1、材料測試方法第一章 晶體基礎知識一 名詞解釋 晶體 晶面指數 晶面間距 晶胞 晶帶 干涉面 衍射指數晶體：是有明確衍射圖案的固體，由質點（原子、分子或離子）在三維空間中按一定規律作格子狀周期性重復排列而成，形成具有格子構造的固體。在整個晶體內部，各類質點都按照一定方式以一定距離有序排列，形成所謂“長程有序”結構。晶面指數：若離坐標原點最近的晶面在晶軸上的截距分別a/h,b/k,c/l為，則用（hkl） 表示這組晶面，稱為晶面指數或密勒指數。晶面間距：一組指數為（hkl）的晶面是以等間距排列的，稱這個間距為晶面間距，用dhkl表示晶胞：點陣中取出的一個反映點陣對稱性的代表性基本單元(通常取最小平

2、行六面體)。晶帶：在晶體中平行于同一晶向uvw的所有晶面(hkl)定義為一個晶帶干涉面衍射指數二 計算作圖題： 1某正交晶體的a=7.417nm, b=4.945nm, c=2.547nm, 計算d110和d200。解：根據正交晶系晶面間距的公式 可得：d110=4.114nm, d200=3.709nm 2 請畫出（2 3 1）和（2 3 4）晶面，并求出它們的晶帶軸方向。解：（hkl）晶面在坐標軸上的截距分別為a/h,b/k,c/l,取a、b、c為單位值，則（2 3 1）的截距分別為-1/2,1/3和1，利用最小公倍數求其整數，變為-3，2，6。確定坐標軸方位，畫出晶面(圖1)。同理可畫出

3、（2 3 4）的晶面（圖2）。 圖1圖2 由晶帶定律，通過行列式計算并除公約數后，可求得上述兩晶面晶帶軸方向為：2 3 1×2 3 4=3 2 0三 簡答題1、 晶胞的選擇原則是什么？晶胞的選擇原則： 能同時反映空間點陣和周期性和對稱性 在滿足上述條件的基礎上，有盡可能多的直角 在滿足上述兩條的基礎上，晶胞體積最小2、 用列表方式列出晶體的七大晶系，十四種布拉菲點陣及其相應的點陣參數立方晶系a=b=c, =90°簡單立方Pa=b=c, =90°體心立方Ia=b=c, =90°面心立方F正（四）方晶系a=bc， =90°簡單四（正）方Pa=bc，

4、 =90°體心四（正）方I六方晶系a=bc，=90°，=120°六方P斜方（正交）晶系abc，=90°簡單斜方（正方）Pabc，=90°體心斜方（正方）Iabc，=90°面心斜方（正方）Fabc，=90°底心斜方（正方）C菱（三）方晶系a=b=c, =90°菱（三）方P單斜晶系abc = 90°簡單單斜Pabc = 90°底心單斜C三斜晶系abc，90°三斜PX射線衍射分析1、X射線的本質？X射線的產生過程和機理各是什么？（產生、特征、本質）X射線本質：既是電磁波也是粒子，具有連續輻射

5、和特征輻射的波譜特征X射線產生過程：在X射線管陰陽兩極間施以高電壓，從陰極產生的高速電子撞擊陽極靶材，產生X射線產生機理：從量子理論解釋，主要有兩個物理過程、產生兩類 X射線(1)韌致輻射和連續輻射過程，產生連續X射線 a 韌致輻射：高速電子運動受阻，損失的動能以X射線光子形式輻射出來 b 連續輻射：大量電子擊靶所輻射出的X射線光量子波長覆蓋著一個很大的波長范圍，也叫白色X射線 (2)特征輻射或標識輻射過程，產生特征射線2、X射線照射固體物質時，產生的信號有哪些？ 據此產生了哪些分析方法？X射線與物質相互作用將產生：（1）相干和非相干散射（2）反沖電子、俄歇電子和光電子；（3）熒光X射線（次級

6、標識X射線）；（4）透射X射線自身衰減；（5）熱能。 利用相干散射線的技術是X射線衍射技術（或答XRD）利用光電子的技術是X射線光電子能譜。（或答XPS） 利用熒光X射線的技術是X射線熒光光譜（或答XRF）。（或答：利用俄歇電子的技術是俄歇電子能譜）（X射線與物質的相互作用形式，可分為散射和吸收兩大類。照射固體物質時，產生熱、透射X射線、散射X射線、電子、熒光X射線X射線散射，X射線吸收）3、試比較光量子、反沖電子、光電子和俄歇電子的區別。（1）光量子即X射線光子，具有一定的能量和波長。（2）反沖電子：非相干散射中，X射線光子與原子中受核束縛力弱的電子（如原子外層電子）發生碰撞時，電子被撞離原

7、子并帶走光子的一部分能量，成為反沖電子。（3）光電子：X射線吸收時，當入射X射線光量子能量足夠大時，可以將原子內層電子擊出，產生光電效應，被擊出的電子稱為光電子。（2）俄歇電子：入射X射線光量子將原子中K層電子擊出后，產生光電效應，L層電子向K層躍遷，所釋放的能量（Ek-El）被其他L層電子所吸收，L層電子受激發，逃逸出原子而成為自由電子。這樣一個K層空位被兩個L層空位所取代的過程，逸出的自由電子稱為俄歇電子。4、X射線譜的種類有哪兩種？各自的特征？兩種 X射線譜：連續 X射線譜和特征 X射線譜連續X射線譜的波長是連續變化的，它與靶材無關。特征X射線譜由若干特定波長的譜線組成，這種譜線的波長與

8、靶材有關，與原子序數的平方近似成反比關系。連續X射線：指X射線管中發出的一部分包含各種波長的光的光譜。從管中釋放的電子與陽極碰撞的時間和條件各不相同，絕大多數電子要經歷多次碰撞，產生能量各不相同的輻射，因此出現連續X射線譜。特征X射線譜：也稱標識X射線譜。它是由若干特定波長而強度很大的譜線構成。這種譜線只有當管壓超過一定程度（激發電壓）時才能產生，而這種譜線的波長與X射線管的管電壓、管電流等工作條件無關，只取決于陽極材料，不同元素制成的陽極將發出不同波長的譜線，成為特征X射線譜。在某些特定波長位置出現強度很高、寬度很窄的譜線，它們疊加在連續譜強度分布線上。改變管壓或管流，譜線強度改變，但波長位

9、置固定不變。5、 什么叫K系和L系輻射？靶原子內L層電子向K層躍遷時發射何種射線，M層電子向K層躍遷時發射何種射線？ K系輻射指K層電子被擊出后，處于K激發態的原子，當不同外層的電子（L、M、N層）向K層躍遷時放出的能量各不相同，產生的一系列輻射統稱為K系輻射。（L、M、N等向K層躍遷，為K系輻射）L系輻射指L層電子被擊出后，處于L激發態的原子，當不同外層的電子（M、N層）向L層躍遷時放出的能量各不相同，產生的一系列輻射統稱為L系輻射。（M、N、O等向L層躍遷，為L系輻射） 靶原子內L層電子向K層躍遷時發射K射線（L3躍遷到K層，為K1，L2躍遷到K層，為K2，L1不能躍遷），M層電子向K層躍

10、遷時發射K射線。6、莫塞來定律7、什么叫X射線的衍射？衍射的方向？布拉格方程的表達式？意義？作用？(1) 當X射線以掠射角入射到某一點陣晶格間距為d的晶面上時,在符合布拉格方程的條件下，將在反射方向上得到因疊加而加強的衍射線，稱為X射線的衍射。（X射線在晶體中的衍射現象，實質上是大量原子散射波互相干涉的結果。）決定衍射線方向的形式簡單、使用方便的公式，即布拉格方程。布拉格方程的基礎：晶體可以看成由平等的原子面組成，晶體衍射線是原子面的衍射疊加效應，也可視為原子面對X射線的反射衍射方向：相鄰波源所散射的X射線光程差等于X射線波長的整數倍的方向。(2)布拉格方程的表達形式：（1）普通形式：2dsi

11、n =n （2）標準形式：2dhklsin = d為晶面間距，（HKL）為衍射指數， 為入射線（或反射線）與晶面之間的夾角，稱為掠射角，或布拉格角、半衍射角，n為整數，稱為衍射（或反射）級數，為X射線波長反射級數：布拉格公式中的n為反射級數。一 般地，把(hkl)晶面的n級反射，看作是n(hkl)晶面的一級反射，若(hkl)的晶面間距是d，則n(hkl)的晶面間距是d/n，于是布拉格方程可以寫成如下形式 2dsin = 即(100)面的二級反射相當于(200)面的一級反射(3)布拉格方程闡明的問題：僅當射向相鄰原子面上的入射光程差為波長的整數倍時，相鄰晶面的反射波才能干涉加強形成衍射線，產生衍

12、射 （4）極限條件：（2個）2dsin=nsin=n/(2d) 1n2d/當入射線的波長和衍射面選定以后，d和的值都定了，可能有的衍射級數n也就確定了，所以一組晶面只能在有限的幾個方向上“反射”X射線。對于一定波長的X射線而言，晶體中能產生衍射的晶面族數也是有限的。sin=n/(2d) 1d/2也就是說晶面間距大于波長的二分之一的晶面才能產生衍射d(hkl)=d/n，說明面網間距為d(hkl)的面網的n級反射，看作是面網間距為d/n的一級衍射。？（5）作用：已知 ，可測 dX射線晶體結構分析.如果X射線的波長已知，通過測量，可以得出d值，用來測量晶體的晶格常數，用X射線分析研究晶體結構、材料性

13、質。已知，d，可測X射線光譜分析。通過測量，可以得到特征波長，確定元素，研究原子結構。8、已知-Fe屬立方晶系，點陣參數a=0.28644 nm，用 nmX射線照射-Fe，問(400)面網組能產生幾條衍射線?答：根據立方晶系晶面間距的公式 得：d400=0.07161nm 再由布拉格公式2dsin=n，sin1知，n2d/,n為整數 代入波長和d400得，n0.625 因為n為整數，故（400）面網組不能產生衍射線。9、使用波長0.15406nm的X射線進行物相定性分析，測得某一立方晶體（220）面網的d220=0.1920 nm，請問（220）面網能產生幾條衍射線？對應的面網和面網間距是多少

14、？答：由布拉格公式2dsin=n，sin1知，n2d/,n為整數 代入波長和d220得，n2.5 所以n只能取1和2 n=1時,面網為(220),d220=0.1920nm n=2時,面網為(440),d440=d220/2=0.0960nm一組面網產生的衍射線有多條，為什么對應的面網有多個? 10、晶體使X射線產生衍射的充分條件是什么？何謂系統消光？系統消光規律如何？（1）晶體使X射線產生衍射的充分條件是滿足布拉格方程。簡單點陣沒有點陣消光現象，而帶心點陣，由于每個晶胞中原子數n>1，使得某些晶面相鄰原子面之間插入了一個排列有結點的平面， 它引起散射波的相干干涉而造成消光。上述消光為點

15、陣系統消光。（2）如果F（HKL)2=0，晶體衍射線強度為0，這種滿足布拉格方程條件但衍射線強度為零的現象稱為系統消光。11、衍射強度的影響因素有哪些（5個）？X射線衍射線束的相對積分強度為I =F2P（）e-2MA()，由式知相對積分強度與結構因子F，重復因子P，角因子（），溫度因子e-2M，及吸收因子A()有關。X射線的絕對強度受到上面的影響因素外，還與入射X射線的強度、波長和衍射儀半徑、晶胞體積等因素有關。結構因子（與原子種類和位置有關）12、試述Hanawalt和Fink索引的編排方式，并掌握之。哈那瓦特索引特點： 每個物質條目列出八條衍射線的d值，按衍射線強度自大至小的次序排列各d值

16、，下腳標是以最強線為10時的相對強度，最強線腳標為×，前三強線用黑體字印刷 在d值數列的后面，給出物質的化學式及卡片編號按衍射線強度大小排列d值，重復三次，前三個d值一次調換順序。芬克索引特點：某一物質的d值排列以d值大小為序，八根列入索引的衍射線中取四強線的d值用黑體字印刷。四條強線中每根線d值都要在首位排列一次，每種物質在索引中至少重復四次，改變首 位線條d值時，整個數列的循環順序不變按d值大小排列順序為1、2、3、4、5、6、7、8，但是選出其中四個衍射線強度最大的2、3、4、5，排序為2.3.4.5.6.7.8.1；3.4.5.6.7.8.1.2.；4.5.6.7.8.1.2

17、.3.；5.6.7.8.1.2.3.4.。13、X射線物相分析的基本原理是什么？若在晶體中混有較多的其它晶體，在進行這種混合物相的定性分析鑒定時，應注意哪些問題？優先考慮哪些衍射線。（1）X射線物相定性分析：是以晶體結構為基礎，每種晶態物質由于化學組成和結構的不同，都有自己獨特的衍射花樣。通過比較晶體衍射花樣來進行分析。根據晶體對X射線的衍射特征，即當X射線通過晶體時，衍射花樣的特征可以用各個反射晶面的晶面間距值d和反射線的強度I來表征，通過與物相衍射分析標準數據比較鑒定物相。定量分析的依據是物質中各相的衍射強度：多相混合物中某一相的衍射強度隨該相相對含量的增加而增強。由于試樣吸收等因數的影響

18、， 這一關系是曲線關系，而非正比關系。當試樣中包含兩種或者兩種以上的結晶物質時，它們的衍射花樣將同時出現，而不會相互干涉；并且混合物中某相的衍射線強度取決于它在試驗中的相對含量。（2）混合物相定性分析d值比相對強度更重要 由于吸收和測量誤差等的影響，相對強度的數值可能會發生很大偏差，而d值的誤差一般不會太大。比對的d值必須相當符合，一般要到小數點后第二位才允許有偏差。低角度區域的衍射數據比高角度區域的數據更重要 低角度衍射線對應于值較大晶面，對不同晶體而言，相互重疊機會少，不易相互干擾強線比弱線更重要 強線的出現情況是比較穩定的，同時也較易測得精確；而弱線則可能由于強度的減低而不再能被察覺。特

19、征線（即不與其它線重疊的線）更重要結合其他信息，如成分、熱處理過程等借助其他分析測試方法共同表征優先考慮小角度區域的眼射線、強線及特征線。14、在材料研究中X射線衍射分析主要用于哪些方面？進行材料物相定性分析進行材料物相定量分析進行點陣常數精確測量根據衍射線的寬度分析微晶尺寸進行織構分析進行殘余應力測試進行結晶度分析15、什么叫衍射線的指標化？衍射線的指標化就是求出粉晶衍射圖上每一條衍射線的晶面指數（h,k,l）。 方法：查卡法、圖解法和分析法 找到一套最簡單的整數組，分解為hkl,就完成了指標化 尋找整數組受兩個條件約束： (1)不能出現非整平方數7、15、23、28等，因為h2+k2+l2

20、(7+8×S)×4m，式中S和m為非 負整數。 (2)不能出現代表消光晶面的數。16、分別畫出簡單點陣、體心點陣和面心點陣的X射線圖譜（柱狀圖和峰值圖均可，不記強度），并標出每條衍射線的衍射指數。17、 Fe3O4晶體的X射線衍射數據如下:d(Å)I/I0hkl4.85404.20383.01702.551002.42102.11701.93351.88301.72601.62851.49851.33201.2830(1) 根據這些衍射數據整理成一套Hanawalt索引數據。每個物質條目列出八條衍射線的d值，按強度自大至小的次序排列每種物質在索引是至少重復三次，前

21、三個數據調換順序，后5個按強度大小依次排列。(2) 對衍射線數據進行指標化。指標化方法(3) 根據衍射線出現的條件,判斷Fe3O4晶體晶胞的點陣類型。解：（1）Hanawalt索引以八條最強線的d值建立索引數據,前三強數據互相調換位置,重復三次.具體如下:第一次: 0.255, 0.162, 0.149, 0.301, 0.211, 0.172, 0.485, 0.420第二次: 0.162, 0.149, 0.255, 0.301, 0.211, 0.172, 0.485, 0.420第三次: 0.149, 0.255, 0.162, 0.301, 0.211, 0.172, 0.485,

22、0.420（2）衍射線數據的指標化過程如下表所示:did12/di23*d12/di2(h2+k2+l2)hkl0.4851.003.0031110.4201.334.0042000.3012.607.7982200.2553.6210.85113110.2424.0212.05122220.2115.2815.85164000.1936.3118.94193310.1886.6619.97204200.1727.9523.85244220.1628.9626.8927511,3330.14910.6031.79324400.13313.3039.90406200.12814.3643.074

23、3533（3）衍射線為全奇、全偶型，說明當h、k、l奇偶混雜時會產生結構消光，這是面心點陣的消光規律，因此，Fe3O4晶體晶胞為面心點陣。第二章 電子顯微分析1、電子與物質相互作用可以得到哪些物理信息？分別產生了哪些測試技術和方法？產生：透射電子、二次電子、背散射電子、特征X射線、陰極熒光、俄歇電子、吸收電子。（7種）技術和方法：SEM、TEM、EPMA、電子探針、能譜儀、波譜儀、俄歇能譜2、電子顯微分析概念，種類電子顯微分析是利用聚焦電子束與試樣物質相互作用產生的各種物理信號，分析試樣的微區形貌、晶體結構和化學組成。包括（1）透射電子顯微分析（2）掃描電子分析（3）用電子探針儀進行的X射線顯

24、微分析3、電子光學與幾何光學的對比比較類型幾何光學電子光學透鏡成像利用透鏡使光線聚焦成像利用電場或磁場使電子束聚焦成像（電場或磁場起電子透鏡的作用）折射面利用旋轉對稱面作為折射面利用旋轉對稱的電、磁場產生的等位面作為折射面相同點電子光學可以仿照幾何光學把電子運動軌跡看成射線，并引入一系列的幾何光學參數來表征電子透鏡對電子射線的聚焦成像作用4、分辨率定義顯微鏡的分辨本領主要取決于物鏡的分辨本領5、靜電透鏡靜電透鏡焦距不能做的很短，不能很好地矯正球差。6、電磁透鏡的像差和理論分辨本領像差：從物面上一點散射出的電子束，不一定全部會聚在一點，或者物面上的各點并不按比例成像于同一面內，結果圖像模糊不清，

25、或者與原物的幾何形狀不完全相似，這種現象稱為像差。電磁透鏡中主要像差是球差、色差、軸上像散、畸變等。球差、軸上像散和畸變由透鏡磁場的幾何缺陷產生，又稱為幾何像差。（1）球差：由于電磁透鏡磁場的近軸區和遠軸區對電子束的會聚能力不同而造成。遠軸電子通過透鏡時被折射的比近軸電子厲害得多，因而有同一物點散射的電子經過透鏡后不交在同一點，而是在透鏡相平面上形成了一個慢射圓斑。消除方法：球差校正器球差是影響高分辨本領的重要原因。（2）色差：不同波長的光線經過透鏡時，因折射率不同，將在不同點上聚焦，由此引起的像差稱為色差（3）軸上像散：由于透鏡磁場不是理想的旋轉對稱磁場而引起，對稱性被破壞，透鏡在不同方向有

26、不同的聚焦能力。造成像散的主要原因：極靴的機械不對稱，極靴內部被污染，極靴材料內部結構和成分不均勻。消像散器（4）畸變消除畸變：使用兩個投影鏡，是他們的畸變相反，互相抵消7、電磁透鏡的理論分辨本領電磁透鏡的分辨本領最主要受衍射效應和球差的影響8、掃描電鏡的成像方式二次電子像、背散射電子像9、何為二次電子？掃描電鏡中二次電子像的襯度與什么因素有關？為什么？最適合觀察什么？（1）二次電子是指在入射電子作用下被轟擊出來并離開樣品表面的原子的核外電子。（2）二次電子的襯度與兩個因素有關：入射束的能量，在入射電子能量在2-3KW時，二次電子發射系數達到最大，襯度明顯。入射電子束在試樣表面的傾斜角度，因為

27、（）=0/cos,0為=0º時的二次電子系數，當傾斜角度增加時，二次電子發射系數增大，襯度也明顯，二次電子像也最適宜觀察試樣的表面形貌。二次電子的特點：對試樣表面狀態非常敏感，顯示表面微區的形貌結構非常有效，分辨率較高，是掃描電鏡中的主要成像手段。在掃描電鏡成像的各種信號中，二次電子像具有最高的分辨率。10、何為背散射電子？掃描電鏡中背散射電子襯度與什么因素有關？為什么？背散射電子是指入射電子與試樣的相互作用，經多次散射后，重新逸出試樣表面的電子。背散射電子襯度與兩個因素有關：背散射電子襯度與試樣的形貌和成分有關，因為背散射電子的產額隨著試樣原子序數的增大而增大，其來自試樣表面幾百納

28、米的深度范圍，背散射電子襯度最適宜觀察式樣的平均原子序數兼形貌。背散射電子由于其能量較高，可以從離試樣表面較深處射出，此時入射電子已充分擴散，發射背散射電子的廣度要比電子束直徑大，因此其成像分辨率要比電子低得多。11、透射電子顯微鏡的結構。TEM結構組成 電子光學系統：照明系統（電子槍，聚光鏡）、成像放大系統（物鏡，中間鏡，投影鏡）、樣品臺、圖像觀察和記錄系統（熒光屏、CCD） 真空系統：真空泵、真空 儀表 電氣控制系統：電源、電 鏡安全保障系統、電鏡操 作控制系統 樣品制備部分：樣品架、制樣設備 其他附件：能譜、能損失譜、HAADF探頭等12、透射電子顯微鏡的電子顯微圖像包括哪幾種類型？產生

29、機制是什么？散射襯度像：厚度、原子序數衍射襯度像：研究晶體缺陷（位錯、層差等）相位差襯度像：高分辨像（1）相位襯度：產生機制是透射束與散射束相互干涉引起的（2）振幅襯度：質厚襯度：產生機制是非晶試樣中各部分厚度和密度差別導致對入射電子的散射程度不同引起的。衍射襯度：產生機制是晶體薄膜內各部分滿足衍射條件的程度不同所引起的。什么是散射襯度？它與哪些因素有關？一般把電子圖像的光強度差別稱為襯度散射襯度也稱為質厚襯度。散射襯度是試樣各部分對電子的散射能力不同，通過物鏡光闌的透射電子數目不同，引起電子束強度差異，形成襯度。散射襯度與樣品的密度、原子序數、厚度等因素有關，即與電子被試樣散射的程度有關。1

30、3、散射襯度像上試樣厚、密的地方圖像顯得暗，為什么？由于散射襯度即質厚襯度，與試樣的密度、原子序數及試樣厚度有關，對于同一物質的試樣、原子序數相同，試樣厚的地方，散射電子穿過樣品所走的路程長，散射損失能量大，散射角大，圖像就較暗。試樣密度大的地方，入射電子與樣品內電子或原子核的碰撞幾率大、次數多，散射損失能量大，散射角也大，圖像就比較暗。所以，散射襯度像上試樣厚、密的地方圖像顯得暗。14、透射電鏡的性能指標是什么？分辨率、加速電壓和放大倍數（1）分辨率是透射電鏡的主要性能指標，它表征了電鏡顯示亞顯微組織、結構細節的能力。（2）放大倍數（3）加速電壓決定了電子槍發射的電子的波長和能量。加速電壓高

31、，電子束對樣品的穿透能力強，可以觀察較厚的試樣，同時有利于電鏡的分辨率和減少電子束對試樣的輻射損傷15、掃描電鏡二次電子像和背散射電子像各反映的是試樣的何種信息？誰的分辨率更高？（1）二次電子像主要反映試樣表面的形貌特征。背散射電子像主要反映的是樣品原子序數兼表面形貌。（表面形貌和成分分布）（2）二次電子像的分辨率更高。原因：二次電子來自試樣表面很淺的深度，10nm左右，信息束斑小，分辨率高，背散射電子來自試樣表面較深的范圍，信息束斑大，分辨率小。二次電子像無影像，背散射電子像有影像，因此，二次電子像分辨率更高。16、什么是電子衍射襯度？什么是衍射襯度的明場像和暗場像？現明場像向暗場像轉化的方

32、式有哪兩種？（1）電子衍射襯度是由晶體薄膜內各部分滿足布拉格反射條件的程度不同和結構振幅的差異而形成的。利用這種圖像可以觀察晶體缺陷，如位錯、層錯等。（2）用物鏡光闌擋去衍射束，只讓透射束通過形成的電子圖像，有衍射的為暗象，無衍射的為明象，這樣形成的為明場象；暗場像指用物鏡光闌擋去透射束及其余衍射束，讓一束強衍射束通過形成的電子圖像，無衍射的為暗像，有衍射的為明像，這樣形成的為暗場像。（3）明場像和暗場像襯底是互補的，或者說明場像和暗場像的亮暗是相反的。轉變的兩種方法：傾斜入射電子束，形成中心暗場像；移動物鏡光闌，使物鏡光闌孔偏離透鏡軸，形成離軸暗場像。17、什么是電子衍射？它滿足什么方程？（

33、定義、方程、用途）電子衍射是指當一定能量的電子束落到晶體上時，被晶體中原子散射，各散射電子波之間產生互相干涉現象。它滿足勞厄方程或布拉格方程，并滿足電子衍射的基本公式L=Rd L是相機長度，為入射電子束波長，R是透射斑點與衍射斑點間的距離。18、 比較電子衍射與X射線衍射的異同。（1）電子波的波長短，衍射半角小。X射線衍射角最大可接近90度。電子衍射難以精確測定點陣常數。由于衍射角小，測量衍射斑點的位置精度遠比X射線低。（2）電子衍射強度一般比X射線衍射強度大，通常強10的6次方倍。（3）電子衍射的微區結構和形貌可同步分析，X射線衍射無法進行微區形貌分析。19、什么叫電子探針X射線顯微分析？有

34、哪兩大類？具體的分析方法有哪些？（1）電子探針是一種利用電子束作用樣品后產生的特征X射線進行微區成分分析的儀器。（電子探針X射線顯微分析是利用一束細聚焦電子束轟擊樣品，產生二次電子、背散射電子、特征X射線等各種物理信號，并研究微米級區域樣品的表面形貌、化學元素的定性、定量及其分布分析的一種分析方法。）（2）利用特征X射線的波長不同來展譜，實現對不用波長X射線分別檢測的波長色譜儀簡稱波譜儀。分辨率更高利用特征X射線的能量不同來展譜，實現對不同能量X射線分別檢測的能量色譜儀簡稱能譜儀。電子探針分析的具體的分析方法有定點定性分析、定點定量分析、線掃描分析和面掃描分析。 分析特征 X 射線的波長（或特

35、征能量），可對樣品中所含元素的種類進 行定性分析；分析 X 射線的強度，則可對對應元素含量進行定量分析。第三章 熱分析1、熱分析技術定義 ：熱分析是在 程序控制溫度下，測量物質的物理性質隨溫度變化的一類技術。根據物質的溫度變化所引起的性能變化（如熱能量、質量、尺寸、結構等）來確定狀態變化的方法統稱為熱分析2、熱分析方法的特點溫度的變化是受程序控制的；對樣品的物理狀態無特殊要求；所需樣品量可以很少（0.1g 20mg）；儀器靈敏度高（質量變化的精確度達10-5g）；可與其他技術聯用；可獲取多種信息一、熱重分析1、 熱重分析的定義、原理及英文縮寫。（Thermogravimetry Analysi

36、s）簡稱TG 定義：在程序控制溫度下測量物質的質量與溫度或時間關系的一種技術。定量性強。原理：利用加熱或冷卻過程中物質質量變化的特點，可以區別和鑒定不同的物質。2、熱重曲線縱軸表示試樣質量的變化，橫軸為時間t或溫度T。影響熱重曲線的因素（1）浮力的影響由于溫度的變化引起氣體密度的變化，必然導致氣體浮力的變動。（2）升溫速度的影響通常隨著升溫速度的減慢，TG曲線所反映出來的分解溫度也有所降低。常用升溫速度: 5/min；10/min； 15/min；20/min。（3）試樣用量的影響在儀器的靈敏度范圍內，試樣的用量應盡可能的少，因為試樣量多時會使熱傳導變差而影響分析結果。（4）粒度的影響粒度對熱

37、傳導及氣體擴散有較大的影響。不同的試樣粒度可導致氣體產物擴散作用的較大差異，引起反應速度及TG曲線形狀的變化。粒度愈小反應速度愈快，TG曲線Tc和Tf都下降，反應區間變窄; 顆粒大時往往得不到較理想的TG曲線。3、熱重分析儀4、應用只要物質受熱時發生質量的變化，都可以用熱重 法來研究其變化過程。（）測定結晶水的脫除、脫水量； （）研究在生成揮發性物質的同時所進行的熱 分解反應、固相反應所需要的溫度及反應過程；（）利用熱分解或蒸發、升華等，進行混合物 的定性、定量分析；5、微商熱重法用于鑒別當兩個化合物的分解溫度范圍比較接近時的物質。DTG曲線是TG曲線對溫度(或時間)的一階導數，表示質量隨時間

38、的變化率(dm/dt)與溫度(或 時間)的函數關系：DTG曲線的峰底: 為d2m/dt2=0，對應于TG曲線的拐點，即失重速率的最大值； DTG曲線上的峰數：對應于TG曲線上的臺階數，即失重的次數； DTG曲線的峰面積：正比于失重量，能精確地進行質量的定量分析。二、差熱分析1、差熱分析的定義、原理及英文縮寫。（Differential Thermal Analysis）簡稱DTA。定義：是在程序控制溫度下測定物質和參比物之間的溫度差（T）與溫度（T）（或時間t）關系的一種技術原理：當物質在加熱或冷卻過程中發生物理或化學變化時，往往會產生各種熱效應，致使樣品與參比物（-Al2O3 粉末）之間會產

39、生溫度差。參比物：在測定條件下不產生任何熱效應的惰性物質，如剛玉等試樣在加熱過程中發生吸熱反應，試樣溫度降低，低于參比物的溫度形成吸熱峰。試樣發生放熱反應，試樣溫度升高，形成放熱峰DTA曲線：縱坐標溫度差T；橫坐標時間(t)或溫度(T)。吸熱過程顯示向下的峰，放熱過程顯示向上的峰。2、哪些反應過程是吸熱反應？哪些過程是放熱反應？3、 影響差熱曲線的主要因素是什么？（1） 升溫速度的影響。 保持均勻的升溫速度()是DTA的重要條件之 一，即應= dTR/ dt= 常數，升溫速度的快慢會影響差熱峰的位置、形狀及峰的分辨率。快速升溫，DTA峰變大，特征溫度向高溫漂移，相鄰峰分辨能力下降（2）氣氛對D

40、TA曲線有較大的影響。氧化氣氛：空位、氧氣還原氣氛：氫氣、CO（不安全，用得少）保護氣氛：氮氣、氦氣、氬氣（用于金屬材料）（3）試樣量及粒度的影響。試樣量小，差熱曲線出峰明顯、分辨率高，基線漂移也小；試樣太多，由于熱傳導遲緩使峰易合并在一起，并出現峰形和反應溫度的變化。顆粒度愈大，由于受熱不均，熱峰產生的溫度愈高，范圍愈寬，峰形趨于扁而寬。反之，熱效應溫度偏低，峰形尖而窄。試樣粒度般要求100目-300目（0.04-0.15mm）（4）試樣的裝填裝填要求：薄而均勻。試樣和參比物的裝填情況一致。否則因為熱傳導率的差，造成低溫階數的誤差增大（5）晶體結構、陽離子電負性、離子半徑和電價等內因因素4、

41、什么是外推起始點溫度？典型DTA曲線。峰面積是代表反應的熱效應總熱量， 是定量計算反應熱的依據。（反應峰的面積與試樣的轉變熱、熔化熱、反應熱及試樣質量等成正比，可定量計算反應熱）外延起始點指曲線開始偏離基線那點的切線與外延基線（斜率最大的線）的交點。用外延起始溫度（外延起始點對應的溫度）來表示反應的起始(終止)溫度外延起始溫度是鑒別物質及其變化的定性依據。峰頂溫度受試樣條件的影響較大，不能作為鑒定物質的特征溫度，僅在試樣條件相同 時可作相對的比較5、差熱曲線鑒定物質的依據是什么？優先考慮什么？依據是放熱峰的數量、位置、面積大小、峰值溫度、外延起始溫度等曲線信息。優先考慮外延起始溫度，因為該點最

42、接近于熱力學的平衡溫度，最為準確。峰值溫度易受加熱溫度及其他因素的影響，較外延起始溫度變化大。6、差熱分析儀7、應用差熱分析已經被廣泛應用于材料: 組成；結構；性能鑒定； 物質的熱性質研究方面。應用一：物質晶型的轉變應用二：在無機材料中的應用，如失水、反應等三、差示掃描量熱法在程序控制溫度下，測量輸給試樣和參比物的功率差與溫度間關系的一種技術。靈敏度和精度大有提高，可進行定量分析 。Differential Scaning Calorimetry，簡稱DSC1、兩種差示掃描量熱分析的定義功率補償型DSC：在樣品和參比物始終保持相同溫度的條件下，測定為滿足此條件（溫度差為0）樣品和參比物兩端所需

43、的能量差 ，并直接作為信號Q（熱量差）輸出。是在程序控制溫度下，為保持物質與參比物之間的溫度差為零時，測量輸給試樣和參比物的功率差（或熱量差、能量差）與溫度間關系的一種技術。熱流型DSC：熱流型(Heat Flux)在給予樣品和參比物相同的功率下，測定樣品和參比物兩端的溫差T，然后根據熱流方程，將T（溫差）換算成Q（熱量差）作為信號的輸出。H=KT 2、兩種類型的差示掃描量熱分析儀各自的特點? 功率補償型熱流型兩個爐子一個爐子 響應快響應慢爐子質量<1g爐子質量30200g 直接量取熱流量 通過溫差計算熱流量抑制溫差利用溫差基線較差基線好需要標樣少 需要標樣多-170-730-170-7

44、50(標準型) -170-1500（高溫型）3、DSC曲線曲線離開基線的位移，代表樣品吸熱或放熱的速率，通常以mJ/s表示；橫坐標表示時間t或溫度T .曲線峰與基線延長線包圍的面積，代表熱量的變化。DSC可以直接測量試樣在發生變化時的熱效應。4、DSC的應用DSC能定量地測定多種熱力學和動力學參數，且使用的溫度范圍比較寬(-170 725)，方法的分辨率較好，靈敏度較高，因此應用也較廣。主要用于測定比熱、反應熱、轉變熱等熱效應以及試樣的純度、反應速度、結晶速率、高聚物結晶度等。應用一：玻璃化轉變溫度的測定中點為玻璃化轉變溫度在無定形聚合物由玻璃態轉變為高彈態的過程中伴隨 著比熱變化，在DSC

45、曲線上體現為基線高度的變化(曲 線的拐折)。應用二：計算結晶度、熔化焓等四、綜合分析1、DTA與DSC對比DTA是測量試樣與參比物之間的溫度差；DSC是測量試樣與參比物之間的功率差（或熱量差）2、 三種熱分析方法各自的用途？3、什么是綜合熱分析？利用DTA、DSC、TG、熱膨脹等熱分析技術的聯 用，獲取更多的熱分析信息（1） 熱分析技術的聯用： TG-DTA、TG-DSC、DSC-TG-DTG、 DTA-TMA、DTA-TG-TMA 聯用（2）與其它技術的連用： 與氣相色譜、質譜、紅外光譜等聯用第四章 振動光譜1、振動光譜概念振動光譜：物質因受光的作用，所發生的分子轉動-振動能級間的躍遷，也稱

46、為振-轉光譜。振動光譜所用光源，紅外光譜：紅外光源；拉曼光譜：可見光2、振動光譜有哪兩種類型？多原子分子的價鍵或基團的振動有哪些類型？同一種基團哪種振動的頻率較高？哪種振動的頻率較低?振動光譜分為紅外光譜和拉曼光譜；（1）伸縮振動a、對稱伸縮振動； b、反對稱伸縮振動；（2）變形或彎曲振動a、面內變形振動 ：剪式振動；面內搖擺振動b、面外變形振動：面外搖擺振動；扭曲變形振動伸縮振動鍵長改變，鍵角不變；彎曲振動只改變鍵角,不改變鍵長。鍵長的改變比鍵角的改變需要更大的能量，因此同一基團的伸縮振動出現在高頻區，而變形振動出現在低頻區。非對稱伸縮振動的頻率又高于對稱伸縮振動。3、分子振動形式一個分子有

47、n個原子，則有3n個自由度，即3n種運動狀態，包括；（1）3個平動，整個分子的質心沿x、y、z方向平移運動（2）3個轉動，整個分子繞x、y、z軸的轉動運動（3）振動：3n-平動-振動線性分子：其貫穿原子的軸在某一方向上，轉動只有兩個，振動形式3n-5，其中伸縮振動=n-1；彎曲振動=2n-4；非線性分子：3個平動，3個轉動，振動形式3n-6，其中伸縮振動=n-1；彎曲振動=2n-5。一、紅外光譜1紅外光區的劃分？波長：1.0-2.5nm，近紅外區 2.5-25 nm，中紅外區 25-100 nm，遠紅外區2.說明紅外光譜產生的機理與條件？（1）機理：當一定頻率的紅外光照射分子時，如果分子中某個

48、基團的振動頻率和它一樣，二者就會產生共振，此時光的能量通過分子偶極距的變化而傳遞給分子，這個基團就吸收一定頻率的紅外光，產生振動躍遷；反之，紅外光就不會被吸收（2）兩個條件：(1)紅外輻射應具有能滿足物質產生振動轉動躍遷所需的能量:E=h，即集團振動頻率與紅外光譜段的某頻率相等（玻爾頻率條件）。（必要）(2)紅外輻射與物質間有相互偶合作用（偶極距變化）。外界輻射遷移它的能量到分子中去。通過偶極距的變化來實現這種能量的轉移。（充要）偶極矩紅外活性：極性分子（1）單原子分子無偶極矩（2）雙原子極性分子有偶極矩變化,如AB，對稱分子無偶極矩變化，為非極性分子，如AA（3）多原子分子，振動簡并：如二氧

49、化碳兩個彎曲振動頻率相同，合并為一個，譜圖上譜帶會少一個，而不是因為無偶極矩的變化，無紅外活性導致譜帶減少線性分子，n-1個伸縮振動，2n-4個彎曲振動非線性分子，n-1個伸縮振動，2n-5個彎曲振動多原子分子如果有對稱伸縮振動，則該振動無紅外活性。多原子分子有一定的對稱性，則會有對稱伸縮振動，就會有無紅外活性的振動。非紅外活性振動往往是拉曼活性振動。另外，振動簡并也會產生吸收峰少與振動數目的現象。（4）二氧化碳：直線性分子，2個伸縮振動（一個對稱伸縮，無紅外活性，一個反對稱伸縮），2個彎曲振動（頻率相同，簡并為一個，為二重簡并），所以只有兩個吸收峰。二硫化碳。二氧化硅：非線性分子，應該有9個

50、基本振動，但是只有一個不對稱伸縮振動和一個彎曲振動。二氧化硫。振動簡并是非紅外活性嗎？n-1個伸縮振動，一定有對稱伸縮振動嗎3紅外光譜圖的表示法？譜圖以波長或波數為橫坐標，以透光率 （或吸光度）為縱坐標而形成。（1）以透光率表示：（2）以吸光度表示：4. 紅外光譜圖的四大特征(定性參數)是什么？（1）吸收峰（譜帶）的個數峰數與自由度有關。理論上講每一個自由度都將反映在光譜上，有吸收峰，但是，i 當振動過程中分子不發生偶極矩變化時，不引起紅外吸收； ii 頻率完全相同的振動彼此發生簡并； iii 吸收強度太弱，以致無法測定。都會引起吸收峰數目的減少。（2）吸收峰譜帶位置化學鍵的鍵力常數越大；原子

51、折合質量越小；鍵的振動頻率越大，吸收峰出現在短波長區（高波數區）（3）吸收峰譜帶形狀分析的化合物較純時，譜帶尖銳，對稱性好；不純時，會有重疊、加寬，對稱性也會被破壞。（4）吸收峰譜帶強度a、吸收峰強度正比于偶極矩變化的平方。瞬間偶極矩變化大，吸收峰強。瞬間偶極矩的大小決定于：鍵兩端原子電負性相差越大，極性越大，吸收峰越強；振動形式不同，強度也不同；對稱性差，偶極矩變化大，吸收峰強。b、能級的躍遷幾率：躍遷幾率大，譜帶的強度越強。5.影響峰譜位置變化的因素（1）成鍵軌道類型：成鍵軌道類型不同，振動頻率也不同。（2）誘導效應：通過靜電誘導作用，引起電荷分布的變化，改變鍵的力常數，使振動頻率發生改變

52、。使基團的特征頻率發生位移。（3）共軛效應 使電子云密度降低，鍵力常數減少。（4）氫鍵：氫鍵的形成使電子云密度平均化，從而使伸縮振動頻率降低（5）振動的耦合：強烈的振動相互作用，結果使振動頻率發生變化。（6）物態變化的影響 ：氣態特征頻率高，液態和固態較低。5.如何進行基團的定性分析？如何進行物質的定性分析？一、單一組分的鑒定 ：1.觀察特征頻率區：判斷官能團。2.觀察指紋區：進一步確定基團的結合方式。以確定所屬化合物的類型。 3.對照標準譜圖:確定物質二、混合物的鑒定1、準備工作：了解試樣的來源、純度、熔點、沸點等各種信息。2、分離混合樣品。3、再按鑒定單一組分的方法進行。定性分析方法：1、

53、標準圖譜比對法：利用許多匯集成冊的標準紅外光譜集；也可將這些圖譜貯存在計算機中，用以對比和檢索。2、標準樣品比對法：比較樣品與標準樣品的紅外圖譜。無機物的分析1、分析基團：無機物中吸收峰的產生是由陰離子基團的振動引起的，因此，先判斷出陰離子基團的類型。2、分析物相：查找標準圖譜，鑒定物相。有機物的分析1、計算不飽和度2、分析基團6.紅外光譜的特點和應用特點：（1）快速；（2）高靈敏度；（3）試樣用量少：23mg。顯微紅外：µg級 （4）能分析各種狀態(氣體、液體、固體)的試樣應用：(1)分子結構分析(2) 分子結構基礎研究7.紅外光譜儀 二、拉曼光譜1. 何謂拉曼效應？說明拉曼光譜產

54、生的機理與條件？拉曼效應：光子與試樣之間發生非彈性碰撞，使光子的能量（或頻率）發生變化的一種現象。方向改變。強度為10-6的入射光強。能量變低（波數減少）的散射光線為Stokes線，能量變高（波數增加）的散射光線為反Stokes線。產生機理：光子把一部分能量給樣品分子，得到的散射能量減少，在垂直方向測量到的散射光中檢測到斯托克斯線；若光子從樣品中獲得能量，在大于入射光頻率處接收到散射光線，則稱為反斯托克斯線。產生條件：a.基團的振動頻率等于光的頻率；b.分子振動過程有極化率的改變。2. 拉曼位移是什么？拉曼譜圖的表示法？拉曼位移=| 入散|/h，即入射光（激發光）頻率與散射光頻率之差，只與能級差有關，與入射光波長無關。適用于分子結構分析。拉曼圖譜表示法：橫坐標：拉曼位移(Raman Shift)，以波數（cm-1） 表示。 =| 入散|E/h縱坐標： 拉曼（散射）強度。3拉曼活性 非極性基團極化：在外電場作用，分子變形產生