材料研究方法作業(yè)集合及復習思考題DOC

1、第五章：熱分析作業(yè)：1、功率補償型DSC和DTA的區(qū)別?答：功率補償型DSC分別有兩個小加熱器和傳感器對試樣和參比物加熱和監(jiān)控，從而消除試樣和參比物的溫度差，而DTA則沒有這一功能。2、熱流型DSC和DTA的異同點?答：熱流型DSC與DTA儀器十分相似，不同之處在于試樣與參比物托架下，置一電熱片（通常是康銅），加熱器在程序控制下對加熱塊加熱，其熱量通過電熱片同時對試樣和參比物加熱，使之受熱均勻。儀器所測量的是通過電熱片流向試樣和參比物的熱流之差。3、功率補償型DSC和熱流型DSC的異同點?答：功率補償型DSC采用零點平衡原理，通過兩個小加熱器和傳感器對試樣和參比物加熱和監(jiān)控，從而使兩者溫度恒定

2、相等；熱流型DSC主要通過加熱過程中試樣吸收/放出熱量的流量來達到DSC分析的目的。4、簡述熱分析的原理答：在程序控制溫度下，測量物質(zhì)的物理性質(zhì)隨溫度變化的一類技術稱之為熱分析。差熱分析的原理：是在程序溫度控制（升溫或降溫）下，測量試樣與參比物（熱惰性物質(zhì)）之間的溫度差與溫度關系的一種技術。差示掃描量熱分析原理：是在程序溫度控制下，測量輸入到物質(zhì)和參比物之間的功率差與溫度的關系的一種技術。5、影響熱分析的儀器、試樣、操作因素有哪些？答：1.儀器方面： （1）爐子的結構和尺寸：爐膛直徑長度均溫區(qū)，均溫區(qū)溫度梯度 （2）坩堝材料和形狀：金屬熱導性能好，基線偏離小，但靈敏度較低，峰谷較小。 非金屬熱

3、導性能差，容易引起基線偏離。但靈敏度高，少樣品大峰谷。 坩堝直徑大，高度小，試樣容易反應，靈敏度高，峰形也尖銳。（3）熱電偶性能與位置：置于物料中心點，插入試樣和參比物應具有相同深度。2.試樣方面： （1）熱容量和熱導率變化： 在反應前后，試樣的熱容量和熱導率變化 在加熱時，兩者也會變。加速速率，靈敏度，差熱曲線基線隨溫度升高偏。（2）試樣的顆粒度,用量及裝填密度顆粒度反應速度峰溫 樣品量多：兩個峰易重疊，分辨率降低，靈敏度上升 樣品量少：兩個峰分開，分辨率升高，靈敏度下降（3）試樣結晶，純度： 結晶度峰形更尖銳（4）參比物：選擇與試樣導熱系數(shù)盡可能相近的參比物。3.實驗條件： （1）升溫速度

4、：升溫速度更多反應將發(fā)生在相同的時間內(nèi)，峰高峰溫峰形狀尖銳，靈敏度分辨率升溫速度使相鄰峰易于分開（2）爐內(nèi)壓力和氣氛：外界壓力熱反應溫度爐內(nèi)氣體與試樣的熱分解產(chǎn)物一致時，分解反應溫度靜態(tài)氣氛和動態(tài)氣氛6、熱分析儀器由哪四部分組成？答：程序溫度控制、氣氛控制、物性測量單元、顯示記錄7、熱天平的主要組成？答：熱天平由精密天平和線性程序控溫加熱爐組成。8、熱重分析的影響因素是什么？答： 1）升溫速率：V熱滯后現(xiàn)象反應起始溫度和終止溫度2）氣氛影響：靜態(tài)：可逆反應影響反應速率。動態(tài)：N2控制氣氛有助于深入了解反應過程的本質(zhì)易于識別反應類型和釋放的氣體。3) 基線飄移：試樣重量沒有變化而記錄曲線卻指示出

5、有質(zhì)量變化的現(xiàn)象。4）熱電偶的位置：熱電偶測量溫度與試樣的真實溫度之間存在著差別，有熱效應時，試樣溫度分布紊亂引起較大的溫度測量誤差。要獲得準確的溫度數(shù)據(jù)，采用標準物質(zhì)來校核熱重分析儀。5）坩堝形式：其結構和幾何形狀都會影響熱重分析的結果。9、積分型熱重曲線和微分型熱重曲線的聯(lián)系與區(qū)別是什么？答：TG曲線表示加熱過程中樣品失重累積量，為積分型曲線；DTG曲線是TG曲線對溫度或時間的一階導數(shù)，即質(zhì)量變化率，dW/dT 或 dW/dt。DTG曲線表明的是質(zhì)量變化速率,DTG曲線上出現(xiàn)的峰指示質(zhì)量發(fā)生變化，峰的面積與試樣的質(zhì)量變化成正比，峰頂與失重變化速率最大處相對應。在TG曲線中形成的每一拐點，在

6、DTG曲線上都有對應的峰 TG曲線臺階數(shù)與DTG曲線的峰數(shù)相等 DTG曲線的峰面積與樣品的失重量成正比 10、靜態(tài)熱分析與動態(tài)熱分析答：靜態(tài)熱機械分析: 是在程序控制溫度下,分析物質(zhì)承受拉、壓、彎、剪、針入等力的作用下，所發(fā)生的形變與溫度的函數(shù)關系。動態(tài)熱機械分析: 是在程序控制溫度下，測量物質(zhì)在振蕩負荷下的動態(tài)模量或阻尼隨溫度變化的一種技術。11、什么是基線偏移？影響因素有哪些？如何解決？答：基線飄移：試樣重量沒有變化而記錄曲線卻指示出有質(zhì)量變化的現(xiàn)象。 影響因素：加熱爐內(nèi)氣體的浮力效應、對流影響、Kundsen力、溫度與靜電。減少熱重曲線飄移的方法是：采取對稱加熱方式。第六章：光譜分析作業(yè)

7、：1、分子振動的實質(zhì)是什么？有哪些振動類型？答：分子振動的實質(zhì)是化學鍵的振動；有伸縮振動和彎曲振動。2、試舉例說明影響基團位移的因素有哪些？答：主要分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素主要有：1.誘導效應：由于吸電子基團的影響，吸收峰會向高波數(shù)方向移動（COF2>COCl2）；2.共軛效應：分子中形成大鍵所引起的共軛效應，使其電子云密度平均化，結果使原來雙鍵伸長，力常數(shù)減小，因此伸縮振動頻率向低波數(shù)方向移動。（二苯甲酮<苯甲醛）3.空間效應：在分子立體結構上相鄰基團間作用所引起的電子云分布變化，使鍵力常數(shù)變化，導致基團頻率變化。（氯化丙酮的兩個異構體）4.氫鍵：分子內(nèi)或分子間形成氫鍵后

8、，通常引起它的伸縮振動頻率向低波數(shù)方向顯著位移，并且峰強增高、峰形變寬。（游離羧酸羰基頻率1760cm-1，液態(tài)固態(tài)1700cm-1）5.互變異構：分子發(fā)生互變異構時，其吸收峰產(chǎn)生位移。（乙酰丙酮的酮式與烯醇異構體）外部因素主要有：1.固態(tài)效應：例如丙酮在氣態(tài)時C=O為1738cm-1，而在液態(tài)時C=O為1715cm-1。2.溶劑效應：溶劑極性極性基團伸縮振動頻率吸收峰強度3、影響紅外吸收峰數(shù)目的因素有哪些？答：1)在中紅外吸收光譜上除基頻峰外，還有倍頻峰。2)分子振動能否出有紅外吸收峰與偶極距有關，對稱強偶極距小出峰小。3)振動頻率的簡并。4)儀器的分辨率不高，對一些頻率接近的峰分不開；儀器

9、的靈敏度不高，檢測不出一些較弱的峰。4、紅外活性與拉曼活性答：紅外活性：只有發(fā)生偶極矩變化的振動才能引起可觀測的紅外吸收譜帶稱這種振動活性為紅外活性。拉曼活性：伴隨有極化率變化的振動引起可觀測的拉曼光譜稱這種振動活性為拉曼活性。 5、紅外光譜產(chǎn)生的條件？答：1）分子中某個基團的振動頻率與外界的紅外光頻率相一致。2）分子中的偶極矩不為零。6、紅外、紫外、核磁吸收峰是何種躍遷？答：紅外吸收峰：引起分子中成鍵原子振動和轉動能級的躍遷而產(chǎn)生。紫外吸收峰：吸收的能量引起分子中價電子躍遷而產(chǎn)生。核磁吸收峰：引起分子中核自旋能級躍遷而產(chǎn)生。7、紅外光譜定性分析的步驟有哪些？答：1.試樣的分離和精制。2.了解

10、與試樣性質(zhì)有關的其他方面的資料。3.譜圖的解析。4.和標準譜圖進行對照。8、紅外光譜儀主要分哪兩大類？答：分為色散型紅外光譜儀和傅立葉變換紅外光譜儀。9、紅外光譜吸收峰的強度有哪些因素有關？答：強度與分子振動的對稱性：對稱性偶極矩變化強度強度與基團極性：極性偶極矩變化強度強度與分子振動能級躍遷幾率：躍遷幾率強度強度與樣品濃度：樣品濃度強度10、高聚物在進行紅外分析時常用的制樣方法有哪些？答：固體樣品的制備：壓片法；石蠟糊法；薄膜法；溶液法。液體樣品的制備：液膜法；液體吸收池法；樣品滴入壓好的KBr薄片上測試。氣態(tài)樣品的制備:氣態(tài)樣品一般都灌注于氣體池內(nèi)進行測試。11、傅里葉變換紅外光譜儀的組成

11、部分有哪些？核心部分是什么？答：傅里葉變換紅外光譜儀沒有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高壓汞燈）、邁克爾遜干涉儀、檢測器、計算機和記錄儀組成。核心部分為邁克爾遜干涉儀。12、拉曼散射效應中有哪些散射？各有什么特點？答：拉曼散射（拉曼散射波長改變）：入射光與樣品分子之間發(fā)生非彈性碰撞，即在碰撞時有能量交換。a.斯托克斯線：波長變長；b.反斯托克斯線：波長變短。瑞利散射（瑞利散射波長不變）：發(fā)生彈性碰撞，即兩者之間沒有能量交換。13、拉曼光譜與紅外光譜分析方法有哪些不同？答：拉曼光譜紅外光譜光譜范圍40-4000cm-1光譜范圍400-4000cm-1水可作為溶劑水不能作為溶劑樣品可盛于玻璃瓶，毛

12、細管等容器中直接測定不能用玻璃容器測定固體樣品可直接測定需要研磨制成KBr壓片或直接測定TEM1、電子與固體物質(zhì)相互作用可以產(chǎn)生哪些物理信號，各有什么特點？背散射電子：被固體樣品中的原子反彈回來的一部分入射電子。二次電子：在入射電子束作用下被轟擊出來并離開樣品表面的樣品的核外層電子。吸收電子：入射電子進入樣品后，經(jīng)多次非彈性散射能量損失殆盡，最后被樣品吸收。透射電子：如果被分析的樣品很薄，那么就會有一部分入射電子穿過薄樣品而成為透射電子。特征X射線：當樣品原子的內(nèi)層電子被入射電子激發(fā)，原子就會處于能量較高的激發(fā)狀態(tài)，此時外層電子將向內(nèi)層躍遷以填補內(nèi)層電子的空缺，從而使具有特征能量的射線釋放出來

13、。俄歇電子：在特征x射線過程中，如果在原子內(nèi)層電子能級躍遷過程中釋放出來的能量并不以X射線的形式發(fā)射出去，而是用這部分能量把空位層內(nèi)的另個電子發(fā)射出去，這個被電離出來的電子稱為俄歇電子。2、如何提高顯微鏡分辨本領？電子透鏡的分辨本領受哪些條件限制？減小照明源的波長增大加速電壓電子透鏡的分辨本領受到衍射效應、透鏡的像差的限制。3、透射電子顯微鏡的成像原理是什么？成像原理與光學顯微鏡類似，透射電鏡以電子作為照明束，通過磁透鏡聚焦成像。電子槍產(chǎn)生的電子束經(jīng)1-2級聚光鏡會聚后均勻照射到試樣某一待觀察的微小區(qū)域上，入射電子與試樣物質(zhì)相互作用，由于試樣很薄，絕大部分電子穿過試樣，其強度分布與所觀察的形貌

14、、組織結構一一對應，透射出試樣的電子經(jīng)物鏡、中間鏡、投影鏡三級磁透鏡放大投射到觀察圖形的熒光屏上，熒光屏把電子強度分布轉變?yōu)槿搜劭梢姷墓鈴姺植汲尸F(xiàn)相應的圖象。4、透射電鏡樣品的制樣方法有哪些？直接法：支持膜分散粉末法、膠粉混合法、離子濺射法、超薄切片法。間接法：一級復型（碳膜一級復型、塑料膜一級復型）、二級復型（塑料膜-碳膜二級復型）。半間接法：萃取復型。5、透射圖像襯度的概念，TEM的主要圖像襯度。襯度指試樣不同部位由于對入射電子作用不同，經(jīng)成像放大系統(tǒng)后，在顯示裝置上顯示的強度差異，即圖像上明暗的差異，按形成的機理可分為質(zhì)量-厚度襯度、衍射襯度和相位襯度。6、透射電鏡的結構。電子光學系統(tǒng)、

15、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、操作系統(tǒng)。SEM1、掃描電鏡的基本原理。SEM是利用聚焦電子束在試樣表面逐點掃描成像，試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號可以是二次電子、背散射電子或吸收電子等，其中二次電子是最主要的成像信號。掃描電鏡的工作原理與閉路電視系統(tǒng)相似逐點逐行掃描。可以簡單地歸納為“光柵掃描，逐點成像”。由三極電子槍發(fā)射出來的電子束，在加速電壓作用下，經(jīng)過23個電子透鏡聚焦后，在樣品表面按順序逐行進行掃描，激發(fā)樣品產(chǎn)生各種物理信號，如二次電子、背散射電子等。這些物理信號的強度隨樣品表面特征而變。它們分別被相應的收集器接受，經(jīng)放大器按順序、成比例地放大后，送到顯像管的柵極上，用來同步地調(diào)制顯像管的電子束

16、強度，即顯像管熒光屏上的亮度。由于供給電子光學系統(tǒng)使電子束偏向的掃描線圈的電源也就是供給陰極射線顯像管的掃描線圈的電源，此電源發(fā)出的鋸齒波信號同時控制兩束電子束作同步掃描。因此，樣品上電子束的位置與顯像管熒光屏上電子束的位置是一一對應的。這樣，在熒光屏上就形成一幅與樣品表面特征相對應的畫面某種信息圖，如二次電子像、背散射電子像等。畫面上亮度的疏密程度表示該信息的強弱分布。2、掃描電鏡的結構和特點（與TEM進行對比）。 SEM主要由電子光學系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信號收集系統(tǒng)、圖像顯示記錄系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。SEM的電子槍和聚光鏡與透射式電子顯微鏡的大致相同，但是為了使電子束更細，在聚光鏡下又增加

17、了物鏡和消像散器，在物鏡內(nèi)部還裝有兩組互相垂直的掃描線圈。物鏡下面的樣品室內(nèi)裝有可以移動、轉動和傾斜的樣品臺。TEM鏡筒的頂部是電子槍，電子由鎢絲熱陰極發(fā)射出、通過第一，第二兩個聚光鏡使電子束聚焦。電子束通過樣品后由物鏡成像于中間鏡上，再通過中間鏡和投影鏡逐級放大，成像于熒光屏或照相干版上；SEM的電子束不穿過樣品，僅在樣品表面掃描激發(fā)出二次電子、背散射電子成像。3、掃描電鏡圖像襯度的產(chǎn)生原因、類型及主要特點。SEM像襯度的形成主要基于樣品微區(qū)如表面形貌、原子序數(shù)、晶體結構、表面電場和磁場等方面存在著差異。入射電子與之相互作用，產(chǎn)生各種特征信號，其強度就存在著差異，最后反映到顯像管熒光屏上的圖

18、像就有一定的襯度。（1）二次電子像：分辨率高，立體感強，主要反映形貌特征。圖像襯度主要是形貌襯度、成分襯度和電位襯度。（2）背散射電子像：分辨率低，立體感差，但既能反映形貌特征，又能定性探測元素分布。圖像襯度有形貌襯度和原子序數(shù)襯度（化學成分襯度）。4、掃描電鏡成像的物理信號及特點。（1）二次電子：入射電子與樣品相互作用后，使樣品原子較外層電子（價帶或?qū)щ娮樱╇婋x產(chǎn)生的電子，稱二次電子。二次電子能量比較低，習慣上把能量小于50eV電子統(tǒng)稱為二次電子，僅在樣品表面5nm10nm的深度內(nèi)才能逸出表面，這是二次電子分辨率高的重要原因之一。（2）背散射電子：背散射電子是指入射電子與樣品相互作用(彈性

19、和非彈性散射)之后，再次逸出樣品表面的高能電子。其能量接近于入射電子能量(能量高)。背射電子的產(chǎn)額隨樣品的原子序數(shù)增大而增加，所以背散射電子信號的強度與樣品的化學組成有關，即與組成樣品的各元素平均原子序數(shù)有關。5、掃描電鏡的在材料研究中的主要用途。（1）形貌相研究適用于微細礦物材料的形態(tài)、解理、晶面花紋、生長紋、斷口及裂理紋等表面特征和礦物顆粒的空間關系等。（2）成分相的研究WDS或EDS附件通過點掃描、線掃描和面掃描等方式分析具有色差、色帶材料的成分差異。能譜、波譜、AES1、電子探針分析的基本原理電子探針儀是一種微區(qū)成分分析儀器，它利用被聚焦成小于1mm的高速電子束轟擊樣品表面，由X射線波

20、譜儀或能譜儀檢測從試樣表面有限深度和側向擴展的微區(qū)體積內(nèi)產(chǎn)生的特征X射線的波長(可知元素的種類）和強度（可知元素的含量），得到1mm3微區(qū)的定性或定量的化學成分。特別適用于分析試樣中微區(qū)的化學成分。2、電子探針的主要分析方法可進行微區(qū)結構及成分分析。電子探針是最準確的微區(qū)定量分析手段，微區(qū)分析（幾個立方m范圍）是它的一個重要特點之一, 它能將微區(qū)化學成份與顯微結構對應起來，是一種顯微結構的分析。而一般化學分析、X熒光分析及光譜分析等，是分析試樣較大范圍內(nèi)的平均化學組成，也無法與顯微結構相對應, 不能對材料顯微結構與材料性能關系進行研究。3、能譜分析與波譜分析有何異同點相同點： 都是分析特征X射

21、線來分析元素種類和含量。 一般作為電鏡等大型儀器的附件，用來測試樣品微區(qū)的化學成分。 為無損或微損的測試方法。不同點： 元素分析時能譜是同時測量所有元素，而波譜要一個一個元素測量，所以能譜分析速度遠比波譜快。 能譜探頭緊靠試樣，使X 射線收集效率提高，這有利于試樣表面光潔度不好及粉體試樣的元素定性、定量分析。 能譜分析時所需探針電流小，對電子束照射后易損傷的試樣，例如生物試樣、快離子導體等試樣損傷小。 但能譜也有缺點，如分辨率差，譜峰重疊嚴重，定量分析結果一般不如波譜等。4、電子探針對材料成分分析與EDXRF成分分析有何異同點？EPMA 和XRF都能夠?qū)Σ牧线M行元素分析，但是有所區(qū)別的是：EP

22、MA分析微區(qū)表面的成分，可以檢測樣品的點、線、面的不均勻性。而XRF分析材料的成分，XRF分析的樣品面積和深度要比EPMA大。質(zhì)譜分析1、質(zhì)譜分析的基本原理。試樣在高真空條件下氣化 一束氣態(tài)分子流受高能電子流轟擊一束陽離子流（每一個分子失去一個外層電子，成為帶一個正電荷的陽離子-分子離子，M+·）加速產(chǎn)生動能(1)1/2mv2 =zU（z：離子電荷，U：加速電壓）被加速的陽離子流進入磁場受到一個垂直于運動方向的作用力，使運動方向發(fā)生偏轉而作弧形運動，向心力等于離心力：(2)mv2/R = HzU由(1)、(2)得：m/z=H2R2/2U當收集狹縫R和U固定不變時，m/zH2H，各離子

23、依次按質(zhì)荷比值大小順序達到收集器，產(chǎn)生信號信號經(jīng)放大器放大記錄儀質(zhì)譜圖。2、質(zhì)譜儀的種類。分類（依應用） 有機質(zhì)譜儀-測定有機化合物的分子結構氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）基質(zhì)輔助激光解吸飛行時間質(zhì)譜儀（MALDI-TOFMS）傅立葉變換質(zhì)譜儀（FT-MS） 無機質(zhì)譜儀測定無機化合物火花源雙聚焦質(zhì)譜儀（SSMS）感應耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）輝光放電質(zhì)譜（GDMS）二次離子質(zhì)譜儀（SIMS） 同位素質(zhì)譜儀測同位素豐度 氣體分析質(zhì)譜儀-主要有呼氣質(zhì)譜儀，氦質(zhì)譜檢漏儀分類（根據(jù)質(zhì)量分析器） 雙聚焦質(zhì)譜儀 四極桿質(zhì)譜儀 飛行時間質(zhì)譜儀 離子阱質(zhì)譜儀 傅立

24、葉變換質(zhì)譜儀等3、質(zhì)譜儀的組成及組成部分的作用。離子源（將被分析的氣體或者蒸汽轉化為離子）、質(zhì)量分析器（將離子按質(zhì)荷比順序分開并排列成譜）、檢測器（檢測不同質(zhì)荷比離子的強度）和真空系統(tǒng)（保證質(zhì)譜儀的離子源和分析器達到真空條件）4、質(zhì)譜圖上出現(xiàn)的主要離子類型。分子離子、同位素離子、碎片離子、亞穩(wěn)離子、多電荷離子5、分子離子峰如何識別？1.在質(zhì)譜圖中，分子離子峰應是最高質(zhì)荷比的離子峰。（同位素離子及準分子離子峰除外）。2.分子離子峰質(zhì)量數(shù)的規(guī)律（氮規(guī)則） 由C，H，O組成的有機化合物，M一定是偶數(shù)。 由C，H，O，N組成的有機化合物，N奇數(shù)，M奇數(shù)。 由C，H，O，N組成的有機化合物，N偶數(shù)，M偶

25、數(shù)。3.分子離子峰與相鄰峰的質(zhì)量差必須合理4.降低電子轟擊源能量，觀察質(zhì)荷比最大的峰是否最后消失。6、質(zhì)譜儀中離子源的作用及常用的離子源種類。離子源的作用是將試樣分子轉化為正離子，并使正離子加速、聚焦為離子束，此離子束通過狹縫而進入質(zhì)量分析器。電子電離源、化學電離源、快原子轟擊源、電噴霧源、大氣壓化學電離源、激光解吸源7、質(zhì)譜儀中質(zhì)量分析器的主要類型；單聚焦質(zhì)量分析器、雙聚焦質(zhì)量分析器、四極桿分析器、飛行時間質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器、傅立葉變換離子回旋共振分析器8、無機質(zhì)譜的常見類型及主要用途；（1）火花源雙聚焦質(zhì)譜儀（SSMS）：進行無機高純固體材料直接和全面分析的主要分析技術。（2）感

26、應耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）：是一種新型的無機元素和同位素分析技術，可快速同時檢測周期表上幾乎所有元素。也可進行同位素分析、單元素和多元素分析；環(huán)境樣品分析；玻璃、陶瓷和礦冶等樣品分析；地質(zhì)學研究；生物食品及醫(yī)藥臨床研究；核材料分析；石油化工樣品分析； （3）輝光放電質(zhì)譜（GDMS）：進行無機高純固體材料直接和全面分析的主要分析技術。金屬及合金材料；半導體材料；無機非金屬材料；薄層分析、深度分布剖面分析等（4）二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）：二次離子質(zhì)譜可以分析包括氫在內(nèi)的全部元素，并能給出同位素的信息，分析化合物組分和分子結構。二次離子質(zhì)譜具有很高的靈敏度，可達到ppm甚至ppb的量級，

27、還可以進行微區(qū)成分成像和深度剖面分析 。附：材料研究方法復習題1. X射線的波長范圍大致為多少？X射線產(chǎn)生的基本原理及X射線管的基本結構（1）0.01-10nm（2）高速運動的自由電子被突然減速便產(chǎn)生X射線；（3）X射線管的基本結構：使用最廣泛的是封閉式熱陰極X射線管，包括一個熱陰極（繞成螺線形的鎢絲）和一個陽極（靶），窗口，管內(nèi)高真空（10-7Torr）2. X射線譜的基本類型及其特點X射線強度 I 隨波長的變化曲線稱為X射線譜，可分為連續(xù)X射線(由連續(xù)的各種波長組成，其波長與工作條件V、I有關)和特征X射線(又稱標識X射線，不隨工作條件而變，只取決于陽極靶的物質(zhì))。3. 描述X射線于物質(zhì)的

28、相互作用（俄歇效應和光電效應）課本圖3.8補充俄歇效應：當較外層的電子躍遷到空穴時，所釋放的能量隨即在原子內(nèi)部被吸收而逐出較外層的另一個次級光電子，此稱為俄歇效應，所逐出的次級光電子稱為俄歇電子。它的能量是特征的，與入射輻射的能量無關。4. X射線衍射的幾何條件（布拉格方程或定律）X射線通過物質(zhì)（晶體）后衍射線特征包括方向和強度，其中衍射線的方向與晶體的點陣參數(shù)（晶胞大小和形狀）、入射線的方位及X射線波長有關，具體表現(xiàn)為：勞厄方程式、布拉格定律和倒易空間衍射公式.5. X射線衍射分析的方法主要有哪些？各自的特點是什么？（注意和的變化）單晶：勞厄法（變，不變）；轉晶法（不變，部分變化）粉末：粉末

29、照相法（粉末法或粉晶法） (不變，變)；粉末衍射儀法（不變，變化）6. X射線衍射物相分析的基本原理（I/I0、2）X射線衍射線的位置決定于晶胞的形狀和大小，即決定于各晶面的晶面間距，而衍射線的強度決定于晶胞內(nèi)原子種類、數(shù)目及排列方式，每種結晶物質(zhì)具有獨特的衍射花樣，且試樣中不同物質(zhì)的衍射花樣同時出現(xiàn)互不干涉，某物相的衍射強度取決于它在試樣中的相對含量，當試樣的衍射圖譜中d值和I/I0與已知物質(zhì)的數(shù)值一致時，即可判定試樣中含有該已知物質(zhì)。7. 說明X射線衍射儀法定性分析物相組成的基本過程，注意事項及PDF卡片的檢索方法（1）X射線衍射定性分析是將試樣的衍射譜與標準衍射譜進行比較鑒別，確定某種物

30、相的存在以及確定該物相的結晶狀態(tài)。其過程為：獲得試樣的衍射圖譜求d值和I/I0值查索引核對卡片。（2）注意事項：1）d值的數(shù)據(jù)比相對強度的數(shù)據(jù)重要，d值一般要到小數(shù)點后第二位才允許有誤差；2）低角度區(qū)域的數(shù)據(jù)比高角度區(qū)域的數(shù)據(jù)重要；3）了解試樣的來源、化學成分和物理特性對作出正確結論十分有幫助；4）進行多樣混合試樣分析時要多次核對，若某些物質(zhì)含量少，只出現(xiàn)一兩條衍射線，以致無法鑒定；5）盡量與其它方法結合起來使用，如偏光顯微鏡、電子顯微鏡等；6）從目前所應用的粉末衍射儀看，絕大部分儀器均是由計算機進行自動物相檢索過程，需結合專業(yè)人員的豐富專業(yè)知識，判斷物相，給出正確的結論。（3）檢索方法：字母

31、索引：對已知物質(zhì)，按物質(zhì)英文名稱的字母順序排列；哈那瓦特法（Hanawalt method）：未知礦物，三強線或數(shù)值索引；芬克索引（Fink method）8. 何為X射線和熒光X射線？（1）X射線的產(chǎn)生見第一題（2）當較外層的電子躍入內(nèi)層空穴所釋放的能量不在原子內(nèi)被吸收，而是以輻射形式放出，便產(chǎn)生熒光X射線，其能量等于兩能級之間的能量差。9. X射線熒光光譜分析的基本原理和主要用途（1）熒光X射線的能量或波長是特征性的，與元素有一一對應的關系。測出熒光X射線的波長或能量,就可以知道元素的種類(定性分析基礎)。此外,熒光X射線的強度與相應元素的含量有一定的關系(定量分析基礎)。（2）定性分析：

32、根據(jù)熒光X射線的波長或能量可以確定元素的組成。定量分析：定量分析的依據(jù)是元素的熒光X射線強度Ii與試樣中該元素的含量Wi成正比。10. X射線分析的主要用途（物相分析、晶體結構分析）11. 電子和固體物質(zhì)相互作用可以產(chǎn)生哪些物理信號？各有何特點？（1）二次電子；對試樣狀態(tài)非常敏感，顯示表面微小的形貌結構非常有效，所成的電子像分辨率高，是掃描電鏡中的主要手段。（2）背散射電子：能量較高，但背散射電子像的分辨率較低。（3）透射電子：能量損失情況視試樣厚薄而定，較薄時大部分為彈性散射電子，成像比較清晰，電子衍射斑點比較明銳；試樣較厚時，成像清晰度降低。（4）吸收電子：入射電子經(jīng)多次非彈性散射后能量損

33、失殆盡，被試樣吸收，這種電子稱為吸收電子。（5）特征能量損失電子：入射電子激發(fā)等離子后就要損失能量，損失能量后的電子稱為特征能量損失電子。（6）特征X射線：當電子轟擊試樣原子核內(nèi)層電子時，原子處于激發(fā)狀態(tài)，高能級的電子躍遷到低能級，釋放特征X射線等。12. 電子顯微鏡的原理（放大及分辨率）和主要類型電子顯微分析是利用聚焦電子束與試樣物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的各種物理信號分析試樣的微區(qū)形貌、晶體結構和化學組成，主要有透射電鏡TEM、掃描電鏡SEM、電子探針EPMA等。13. TEM的原理和方法（1）TEM使用電子束作為照射源，透射電子為成像電子信號。（2）入射電子束（照明束）有兩種主要形式：平行束：透射

34、電鏡成像及衍射；會聚束：掃描透射電鏡成像、微分析及微衍射。14. TEM的樣品制備及主要類型經(jīng)懸浮分散的超細粉末顆粒(支持膜法)直接樣品；材料薄膜(晶體薄膜法和超薄切片法) 直接樣品；復型膜：將材料表面或斷口形貌復制下來間接樣品15. 圖像襯度的概念圖像襯度是圖像上不同區(qū)域間明暗程度的差別。由于圖像上不同區(qū)域間存在明暗程度的差別即襯度的存在，才使得我們能觀察到各種具體的圖像。包括厚度襯度、衍射襯度、相位差襯度16. TEM的主要圖像襯度（質(zhì)厚襯度和衍射襯度）17. TEM的特點及主要用途（1）TEM是一種高分辨率、高放大倍數(shù)的顯微鏡，是觀察和分析形貌組織結構的有效工具，利用附件也可以進行微區(qū)成

35、分分析。（2）分析固體顆粒的的形狀、大小及粒度分布等；研究由表面起伏現(xiàn)象表現(xiàn)的微觀結構；研究試樣中各部分對電子散射能力有差異的微觀結構；研究金屬薄膜及其它晶態(tài)物質(zhì)薄膜中各種對電子衍射敏感的結構。18. SEM的基本原理SEM是利用聚焦電子束在試樣表面逐點掃描成像，試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號可以是二次電子、背散射電子或吸收電子等，其中二次電子是最主要的成像信號。19. SEM的結構和特點（與TEM對比）（1）由電子光學系統(tǒng)（鏡筒）、偏轉系統(tǒng)（掃描系統(tǒng)）、信號探測放大系統(tǒng)、圖像顯示記錄系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等。作用：使電子束產(chǎn)生橫向偏轉，包括用于形成光柵狀掃描的掃描系統(tǒng)，以及使樣品上的電子束

36、間斷性消隱或截斷的偏轉系統(tǒng)。偏轉系統(tǒng)可以采用橫向靜電場，也可采用橫向磁場。（2）可直接觀察直徑10-30mm大塊試樣，制樣方法簡單；場深大（景深大），適用于粗糙表面和斷口形貌分析觀察，圖像富有立體感、真實感、易于識別和解釋；放大倍數(shù)變化范圍大，一般為15-20萬倍，最大可達30萬倍，對于多相、多組成的非均質(zhì)體材料，便于低倍下的普查和高倍觀察分析；具有相當?shù)姆直媛?，一般?-6nm，最高可達2nm，但對樣品苛求；可以通過電子學方法，有效地控制和改善圖像的質(zhì)量；可進行多種功能的分析：配X射線譜儀進行微區(qū)成分分析；配光學顯微鏡和單色儀進行陰極發(fā)光研究等；可使用加熱、冷卻和拉伸等對樣品進行動態(tài)試驗，觀

37、察樣品各種環(huán)境條件的相變和形態(tài)變化。20. SEM圖像襯度的產(chǎn)生原因、類型及主要特點（1）SEM像襯度的形成主要基于樣品微區(qū)如表面形貌、原子序數(shù)、晶體結構、表面電場和磁場等方面存在著差異。入射電子與之相互作用，產(chǎn)生各種特征信號，其強度就存在著差異，最后反映到顯像管熒光屏上的圖像就有一定的襯度。（2）表面形貌襯度；映試樣表面形貌特點，分辨率高，無明顯陰影效應，場深大，立體感強，適用于粗糙表面及斷口的形貌觀察。（主要為二次電子掃描圖像）原子序數(shù)襯度：原子序數(shù)大，亮度高。（主要為背散射電子、吸收電子圖像）21. SEM在材料研究的主要用途（1）形貌相研究：適用于微細礦物材料的形態(tài)、解理、晶面花紋、生

38、長紋、斷口及裂理紋等表面特征和礦物顆粒的空間關系等。（2）成分相的研究WDS或EDS附件：通過點掃描、線掃描和面掃描等方式分析具有色差、色帶材料的成分差異。22. 電子探針分析的基本原理電子探針儀是一種微區(qū)成分分析儀器，它利用被聚焦成小于1m的高速電子束轟擊樣品表面，由X射線波譜儀或能譜儀檢測從試樣表面有限深度和側向擴展的微區(qū)體積內(nèi)產(chǎn)生的特征X射線的波長和強度，得到1m3微區(qū)的定性或定量的化學成分。23. 電子探針的主要分析方法（1）電子探針的點分析：利用電子探針可以對試樣某一點（微區(qū)）進行定性或半定量成分分析，以確定該點存在的元素及其大致含量。（2）電子探針線分析：使聚焦電子束在試樣觀察區(qū)內(nèi)

39、沿一選定直線（穿越粒子或界面）進行慢掃描。（3）電子探針面分析：聚焦電子束在試樣上作二維光柵掃描，X射線譜儀處于能探測某一元素特征X射線狀態(tài)，用譜儀輸出的脈沖信號調(diào)制同步掃描的顯象管亮度，在熒光屏上得到由許多亮點組成的圖象，根據(jù)圖象上亮點的疏密和分布，可確定元素在試樣中的分布情況。24. 能譜分析和波譜分析的異同（1）同：檢測特征X射線的波長和強度是由X射線譜儀(波譜儀或能譜儀)來完成的。（2）異：1）波長分散譜儀入射電子束激發(fā)樣品產(chǎn)生的特征X射線是多波長的。波譜儀利用某些晶體對X射線的衍射作用來達到使不同波長分散的目的。X射線光子能量展譜的。2）探測效率：EDS遠遠大于WDS；3）分辨率：E

40、DS譜峰易重疊，譜峰寬，數(shù)據(jù)處理方法復雜；4）分析速度：EDS快，WDS慢；5）分析能力：WDS分析元素范圍廣，Be-U，探測極限小，EDS可分析Na-U，探測極限不如WDS。25. 電子探針對材料的成分分析與EDXRF成分分析有何異同？（1）異：EDXRF檢測的是由X射線激發(fā)產(chǎn)生的熒光X射線，EPMA檢測的是由電子束激發(fā)產(chǎn)生的特征X射線。（2）同：檢測激發(fā)的熒光X射線或特征X射線的強度和波長就可以定量分析成分和含量；同樣用到了WDS和EDS進行分析。26. 質(zhì)譜分析的基本原理質(zhì)譜分析法是通過對被測樣品離子質(zhì)荷比的測定來進行分析的一種分析方法。被分析的樣品首先要離子化，然后利用不同離子在電場或

41、磁場的運動行為的不同，把離子按質(zhì)荷比（m/z）分開而得到質(zhì)譜，通過樣品的質(zhì)譜和相關信息，可以得到樣品的定性定量結果。27. 質(zhì)譜儀的種類（1）按照應用分類：有機質(zhì)譜儀：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）、基質(zhì)輔助激光解吸飛行時間質(zhì)譜儀（MALDI-TOFMS）、傅立葉變換質(zhì)譜儀（FT-MS）；無機質(zhì)譜儀：火花源雙聚焦質(zhì)譜儀（SSMS）、感應耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）、輝光放電質(zhì)譜（GDMS）、二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）；同位素質(zhì)譜儀；氣體分析質(zhì)譜儀。（2）按照質(zhì)量分析器：雙聚焦質(zhì)譜儀、四極桿質(zhì)譜儀、飛行時間質(zhì)譜儀、離子阱質(zhì)譜儀、傅立葉變換質(zhì)譜儀28.

42、 質(zhì)譜儀的組成和組成部分的作用離子源（將被分析的氣體或者蒸汽轉化為離子）、質(zhì)量分析器（將離子按質(zhì)荷比順序分開并排列成譜）、檢測器（檢測不同質(zhì)荷比離子的強度）和真空系統(tǒng)（保證質(zhì)譜儀的離子源和分析器達到真空條件）29. 質(zhì)譜圖上出現(xiàn)的主要離子類型分子離子、同位素離子、碎片離子、亞穩(wěn)離子、多電荷離子30. 有機質(zhì)譜的主要用途分子經(jīng)電子束轟擊，形成分子離子及一系列分子碎片，得到質(zhì)量順序譜（MS）；MS可用以確定有機分子的相對分子質(zhì)量和分子式，推測有機化合物結構式。31. 質(zhì)譜儀中離子源的作用及常用的離子源的種類（1）離子源（將被分析的氣體或者蒸汽轉化為離子）（2）電子電離源、化學電離源、快原子轟擊源、電噴霧源、