材料方法學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1材料材料(cilio)方法方法第一頁(yè)，共51頁(yè)。第1頁(yè)/共50頁(yè)第二頁(yè)，共51頁(yè)。第2頁(yè)/共50頁(yè)第三頁(yè)，共51頁(yè)。第3頁(yè)/共50頁(yè)第四頁(yè)，共51頁(yè)。第4頁(yè)/共50頁(yè)第五頁(yè)，共51頁(yè)。第5頁(yè)/共50頁(yè)第六頁(yè)，共51頁(yè)。X X射線(xiàn)的本質(zhì)射線(xiàn)的本質(zhì) X X射線(xiàn)也是電磁射線(xiàn)也是電磁波的一種波的一種(y (y zhn)zhn)，波長(zhǎng)，波長(zhǎng)在在10108cm8cm左右左右第6頁(yè)/共50頁(yè)第七頁(yè)，共51頁(yè)。hp hchX射線(xiàn)的強(qiáng)度是衍射(ynsh)波振幅的平方（ ），也是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位截面的光量子數(shù)目。AI2第7頁(yè)/共50頁(yè)第八頁(yè)，共51頁(yè)。第8頁(yè)/共50頁(yè)第九頁(yè)，共51頁(yè)。第9頁(yè)/共50頁(yè)第

2、十頁(yè)，共51頁(yè)。第10頁(yè)/共50頁(yè)第十一頁(yè)，共51頁(yè)。第11頁(yè)/共50頁(yè)第十二頁(yè)，共51頁(yè)。擊擊(hngj)(hngj)部部位不斷改變，位不斷改變，故提高功率也故提高功率也不會(huì)燒熔靶面。不會(huì)燒熔靶面。目前有目前有100kW100kW的的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，其旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，其功率比普通功率比普通X X射射線(xiàn)管大數(shù)十倍。線(xiàn)管大數(shù)十倍。第12頁(yè)/共50頁(yè)第十三頁(yè)，共51頁(yè)。第13頁(yè)/共50頁(yè)第十四頁(yè)，共51頁(yè)。第14頁(yè)/共50頁(yè)第十五頁(yè)，共51頁(yè)。第15頁(yè)/共50頁(yè)第十六頁(yè)，共51頁(yè)。第16頁(yè)/共50頁(yè)第十七頁(yè)，共51頁(yè)。第17頁(yè)/共50頁(yè)第十八頁(yè)，共51頁(yè)。第18頁(yè)/共50頁(yè)第十九頁(yè)，共51頁(yè)?；?，故稱(chēng)化的，

3、故稱(chēng)之連續(xù)之連續(xù)(linx)X(linx)X射線(xiàn)譜，即射線(xiàn)譜，即連續(xù)連續(xù)(linx)(linx)譜。譜。第19頁(yè)/共50頁(yè)第二十頁(yè)，共51頁(yè)。第20頁(yè)/共50頁(yè)第二十一頁(yè)，共51頁(yè)。對(duì)連續(xù)對(duì)連續(xù)(linx)X(linx)X射線(xiàn)譜的解釋射線(xiàn)譜的解釋2 2n當(dāng)能量為ev的電子與靶原子整體碰撞時(shí)，電子失去自己的能量，其中一部分以光子(hv)的形式輻射出去，每碰撞一次，產(chǎn)生一個(gè)光子，即“韌致輻射”。n大量的電子在到達(dá)(dod)靶面的時(shí)間、條件不同，還有多次碰撞，因而產(chǎn)生不同能量不同強(qiáng)度的光子序列，即形成連續(xù)譜。n極限情況下，能量為ev的電子在碰撞中一下子把能量全部轉(zhuǎn)給光子，那么該光子獲得最高能量和具有

4、最短波長(zhǎng)，即短波限0。都有一個(gè)最短波長(zhǎng)，稱(chēng)之短波限0，強(qiáng)度的最大值在0的1.5倍處。n eV = hvmax = hc/0 ,0 = 1.24/V（nm） 第21頁(yè)/共50頁(yè)第二十二頁(yè)，共51頁(yè)。KZViZiZVKXX2射線(xiàn)管功率射線(xiàn)總強(qiáng)度連續(xù)第22頁(yè)/共50頁(yè)第二十三頁(yè)，共51頁(yè)。X X射線(xiàn)譜射線(xiàn)譜- - 特征特征(tzhng)X(tzhng)X射線(xiàn)譜射線(xiàn)譜n當(dāng)管電壓超過(guò)某臨界值時(shí)，特征譜才會(huì)出現(xiàn)，該臨界電壓稱(chēng)激發(fā)(jf)電壓。n鉬靶X射線(xiàn)管當(dāng)管電壓等于或高于20KV時(shí)，則除連續(xù)X射線(xiàn)譜外，位于一定波長(zhǎng)處還疊加有少數(shù)強(qiáng)譜線(xiàn)，它們即特征X射線(xiàn)譜。 第23頁(yè)/共50頁(yè)第二十四頁(yè)，共51頁(yè)。特征特

5、征X X射線(xiàn)的產(chǎn)生射線(xiàn)的產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)機(jī)理機(jī)理n特征特征X X射線(xiàn)的產(chǎn)生機(jī)理與靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。射線(xiàn)的產(chǎn)生機(jī)理與靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。 n但當(dāng)管電壓達(dá)到或超過(guò)某一臨界值時(shí)，則陰極發(fā)出的電子在電場(chǎng)加速但當(dāng)管電壓達(dá)到或超過(guò)某一臨界值時(shí)，則陰極發(fā)出的電子在電場(chǎng)加速下，可以將靶物質(zhì)原子深層的電子擊到能量較高的外部殼層或擊出原下，可以將靶物質(zhì)原子深層的電子擊到能量較高的外部殼層或擊出原子外，使原子電離。子外，使原子電離。n陰極電子將自已的能量給予受激發(fā)的原子，而使它的能量增高，原子陰極電子將自已的能量給予受激發(fā)的原子，而使它的能量增高，原子處于激發(fā)狀態(tài)。處于激發(fā)狀態(tài)。n如果

6、如果K K層電子被擊出層電子被擊出K K層，稱(chēng)層，稱(chēng)K K激發(fā)，激發(fā)，L L層電子被擊出層電子被擊出L L層，稱(chēng)層，稱(chēng)L L激發(fā)，其激發(fā)，其余各層依此類(lèi)推余各層依此類(lèi)推(y c li tu)(y c li tu)。n產(chǎn)生產(chǎn)生K K激發(fā)的能量為激發(fā)的能量為WKWKhKhK，陰極電子的能量必須滿(mǎn)足，陰極電子的能量必須滿(mǎn)足eVWKeVWKhKhK，才能產(chǎn)生才能產(chǎn)生K K激發(fā)。其臨界值為激發(fā)。其臨界值為eVKeVKWK WK ，VKVK稱(chēng)之臨界激發(fā)電壓。稱(chēng)之臨界激發(fā)電壓。第24頁(yè)/共50頁(yè)第二十五頁(yè)，共51頁(yè)。n處于激發(fā)狀態(tài)(zhungti)的原子有自發(fā)回到穩(wěn)定狀態(tài)(zhungti)的傾向，此時(shí)外層電

7、子將填充內(nèi)層空位，相應(yīng)伴隨著原子能量的降低。原子從高能態(tài)變成低能態(tài)時(shí)，多出的能量以X射線(xiàn)形式輻射出來(lái)。因物質(zhì)一定，原子結(jié)構(gòu)一定，兩特定能級(jí)間的能量差一定，故輻射出的特征X射波長(zhǎng)一定。n當(dāng)K電子被打出K層時(shí)，如L層電子來(lái)填充K空位時(shí)，則產(chǎn)生K輻射。此X射線(xiàn)的能量為電子躍遷前后兩能級(jí)的能量差，即n LKLKKhhWWh第25頁(yè)/共50頁(yè)第二十六頁(yè)，共51頁(yè)。特征X射線(xiàn)的命名(mng mng)方法n同樣當(dāng)同樣當(dāng)K空位被空位被M層電子填充時(shí)，則產(chǎn)生層電子填充時(shí)，則產(chǎn)生K輻射。輻射。M能級(jí)與能級(jí)與K能級(jí)之差能級(jí)之差大于大于L能級(jí)與能級(jí)與K能級(jí)之差，即一個(gè)能級(jí)之差，即一個(gè)K光子的能量大于一個(gè)光子的能量大于

8、一個(gè)K光子的能量；光子的能量； 但因但因LK層躍遷的幾率比層躍遷的幾率比MK遷附幾率大，故遷附幾率大，故K輻射強(qiáng)度比輻射強(qiáng)度比K輻射輻射強(qiáng)度大五倍左右。強(qiáng)度大五倍左右。n顯然，顯然， 當(dāng)當(dāng)L層電子填充層電子填充K層后，原子由層后，原子由K激發(fā)狀態(tài)變成激發(fā)狀態(tài)變成L激發(fā)狀態(tài)，此時(shí)激發(fā)狀態(tài)，此時(shí)更外層如更外層如M、N層的電子將填充層的電子將填充L層空位，產(chǎn)生層空位，產(chǎn)生L系輻射。因此，系輻射。因此，當(dāng)原子受到當(dāng)原子受到K激發(fā)時(shí)，除產(chǎn)生激發(fā)時(shí)，除產(chǎn)生K系輻射外，還將伴生系輻射外，還將伴生L、M等系的輻等系的輻射。除射。除K系輻射因波長(zhǎng)短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波長(zhǎng)長(zhǎng)系輻射因波長(zhǎng)短而不被窗口

9、完全吸收外，其余各系均因波長(zhǎng)長(zhǎng)而被吸收。而被吸收。nK雙線(xiàn)的產(chǎn)生與原子能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)相關(guān)。雙線(xiàn)的產(chǎn)生與原子能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)相關(guān)。L層的層的8個(gè)電子的能量并不個(gè)電子的能量并不相同，而分別位于三個(gè)亞層上。相同，而分別位于三個(gè)亞層上。K雙線(xiàn)系電子分別由雙線(xiàn)系電子分別由L和和L兩個(gè)兩個(gè)(lin )亞層躍遷到亞層躍遷到K層時(shí)產(chǎn)生的輻射，而由層時(shí)產(chǎn)生的輻射，而由LI亞層到亞層到K層因不符合選層因不符合選擇定則（此時(shí)擇定則（此時(shí)l0），因此沒(méi)有輻射。），因此沒(méi)有輻射。第26頁(yè)/共50頁(yè)第二十七頁(yè)，共51頁(yè)。小小 結(jié)結(jié)連續(xù)譜連續(xù)譜(軟軟X射射線(xiàn)線(xiàn))高速運(yùn)動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)的粒子能量轉(zhuǎn)粒子能量轉(zhuǎn)換成電磁波換成電磁波譜圖

10、特征譜圖特征: :強(qiáng)度隨波長(zhǎng)強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化連續(xù)變化是衍射分析的是衍射分析的背底背底; ;是醫(yī)學(xué)采用的是醫(yī)學(xué)采用的特征譜特征譜(硬硬X射射線(xiàn)線(xiàn))高能級(jí)電子高能級(jí)電子回跳到低能回跳到低能級(jí)多余能量級(jí)多余能量轉(zhuǎn)換成電磁轉(zhuǎn)換成電磁波波僅在特定波僅在特定波長(zhǎng)處有特別長(zhǎng)處有特別強(qiáng)的強(qiáng)度峰強(qiáng)的強(qiáng)度峰衍射分析采用衍射分析采用第27頁(yè)/共50頁(yè)第二十八頁(yè)，共51頁(yè)。莫色萊定律莫色萊定律(dngl)(dngl)n特征特征X X射線(xiàn)譜的頻率（或波長(zhǎng)）只與陽(yáng)極靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，射線(xiàn)譜的頻率（或波長(zhǎng)）只與陽(yáng)極靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與其他外界因素而與其他外界因素(yn s)(yn s)無(wú)關(guān)，是物質(zhì)的固有特性。無(wú)

11、關(guān)，是物質(zhì)的固有特性。1913191319141914年莫色萊發(fā)現(xiàn)物質(zhì)發(fā)出的特征譜波長(zhǎng)與它本身的原子序數(shù)間存在以年莫色萊發(fā)現(xiàn)物質(zhì)發(fā)出的特征譜波長(zhǎng)與它本身的原子序數(shù)間存在以下關(guān)系下關(guān)系, ,式中的式中的C C和和 都是常數(shù)都是常數(shù) ：n n根據(jù)莫色萊定律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得到的未知元素的特征根據(jù)莫色萊定律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得到的未知元素的特征X X射線(xiàn)譜線(xiàn)射線(xiàn)譜線(xiàn)波長(zhǎng)，與已知的元素波長(zhǎng)相比較，可以確定它是何元素。它是波長(zhǎng)，與已知的元素波長(zhǎng)相比較，可以確定它是何元素。它是X X射射線(xiàn)光譜分析的基本依據(jù)線(xiàn)光譜分析的基本依據(jù) ZK1第28頁(yè)/共50頁(yè)第二十九頁(yè)，共51頁(yè)。X X射線(xiàn)與物質(zhì)射線(xiàn)與物質(zhì)(wzh)(

12、wzh)的相互作用的相互作用nX X射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用，是一個(gè)比較復(fù)雜的物理過(guò)程。射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用，是一個(gè)比較復(fù)雜的物理過(guò)程。n一束一束X X射線(xiàn)通過(guò)物體后，其強(qiáng)度將被衰減，它是被散射和吸射線(xiàn)通過(guò)物體后，其強(qiáng)度將被衰減，它是被散射和吸收的結(jié)果，并且收的結(jié)果，并且(bngqi)(bngqi)吸收是造成強(qiáng)度衰減的主要原因。吸收是造成強(qiáng)度衰減的主要原因。第29頁(yè)/共50頁(yè)第三十頁(yè)，共51頁(yè)。X X射線(xiàn)的散射射線(xiàn)的散射(snsh)(snsh)n任何帶電粒子作受迫振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，從而向四周輻射電磁波，其頻率與帶電粒子的振動(dòng)頻率相同。n由于散射線(xiàn)與入射線(xiàn)的波長(zhǎng)和頻率一致，位相固定，在相同方向

13、上各散射波符合相干條件，故稱(chēng)為相干散射。n相干散射是X射線(xiàn)在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)(jch)X射線(xiàn)經(jīng)束縛力不大的電子（如輕原子中的電子）或自由電子散射后，可以得到波長(zhǎng)比入射X射線(xiàn)長(zhǎng)的X射線(xiàn)，且波長(zhǎng)隨散射方向不同而改變。這種散射現(xiàn)象稱(chēng)為康普頓散射或康普頓一吳有訓(xùn)散射,也稱(chēng)之為不相干散射，是因散射線(xiàn)分布于各個(gè)方向，波長(zhǎng)各不相等，不能產(chǎn)生干涉。第30頁(yè)/共50頁(yè)第三十一頁(yè)，共51頁(yè)。不相干散射不相干散射(snsh)(snsh)n不相干散射在衍射圖相上成為連續(xù)不相干散射在衍射圖相上成為連續(xù)的背底，其強(qiáng)度隨（的背底，其強(qiáng)度隨（sin/sin/）的）的增加而增大，在底片中心處（增加而增大，在底片中心處（

14、射射線(xiàn)與底片相交處）強(qiáng)度最小，線(xiàn)與底片相交處）強(qiáng)度最小，越越大，強(qiáng)度越大。大，強(qiáng)度越大。n這種波長(zhǎng)改變的散射現(xiàn)象這種波長(zhǎng)改變的散射現(xiàn)象n 和它的定量和它的定量(dngling)(dngling)關(guān)系遵守關(guān)系遵守量子理論的規(guī)律，因此稱(chēng)為量子散量子理論的規(guī)律，因此稱(chēng)為量子散射。射。n cos10243. 0 n第31頁(yè)/共50頁(yè)第三十二頁(yè)，共51頁(yè)。小結(jié)小結(jié)(xioji)相干散射相干散射因?yàn)槭窍喔刹ㄋ钥梢愿缮婕訌?qiáng)因?yàn)槭窍喔刹ㄋ钥梢愿缮婕訌?qiáng). .只有相干散射才能產(chǎn)生衍射只有相干散射才能產(chǎn)生衍射, ,所以相所以相干散射是干散射是X X射線(xiàn)衍射基礎(chǔ)射線(xiàn)衍射基礎(chǔ)不相干散射不相干散射因?yàn)椴幌喔缮⑸洳荒芨?/p>

15、涉加強(qiáng)產(chǎn)生因?yàn)椴幌喔缮⑸洳荒芨缮婕訌?qiáng)產(chǎn)生衍射衍射, ,所以不相干散射只是衍射的背所以不相干散射只是衍射的背底底第32頁(yè)/共50頁(yè)第三十三頁(yè)，共51頁(yè)。X X射線(xiàn)的吸收射線(xiàn)的吸收(xshu) (xshu) n物質(zhì)對(duì)X射線(xiàn)的吸收，是指X射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)光子的能量變成了其他形式時(shí)能量。n有時(shí)(yush)將X射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)造成的能量損失稱(chēng)為真吸收。nX射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的光電效應(yīng)和俄歇效應(yīng)，使入射X射線(xiàn)的能量變成光電子、俄歇電子和熒光X射線(xiàn)的能量，使X射線(xiàn)強(qiáng)度被衰減，是物質(zhì)對(duì)X射線(xiàn)的真吸收過(guò)程。第33頁(yè)/共50頁(yè)第三十四頁(yè)，共51頁(yè)。光電效應(yīng)光電效應(yīng)(un din xio yng) -(un din x

16、io yng) -光電子和熒光光電子和熒光X X射線(xiàn)射線(xiàn)第34頁(yè)/共50頁(yè)第三十五頁(yè)，共51頁(yè)。n激發(fā)K系光電效應(yīng)時(shí)，入射光子的能量必須等于或大于將K電子(dinz)從K層移至無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)所作的功WKn式中VK以V為單位。下面兩式非常相似，但物理意義完全不同。前者說(shuō)明連續(xù)譜的短波限0隨管電壓的增高而減小，而后者說(shuō)明每種物質(zhì)的K激發(fā)限波長(zhǎng)都有它自己特定的值。n從X射線(xiàn)激發(fā)光電效應(yīng)的角度，稱(chēng)K為激發(fā)限；然而，從X射線(xiàn)被物質(zhì)吸收的角度，則稱(chēng)K為吸收限。kkkhch3104 .12kkkkkkVeVhchceV第35頁(yè)/共50頁(yè)第三十六頁(yè)，共51頁(yè)。光電效應(yīng)光電效應(yīng)(un din xio yng)2-(u

17、n din xio yng)2- - 俄歇效應(yīng)俄歇效應(yīng) n俄歇（Auger，M.P.）在1925年發(fā)現(xiàn)，原子中K層的一個(gè)電子被打出后，它就處于K激發(fā)狀態(tài)，其能量為EK。如果一個(gè)L層電子來(lái)填充這個(gè)空位，K電離就變成L電離，其能量由EK變成EL，此時(shí)將釋放EK-EL的能量。釋放出的能量，可能產(chǎn)生熒光X射線(xiàn)，也可能給予L層的電子，使其脫離原子產(chǎn)生二次電離。即K層的一個(gè)空位被L層的兩個(gè)空位所代替，這種現(xiàn)象稱(chēng)俄歇效應(yīng).n從L層跳出原子的電子稱(chēng)KLL俄歇電子。每種原子的俄歇電子均具有一定的能量，測(cè)定俄歇電子的能量，即可確定該種原子的種類(lèi)，所以，可以利用俄歇電子能譜作元素的成分分析。不過(guò)，俄歇電子的能量很低

18、，一般為幾百eV，其平均自由程非常短，人們能夠檢測(cè)到的只是表面兩三個(gè)原子層發(fā)出(fch)的俄歇電子，因此，俄歇譜儀是研究物質(zhì)表面微區(qū)成分的有力工具。 第36頁(yè)/共50頁(yè)第三十七頁(yè)，共51頁(yè)。第37頁(yè)/共50頁(yè)第三十八頁(yè)，共51頁(yè)。xIIdIdIIdI第38頁(yè)/共50頁(yè)第三十九頁(yè)，共51頁(yè)。X射線(xiàn)的吸收(xshu)曲線(xiàn)nX射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)的衰減，是吸收和散射造成的。n如果(rgu)用m仍表示散射系數(shù)，m表示吸收系數(shù)。在大多數(shù)情況下吸收系數(shù)比散射系數(shù)大得多，故mm。質(zhì)量吸收系數(shù)與波長(zhǎng)的三次方和元素的原子序數(shù)的三次方近似地成比例33ZKm第39頁(yè)/共50頁(yè)第四十頁(yè)，共51頁(yè)。之一是在X射線(xiàn)出射的路徑上放置一定厚度的濾波(lb)片，可以簡(jiǎn)便地將K和連續(xù)譜衰減到可以忽略的程度。第40頁(yè)/共50頁(yè)第四十一頁(yè)，共51頁(yè)。濾波片的選擇濾波片的選擇(xunz)規(guī)則規(guī)則 第41頁(yè)/共50頁(yè)第四十二頁(yè)，共51頁(yè)。第42頁(yè)/共50頁(yè)第四十三頁(yè)，共51頁(yè)。n大量的熒光輻射會(huì)增加衍射花樣的背底，使圖象不清晰。避免出現(xiàn)大量熒光輻射的原則就是選擇入射X射線(xiàn)的波長(zhǎng)，使其不被樣品強(qiáng)烈吸收，也就是選擇陽(yáng)極靶材料，讓靶材產(chǎn)生的