高速運(yùn)動(dòng);在電子運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置使其突然減速的障礙物。2.連續(xù)X 射線產(chǎn)生實(shí)質(zhì)答:假設(shè)管電流為10mA,則每秒到達(dá)陽(yáng)極靶上的電子數(shù)可達(dá)6.25x10( 16)個(gè) , 如此之多的電子到達(dá)靶上的時(shí)間和條件不會(huì)相同的電子要經(jīng)過(guò)多次碰撞, 逐步把能量釋放到零,的光子序列 , 這樣就形成了連續(xù)X 射線。3.特征 X 射線產(chǎn)生的物理機(jī)制, 而且絕大多數(shù)達(dá)到靶上同時(shí)產(chǎn)生一系列能量為hv( i)答:原子系統(tǒng)中的電子遵從刨利不相容原理不連續(xù)的分布在K、L 、M 、N 等不同能級(jí)的殼層上, 而且按能量最低原理從里到外逐層填充。當(dāng)外來(lái)的高速度的粒

2、子動(dòng)能足夠大時(shí), 能夠?qū)又心硞€(gè)電子擊出去, 于是在原來(lái)的位置出現(xiàn)空位 , 原子系統(tǒng)的能量升高, 處于激發(fā)態(tài) , 這時(shí)原子系統(tǒng)就要向低能態(tài)轉(zhuǎn)化 , 即向低能級(jí)上的空位躍遷 , 在躍遷時(shí)會(huì)有一能量產(chǎn)生 , 這一能量以光子的形式輻射出來(lái) , 即特征 X 射線。4.短波限、吸收限答 : 短波限 : X 射線管不同管電壓下的連續(xù)譜存在的一個(gè)最短波長(zhǎng)值。吸收限 : 把一特定殼層的電子擊出所需要的入射光最長(zhǎng)波長(zhǎng)。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。5.X 射線相干散射與非相干散射現(xiàn)象答: 相干散射 : 當(dāng) X 射線與原子中束縛較緊的內(nèi)層電子相撞時(shí), 電子振動(dòng)時(shí)向四周發(fā)射電磁波的

3、散射過(guò)程。非相干散射 : 當(dāng) X 射線光子與束縛不大的外層電子或價(jià)電子或金屬晶體中的自由電子相撞時(shí)的散射過(guò)程。6.光電子、熒光 X 射線以及俄歇電子的含義答 : 光電子 : 光電效應(yīng)中由光子激發(fā)所產(chǎn)生的電子 ( 或入射光量子與物質(zhì)原子中電子相互碰撞時(shí)被激發(fā)的電子 ) 。熒光X 射線 :由 X 射線激發(fā)所產(chǎn)生的特征X 射線。俄歇電子: 原子外層電子躍遷填補(bǔ)內(nèi)層空位后釋放能量并產(chǎn)生新的空位,這些能量被包括空位層在內(nèi)的臨近原子或較外層電子吸收, 受激發(fā)逸出原子的電子叫做俄歇電子。7.X射線吸收規(guī)律、線吸收系數(shù)答: X射線吸收規(guī)律: 強(qiáng)度為I 的特征X 射線在均勻物質(zhì)內(nèi)部經(jīng)過(guò)時(shí), 強(qiáng)度的衰減與在物質(zhì)內(nèi)

4、經(jīng)過(guò)的距離x 成比例,即 -dI/I=dx。線吸收系數(shù) : 即為上式中的, 指在 X 射線傳播方向上, 單位長(zhǎng)度上的X射線強(qiáng)弱衰減程度。8.晶面及晶面間距答 :晶面:在空間點(diǎn)陣中能夠作出相互平行且間距相等的一組平面, 使所有的節(jié)點(diǎn)均位于這組平面上, 各平面的節(jié)點(diǎn)分布情況完全相同, 這樣的節(jié)點(diǎn)平面成為晶面。晶面間距 : 兩個(gè)相鄰的平行晶面的垂直距離。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。9.反射級(jí)數(shù)與干涉指數(shù)：2d Sinn答: 布拉格方程表示面間距為 d的( hkl) 晶面上產(chǎn)生了n 級(jí)衍射 , n 就是反射級(jí)數(shù)干涉指數(shù) : 當(dāng)把布拉格方程寫(xiě)成 :2d Sinn時(shí), 這

5、是面間距為1/n 的實(shí)際上存在或不存在的假想晶面的一級(jí)反射, 若把這個(gè)晶面叫作干涉面, 其間的指數(shù)就叫作干涉指數(shù)10.衍射矢量與倒易矢量答: 衍射矢量 : 當(dāng)束 X 射線被晶面 P 反射時(shí) , 假定 N 為晶面 P 的法線方向 , 入射線方向用單位矢量 S0 表示 ,衍射線方：2dSinn向用單位矢量 S 表示 , 則 S-S0 為衍射矢量。倒易矢量 : 從倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)向任一倒易陣點(diǎn)所連接的矢量叫倒易矢量, 表d2Sin示為 :nr*=Ha*+Kb*+Lc*11.結(jié)構(gòu)因子的定義答: 定量表征原子排布以及原子種類對(duì)衍射強(qiáng)度影響規(guī)律的參數(shù), 即晶體結(jié)構(gòu)對(duì)衍射強(qiáng)度的影響因子12.原子散射因子隨衍射角

6、的變化規(guī)律答 : 隨 sin /值減小 , f 增大 , sin 0 時(shí) , f=Z論述題 :一、 推導(dǎo)勞埃方程和布拉格方程解 : 1推導(dǎo)勞埃方程: 假定滿足干涉條件X-ray 單色且平行資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。如 : 以 入射角 , 衍射角 , 相 原子波程差 a(cos-cos0), 生相0 干涉的條件是波程差 波 的整數(shù)倍, 即 : a(cos-cos0)=h式中 : h 整數(shù) , 波 。一般地 , 晶體中原子是在三 空 上排列的,因此 了 生衍射, 必 同 足 :a(cos-cos0)=hb(cos-cos0)=k c(cos-cos0)=l 此三

7、式即 埃方程。2推 布拉格方程式: 假定 X-ray 色且平行晶體無(wú)限大且平整( 無(wú)缺陷 )如右 : 光程差 2dsin,要出 衍射條 , 有 :2dsin =n(n=1,2 )此式即 布拉格方程。二、 如何利用X 射 衍射方法研究晶體的有序無(wú)序 ? ( 例 明利用 X 射 衍射 , 衍射 的出 與消失來(lái)研究晶體的有序無(wú)序 于TiAl,高溫 無(wú)序的體心立方晶體, 低溫 有序的體心立方晶)體。無(wú)序 : Ti 或 Al 占據(jù) A 或 B 點(diǎn)的幾率各 50%, f 平均 =0.5f Ni +0.5f Al ; 注: A 點(diǎn) , B 體心點(diǎn)有序 :Ti100% 占據(jù) A 位, Al100% 占據(jù) B

8、位 ,則 Fhkl=f Ni fAl則: Fhkl=f Ni -f Al 0,由本 消光的地方 , 重新出 衍射條 , 可判斷無(wú)序向有序的 , 反之亦然。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。三、 如何使用角因子中洛侖茲因子研究晶體的尺寸?解: 利用布拉格公式2dsin=和晶面間距d 與晶格常數(shù)之間的關(guān)系( 如:立方晶系 d=a/(h2+k2+l 2)1/2) 能夠建立衍射束方向與晶胞尺寸的關(guān)系式。對(duì)于立系為 sin2=(h2+k2+l2)/4a2,測(cè)寫(xiě)了衍射束的方向, 便可推知晶胞尺寸。洛侖茲因子便是一個(gè)只與衍射束方向( 即布拉格角) 有關(guān)的式子 :1/( 4sin2

9、cos) 以布拉格角為中介 , 經(jīng)過(guò)洛侖茲因子便函要以研究晶體尺寸。四、 闡述多晶體X 射線衍射強(qiáng)度影響因素及其應(yīng)用解: 參考 P42-P50 影響 X 射線衍射強(qiáng)度的因素有如下5 項(xiàng) : 結(jié)構(gòu)因子角因子包括極化因子和洛侖茲因子多重性因子吸收因子溫度因子。應(yīng)用 : 利用各影響因子對(duì)衍射強(qiáng)度的影響, 可判斷出晶胞內(nèi)原子的種類,原子個(gè)數(shù) , 原子位置。結(jié)構(gòu)因子 : 消光規(guī)律的判斷; 金屬間化合物的有序度的判斷。角因子 : 利用謝樂(lè)公式研究晶粒尺寸大小;多重性因子 : 等同晶面對(duì)衍射強(qiáng)度的影響吸收規(guī)律 : 試樣形狀和衍射方向的不同, 衍射線在試樣中穿行的路徑便不同, 引起吸收效果的不一樣。溫度因子

10、: 研究晶體的熱運(yùn)動(dòng), 測(cè)定熱膨脹系數(shù)等。五、 以立方晶系為例, 分析利用XRD 測(cè)量點(diǎn)陣常數(shù)時(shí)為何采用高角度線條而不采用各個(gè)線條測(cè)量結(jié)果的平均值:答: 對(duì)于立方晶系2dsin =, da /h2k2l 2a2 sinh2k2l 2的誤差主要來(lái)源于 (sin )資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。2dsin=dsin=/2dsin +dcos =0a/a=d/d=-cos當(dāng) = 90o 時(shí)a/a=0故盡可能高而對(duì)于外推法取= 90o第二部分1、 分析電磁透鏡對(duì)波的聚焦原理, 說(shuō)明電磁透鏡的結(jié)構(gòu)對(duì)聚焦能力的影響。解:聚焦原理: 通電線圈產(chǎn)生一種軸對(duì)稱不均勻分布的磁場(chǎng),

11、磁力線圍繞導(dǎo)線呈環(huán)狀。磁力線上任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 能夠分解成平行于透鏡主軸的分量Bz和垂直于透鏡主軸的分量Br。速度為V 的平行電子束進(jìn)入透鏡磁場(chǎng)時(shí)在 A 點(diǎn)處受到Br分量的作用, 由右手法則, 電子所受的切向力Ft的方向如下圖 ( b) ; Ft 使電子獲得一個(gè)切向速度 Vt, Vt 與 Bz 分量叉乘 , 形成了另一個(gè)向透鏡主軸靠近的徑向力 Fr, 使電子向主軸偏轉(zhuǎn)。 當(dāng)電子穿過(guò)線圈到達(dá) B 點(diǎn)位置時(shí) ,Br 的方向改變了180, Ft 隨之反向 , 可是只是減小而不改變方向, 因此 , 穿過(guò)線圈的電子任然趨向于主軸方向靠近。結(jié)果電子作圓錐螺旋曲線近軸運(yùn)動(dòng)。當(dāng)一束平行與主軸的入射電子束經(jīng)

12、過(guò)投射電鏡時(shí)將會(huì)聚焦在軸線上一點(diǎn), 這就是電磁透鏡電子波的聚焦對(duì)原理。電磁透鏡包括螺旋線圈, 磁軛和極靴 , 使有效磁場(chǎng)能集中到沿軸幾毫米的范圍內(nèi), 顯著提高了其聚焦能力。2、 電磁透鏡的像差是怎樣產(chǎn)生的, 如何來(lái)消除或減小像差?解: 電磁透鏡的像差能夠分為兩類: 幾何像差和色差。幾何像差是因?yàn)橥渡浯艌?chǎng)幾何形狀上的缺陷造成的, 色差是由于電子波的波長(zhǎng)或能量發(fā)生一定幅度的改變而造成的。幾何像差主要指球差和像散。球差是由于電磁透鏡的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域?qū)﹄娮拥恼凵淠芰Σ环项A(yù)定的規(guī)律造成的, 像散是由透鏡磁場(chǎng)的非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱引起的。資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。消除或減小

13、的方法:球差 : 減小孔徑半角或縮小焦距均可減小球差, 特別小孔徑半角可使球差明顯減小。像散 : 引入一個(gè)強(qiáng)度和方向都能夠調(diào)節(jié)的矯正磁場(chǎng)即消像散器予以補(bǔ)償。色差 : 采用穩(wěn)定加速電壓的方法有效地較小色差。3、說(shuō)明影響光學(xué)顯微鏡和電磁透鏡分辨率的關(guān)鍵因素是什么? 如何提高電磁透鏡的分辨率 ?解: 光學(xué)顯微鏡的分辨本事取決于照明光源的波長(zhǎng)。電磁透鏡的分辨率由衍射效應(yīng)和球面像差來(lái)決定, 球差是限制電磁透鏡分辨本事的主要因素。若只考慮衍射效應(yīng), 在照明光源和介質(zhì)一定的條件下, 孔徑角越大, 透鏡的分辨本事越高。若同時(shí)考慮衍射和球差對(duì)分辨率的影響 , 關(guān)鍵在確定電磁透鏡的最佳孔徑半角 , 使衍射效應(yīng)斑和球差散焦斑的尺寸大小相等。4、 電子波有何特征? 與可見(jiàn)光有何異同?解 : 電子波的波長(zhǎng)較短 , 軸對(duì)稱非均勻磁場(chǎng)能使電子波聚焦。其波長(zhǎng)取決于電子