整理熱分析習題110

1、熱分析習題、填空（10分，共10題，每題1分）。1、差熱分析是在程序控溫條件下，測量樣品增期與堪期間的溫度差與溫度的關系的方法。（參比）2、同步熱分析技術可以通過一次測試分別同時提供-TG或-TG兩組信號。（DTA-TG,DSD-TG）3、差示掃描量熱分析是在程序控溫條件下，測量輸入到物質與參比物的功率差與溫度的關系的方法，其縱坐標單位為。（mw或mw/mg）4、硅酸鹽類樣品在進行熱分析時，不能選用材質的樣品增竭。（剛玉）5、差示掃描量熱分析根據所用測量方法的不同，可以分類為熱流型DSC與型DSC。（功率補償）6、與差熱分析（DTA）的不同，差示掃描量熱分析（DSC）既可以用于定性分析，又可以

2、用于分析。（定量）7、差熱分析（DTA）需要校正，但不需要靈敏度校正。（溫度）8、TG熱失重曲線的標注常常需要參照DTG曲線，DTG曲線上一個谷代表一個一失重階段，而拐點溫度顯示的是最快的溫度。（失重）9、物質的膨脹系數可以分為線膨脹系數與膨脹系數。（體）標。（熱穩(wěn)定性）二、名詞解釋1 .熱重分析2 .差熱分析關系的方法。3 .差示掃描量熱分析溫度的關系的方法。4 .熱膨脹分析系的方法。三、簡答題10、熱膨脹系數是材料的主要物理性質之一，它是衡量材料的好壞的一個重要指答案：在程序控溫條件下，測量物質的質量與溫度的關系的方法。答案：在程序控溫條件下，測量物質與參比物的溫度差與溫度的答案：在程序控

3、溫條件下，測量輸入到物質與參比物的功率差與答案：在程序控溫條件下，測定試樣尺寸變化與溫度或時間的關1 .DSC與DTA測定原理的不同答案：DSC是在控制溫度變化情況下，以溫度（或時間）為橫坐標，以樣品與參比物間溫差為零所需供給的熱量為縱坐標所得的掃描曲線。DTA是測量T-T的關系，而DSC是保持T=0,測定H-T的關系。兩者最大的差別是DTA只能定性或半定量，而DSC的結果可用于定量分析。DTA在試樣發(fā)生熱效應時，試樣的實際溫度已不是程序升溫時所控制的溫度（如在升溫時試樣由于放熱而一度加速升溫）。而DSC由于試樣的熱量變化隨時可得到補償，試樣與參比物的溫度始終相等，避免了參比物與試樣之間的熱傳

4、遞，故儀器的反應靈敏，分辨率高，重現(xiàn)性好。2 .DTA存在的兩個缺點答案：1）試樣在產生熱效應時，升溫速率是非線性的，從而使校正系數K值變化，難以進行定量；2）試樣產生熱效應時，由于與參比物、環(huán)境的溫度有較大差異，三者之間會發(fā)生熱交換，降低了對熱效應測量的靈敏度和精確度。使得差熱技術難以進行定量分析，只能進行定性或半定量的分析工作。3、功率補償型DSC4器的主要特點答案：1.試樣和參比物分別具有獨立的加熱器和傳感器。整個儀器由兩套控制電路進行監(jiān)控。一套控制溫度，使試樣和參比物以預定的速率升溫，另一套用來補償二者之間的溫度差。2.無論試樣產生任何熱效應，試樣和參比物都處于動態(tài)零位平衡狀態(tài)，即二者

5、之間的溫度差T等于0。這是DSC和DTA技術最本質的區(qū)別。4.DTG曲線體現(xiàn)的物理意義及其相對于TG曲線的優(yōu)點答案：DTG曲線表示的是物質在加熱過程中質量隨時間的變化率（失重速率）與溫度（或時間）的關系。其其相對于TG曲線的優(yōu)點有：1.能準確反映出起始反應溫度Ti,最大反應速率溫度Te和Tf。更能清楚地區(qū)分相繼發(fā)生的熱重變化反應，DTG比TG分辨率更高。DTG曲線峰的面積精確對應著變化了的樣品重量，較TG能更精確地進行定量分析。能方便地為反應動力學計算提供反應速率（dw/dt）數據。DTG與DTA具有可比性，通過比較，能判斷出是重量變化引起的峰還是熱量變化引起的峰。TG對此無能為力。四、分析計

6、算題1 .圖1分別為YG6及YG6X硬質合金樣品在空氣氣氛下，升溫速率為5K/min時由NetzschDIL409pc熱膨脹儀測出的熱膨脹（DIL）曲線及其一階微分曲線，試比較其28-699C間的工程膨脹系數，并通過其一階微分曲線對其原因做出解釋。dL/Lo*10-3dL/dt*10-3/（1/min）圖1YG6及YG6X硬質合金樣品在空氣氣氛下，升溫速率為5K/min時的熱膨脹曲線及其一階微分曲線答案：在28-699C的溫度范圍內，YG6樣品的工程膨脹系數為5.487x10-6(1/K),而YG6X樣品的工程膨脹系數為6.519x10-6(1/K),顯然具有細晶晶粒的YG6X樣品的線膨脹系數

7、要高于粗晶粒的YG6樣品的。從它們的一階微分曲線可以看出，YG6X樣品在770c發(fā)生突變。這是由于合金中Co相粘結劑在600-700C間易于汽化，而相對于YG6樣品，YG6X中的WC晶粒尺寸更小，從而在WC晶粒的Co相粘結劑也更多，當Co相粘結劑在600-700C間汽化后，YG6X中WC晶粒間留下的總空隙較多，而當加熱溫度加熱到770c弓|起YG6X樣品產生較大的收縮變形，從而其線膨脹系數高于YG6樣品。2 .圖2分別為Co基合金樣品在空氣氣氛下，升溫速率為5K/min時由NetzschDIL409pc熱膨脹儀測量的先從30升溫到1000C,而后又冷卻到300c后的熱膨脹(DIL)曲線及其一階

8、微分曲線，試比較升溫及降溫中其介于295-969C間的工程膨脹系數，并通過分析其一階微分曲線后對其可能的變化過程進行推斷。dL/Lo*10-2001412-150677c101008-506-4-02-50100200300700800900T.a/(1/K)16.6268E-06T.a/(1/K)18.2122E-06溫度./C295.0,969.0:溫度./C297.0,969.0:2.12010.04.20-10k-980(Co-base,stc).dl3dLdL/dt2.32010.04.20-10k-980(Co-base,stc).dl3dLdL/dtdL/dt*10-6/(1/m

9、in)400500600溫度/C圖2Co基合金樣品在空氣氣氛下，升溫速率為5K/min時先升溫到1000C后又冷卻到300c時的熱膨脹（DIL）曲線及其一階微分曲線答案：在295-969C的溫度范圍內，Co基合金樣品升溫時的工程膨脹系數為16.6268x10-6（1/K）,而降溫時的為18.212x10-6（1/K）。通過對比其其一階微分曲線后可以發(fā)現(xiàn)樣品在升溫過程中，在677c時長度發(fā)生突變而降溫過程則沒有，因此可以推斷出合金樣品在600-700C時產生了新相，由從而引起長度變化速率的改變。2 .圖3分別為玻璃原料及粘結劑在氧氣氣氛下，升溫速率為10K/min時的DSC-TG同步熱分析曲線，

10、試分析其整個反應過程（包括每個階段的反應類型，反應的起始及結束溫度范圍，失重量，反應峰值溫度等等）。MassChanfleJ%93110.9EC933000%San咪：das?+寓npleE的姐的啤Cmcte:PHidIQMnii斷癡ihertOiygeflSenw:TGD5C犧S21郵戈鼠3tTern明fdlu用C1344H-0403 .圖3玻璃原料及粘結劑在氧氣氣氛下，升溫速率為10K/min時的DSC-TG曲線（a）;TG-DTG曲線（b）答案：從圖3a、b可以看出，整個反應過程分別為玻璃原料的脫水、粘結劑的燒蝕、以及進一步氧化等三個階段；其中脫水階段位于30-200C,1009c時失重

11、最快，失重量為3.008%,需要吸熱38.7J/g;粘結劑的燒蝕位于200-520C,256.3C及353c時失重最快，失重量分別為2.14%、3.344%,分別為粘結劑分解為CO、CO2、SO、SO2等氣體釋放導致的失重，反應中放熱322.97J/g；進一步氧化過程位于52-700C,564.3C時失重最快，失重量為0.317%,需要吸熱3.3J/g。4.高嶺石是在天然粘土中的一種含鋁的硅酸鹽。用STA409PC可以研究它們的分解行為和相轉變。圖4分別為高嶺石在氧氣氣氛下，升溫速率為10K/min時的DSC-TG同步熱分析IHeaEFlow/mW/mg06門i0.60-Sanipteiria

12、&s：Crucible.Heatingfate;SsriEiDr:MDntrriDrilIonite60.CBrr>g戶t+Ud10K/iminiAirTG-DSCtypeSMassCharifje/%曲線，試分析其整個反應過程（包括每個階段的反應類型，反應的起始及結束溫度范圍，失重量，反應峰值溫度等等）。圖4高嶺石在氧氣氣氛下，升溫速率為10K/min時的DehydrationDSC-TG曲線答案：從圖4可以看出，整個反應過程分別為高嶺石的脫水、雜質的燒蝕、脫羥基以及相變等四個階段；其中脫水階段位于30-320C,失重量為7.19%,需要吸熱157.4J/g,127.3C為吸熱

13、峰值溫度；雜質的燒蝕階段位于320-580C,失重量為0.52%,產生放熱51.02J/g,484.2C為放熱峰值溫度；脫羥基階段位于580-850C,失重量為3.67%,需要吸熱229.55J/g,756.8C為吸熱峰值溫度；相變階段位于850-1200C,DTA曲線位于923.1C時有一個較大的吸熱峰，而TG曲線顯示無失重過程，因此為相變過程，需要吸熱51.02J/g。紅外復習提綱1.了解紅外光譜的定義概念、表示方法和作用。紅外光譜的定義:紅外光譜又稱分子振動轉動光譜，屬分子吸收光譜。樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收其中一些頻率的輻射，分子振動或轉動引起偶極矩的凈變化，使分子基

14、團從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，相應于這些區(qū)域的透射光強減弱，記錄百分透過率T%寸波長（或波數）的曲線，即紅外光譜。主要用于化合物鑒定及分子結構表征，亦可用于定量分析。紅外光譜的表示方法：紅外光譜以T-，或T-%來表示，下圖為苯酚的紅外光譜?？v坐標為吸收系數，或透過率。橫坐標為波長入（m）或波數1/入,單位：cm-1譜圖特征：峰數，峰位，峰強，峰形。-E且從坐QKI。分別為輻射的透射回豳入射強度口畫陵奧函譜呈正峰）:A=Igdo/I)I日03紅外光譜法廣泛用于物質的定性鑒定和結構分析O1.已知物的鑒定方法將試樣的譜圖與標準的譜圖（或文獻譜圖）進行對照：若兩張譜圖各吸收峰的位置和形狀完全相同，峰的相對強度

15、一樣，就可以認為樣品是該種標準物；如果兩張譜圖不一樣，或峰位不一致，則說明兩者不為同一化合物，或樣品有雜質。如用計算機譜圖檢索,則采用相似度來判別。使用文獻上的譜圖應當注意試樣的物態(tài)、結晶狀態(tài)、溶劑、測定條件以及所用儀器類型均應與標準譜圖相同2.未知物結構的測定測定未知物的結構，是紅外光譜法定性分析的一個重要用途。如果未知物不是新化合物，可以利用標準譜圖進行查對，方法是：首先進行光譜解析，判斷試樣的可能類型，然后查找標準譜圖對照核實。在對光譜圖進行解析之前，應收集樣品的有關資料和數據。了解試樣的來源、以估計其可能是哪類化合物。有時還需要其它方法綜合分析才能得到準確結果。2.紅外光譜法與X射線衍

16、射分析法比較，在應用上有何不同？3.紅外光的分區(qū)，產生紅外吸收的條件?波譜區(qū)近紅外光中紅外光遠紅外光波長/Mm0.752.52.5-50501000波數/cm-11333340004000200200-10躍遷類型分子振動分子轉動近紅外光譜區(qū)：低能電子能級躍遷含氫原子團：-OH、-NH、-CH伸縮振動的倍頻吸收峰稀土及過渡金屬離子配位化學的研究對象適用于水、醇、高分子化合物、含氫原子團化合物的定量分析紅外吸收光譜法：分子的振動、轉動基頻吸收光譜區(qū)應用最為廣泛的紅外光譜區(qū)遠紅外光譜區(qū)：氣體分子的轉動能級躍遷液體與固體中重原子的伸縮振動晶體的晶格振動某些變角振動、骨架振動-異構體的研究金屬有機化合

17、物、氫鍵、吸附現(xiàn)象研究該光區(qū)能量弱，較少用于分析遠紅外光區(qū)該區(qū)的吸收帶主要是由氣體分子中的純轉動躍遷、振動-轉動躍遷，液體和固體中重原子的伸縮振動、某些變角振動、骨架振動以及晶體中的晶格振動所引起的。由于低頻骨架振動能很靈敏地反映出結構變化，所以對異構體的研究特別方便。此外，還能用于金屬有機化合物（包括絡合物）、氫鍵、吸附現(xiàn)象的研究。但由于該光區(qū)能量弱，除非其它波長區(qū)間內沒有合適的分析譜帶，一般不在此范圍內進行分析。產生紅外吸收的條件條件一：紅外輻射光子的能量應與分子振動能級躍遷所需能量相等。條件二：輻射與物質之間必須有相互作用（偶極距有變化）。4 .偶極矩的概念，為什么單原子分子和結構對稱的

18、雙原子分子（如Q）無紅外活性？正、負電荷中心間的距離r和電荷中心所帶電量q的乘積，叫做偶極矩p=rxq。它是一個矢量，方向規(guī)定為從正電荷中心指向負電荷中心。沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性5 .解釋什么叫紅外非活性振動？有對稱結構分子中，有些振動過程中分子的偶極矩變化等于零，不顯示紅外吸收，稱為紅外非活性振動。6 .多原子分子的振動類型有哪些？兩類基本振動形式：伸縮振動v原子沿鍵軸方向伸縮，鍵長變化，但鍵角不變的振動。變形振動鍵角發(fā)生周期性變化，但鍵長不變的振動，又稱彎曲振動或變角振動。對稱伸縮振動不對稱伸縮振動分子振動方式健長變，鍵角不變廠面內彎曲振動B式振動平面搖擺振動r1彎曲振動

19、晨面外彎曲振動Y扭線振動t面外搖擺振動卻鍵長不變，鍵角變7 .分子的運動自由度、分子的振動自由度及理論紅外吸收峰數的關系，以HOFDCO分子為例進行說明。設分子的原子數為n,則總自由度3n=平動自由度+轉動自由度+振動自由度非線型分子：n個原子應該有3n個自由度，但有3個平動和3個繞軸轉動，理論振動數=3n-6個；如：噸皿子，其振動數為3X36=3個線型分子：n原子應該有3n個自由度，但有3個平動和2個繞軸轉動，理論振動數=3n-5個。如：CO子，理論振動數為3X35=48 .基頻峰、倍頻峰、泛頻峰及特征峰的概念基頻峰：分子吸收光子后從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)時產生的振動吸收峰（WTV1）。倍頻峰

20、：指VTV2的振動吸收帶，出現(xiàn)在強的基頻峰的大約2倍處（實際比兩倍低）。一般為弱吸收峰。合頻峰：分子吸收光子后，同時發(fā)生頻率為V1和5的躍遷，此時產生的躍遷為V1+S的譜峰。差頻峰：當吸收峰與發(fā)射峰相重疊時產生的峰V-Vo能代表基團存在、并有較高強度的吸收譜帶稱為基團特征吸收峰，9 .通過紅外光譜圖中吸收峰的哪些特征可以了解物質結構、成分及含量方面的信息？譜帶（吸收峰）強度（紅外光譜的縱坐標）:苒分子的對稱性越低，基頻振動過程中偶極矩的變化越大，其對應的峰強度也越大。苒分子或基團的濃度影響吸收峰強度，濃度越高，吸收強度就越大。苒反對稱伸縮振動的強度大于對稱伸縮振動的強度，伸縮振動的強度大于變形

21、振動的強度。特征吸收峰和基團頻率通過對大量標準樣品的紅外光譜的研究，處于不同物質分子中的同一種官能團的振動頻率變化不大，即具有明顯的特征性。這是因為連接原子的主要為價鍵力，處于不同分子中的價鍵力受外界因素的影響有限，即各基團有其自已特征的吸收譜帶。10 .紅外光譜儀有哪兩大類型？哪種類型儀器性能更好，主要表現(xiàn)在哪些方面？色散型分光光度計;棱鏡和光柵兩大類型.L傅立葉變換紅外光譜儀：干涉分光色散型的紅外光譜儀不足之處：1)需采用狹縫，光能量受到限制；2)掃描速度慢，不適于動態(tài)分析及和其它儀器聯(lián)用；3)不適于過強或過弱的吸收信號的分析。狹縫越窄，分辨率越高，但光源到達檢測器的能量減少，這對紅外光譜

22、分析影響很大。為減少長波部分能量損失，通常采取程序控制增減狹縫寬度的辦法，即隨輻射能量降低，狹縫寬度自動增加，保持到達檢測器的輻射能量的恒定。傅立葉變換紅外光譜儀不需要分光，故沒有單色器。(1)具有很高的分辨率(2)波數精度高(3)掃描速度快(4)光譜范圍寬(5)能量輸出大11 .用粉末壓片法制樣時，哪些因素會對紅外譜圖的質量有影響？制樣對紅外譜圖質量的影響：顆粒大?。簶悠穼t外光的散射作用是隨顆粒增大而增強。當顆粒大干紅外輻射波長時，散射作用很強，會導至光譜圖變形，即吸收帶減少(合并)及強度減弱。因此，必須使礦物顆粒小于紅外輻射的最短波長（2N）。分散介質：KBr的化學活性較大，當它與化學性

23、質不穩(wěn)定的礦物樣品一起研磨時，可與樣品發(fā)生反應，使所測光譜變?yōu)榉磻a物的光譜。這種現(xiàn)象在某些硫酸鹽及氯化物礦物的KBr壓片中表現(xiàn)比較明顯。大氣水：KBr極易吸水，在樣品光譜中常出現(xiàn)3400cm1及1600cm1左右的水吸收帶,解釋譜圖時要注意，不要誤認為是樣品含的結晶水。樣品數量：樣品數量過多或過少，會使強帶頭鈍或弱帶無法分辨（圖3-7）。因此,在常規(guī)鑒定時，應兼顧各帶，使其均能較好分辨。12 .解釋為何化學組成同為CaCO的方解石和文石礦物，它們的紅外光譜不同？CO內部為共價鍵，故碳酸鹽礦物內振動頻率與自由離子振動頻率比較接近,大約在1530650cm1范圍。伸縮振動模式（如U3、u1）分別

24、在15301320cm1與11501050cm1;彎曲振動模式（u2、u4）分別在890800cm-1及760650cm1;1400cm-l±的u3頻率是碳酸鹽礦物的特征頻率。CO內振動頻率受外部金屬陽離子（M）性質的影響，U4表現(xiàn)尤為明顯。1CO相對于陽離子的平移和轉動廣生晶格振動，它們的頻率較低，在50030cm范圍。陽離子質量（或半徑）影響晶格振動頻率，質量或半徑增加，頻率降低，呈線性關系。碳酸鹽礦物的紅外光譜由碳酸根離子振動模式及晶格振動模式構成，有的礦物還包括其它基團（OH、Hb0等）的振動模式。CO的內振動模式決定了碳酸鹽礦物紅外光譜的基本輪廓。但具體碳酸鹽礦物的紅外光譜

25、特征（吸收峰數目和頻率）還與晶體結構和外部金屬陽離子（M）的性質有很大關系。（常用區(qū)）分區(qū)及波長范圍躍遷類型1.4000400cm劃根據化學鍵的性質，結合波數與力常數、折合質量之間的關系，可將紅外分為四個區(qū):名稱氫鍵區(qū)三鍵區(qū)雙鍵區(qū)單鍵區(qū)（指紋區(qū)）波數范圍cm4000-25002500-20002000-15001500-400產生吸收C-HC=NC=0C-C的基團N-HC=CC=CC-O-CO-HC=C=CC-N1.X射線的產生及其分類X射線的特征是波長非常短，頻率很高，其波長約為（200.06）X10-8厘米之間。因此X射線必定是由于原子在能量相差懸殊的兩個能級之間的躍遷而產生的。所以X射線

26、光譜是原子中最靠內層的電子躍遷時發(fā)出來的，而光學光譜則是外層的電子躍遷時發(fā)射出來的。X射線在電場磁場中不偏轉。這說明X射線是不帶電的粒子流，因此能產生干涉、衍射現(xiàn)象分類放出的X射線分為兩類：（1）如果被靶阻擋的電子的能量，不越過一定限度時，只發(fā)射連續(xù)光譜的輻射。這種輻射叫做物致輻射，連續(xù)光譜的性質和靶材料無關。（2） 一種不連續(xù)的，它只有幾條特殊的線狀光譜，這種發(fā)射線狀光譜的輻射叫做特征輻射，特征光譜和靶材料有關。2. X射線粉晶衍射中靶材的選取樣品制備多晶X射線衍射法也稱之為粉晶X射線衍射法，意指對研磨成粉末的多晶樣品進行X射線衍射分析。普通制樣要求樣品研磨成200目以下的粉末狀（用手觸摸無

27、顆粒感），約需樣品0.20.3g,用玻璃板把樣品壓實、壓平于樣品板的凹槽中即可，如圖4-1a所示；如果樣品為硬質塊狀樣品（多晶集合體）,則需把樣品制作成10mm見方以內的尺寸，厚度不超過5mm,用橡皮泥固定于空心樣品坐上（圖4-1b）,樣品需有一個平面，該平面與樣品板平面保持一致；如果樣品量很少，不足以按前兩種方法制樣，則可用毛玻璃樣品板制樣，這時僅需樣品5-10mg,用玻璃板壓在毛玻璃面上即可3. 布拉格公式布拉格公式為:2dsin。=n,入其中d為晶面間距，。為衍射半角（即發(fā)生衍射峰對應的。角度），因為一般將2。成為衍射角。n成為衍射級數,即某一晶面的一級衍射，或二級衍射，入為所用靶的波長

28、4. PDF卡片5. X射線粉晶衍射譜圖6. X射線粉晶衍射的應用物相分析（物相鑒定與定量相分析）晶體學分析（晶粒大小、指標化、點陣參數測定、解析結構等）薄膜分析（薄膜的厚度、密度、表面與界面粗糙度以及測定單晶外延膜結構特征）織構分析、殘余應力分析電子衍射及透射電鏡、掃描電鏡和電子探針分析復習提綱透射電鏡分析部分：4 .TEM（透射電鏡）的主要結構，按從上到下列出主要部件1）電子光學系統(tǒng)一一照明系統(tǒng)、圖像系統(tǒng)、圖像觀察和記錄系統(tǒng)；2）真空系統(tǒng)；3）電源和控制系統(tǒng)。電子槍、第一聚光鏡、第二聚光鏡、聚光鏡光闌、樣品臺、物鏡光闌、物鏡、選區(qū)光闌、中間鏡、投影鏡、雙目光學顯微鏡、觀察窗口、熒光屏、照相

29、室。5 .TEM和光學顯微鏡有何不同？光學顯微鏡用光束照明，簡單直觀，分辨本領低（0.2微米），只能觀察表面形貌，不能做微區(qū)成分分析；TEM分辨本領高（1A）可把形貌觀察，結構分析和成分分析結合起來，可以觀察表面和內部結構，但儀器貴，不直觀，分析困難，操作復雜，樣品制備復雜。6 .幾何像差和色差產生原因，消除辦法。球差即球面像差，是由于電磁透鏡的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域對電子的折射能力不符合預定的規(guī)律而造成的。減小球差可以通過減小CS值和縮小孔徑角來實現(xiàn)。色差是由于入射電子波長（或能量）的非單一性造成的。采取穩(wěn)定加速電壓的方法可以有效的減小色差；適當調配透鏡極性；卡斯汀速度過濾器。7 .TEM分析有

30、那些制樣方法？適合分析哪類樣品？各有什么特點和用途？制樣方法：化學減薄、電解雙噴、竭力、超薄切片、粉碎研磨、聚焦離子束、機械減薄、離子減?。籘EM樣品類型：塊狀，用于普通微結構研究；平面，用于薄膜和表面附近微結構研究；橫截面樣面，均勻薄膜和界面的微結構研究；小塊粉末，粉末，纖維，納米量級的材料。二級復型法：研究金屬材料的微觀形態(tài)；一級萃取復型：指制成的試樣中包含著一部分金屬或第二相實體，對它們可以直接作形態(tài)檢驗和晶體結構分析，其余部分則仍按浮雕方法間接地觀察形態(tài)；金屬薄膜試樣：電子束透明的金屬薄膜，直接進行形態(tài)觀察和晶體結構分析；粉末試樣：分散粉末法，膠粉混合法思考題：1 .一電子管，由燈絲發(fā)

31、出電子，一負偏壓加在柵極收集電子，之后由陽極加速，回答由燈絲到柵極、由柵極到陽極電子的折向及受力方向？2 .為什么高分辨電鏡要使用比普通電鏡更短的短磁透鏡作物鏡？高分辨電鏡要比普通電鏡的放大倍數高。為了提高放大倍數，需要短焦距的強磁透鏡。透鏡的光焦度1/f與磁場強度成H2正比。較短的f可以提高NA,使極限分辨率更小。3 .為什么選區(qū)光欄放在象平面”上？電子束之照射到待研究的視場內；防止光闌受到污染；將選區(qū)光闌位于向平面的附近，通過一次放大向的范圍來限制試樣成像或產生電子衍射的范圍。5 .電鏡中的像差是如何形成的？分別談如何消除各種像差。6 .什么是景深和焦深？景深：固定像點，物面軸向移動仍能保

32、持清晰的范圍；焦深：固定物點，像面軸向移動仍能保持清晰的范圍。7 .電子顯微鏡象散產生的原因是什么？掃描電鏡及電子探針分析復習題1 .電子束入射固體樣品表明會激發(fā)哪些信號？它們有哪些特點和用途？二次電子：二次電子能量較低，在電場作用下可呈曲線運動翻越障礙進入檢測器，因而能使樣品表面凹凸的各個部分都能清晰成像。二次電子強度與試樣表面的幾何形狀、物理和化學性質有關。1）對樣品表面形貌敏感2）空間分辨率高3）信號收集效率高，是掃描電鏡成像的主要手段。背散射電子（BE）:通常背散射電子的能量較高，基本上不受電場的作用而呈直線進入檢測器。背散射電子的強度與試樣表面形貌和組成元素有關。對樣品物質的原子序數

33、敏感分辨率和信號收集效率較低。吸收電子（AE）:吸收電子與入射電子強度之比和試樣的原子序數、入射電子的入射角、試樣的表面結構有關。利用測量吸收電子產生的電流，既可以成像，又可以獲得不同元素的定性分布情況，它被廣泛用于掃描電鏡和電子探針中。1）隨著原子序數的增大，背散射電子增多，吸收電子較少；2）吸收電流圖像的襯度正好與背散射電子圖像相反。特征X射線：以輻射形式放出，產生特征X射線。各元素都有自己的特征X射線，可以用來進行微區(qū)成分分析和晶體結構研究。俄歇電子（AUE）:每一種元素都有自己的特征俄歇能譜。1）適合分析輕元素及超輕元素2）適合表面薄層分析（1nm）（如滲氮問題）透射電子（TE）：如果

34、試樣只有1020nm的厚度，則透射電子主要由彈性散射電子組成，成像清晰。如果試樣較厚，則透射電子有相當部分是非彈性散射電子，能量低于E0,且是變量，經過磁透鏡后，由于色差，影響了成像清晰度。1）質厚襯度效應2）衍射效應3）衍襯效應感應電導：在電子束作用下，由于試樣中電子電離和電荷積累，試樣的局部電導率發(fā)生變化。（電子感生電導）用于研究半導體。熒光：（陰極發(fā)光）各種元素具有各自特征顏色的熒光，因此可做光譜分析。大多數陰極材料對雜質十分敏感，因此可以用來檢測雜質。各種物理信號產生的深度和廣度：俄歇電子1nm;二次電子10nm;背散射電子10nm;X射線1um2 .電子束透過試樣時，電子透射強度受哪

35、些因素影響？加速電壓、樣品厚度、入射方向、晶體結構、樣品物質成分。3 .簡述二級復型、一級萃取復型。二級復型：a按一般金相法，拋光原始試樣，選擇合適的浸蝕劑腐蝕試樣表面，以顯示內部組織；或者選用新鮮斷口作為試樣。b在被復制試樣表面滴一滴丙酮，再覆蓋一張比試樣稍大的AC紙，用軟棉球或軟橡皮按壓，以形成不夾氣泡的均勻負復型。c把上述帶有負復型的試樣放在紅外燈下烘干，然后用鐐子將留有試樣表面信息的AC紙揭下。d使負復型與試樣接觸的面朝上，用透明膠紙平整地固定在載玻片上。把載玻片放入真空噴鍍儀中進行噴碳e為提高襯度使用真空噴鍍儀中另一對電極，進行投影，投影材料為銘或金，投影角為30度。f將噴好的復型膜

36、剪成2.5mmX2.5mm的小塊，置于丙酮中，使AC紙充分溶解。并用干凈丙酮反復清洗碳膜2-3次，最后用3mm的銅網直接撈取碳膜，用濾紙將丙酮吸干后，供電子顯微鏡直接觀察。一級萃取復型：a金相試樣制備同二級復型，但浸蝕表面的深度視第二相質點的尺寸決定，最佳浸蝕深度為略大于第二相質點的一半，以便易于萃取在復型上；對斷口試樣一般不浸蝕。b在試樣表面上真空噴鍍一層碳。c將帶有碳膜的試樣用小刀輕輕劃成2.5mm見方的小塊。用電解法或化學法使碳膜分離。d不同的試樣選擇不同的電解液（或腐蝕液），它只浸蝕基體而不浸蝕要萃取的第二相。e待碳膜從試樣表面全部分離并漂浮于液面時，用銅網撈起。f在一定濃度的硝酸酒精

37、或鹽酸酒精中清洗碳膜，再于酒精或丙酮中反復清洗，最后用3mm的銅網撈取碳膜，用濾紙將其吸干后，供電子顯微鏡觀察。4 .掃描電鏡的分辨率受哪些因素影響？用不同的信號成像時，其分辨率有何不同？所謂掃描電鏡的分辨率是指用何種信號成像時的分辨率？在其他條件相同的情況下（如信噪比、磁場條件及機械振動等）電子束的束斑大小、檢測信號的類型以及檢測部位的原子序數是影響掃描電子顯微鏡分辨率的三大因素。成像分辨率（nm）：二次電子5-10,背散射電子50-200,吸收電子100-1000特征X射線100-1000,俄歇電子5-10所謂掃描電鏡的分辨率是指二次電子像的分辨率。2 .掃描電鏡的成像原理與透射電鏡有何不

38、同？它不用電磁透鏡放大成像，而是用類似電視顯影顯像的方式，利用細聚焦電子束在樣品表面掃面試激發(fā)出來的各種物理信號來調制成像的。3 .二次電子和背散射電子像在顯示表面形貌襯度時有何相同與不同之處？相同：都可以利用收集到的信號進行形貌分析不同：二次電子像主要反映試樣表面的形貌特征。像的襯度是形貌襯度，主要決定于試樣表面相對于入射電子束的傾角。試樣表面光滑平整（無形貌特征），傾斜放置時的二次電子發(fā)射電流比水平放置時大，一般選在45度左右。用二次電子信號作形貌分析時，可以在檢測器收集柵上加一正電壓（一般為250-500V）,來吸引能量較低的二次電子，使它們以弧形路線進入檢測器，這樣在樣品表面某些背向檢

39、測器或凹坑等部位上逸出的二次電子也能對成像有所貢獻，圖像層次增加，細節(jié)清楚。用背散射電子信號進行形貌分析時，其分辨率要比二次電子低，因為背散射電子是在一個較大的作用體積內被入射電子激發(fā)出來的，成像單元變大是分辨率降低的原因。背散射電子的能量很高，它們以直線軌跡逸出樣品表面，對于背向檢測器的樣品表面，因檢測器無法收集到背散射電子而變成一片陰影，因此在圖像上顯示出很強的襯度，以至失去細節(jié)的層次，不利于分析。4 .電子探針儀與掃描電鏡有何異同？電子探針儀如何與掃描電鏡和透射電鏡配合進行組織結構和微區(qū)化學成分的同位分析？電子探針的鏡筒及樣品室和掃描電鏡沒有本質上的差別，但在檢測器部分使用的額是X射線譜

40、儀，專門用來測定特征波長（WDS）或特征能量（EDS）,以此來對委屈化學成分進行分析。電子探針一般作為附件安裝在掃描電鏡或透射電鏡上，滿足微區(qū)組織形貌、晶體結構級化學成分三位一體分析的需要。5 .舉例說明電子探針的三種工作方式（點、線、面）在顯微成分分析中的應用。點分析：將電子束固定在所要分析的某一點上，用手動或馬達帶動來改變晶體和計數器的相對位置，就可以接收到此點內的不同元素的X射線。線分析：將譜儀（波譜儀或能譜儀）固定在所要測量的某一元素特征X射線信號（波長或能量）的位置上，使電子束沿指定的路徑作直線掃描，便可得到該元素在此直線上的濃度分布曲線。改變譜儀的位置，便可得到另一元素的濃度分布曲

41、線。面分析：電子束在樣品表面作光柵掃描時，把譜儀（波譜儀或能譜儀）設定在接收某一元素特征X射線信號的位置上，此時在熒光屏上便可得到該元素的面分布圖像。圖像中的亮區(qū)表示這種元素的含量較高。若把譜儀設定為在另一元素，則可獲得另一種元素得濃度分布圖像。思考題1 .簡述能譜儀、波譜儀在分析工作中的優(yōu)缺點能譜儀與波譜儀比較優(yōu)點：探測效率高。能譜儀的靈敏度比波譜儀高一個數量級。能譜儀可同時對分析點所有元素進行測定。波譜儀只能逐個測量每種元素的特征波長。能譜儀的結構比波譜儀簡單。能譜儀不必聚焦。因此對樣品表面沒有特殊要求，適合于粗糙表面的分析工作。缺點：分辨率比波譜儀低。能譜儀只能分析原子序數大于11的元素

42、，而波譜儀可測定原子序數4-92之間的所有元素。能譜儀的Si（Li）探頭必須用液氮冷卻。2 .當對樣品的掃描幅度為5M0-3mm、在熒光屏上的寸3描幅度為50mm時掃描電鏡的放大倍數是多少？M=50mm/5X10-3mm=1043 .對掃描電鏡來說當放大倍數為20000、發(fā)散半角3=5X1®ad時的場深為多少？D=0.2/3M=0.2/（510-3次0000）=0.02mm4 .掃描電鏡的物鏡與透射電鏡的物鏡有什么不同？掃描電子顯微鏡一般都有三個聚光鏡。前兩個聚光鏡是強磁透鏡，用于縮小電子束光斑；第三個聚光鏡是弱磁透鏡（稱為物鏡），具有較長的焦距。目的是使樣品室和透鏡之間留有一定的空

43、間，以便裝入各種探測器，不作成像透鏡用，不放大物象。5 .直進式波譜儀和回轉式波譜儀各有什么優(yōu)缺點？直進式：分光晶體直線運動，檢測器能在幾個位置上接收到衍射束，表明試樣被激發(fā)的體積內存在著相應的幾種元素。衍射束的強度大小和元素含量成正比?；剞D式：結構簡單，但是X射線出射方向變化很大，所以X射線的出射窗口要開的很大，因而影響不平表面的分析結果。思考題：1 .隨著原子序數增大，背散射電子、吸收電子的變化。隨著原子序數的增加，背散射電子增多，吸收電子減少。電子衍射分析復習題2 .分析電子衍射于X射線衍射有何異同？3 .電子衍射分析的基本原理是什么？它有哪些特點？Bragg定律：2dsin0=n入倒易

44、點陣與愛瓦爾德球圖解法：晶帶定理與零層倒易截面：hu+kv+lw=0結構因子-倒易點陣的權重：Fhkl=Efjexp2兀i（hxj+kyj+lzj）簡單立方：Fhkl恒不等于零，即無消光現(xiàn)象。面心立方：h、k、l為異性數時，F(xiàn)hkl=0;h、k、l為同性數時，F(xiàn)hkl0（0作偶數）。體心立方：h+k+l=奇數日Fhkl=0;h+k+=偶數時，F(xiàn)hklWO偏離矢量與倒易陣點擴展：偏離矢量S即倒易桿中心與愛瓦爾德球面交截點的距離。電子衍射基本公式：0=1入r為衍射斑到原點的距離；d為晶面間距；L為樣品到照相底版的距離；入為入射波長4 .衍射像和一次放大像都在物鏡的什么部位形成？衍射像成像在物鏡后焦面上，一次放大像在物鏡的像平面上5 .電子衍射基本公式，相機常數的標定方法rd=L入測量噴鍍的標準物質的R,確定口，因物質結構已知，有ASTM卡片確定di,計算K=ri*di,取平均值，即可