材料研究方法-復(fù)習(xí)提綱-2016 (1)

1、第一章 晶體學(xué)基礎(chǔ)1. 晶體及其基本性質(zhì)l 晶體的概念（三維周期性排列）l 空間點(diǎn)陣（結(jié)構(gòu)基元、反映晶體的三維周期排列規(guī)律；陣點(diǎn)、陣列、陣面、陣胞）l 晶體結(jié)構(gòu) = 空間點(diǎn)陣 + 結(jié)構(gòu)基元l 布拉菲晶胞（反映晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對(duì)稱(chēng)性；晶胞選取的4大原則；7大晶系；4大類(lèi)型；14種晶胞；表1-1）l 典型晶體結(jié)構(gòu)Ø 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)；體心立方結(jié)構(gòu)；面心立方結(jié)構(gòu)；Ø 復(fù)式結(jié)構(gòu)（兩個(gè)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)套構(gòu)）：密排六方結(jié)構(gòu)；NaCl結(jié)構(gòu)；CsCl結(jié)構(gòu)；閃鋅礦結(jié)構(gòu)；金剛石結(jié)構(gòu)2. 晶向和晶面的表征l 晶向指數(shù)u v wl 晶向族u v w；寫(xiě)出各晶系晶向族的等同晶面，計(jì)算重復(fù)因子Pl 晶

2、面指數(shù)h k ll 晶面族h k l；寫(xiě)出各晶系晶面族的等同晶面，計(jì)算重復(fù)因子Pl 六方晶系的三指數(shù)與四指數(shù)的變換公式3. 倒易點(diǎn)陣（重點(diǎn)）l 倒易點(diǎn)陣基矢量和正空間點(diǎn)陣基矢量的關(guān)系：Ø 同名基矢點(diǎn)積為1，異名基矢點(diǎn)積為0Ø a*=b×cV;b*=c×aV; c*=a×bVl 倒空間的倒空間即為正空間l 正倒空間的單胞體積互為倒數(shù)l 正倒空間矢量的點(diǎn)積為一整數(shù)l 正空間的一族晶面對(duì)應(yīng)于倒空間的一個(gè)點(diǎn)l 倒易矢量ghkl=ha*+kb*+lc*垂直于正空間的(hkl)晶面l 倒易矢量ghkl的大小等于(hkl)晶面間距的倒數(shù)l 倒易陣面的法線為正

3、空間的某一晶向矢量；正空間晶面的法線為倒空間的某一倒易矢量4. 晶帶與晶帶定律（重點(diǎn)）l 晶帶：空間點(diǎn)陣平行于同一晶軸的所有晶面l 晶帶軸：正空間的某一晶向，其指數(shù)為晶帶軸指數(shù)l 同一u v w晶帶的所有晶面(h k l)的法線均垂直于晶帶軸：晶帶定律：uh+vk+wl=0l 同一晶帶所有晶面對(duì)應(yīng)的倒易點(diǎn)落在一個(gè)通過(guò)倒易原點(diǎn)的倒易平面上，表示為u v w0*，該平面的法線即為晶帶軸l 已知兩個(gè)晶面(h1 k1 l1)和(h2 k2 l2)，求其所在晶帶軸指數(shù)u v wl 廣義晶帶定律：uh+vk+wl=N (整數(shù))其所有晶面對(duì)應(yīng)的倒易陣點(diǎn)也落在一個(gè)倒易平面上，表示為u v wN*第二章 X射線

4、的物理基礎(chǔ)1. X射線的性質(zhì)l 電磁波，以光速傳播l 軟X射線 vs 硬X射線l 波粒二相性E=h=hcP=h=hcl 折射率低l 穿透性強(qiáng)2. X射線譜l 連續(xù)譜（短波限0=hceU=1240UV；管流、管壓；原子序數(shù)的影響）l 特征X射線譜Ø 莫塞萊定律Ø 原子結(jié)構(gòu)模型(K、L、M、N)Ø K, K, K, L等輻射的含義Ø 不同波長(zhǎng)的比較，（K、K、KI、K2、短波限等）3. X射線與物質(zhì)的交互作用l 相干散射（內(nèi)層電子）l 非相干散射（外層電子）、康普頓效應(yīng)l X射線光電效應(yīng)（產(chǎn)生光電子(XPS)）l 吸收限K=hceVK=1240VKV (nm

5、); Ø 與電子能級(jí)的關(guān)系，K系只有一個(gè)吸收限，L系有三個(gè)吸收限Ø 選靶材：避免X射線被樣品大量吸收；Z靶=Z樣+1或Z靶Z樣Ø 選濾片：過(guò)濾掉K; Z濾片=Z靶-1 Z<40; Z濾片=Z靶-2 Z>40l X射線熒光效應(yīng)（二次特征X射線）l X射線俄歇效應(yīng)（俄歇電子）；俄歇電子的表示方式：KLL, LMM, MNNl X射線強(qiáng)度衰減規(guī)律Ø dII=-ldx ITI0=e-ltØ 線吸收系數(shù)lØ 質(zhì)量吸收系數(shù)m=l/；與波長(zhǎng)和原子序數(shù)Z的關(guān)系(m=K3Z3)Ø 多元素物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)的計(jì)算第三章 X射線的衍射

6、原理1. X射線衍射的方向l 勞埃方程(標(biāo)量式)a cos-a cos0=hb cos-b cos0=kc cos-c cos0=ll 勞埃方程(矢量式)a(s-s0)=hb(s-s0)=kc(s-s0)=ll 布拉格方程2dhklsin=n反射級(jí)數(shù)；衍射發(fā)生條件（2d）；選擇反射；衍射方向與晶體結(jié)構(gòu)l 衍射矢量方程：s-s0ghkl=ha*+kb*+lc*l 埃瓦爾德圖解（重要）l 證明：布拉格方程與勞埃方程的一致性（利用衍射矢量方程）l 證明：厄瓦爾德球圖解與布拉格方程等價(jià)l 布拉格方程的應(yīng)用：1）結(jié)構(gòu)分析；2）X射線光譜分析l

7、常見(jiàn)的衍射方法：1）勞埃法；2）轉(zhuǎn)晶法；3）粉末法2. X射線衍射的強(qiáng)度l 原子散射因子f，為sin/的函數(shù)l 反常散射P67l 單胞散射的結(jié)構(gòu)振幅FHKL和結(jié)構(gòu)因子FHKL2l 結(jié)構(gòu)因子的計(jì)算與消光規(guī)律的分析（重要）l 復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)因子的計(jì)算（重要）1) 金剛石結(jié)構(gòu)：2) 密排六方結(jié)構(gòu)3) NaCl結(jié)構(gòu)4) 超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)2.4 單晶體的衍射強(qiáng)度與干涉函數(shù)l 干涉函數(shù)G2(, , )的物理意義l 干涉函數(shù)G2有值的區(qū)域(倒易點(diǎn)附近倒空間，又稱(chēng)倒易點(diǎn)域)確定于參與衍射的晶體形狀：理想晶體 ： 倒易點(diǎn)晶體薄片 ： 倒易桿晶體桿 ： 倒易片晶體微粒 ： 倒易體l 單晶體的積分強(qiáng)度：衍射強(qiáng)度在G2(,

8、, )有值范圍內(nèi)的積分Im=I0re2R21+cos222sin2FHKL23V02V2.5 多晶體的積分強(qiáng)度l 倒易球，倒易點(diǎn)均勻分布于倒易球上l 單位弧長(zhǎng)的衍射強(qiáng)度：I=I032Re4402m2c4R2FHKL23V021+cos22sin2cosVP2.6 影響多晶體衍射的其他因子l 吸收因子Al 溫度因子e-2M第四章 X射線的多晶衍射分析及其應(yīng)用4.1 X射線衍射儀l X射線衍射儀主要由那些部分組成？l X射線衍射的掃描方式有哪兩種？4.2 X射線物相分析(1) 定性分析l 基本原理 (2) 定量分析l 基本原理：Ij=FHKL21+cos22sin2cosP12le-2MVjV0j

9、2Ij=Cj1lfjl 物相定量分析的兩個(gè)基本公式：體積分?jǐn)?shù)：Ij=Cj1mfj質(zhì)量分?jǐn)?shù)：Ij=Cj1jmwjl 定量分析的方法：(計(jì)算公式)1. 外標(biāo)法；單線條法；直接對(duì)比法2. 內(nèi)標(biāo)法3. K值法4. 絕熱法5. 參比強(qiáng)度法4.3 點(diǎn)陣常數(shù)的確定測(cè)定l 布拉格公式：2dsin=; 結(jié)合晶面間距計(jì)算公式l 誤差源分析：高角度的衍射線測(cè)量誤差小l 外延函數(shù)法：把點(diǎn)陣常數(shù)由可測(cè)量的角度位置直線外推到=90°l 外推函數(shù)：f=cos2；或者f=cos2sin+cos24.4 宏觀應(yīng)力的測(cè)定l 內(nèi)應(yīng)力的概念；l 內(nèi)應(yīng)力的三大分類(lèi)及其對(duì)衍射峰的影響l 宏觀應(yīng)力測(cè)定的基本原理l 平面應(yīng)力情況下

10、，殘余應(yīng)力與衍射峰峰位位移量關(guān)系式：=-E21+cot01802sin2應(yīng)力常數(shù)K：材料的彈性模量、泊松比、衍射面HKL在沒(méi)有殘余應(yīng)力時(shí)的衍射半角0K=-E21+cot0180M=2sin2為衍射峰位置2與直線sin2的斜率。l 宏觀應(yīng)力測(cè)定按所用儀器可分為X射線衍射儀法和X射線應(yīng)力儀法。4.5 淬火鋼殘余奧氏體的測(cè)量第五章 電子顯微分析的基礎(chǔ)5.3 電子與固體物質(zhì)的作用(重點(diǎn)) (1) 電子散射（機(jī)制）。根據(jù)電子能量是否變化，電子散射分為彈性散射和非彈性散射；根據(jù)電子波動(dòng)特性，電子散射分為相干散射和非相干散射。 (2) 散射的表征：散射截面 (3) 電子的吸收（現(xiàn)象） (4) 電子與固體作用

11、時(shí)激發(fā)的信息（重點(diǎn)）要求了解：具體產(chǎn)生機(jī)制，信號(hào)特點(diǎn)，有那些用途，表5-2l 二次電子l 背散射電子l 吸收電子l 透射電子l 特征X射線l 俄歇電子5.4 電子衍射l 電子衍射定義l 電子衍射與X射線衍射的異同點(diǎn)重點(diǎn)n 相同點(diǎn)：方向；結(jié)構(gòu)因子和消光規(guī)律；干涉函數(shù)和倒易點(diǎn)擴(kuò)展n 不同點(diǎn)：原子散射機(jī)制不同；波長(zhǎng)；反射球半徑；散射強(qiáng)度；樣品形狀；衍射斑點(diǎn)位置精度；微區(qū)結(jié)構(gòu)和形貌分析等l 電子衍射方向：布拉格方程l 電子衍射的埃瓦爾德圖解l 電子衍射花樣的形成原理及電子衍射的基本公式推導(dǎo) R=Kghkl相機(jī)常數(shù)；相機(jī)長(zhǎng)度l 衍射花樣的作圖（重要?。紤]消光規(guī)律）l 零層倒易平面的作圖（不要考慮消光

12、規(guī)律）l 偏移矢量為什么電子衍射時(shí)，零層倒易面倒易原點(diǎn)附近的倒易都可以發(fā)生衍射？l 高階勞埃帶第六章 透射電子顯微鏡6.1 電磁透鏡l 透射電鏡的核心部件6.2 電磁透鏡的像差（重點(diǎn)）l 幾何像差l 球差l 像散l 色差l 什么是影響透射電子顯微鏡分辨率的控制因素？l 景深l 焦長(zhǎng)l 電鏡的分辨率：點(diǎn)分辨率和線分辨率（晶格分辨率）6.3 電鏡的主要結(jié)構(gòu)l 透射電鏡主要由那些部分構(gòu)成？l 透射電鏡的核心？它包含那些部分？l 照明系統(tǒng)主要由那些部分組成？各部分的作用？l 成像系統(tǒng)主要由那些部分組成？l 中間鏡的作用？l 電鏡的主要附件：1.樣品臺(tái)；2.平移和傾斜裝置；3.消像散器；4.光闌l 電鏡

13、主要哪幾種光闌，分別裝在什么位置，有什么作用？l 衍射操作與成像操作l 明場(chǎng)操作和暗場(chǎng)操作l 選區(qū)操作6.4 透射電鏡的電子衍射l 電子衍射花樣：?jiǎn)尉?、多晶、非晶有什么特點(diǎn)？l 多晶電子衍射花樣的標(biāo)定（連比法，記住立方晶系的連比規(guī)律）6.5 透射電鏡的圖像襯度理論l 襯度（概念）l 電子顯微圖像的襯度可分為振幅襯度和相位襯度。l 根據(jù)產(chǎn)生振幅襯度的差異，振幅襯度又可分為質(zhì)厚襯度和衍射襯度。l 質(zhì)厚襯度產(chǎn)生機(jī)制l 相位襯度產(chǎn)生機(jī)制l 衍射襯度產(chǎn)生機(jī)制l 明場(chǎng)像、暗場(chǎng)像、中心暗場(chǎng)像的衍射襯度產(chǎn)生原理l 衍射襯度運(yùn)動(dòng)學(xué)理論：n 兩個(gè)基本假設(shè)n 兩個(gè)近似：雙光束；晶柱近似n 消光距離n 理想晶體晶柱底

14、部的衍射束強(qiáng)度可以表示為：Ig=2g2sin2(st)s2n 利用以上公式解釋等厚條紋和等傾條紋的襯度形成機(jī)制。n 非理想晶體的缺陷襯度：u 缺陷位移矢量R，附加相位差=2gR。當(dāng)附加相位差為2的整數(shù)倍,則缺陷無(wú)襯度u 層錯(cuò)的襯度原理：u 位錯(cuò)的襯度原理：定性描述u 如何確定位錯(cuò)的Burgers矢量u 第二相顆粒的襯度原理，為什么會(huì)形成與操作矢量g垂直的亮條紋？第七章 薄晶體的高分辨像l 高分辨電子顯微術(shù)是基于什么原理的成像技術(shù)？l 高分辨像的成像原理l 高分辨操作l 物鏡光闌可以完成哪四種操作？l 高分辨像的分類(lèi)：1）晶格條紋像；2）一維結(jié)構(gòu)像；3）二維晶格像；4）二維結(jié)構(gòu)像;l 高分辨像的

15、襯度主要影響因素？第八章 掃描電子顯微鏡及電子探針8.1 掃描電鏡的結(jié)構(gòu)l 掃描電鏡主要由那些系統(tǒng)構(gòu)成？掃描電鏡的主要組成部分？l 掃描電鏡的電子光學(xué)系統(tǒng)主要由那些部分組成？理解各部分的作用8.2掃描電鏡的主要性能參l 分辨率，影響分辨率的參數(shù)l 放大倍數(shù)l 景深8.3表面成像襯度l 二次電子襯度：作用、原理l 背散射電子襯度：作用、原理8.4 電子探針l 信號(hào)（特征X射線）l 電子探針波譜儀（WDS）：波長(zhǎng)n 原理：通過(guò)晶體對(duì)不同波長(zhǎng)的特征X射線進(jìn)行展譜、鑒別和測(cè)量n 系統(tǒng)組成：分光晶體+信號(hào)檢測(cè)記錄系統(tǒng)l 電子探針能譜儀（EDS）：能量n 原理：通過(guò)檢測(cè)特征X射線的能量，來(lái)確定樣品的微區(qū)成分；將特征能量按其能量展譜n 系統(tǒng)組成：檢測(cè)器+分析電路第九章 表面分析技術(shù)理解基本原理l 俄歇電子能譜分析n 信號(hào)：俄歇電子（原理；能測(cè)量的最低元素是Li, 其俄歇電子表示為KVV）n 探測(cè)粒子：電子l X射線光電子能譜儀n 信號(hào)：光電子（原理：光電效應(yīng)）n 探測(cè)粒子：X光子l 掃描隧道