材料科学现代分析题.docx

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1、习题1（1）1、材料科学的四个基本要素是指成分、结构、加工和性能。2、材料分析方法分可以分为形貌分析、物相分析、成分与价键分析与分子结构分析四大类方法。3、分子结构分析是利用电磁波与分子键和原子核的作用，获得分子结构信息。4、材料分析的理论依据除了个别研究手段（如SPM）以外，材料分析基本上是利用入射电磁波或物质波（X射线、电子束、可见光、红外光）与材料作用，产生携带样品信息的各种出射电磁波或物质波（X射线、电子束、可见光、红外光），探测这些出射的信号，进行分析处理，即可获得材料的组织、结构、成分、价键信息。现代分析测试技术习题21、电磁波谱的中间部分，包括紫外线、可见光和红外线,统称为光学光

2、谱。2、短波部分（高能部分），包括X射线和y射线（以及宇宙射线），此部分可称射线谱,是能量高的谱域。3、根据量子理论，电磁波具有波粒二象性。4、原子中电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁均称为电子跃迁或能级跃迁。5、电子由高能级向低能级的跃迁可分为两种方式：辐射跃迁和无辐射跃迁。6、如果加速电压为IOkV,则电子波（运动电子束）波长为0.01225/0.012nm7、名词解释光谱项：用n（主量子数）、S、1、J、Mj等量子数表征原子能态，则原子能级由符号/1j,表示，称为光谱项。激发：现代分析测试技术习题31、分子能级由电子（运动）能级、振动能级和转动能级构成。2、绝对零度时固体中电子占

3、据的最高能级称为费米能级,其能量称费米能3、绝缘体禁带的能隙范围约为36eV。现代分析测试技术习题41、布拉菲通过数学方法推算出可能存在的阵胞只有14种，归纳为7大晶系。2、画出立方晶系中的“110”的晶面和晶相确定下图中晶面的晶面指数,写出具体步骤。3、确定下图中晶面的晶面指数，写出具体步骤首先选定坐标系，如图所示。然后求出待标晶面在a,b,C轴上的截距，分别为3,2,2。取倒数后得到1/3,1/2,1/2o再将其化成最简整数比，得到2,3,3三个数。于是该面的晶面指数为（233）o习题51、辐射（能量）被吸收的程度（一般用吸光度）与V或入的关系（曲线），即辐射被吸收程度对V或入的分布称为吸

4、收光谱O2、辐射的发射是指物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。发射的电磁辐射频率取决于辐射前后两个能级的能量（EZ与E）之差。3、电磁辐射激发又称为光致发光,作为激发源的辐射光子称一次光子,而物质微粒受激后辐射跃迁发射的光子称为荧光或磷光O4、按辐射与物质相互作用的性质，光谱分为吸收光谱、发射光谱与散射光谱（拉曼散射谱）。5、物质在光照射下释放电子（称光电子）的现象又称（外）光电效应。光电子产额随入射光子能量的变化关系称为物质的光电子能谱O6、紫外、可见光谱是物质在紫外、可见辐射作用下分子外层电子在电子能级间跃迁而产生的,故又称为电子光谱O7、激发态电子能量衰减方式一般包括振动弛豫、内部转变、系

5、间窜跃、荧光和磷光。习题61、光电子发射过程由光电子的产生（入射光子与物质相互作用，光致电离产生光电子）、输运（光电子自产生之处输运至物质表面）和逸出3步组成。2、标识K1z1俄歇电子，其中K表示俄歇过程初态空位所在能级、12表示向空位作无辐射跃迁电子原在能级、1表示所发射电子原在能级3、俄歇电子能谱以俄歇电子强度（密度（电子数）N（E）或其微分dN（E）dE）为纵坐标，以电子能量（E）为横坐标，即俄歇能谱是俄歇电子产额对其能量的分布。第三章粒子（束）与材料的相互作用1、入射电子照射固体时与固体中粒子的相互作用包括：入射电子的散射、入射电子对固体的激发和受激发粒子在固体中的传播。2、电子吸收主

6、要指由于电子能量衰减而引起的强度（电子数）衰减。电子被吸收时所达到的深度称为最大穿入深度（R）O3、依据二次电子建立的分析方法是扫描电子显微镜;依据透射电子、弹性散射电子建立的分析方法透射电镜；依据俄歇电子建立的分析方法是俄歇电子能谱4、电子与固体作用产生的信号中，哪些对应入射电子？哪些是由电子激发产生的？5、动量和能量转移是离子与固体相互作用的重要特征。6、当表面原子获得足够的动量和能量背离表面运动时，就引起表面粒子（原子、离子、原子团等）的发射,这种现象称为溅射第四章材料现代分析方法概述1、X射线衍射仪的CU靶Ka波长是1.54Ao2、获得X射线必须具备的基本条件：ABDA、产生自由电子B

7、、使电子作定向高速运动C、让电子一直高速运动D、突然止住电子3、X射线管中，阴极的作用是发射电子;阳极的作用是使电子突然减速和发射X射线,阳极需要循环水冷却,防止靶熔化。4、衍射方向和衍射强度是据以实现材料结构分析等工作的两个基本特征。5、K层电子被击出，12层电子跳入K层空位，多余能量传递1层电子。BA、KU13B、K12UC、K1112D、K1212第二篇衍射分析1、物相分析的理论基础是(C)A、散射理论B、干涉理论C、衍射理论D、折射理论2、X射线衍射仪中，X射线照射过程中，记录装置与样品台以2:1的角速度同步转动，以保证记录装置始终处于接收反射线的位置上。3、衍射产生的必要条件是(AC

8、)A、“选择反射”B、衍射C、反射定律+布拉格方程D、干涉4、布拉格方程中，n称反射级数,d为晶面间距,称为布拉格角5、德拜相机结构简单，主要由圆筒、光栏、承光管和位于圆筒中心的试样架构成。6、光栏的作用是限制照射到样品光束的大小和发散度。7、承光管有两个作用，其一可以检查X射线对样品的照准情况，其二可以将透过试样后入射线在管内产生的衍射和散射吸收，避免这些射线混入样品的衍射花样，给分析带来困难。8、X射线衍射仪的主要组成部分有X射线衍射发生装置、测角仪、辐射探测器和测量系统。9、若希望提高分辨率则应选择小的狭缝宽度。10、扫描速度是指探测器在测角仪圆周上均匀转动的角速度。扫描速度对衍射结果的

9、影响与时间常数类似，扫描速度越快,衍射线强度下降。11、单晶体X射线衍射分析的基本方法为劳埃法与周转晶体法。第二篇习题主观题用CUKaIX射线(=0.15405nm)作为入射光时，某种氧化铝的样品的XRD图谱如下，谱线上标注的是2的角度值，通过计算、谱图和PDF卡片判断该氧化铝的类型。(图上标注的2值从左到右依次为：25.467,35.037,37.672,43.239.52.436,57.392,62.131,66.401.68.11,76.79,80.602,95.162)解：根据布拉格方程：2dsin=n,d=(2sin)三强峰的2值为：43.239,57.392,35.037通过计算得

10、：d1=0.2090nm,d2=0.1604nm,d3=0.2588nm,与卡片100173-AI2O3符合，进一步比对其他衍射峰的结果可以确定是a-Ab()3。第三篇电子显微分析1、透射电子显微镜是以波长很短的电子束做照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种具有高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。2、200kV加速电压下电子束的波长为(A)nm0A、0.00251B、0.0251C、0.2513、1、阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能，习惯通称为“电子枪”。电子枪的重要性仅次于物镜,它决定像的亮度、图像稳定度和穿透样品的能力。4、聚光镜多为磁透镜，调节其电流可以控制照明亮度、照明孔径角

11、和束斑大小。5、透射电镜的成像系统由物镜、中间镜和投影镜与样品室构成，作用是安置样品、放大成像。6、分辨率是TEM的最主要性能指标，一般包括点分辨率和线分辨率。7、人眼分辨本领约0.2Inm,OM约0.2Un1。OM的有效放大倍数是1000倍。8、普通TEM的的加速电压一般为100kV和200kV.9、常用的支持膜材料包括(ABCD)。A、火棉胶B、碳C、氧化铝D、聚乙酸甲基乙烯酯10、支持膜上的粉末试样要求高度分散,分散方法一般包括悬浮法和散布法。11、在TEM样品制备中，块状材料采用晶体薄膜法。12、复型法是用对电子束透明的薄膜把材料表面或断口的形貌复制下来的一种间接样品制备方法。第十章扫

12、描电子显微镜1、目前扫描电子显微镜的分辨率达到了(B)nm左右。A、20B、2C、0.2D、2002、扫描隧道显微镜依靠所谓的隧道效应工作。3、扫描电子显微镜是将电子枪发射出来的电子聚焦成很细的电子束，用此电子束在样品表面进行逐行扫描，电子束激发样品表面发射二次电子,二次电子被收集并转换成电信号，在荧光屏上同步扫描成像。4、数值孔径(NA)是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率和半孔径角的正弦之乘积。5、分辨本领是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决定，NA值越大，照明光线波长越短，分辨率就越高。6、现代先进的描电镜的分辨率已经达到1纳米左右，且有较高的放大倍数，在20-20万倍之间连续可

13、调。7、扫描电镜的工作原理可以简单地归纳为光栅扫描,逐点成像O8、SEM中三种主要信号是指背散射电子、二次电子、X射线。9、SEM的电子光学系统是由电子枪、电磁透镜、扫描线圈、样品室等组成。10、背散射电子既可以用来显示形貌衬度,也可以用来显示成分衬度。样品中重元素区域在图像上是亮区,而轻元素在图像上是暗区。利用原子序数造成的衬度变化可以对各种合金进行定性分析。11、二次电子像的分辨率约为5T0nm,背反射电子像的分辨率约为50-200nm012、扫描电镜的最大优点是样品制备方法简单，对于非导电样品在观察前要喷镀导电层进行处理，通常采用二次电子发射系数较高的金银或碳膜做导电层,膜厚控制在20n

14、m左右。13、扫描隧道显微镜的基本工作原理是利用探针与样品在近距离（0.1纳米）时，由于二者存在电位差而产生隧道电流，隧道电流对距离非常敏感;如果把距离减小0.1nm,电流将增加一个数量级。14、STM的另一个重要器件是压电陶瓷。当在压电陶瓷对称的两个端面加上电压时，它会按特定的方向伸长或缩短。而伸长或缩短的尺寸与所加的电压的大小呈线形关系。也就是说，可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。15、每一种元素的原子及离子激发以后，都能辐射出一组表征该元素的特征光谱线。谱线的产生是由于电子丛高能级向低能级跃迁的结果。其中有一条或数条辐射的强度最强，最容易被检出，所以也常称做最灵敏线。一般根据元素灵敏线的出现与否就可以确定样品中是否有这些元素存在，这就是光谱定性分析的基本原理。16、谱线强度与激发电位成负指数关系，所以激发电位越高，谱线强度就越小。17、跃迁几率是指电子在某两个能级之间每秒跃迁的可能性的大小,跃迁几率是与激发态寿命成反比的，即原子处于激发态的时间越长