材料現(xiàn)代分析測試方法復(fù)習(xí)

1、XRDX射線衍射TEM透射電鏡一ED電子衍射SEMS描電子顯微鏡一 EPMAt子探針（EDS能譜儀 WPS波譜儀） XPSX射線光電子能譜分析AES原子發(fā)射光譜或俄歇電子能譜IR FT IR傅里葉變換紅外光譜RAMAN1曼光譜DTA差熱分析法DSC差示掃描量熱法TG熱重分析STMS描隧道顯微鏡AFM原子力顯微鏡AES（原子和俄歇）RAMAN測微觀形貌：TEM SEM EPMA STM AFM化學(xué)元素分析：EPMA XPS 物質(zhì)結(jié)構(gòu)：遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（XRD ED）、近程結(jié)構(gòu)（RAMAN IR）分子結(jié)構(gòu)： 官能團(tuán)：IR表面結(jié)構(gòu)：AES（俄歇）、XPS STM AFM就會(huì)產(chǎn)生X射線的產(chǎn)生：高速運(yùn)動(dòng)著額電子

2、突然受阻時(shí)，隨著電子能量的消失和轉(zhuǎn)化，線。產(chǎn)生條件：1.產(chǎn)生并發(fā)射自由電子；2.在真空中迫使電子朝一定方向加速運(yùn)動(dòng)，以獲得 盡可能高的速度；3.在高速電子流的運(yùn)動(dòng)路線上設(shè)置一障礙物邙日極靶），使高速運(yùn)動(dòng)的電子突然受阻而停止下來。X射線熒光：入射的X射線光量子的能量足夠大將原子內(nèi)層電子擊出，外層電子向內(nèi)層躍遷，輻射出波長嚴(yán)格一定的 X射線 俄歇電子產(chǎn)生： 原子K層電子被擊出，L層電子如L2電子像K層躍遷能量差不是以產(chǎn)生一 個(gè)K系X射線光量子的形式釋放， 而是被臨近的電子所吸收，使這個(gè)電子受激發(fā)而成為自由電子，即俄歇電子a = 3 = Y =90°正方晶系（四方） a=bM c a =3

3、 = Y =90 °；菱方晶系（三方）a=b=cY =120°單斜晶系 a豐b豐c a =3 =90°工14種布拉菲格子特征：立方晶系（等軸）a=b=c a = 3 = Y =90 °斜方晶系（正交）a豐b豐cVl衍射線。2dhkl sin日=nka = 3 = 丫工 90 °六方晶系 a=b 豐 c a = 3 =90 Y ;三斜晶系 a豐bM c %工3工丫工90° 布拉格方程的推導(dǎo) 含義：線照射晶體時(shí)，只有相鄰面網(wǎng)之間散 射的X射線光程差為波長的整數(shù)倍時(shí)，才能 產(chǎn)生干涉加強(qiáng)，形成衍射線，反之不能形成討論1. 當(dāng)幾一定，d相同的晶

4、面，必然在0相 同的情況下才能獲得反射。2. 當(dāng)A定，d減小，日就要增大，這說明間距小的晶面，其掠過角必須是較大的，否則它們的反射線無法加強(qiáng)，在考察多晶體衍射時(shí)，這點(diǎn)由為重要。3. 在任何可觀測的衍射角下，產(chǎn)生衍射的條件為：Z <2d，但波長過短導(dǎo)致衍射角過小，使衍射現(xiàn)象難以觀測，常用X射線的波長范圍是 0.250.05nm。4. 波長一定時(shí)，只有 d > A/2的晶面才能發(fā)生衍射一衍射的極限條件。X射線衍射方法：1.勞埃法，采用連續(xù)的X射線照射不動(dòng)的單晶體，用垂直入射的平板底片 記錄衍射得到的勞埃斑點(diǎn)，多用于單晶取向測定及晶體對(duì)稱性研究。2.轉(zhuǎn)晶法：采用單色X射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體

5、， 并用一張以旋轉(zhuǎn)軸為軸的圓筒形底片來記錄，特點(diǎn)是入射線波長不變，靠旋轉(zhuǎn)單晶體以連續(xù)改變個(gè)晶體與入射X射線的0角來滿足布拉格方程。 轉(zhuǎn)晶法可以確定晶體在旋轉(zhuǎn)軸方向的點(diǎn)陣周期，確定晶體結(jié)構(gòu)。3.粉末法，采用單色X射線照射多晶試樣，利用多晶試樣中各個(gè)微晶不同取向來改變0角來滿足布拉格方程。 用于測定晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行物相定性、定量分析，精確測量警惕的點(diǎn)陣參數(shù)以及材料的應(yīng)力、織構(gòu)、晶粒大小。謝樂公式：P = 0.8先 =0.89口說明了衍射線寬度與晶塊在反射晶面法線方向上尺度Nsdcos 廿Leos 燈4 / 4成反比。利用這一公式可測定晶塊大小。B半高寬，L晶面厚度X射線光量子數(shù)目。X射線衍射強(qiáng)度（嚴(yán)

6、格定義）單位時(shí)間內(nèi)通過衍射方向垂直單位面積上表示方法：衍射峰高度或衍射峰積分面積。理論計(jì)算 = PF環(huán)（8） （ P-多重性因數(shù)，F(xiàn)-結(jié)構(gòu)圓錐螺旋曲線0.6仏Airy 斑半徑：R0 =； Mnsin P0.6仏p M 3為孔徑半角，nsin 3為數(shù)值孔徑因子，叭日）-因數(shù)）。n消光規(guī)律:Fhkl =送 fi exP(i(HX +KY + LZ)j當(dāng)H+K+L為偶數(shù)，F(xiàn)=2f ;當(dāng)H+K+L為奇數(shù)F=0.在體心點(diǎn)陣中，只有當(dāng)H+K+L為偶數(shù)時(shí)才產(chǎn)生衍射CsCL 結(jié)構(gòu)消光：Cs (0 0 0 )； Cl (1/2 2/2 1/2 )Fhkl = fcs + fcL eX)-皿(H + K + L)

7、,當(dāng) H + K+L 為偶數(shù) FHKL = fCs + fcL 當(dāng) H+K+L 為奇數(shù) FhkL = f Cs - fCL結(jié)論：CsCI屬于簡單立方，不存在系統(tǒng)消光，也不存在結(jié)構(gòu)消光，但某些衍射峰加強(qiáng)，某 些衍射峰減弱質(zhì)量符號(hào)標(biāo)記：為數(shù)據(jù)高度可靠；i為已指標(biāo)化和估計(jì)強(qiáng)度，但可靠性不如前者；O為可 靠性較差；無符號(hào)者表示一般；C為衍射數(shù)據(jù)來自計(jì)算透射電鏡工作原理及構(gòu)造：原理：由電子槍發(fā)射出來的電子束，在真空通道中沿著鏡體 光軸穿越聚光鏡，通過聚光鏡將之會(huì)聚成一束尖細(xì)、明亮而又均勻的光斑，照射在樣 品室內(nèi)的樣品上；透過樣品后的電子束攜帶有樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息經(jīng)過物鏡的會(huì)聚調(diào)焦和初級(jí)放大后的電子影像投

8、射在熒光屏板上。構(gòu)造：照相系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、顯像和記 錄系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)。 電子在電磁透鏡里的運(yùn)動(dòng)軌跡：R。0.6仏最小分辨距離r0 =- 負(fù)M nsin P1=幾提高分辨本領(lǐng)：提高電鏡工作電壓，降低電子波長,2增大電磁透鏡孔徑角聚光鏡光闌：減小照明孔徑，提高電子束的平行性和空間相干性。物鏡光闌：限制孔徑角來提高圖像襯度和分辨率。選取光闌：通過調(diào)整選區(qū)光闌的位置和大小， 可以選擇所需要觀察 的試樣區(qū)域。衍射操作：通過調(diào)整中間鏡的透鏡電流， 使中間鏡的物平面與物鏡的背焦面重合， 可在熒光 屏上得到衍射花樣。 成像操作：若使中間鏡的物平面與物鏡的像平面重合則得到顯微像。透射電鏡分辨率的高低主

9、要取決于物鏡。明場像：用另外的裝置來移動(dòng)物鏡光闌，使得只有未散射的透射電子束通過它，其他衍射的電子束被光闌擋掉，由此所得到的圖像被稱為明場像（BF）。暗場像：只有衍射電子束通過物鏡光闌，透射電子束被光闌擋掉， 稱由此所得到的圖像為暗場像（DF）。散射電子成像，像有畸變、分辨率低通過調(diào)節(jié)中間鏡的電流就可以得到不同放大倍數(shù)的明場像和暗場像。中心暗場像：使入射電子束偏轉(zhuǎn) 20，使得衍射束平行于物鏡光軸通過物鏡光闌。這種方法 稱為中心暗場成像。射電子束對(duì)試樣傾斜照明，得到的暗場像。像不畸變、分辨率高 襯度：顯微圖像中不同區(qū)域的明暗差別。襯度來源于式樣的不同區(qū)域?qū)﹄娮拥纳⑸淠芰?。襯度成像原理：強(qiáng)度均勻的

10、入射電子束在經(jīng)過試樣散射后變成強(qiáng)度不均勻的電子束，這些強(qiáng)度不均勻的電子束投射到熒光屏上或照相底片上，轉(zhuǎn)換為圖像襯度。TEM襯度來源：質(zhì)厚襯度、衍射襯度和相位襯度。非晶體的襯度來源：質(zhì)厚襯度電子衍射花樣：多晶體是一系列不同半徑的同心圓環(huán)，單晶是排列得十分整齊的許多規(guī)律點(diǎn)，非晶體是只有一個(gè)漫散的中心斑點(diǎn)。電子束與樣品產(chǎn)生哪些信號(hào) ：背散射電子（BSE、二次電子（SE）、吸收電子（AE）、透射電 子（TE）、特征X射線、俄歇電子二次電子、背散射電子成像特點(diǎn)：背散射電子：被固體樣品原子反射回來的一部分入射電子，分為彈性和非彈性兩種。產(chǎn)額隨試樣的原子序數(shù)增加而上升，與入射電子的能量關(guān)系不大，應(yīng)用：形貌特

11、診分析、顯示原子序數(shù)襯度、定性成分分析、試樣深度范圍的性質(zhì)。二次 電子：被入射電子轟擊出來的核外電子。特點(diǎn)：對(duì)式樣表面狀態(tài)非常敏感，能有效顯示式樣表面的微觀形貌。產(chǎn)額：隨原子序數(shù)的變化不明顯，主要取決于表面形貌。電子探針儀模式： 定點(diǎn)分析、線分析、面分析。固體樣品的光電子能量公式：& =hv-Ek-札PXPS（ X射線光電子譜儀）：主要用于分析表面化學(xué)元素的組成，化學(xué)態(tài)及分布，特別是原子 的價(jià)態(tài)，表面原子的電子密度，能級(jí)結(jié)構(gòu)。工作原理：光電效應(yīng)。特點(diǎn)：可以獲得豐富的化 學(xué)信息，它對(duì)樣品的損傷最輕微，定量也是最好的，缺點(diǎn)是X射線不易聚焦，照射面積大，不適于微區(qū)分析。光譜分析法原理：是基于

12、物質(zhì)與電磁輻射作用時(shí)，測量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級(jí)之間的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射特征光譜波長和強(qiáng)度，進(jìn)行材料分析的方法。原子發(fā)射光譜法儀器分為：激光光源和光譜儀原子發(fā)射光譜定量分析：校正曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法紅外光譜、拉曼光譜的產(chǎn)生、聯(lián)系和區(qū)別：當(dāng)用紅外光照射物質(zhì)時(shí)，該物質(zhì)結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)會(huì)吸收一部分紅外光的能量。引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)能量的躍遷， 從而使紅外光透過物質(zhì)時(shí)發(fā)生了吸收而產(chǎn)生紅外吸收光譜。用單色光照射透明樣品，大部分光透過而小部分光會(huì)被樣品在各個(gè) 方向上散射。當(dāng)光子與分子發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，產(chǎn)生拉曼散射.聯(lián)系：同屬分子振-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜；對(duì)于一個(gè)給定的化學(xué)鍵，其紅外吸收頻率與拉曼位移相等，均代表第一振

13、動(dòng)能級(jí)的能量。因此，對(duì)某一給定的化合物，某些峰的紅外吸收波數(shù)與拉曼位移完全相同，兩者都反映分子的結(jié)構(gòu)信息。區(qū)別：紅外：分子對(duì)紅外光的吸收， 強(qiáng)度由分子偶極矩決定；拉曼：分子對(duì)激光的散射，強(qiáng)度由分子極化率決定。兩者的產(chǎn)生機(jī)理不同：紅外吸收是由于振動(dòng)引起分子偶極矩或電荷分布變化產(chǎn)生的。 拉曼散射是由于鍵上電子云分布產(chǎn)生瞬間變形引起暫時(shí)極化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，當(dāng)返回基態(tài)時(shí)發(fā)生的散射。散射的同時(shí)電子云也恢復(fù)原態(tài)。紅外：適用于研究不同原子的極性鍵振動(dòng)；拉曼：適用于研究同原子的非極性鍵振動(dòng)。四種熱分析方法：差熱分析（DTA）、差示掃描量熱分析（DSC、熱重分析（TG）、熱機(jī)械分 析（TMASTM（掃描隧道顯微

14、鏡）：工作原理：利用針尖-樣品間納米間隙的量子隧道效應(yīng)引起隧道電 流與間隙大小呈指數(shù)的關(guān)系，獲得原子級(jí)樣品表面形貌特征圖像；工作模式：恒電流模式，在偏壓不變的情況下， 始終保持隧道電流的恒定；恒高度模式。在掃描過程中保持針尖的高度不變，通過記錄隧道電流的變化來得到樣品的表面形貌信息。AFM（原子力顯微鏡）：工作原理：針尖與樣品間的范德華力使懸臂產(chǎn)生微小偏轉(zhuǎn)，反饋系統(tǒng) 根據(jù)檢測的結(jié)果不斷調(diào)整針尖 z軸方向的位置，保持針尖與樣品間的作用力恒定，測量高度z隨（xy、的位置變化就可以得到樣品表面形貌圖像。成像模式：接觸成像模式、非接觸成像模式、輕敲成像模式。內(nèi)標(biāo)法：內(nèi)標(biāo)法是通過測量譜線相對(duì)強(qiáng)度來進(jìn)行定

15、量分析的方法。具體做法：在分析元素的譜線中選一根譜線， 稱為分析線；再在基體元素（或加入定量的其它元素）的譜線中選一根譜線，作為內(nèi)標(biāo)線。這兩條線組成分析線對(duì)。然后根據(jù)分析線對(duì)的相對(duì)強(qiáng)度與被分析元素含量的關(guān)系式進(jìn)行定量分析。lgR=blgc+lga ，內(nèi)標(biāo)法光譜定量分析的基本關(guān)系式。加入內(nèi)標(biāo)元素符合下列幾個(gè)條件；內(nèi)標(biāo)元素與被測元素在光源作用下應(yīng)有相近的蒸發(fā)性質(zhì)；內(nèi)標(biāo)元素若是外加的，必須是試樣中不含或含量極少可以忽略的；分析線對(duì)選擇需匹配；兩條原子線或兩條離子線。標(biāo)準(zhǔn)曲線法：根據(jù)待測元素的估計(jì)含量范圍，用純?cè)噭┡渲迫廖宸N不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液， 分別在原子吸收分光光度計(jì)上測定它們的吸光度A,繪制濃度

16、一吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線。再以同樣的操作程序測出樣品中待測元素的吸光度Ax,然后在曲線上通過內(nèi)插 Ax值，求出待測元素的濃度。什么是電磁透鏡？電子在電磁透鏡中如何運(yùn)動(dòng)？與光在光學(xué)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)有何不同？答：電磁透鏡具有與玻璃透鏡相似的光學(xué)特征，如焦距、發(fā)散角、球差、色差等。實(shí)際上電 磁透鏡相當(dāng)于一組復(fù)雜的凸透鏡組合。電子在電磁透鏡中的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓錐螺旋曲線。光則是做直線運(yùn)動(dòng)。簡述鏡筒的基本構(gòu)造和各部分的作用？答：鏡筒一般為直立積木式結(jié)構(gòu)，類似于標(biāo)準(zhǔn)的投射光學(xué)顯微鏡。在鏡筒中自下而上主要由照明系統(tǒng)、樣品室、成像系統(tǒng)和觀察記錄系統(tǒng)組成，電子槍位于鏡筒的最頂部。照相裝置位 于鏡筒最下方。電子源：發(fā)射電子；電子

17、槍：將電子源發(fā)射的電子束流進(jìn)行聚焦，保證電子束的亮度、相干 性和穩(wěn)定性；聚光鏡系統(tǒng)：將電子槍發(fā)出的電子束聚到試樣上；成像系統(tǒng)：獲得高質(zhì)量的放大圖像和衍射花樣。簡述非晶樣品的質(zhì)厚成像原理。答：通過插入物鏡光闌，擋掉散射角度較大的電子，導(dǎo)致從不同質(zhì)厚的區(qū)域散射電子到達(dá)像平面參與成像的數(shù)量不同， 從而顯示襯度。物鏡光闌的大小決定了參與成像電子的強(qiáng)度，因而決定了圖像的襯度。當(dāng)其他因素確定時(shí)，較高質(zhì)量（高原子序數(shù)）和較厚的區(qū)域?qū)﹄娮拥?散射比較低原子序數(shù)和較薄的區(qū)域要多，因此在明場像中，較厚或質(zhì)量較高的區(qū)域要比較薄或質(zhì)量較低的區(qū)域暗些。而在暗場像中，明暗區(qū)域則相反。影響掃描電鏡分辨率的主要因素有哪些？通常所講的掃描電鏡分辨率是指那種信號(hào)成像的 分辨率？答：主要因素有掃描電子束斑直徑；入射電子束在樣品中的擴(kuò)展效應(yīng)；成像所用信號(hào)的種類。 指SE像的分辨率，以背散射電子為調(diào)制信號(hào)。波、能譜儀的工作原理是什么？比較兩種譜儀在進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)？答：波譜儀的工作原理：依據(jù)不同元素的特征 X射線具有不同波長這一特點(diǎn)來對(duì)樣品進(jìn)行成 分分析。能譜儀的工作原理：依據(jù)不同元素的特征 X射線具有