EMI辐射测试整改和方法总结
一.文章写得不错，值得推荐，这本书《E MC电磁兼容设计与测试案例分析》(第2版)也不错可以看看，呵呵
关于电磁干扰的对策，许多刚接触的工程师往往面临一个问题，虽然看了不少对策的书籍，但是却不知要用书中的那些方法来解决产品的EMI问题。这是一个很实际的问题，看别人修改似乎没什么困难，对策加了噪声便能适当的降低，而自己修改时下了一大堆对策，找了一大堆的问题点，却总不能有效地降低噪声。
事实上，这往往也是EMI修改最耗时间的地方，笔者把一些基本的判断方法做详细的介绍，以提供刚入门或正面临EMI困扰问题的读者参考，整理了一些原则与判断技巧，希望能够对读者有帮助。
二. 水平、垂直判断技巧
EMI的测试接收天线分为水平与垂直二个极化，亦即要分别测试记录此二个天线方向的最大读值，噪声必须要在天线为水平及垂直测量时皆能符合规格，测量天线要测量量水平及垂直二个方向，除了要记录到噪声最大时的读值外，也能显示出噪声的特性，由这个特性的显示，我们可初步判断造成EMI问题的重点，对于细部的诊断是很有帮助的，通常这个方法是很容易为修改对策人员所忽略。在本期的分析中，笔者要介绍几种EMI的判图技巧，也就是如何从静态的频谱分析仪所得到的
噪声频谱图做初步的分析，另外也会介绍一般对策修改人员最常用的一些动态分析技巧。
许多工程师常常花了许多时间与精神，却感觉无法掌握到重点，可能就是缺乏基本分析的技巧，在噪声的判断上有一些混淆，如果能够掌握一些分析方法，可以节省不少对策的时间。这里所提的一些方法，一直被不少资深的EMI工程师视为秘诀，因为其中往往是累积了多年的心得与经验才体悟出来的方法，而这些方法通常都是非常有效的。
实例一水平与垂直读值的差异
说明：
1.这是M ode m&T ele pho ne的产品，读者可以很明显地看出来，
天线水平时的噪声和垂直时的噪声有很大的差异，那么这其中代表了什么意义呢？
分析讨论
要清楚的认识这个问题，首先必须要了解天线的基本理论，我们先假设发射与接收天线皆为偶极天线。
发射天线接收天线
上图为当发射天线与接收天线同方向时，由于所产生的电磁波极化相同，故此时接收天线可得到最大的共振接收强度
发射天线接收天线
当发射天线与接收天线不同方向时，则由于发射天线的电磁波为水平极化，而接收
天线的电磁波为垂直极化，故在共振接收的强度上最小。
以上述这个观念来分析水平与垂直噪声的强度差异，当接收天线为水平时噪声强度较高，可以推测此噪声来源主要是由产品内或外的水平线所造成，而当接收天线为垂直时噪声强度较高，可以推测此噪声来源主要是由产品内或外的垂直线所造
成，也就是从天线共振的角度去思考问题，把产品的辐射源也想象成一假想的天线，那么在相同方向其所造成的共振效应会最大。
以这个观点来看问题有时往往很快能找到问题的重点，尤其是一些比较复杂的产品其内部及外部皆有许多导线、连接线的产品，如果能先以水平、垂直的读值做初步的分析，则比较不容易误判造成噪声的机制。
实例二水平与垂直读值的差异
差异：
1. 图3是接收天线为水平极化方向。
2. 图4是接收天线为垂直极化方向。
说明：
1.此为C CD的产品，这两张图不同于实例四是垂直噪声的读值明显比水平噪声高。
分析讨论
关于水平与垂直噪声的判断，笔者在此再做更详细的说明，水平噪声较高，一般必须注意在待测桌上水平部份较长的线以及产品内部水平部份的线，而垂直噪声如果是比水平噪声高，那么就必须考虑在垂直方向的线，是否造成辐射的问题，而通常最容易被忽略的就是AC电源线，因为AC电源线一般皆沿桌面下垂，所以当AC电源线被耦合到噪声，则会使得天线在垂直方向噪声增大，但是因为AC电源线无法拔掉来判断噪声是否存在，所以不容易很快判断。
在此介绍二种方法以供读者使用，对于低频的噪声(小于200MHz)
可以用数个C ore夹上，看噪声是否降低，如果噪声降低则表示噪声是由电源线所辐射出来，对于高频的噪声(大于200MHz)则可将电源线
位置改变或左右摇动，看噪声是否有变大或变小，如果噪声会随线的位置而改变，那么便表示噪声是由电源线所辐射出来。
另外由于产品所造成的噪声频率点往往不只一点，而各点可能由不同的辐射机制所造成，所以可以针对单一点的噪声将频谱分析仪的频宽展开，然后天线转成水平及垂直来比较，这个方法看似简单，但对于比较复杂的系统与产品，其内部及外部连接了许多排线，通常可以有效地锁定问题的范围。
笔者亦曾经处理过一件拖延甚久的案子，由于其在OP EN S ITE测试时，垂直读值明显高过水平读值10d B以上，且当人一靠近机器噪声亦明显降低，针对这两个现象来思考，结果发现有一短的垂直电缆线连接上下机体造成，当问题找到确定后，再做适当的对策将是非常有效。
也许读者会问，水平和垂直噪声的读值一样高则如何来判断，若碰到这种情形，通常表示噪声源非常强，故内部的各种导线很容易受到耦合，例如使用某些噪声较强的IC或CP U，这时因为噪声能量较大，往往要从电路板内部与组件的Lay -o ut、P lacement及Gro und来下手，当然对策方法不止一种，诊断的方法也不只一种，可以用其它方法再仔细的分析问题。为使读者能够由实例中了解，笔者亦选取下列数例以帮助读者更了解及运用。
电源线的判断
图(a)
图 (b)
图(a)为Des kto p P C的噪声辐射结果，而图(b)则为在AC Po wer电源线加上数个C ore。
电源线的判断
图(c)图 (d)
图(c)为Des kto p PC在300-500M Hz的噪声辐射结果，而图(d)则为改变AC P owe r电源线的形状，结果噪声有明显的差异。
单点噪声的判断
图(e)图 (f)
图(e)为将频谱分析仪的S pan降低，单独看172M Hz的噪声，此时天线为水平的方向，而图(f)则为同一角度，将天线转成垂直来看，比较二者的差异便可以知道主要为水平线辐射所造。
三. 最大角度判断技巧
在EMI测试时，除了天线要测试水平与垂直二个极化方向外，待测物的桌子并且要旋转360度，记录最大的噪声读值，因此当发现噪声无法符合时，除了先判断水平和垂直噪声的差异外，便是要将待测物旋转到最大的噪声位置，由于电子产品其噪声的辐射往往会在某一个角度最大，而此时待测物面向天线的位置，往往是造成辐射的来源，通常要分析这位置附近的组件、导线及屏蔽效果，如此则较容易锁定范围，再仔细分析问题。
实例三最大角度的判断
差异：
1.图5是待测物正面对向接收天线。
2.图6是待测物侧面对向接收天线。
说明：
1.这两张图是待测物面对接收天线不同的角度，由于角度的不同，很明显地噪声的强度也有很大的差别。
分析讨论
比较上两图，由于待测物面对天线的位置不同，则噪声强度明显的不同，这也说明了噪声源是在产品的某一部份，亦即靠近天线最大时的位置部份必须仔细分析诊断。
这个判断方法也是如前一样，可能会遇到不管桌子是转在那一个角度，噪声强度皆是一样高，如果碰到这种产品，一般而言是较难处理的，因为待测物的每一个方向噪声皆一样强，表示此噪声源已将机器内的每一部份皆感染，处理这一类机器的EMI问题，通常要花一些时间，有时则要使用金属弹片、铜箔或喷导电漆来抑制噪声。
最大角度的判断
图(g)图 (h)
图(g)为将P C待测物转到最大角度，而图(h)则为用手按前面喷导电漆
的塑料壳，结果噪声明显降低，故表示要加强导电漆与金属铁壳的密合导通效果。
最大角度的判断
图(i) 图 (j)
图(i)为将将PC待测物转到最大角度，而图(j)则为用铜箔贴在面对天线的PC前缘外壳上，结果噪声明显降低，故表示要加强该处的屏蔽密合效果。
四. Common mode与Differential mode的判断技巧
关于C o mmo n mo d e和Differential mo de的分析，相信只要接触过电磁干扰理论的读者都略知一二，许多书中也强调Co mmo n mode和Differential mo de的重要，并有详尽的图解说明其分别造成的机制，有的文章甚且长篇大论分析了一大堆理论，看了之后
对Co mmo n mod e和Diffe rential mo d e是了解许多，但是对于如何应用与判断，可能还是有雾里看花，摸不着头绪的感觉。这主要的原因便是缺少实际测试图形的配合分析，因此笔者将重点放在实际应用分析来说明Co mmo n mod e和Differential mo de。
实例四共模与异模的判断
差异：
1.图7是含有共模和异模噪声的CCD产品。
2.图8是待测物电源关闭后的背景噪声。
说明：
1.这两张图是比较共模和异模的判断。
分析讨论
图7是一般测试时最常见到的噪声频谱图形，在此我们做一详细的分析。首先看整个频带的基线(Base line)，其特性为一宽带的噪声，比较图8为机器关机时频谱分析仪的图形，愈高频基线愈高是因加了
天线因子(Antenna F acto r)的原因，亦即高于图8基线的整个宽带噪
声，我们可以视为Co mmo n mod e的噪声，而其上一支支单独的噪声可以视为Differential mo de噪声。将噪声分布情形分成Co mmo n mo de 和Differential mod e的作用为何，主要便是要判断其分别造成的辐射来源机制，如此帮助找到问题点及对策的方法。
造成Co mmo n mod e 的原因主要是接地(Gro und)与屏蔽
(S hield)，也就是当发现Co mmo n mod e的噪声非常高时，则要先考
虑产品内的接地与屏蔽的问题。而造成Differential mo de的原因则主要是线的问题，包括电路板上的trace线、产品内部的各种导线及外部的连接线，故要从各各在线来找出问题，能够从这两个方面先把问题厘清，对于深入细部的修改是很有帮助的。
为使读者能更清楚认识与运用这个观念，笔者再以下例详细说明
实例五共模的分析
图9 图10
差异：
1.图9是一次侧接地和二次侧的地连接在一起。
2.图10是将一次侧接地和二次侧的地分开。
说明：
1.此为切换式电源供应器的产品，这两张图是说明不同接地方式所造成的影响。
实例六异模的分析
图11 图12
差异：
1.图11是传真机接上电话线。
2.图12是传真机的电话线取下。
说明：
1.这两张图是说明因为外接线所造成异模辐射的效应。
分析讨论
关于共模和异模的分析，在实际的产品噪声辐射中，往往是相互混合的，有时无法单纯的将其分成共模和异模，这点在对策考虑时也必须做多方的判断，以噪声能量的观点来看，当噪声能量大多分布在Gro und上，则此时在频谱仪上则会看到Broadb and的噪声明显升高，若噪声能量大多分布在Trace上，则此时在频谱仪上会看到Differential mod e的Na rro wba nd噪声会增加。
G r o u n d T r a c e
V N=I N R G V N∞I N A T L T
A n t en n a
但是在实际电路板上，噪声的能量是同时会分布在Gro und和Trace 上，所以当Gro und的面积加大(R G减小)或Gro und的噪声减小(I N减小)，不仅Co mmo n mo de的辐射可降低，同时Differential mod e也会
随之降低，因为原先在Trace上噪声的能量一部份可被Gro und所吸收，而将Trace的路径减短或面积减小，则除了降低Differential mo de的噪声外，因为辐射的天线减小后，相对地Gro und噪声藉Trace所辐射的量自然也就比较小，因此这二者之间往往存在着相互转换的关系。
对于这个观念必须能够清楚地了解与认识，这一点在电路板的Layo ut与对策上是非常重要的，也就是对噪声的防制要能够有整体的认识，而非单独针对几个组件下对策。事实上，从许多的例子可以看
到，只是单纯在Crystral上加一些电阻、电容和电感(Bead)，通常无
法有效地去抑制噪声噪声，下面这个例子即是实际在Terminal产品上针对O scillato r对策的电路图
上述的范例在早期一直被一些对策人员视为秘籍，许多初学者看到后总觉得如获至宝，像上例为了抑制噪声，共使用了三个电容、四个电感和一个电阻，工程可谓浩大，但是否表示就可以有效抑制噪声的辐射，答案是否定的。
这也是许多R&D工程师刚开始遇到EMI困扰时，总是信心满满认为只要在适当的地方加上滤波对策即可，结果花了许多时间却一直不能放弃噪声而感到困扰与挫折。这是因为没有对噪声的特性先做一评估，又缺少EMI整体对策的观念，所以有时低频噪声抑制下来，结果高频却又无法符合，或者120MHz噪声减低，但160MHz噪声却又升高，如此反反复覆是非常耗时的。
五.Harmonic谐波的判断技巧
大部份噪声测试的频谱图，皆可以看到如下之一支支等距的噪声，这一支支等距的噪声亦即为噪声的谐波，通常可由其判断噪声的来源。
实例七谐波的分析
差异：
1.图13是使用28MHz的CCD产品，经过除频后为14MHz。
2.图14是使用14MHz的无线麦克风的产品。
说明：
1.这两张图是介绍谐波分析的技巧，计算一支支等距噪声的频率差。
分析讨论
计算每一支等距噪声差为14MHz，此表示出有一个14MHz的C lo ck 信号所造成，或者是经过除频后有14MHz的信号产生。由于在电路板
上往往会使用数个不同频率的Crystal，以致有时无法判断是那一个Crystal 所造成，利用这个方法有时可以很快的确定是那一个Crystal 造成，然后再做对策，如此可省除逐一拆除Crystal判断，或者在电路板上逐一割线判断的麻烦。
六.噪声点展开的判断技巧
除了使用谐波的观念来判断噪声的来源外，尚可将噪声点展开来判断，也就是将频谱分析仪的Span减小，然后研究造成的机制。
实例八噪声展开的分析
差异：
1.图15是TV Game由30-300MHz的噪声辐射。
2.图16是将其中较高的噪声展开。
说明：
1.这两张图是介绍噪声展开分析的技巧。
分析讨论
由于造成辐射噪声的成因很多，而产品也可能有多种功能组件会引起噪声干扰，通常频谱分析仪设定由30MHz测到300MHz，如此可以很快看出有那些噪声无法符合，但是因为频宽设定太大，故噪声几乎都是一支一支的状态显现，如果我们将频谱的S pan减小，此时便可发现展开后的波形是不一样的。
如上例中在30MHz到300MHz的图中是单支噪声，但是将S pan降至100K Hz时，可看出类似方波的波形上还载有另一种波形，透过这种分析也可做为噪声来源的判断，为使读者能更加了解，下列为一些常见到的波形
噪声展开之分析
图(k) 图 (l)
图(k)为Clock的信号，而图(l)则为Video的信号。
噪声展开之分析
图(m) 图 (n)
图(m)为马达控制的信号，而图(n)则为 Clock Generator的信号。
上述所介绍的分析技巧主要为静态的分析，也就是可以先将各种噪声的特性与状况画出来，然后做一个初步的研究分析，这个方法所得到的结论是偏向猜测性与预测性的，有时可能如所分析的结果然而有时则可能和所分析的看法相距甚远。
笔者要再次强调E MI的对策是有系统、有方法的，有些步骤看似
多余的，但是如此做可以避免事后的许多误判而钻入牛角尖，切忌直接判断问题就蒙着头一直加对策，这样往往会多花许多时间与金钱。
在此笔者为加强读者的印象，将重点整理如下
这篇文章写得不错，看来以后很有启发，我是做EMC测试工作的，觉得写得符合实际，告诉我们做EMC要有目的性，不要盲目的去加磁环，加Y电容，加屏蔽，要先确定被干扰点或面，也或者输入输出在进行整改！
绪论 3分析测试技术的发展的三个阶段？ 阶段一：分析化学学科的建立；主要以化学分析为主的阶段。 阶段二：分析仪器开始快速发展的阶段 阶段三：分析测试技术在快速、高灵敏、实时、连续、智能、信息化等方面迅速发展的阶段4现代材料分析的内容及四大类材料分析方法？ 表面和内部组织形貌。包括材料的外观形貌（如纳米线、断口、裂纹等）、晶粒大小与形态、各种相的尺寸与形态、含量与分布、界面（表面、相界、晶界）、位向关系（新相与母相、孪生相）、晶体缺陷（点缺陷、位错、层错）、夹杂物、内应力。 晶体的相结构。各种相的结构，即晶体结构类型和晶体常数，和相组成。 化学成分和价键（电子）结构。包括宏观和微区化学成份（不同相的成份、基体与析出相的成份）、同种元素的不同价键类型和化学环境。 有机物的分子结构和官能团。 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 四大分析：1图像分析：光学显微分析（透射光反射光），电子（扫描，透射），隧道扫描，原子力2物象：x射线衍射，电子衍射，中子衍射3化学4分子结构：红外，拉曼，荧光，核磁 获取物质的组成含量结构形态形貌及变化过程的技术 材料结构与性能的表征包括材料性能，微观性能，成分的测试与表征 6.现代材料测试技术的共同之处在哪里？ 除了个别的测试手段（扫描探针显微镜）外，各种测试技术都是利用入射的电磁波或物质波（如X射线、高能电子束、可见光、红外线）与材料试样相互作用后产生的各种各样的物理信号（射线、高能电子束、可见光、红外线），探测这些出射的信号并进行分析处理，就课获得材料的显微结构、外观形貌、相组成、成分等信息。 9.试总结衍射花样的背底来源，并提出一些防止和减少背底的措施 衍射花样要素：衍射线的峰位、线形、强度 答:(I)花材的选用影晌背底; (2)滤波片的作用影响到背底;(3)样品的制备对背底的影响 措施：（1）选靶靶材产生的特征x射线（常用Kα射线）尽可能小的激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样背底，使图像清晰。（2）滤波，k系特征辐射包括Ka和kβ射线，因两者波长不同，将使样品的产生两套方位不同得衍射花样;选择浪滋片材料，使λkβ靶<λk滤<λkα，Ka射线因因激发滤波片的荧光辐射而被吸收。(3)样品，样品晶粒为50μm左右，长时间研究，制样时尽量轻压，可减少背底。 11.X射线的性质; x射线是一种电磁波，波长范围:0.01~1000à X射线的波长与晶体中的原子问距同数量级，所以晶体可以用作衍射光栅。用来研究晶体结构，常用波长为0.5~2.5à 不同波长的x射线具有不同的用途。硬x射线:波长较短的硬x封线能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。软x射线:波长较长的软x射线的能量较低，穿透性弱，可用干分析非金属的分析。用于金属探伤的x射线波长为0.05~0.1à当x射线与物质(原子、电子作用时，显示其粒子性，具有能量E＝h 。产生光电效应和康普顿效应等 当x射线与x射线相互作用时，主要表现出波动性。 x射线的探测:荧光屏（ZnS），照相底片，探测器
材料物理专业《材料分析测试方法A 》作业 第一章 电磁辐射与材料结构 一、教材习题 1-1 计算下列电磁辐射的有关参数： （1）波数为3030cm -1的芳烃红外吸收峰的波长（μm ）； （2）5m 波长射频辐射的频率（MHz ）； （3）588.995nm 钠线相应的光子能量（eV ）。 1-3 某原子的一个光谱项为45F J ，试用能级示意图表示其光谱支项与塞曼能级。 1-5 下列原子核中，哪些核没有自旋角动量？ 12C 6、19F 9、31P 15、16O 8、1H 1、14N 7。 1-8 分别在简单立方晶胞和面心立方晶胞中标明（001）、（002）和（003）面，并据此回答： 干涉指数表示的晶面上是否一定有原子分布？为什么？ 1-9 已知某点阵∣a ∣=3?，∣b ∣=2?，γ = 60?，c ∥a ×b ，试用图解法求r *110与r *210。 1-10 下列哪些晶面属于]111[晶带？ )331(),011(),101(),211(),231(),132(),111(。 二、补充习题 1、试求加速电压为1、10、100kV 时，电子的波长各是多少？考虑相对论修正后又各是多 少？ 第二章 电磁辐射与材料的相互作用 一、教材习题 2-2 下列各光子能量（eV ）各在何种电磁波谱域内？各与何种跃迁所需能量相适应？ 1.2×106~1.2×102、6.2~1.7、0.5~0.02、2×10-2~4×10-7。 2-3 下列哪种跃迁不能产生? 31S 0—31P 1、31S 0—31D 2、33P 2—33D 3、43S 1—43P 1。 2-5 分子能级跃迁有哪些类型？紫外、可见光谱与红外光谱相比，各有何特点？ 2-6 以Mg K α（λ=9.89?）辐射为激发源，由谱仪（功函数4eV ）测得某元素（固体样品） X 射线光电子动能为981.5eV ，求此元素的电子结合能。 2-7 用能级示意图比较X 射线光电子、特征X 射线与俄歇电子的概念。 二、补充习题 1、俄歇电子能谱图与光电子能谱图的表示方法有何不同？为什么？ 2、简述X 射线与固体相互作用产生的主要信息及据此建立的主要分析方法。 第三章 粒子（束）与材料的相互作用 一、教材习题 3-1 电子与固体作用产生多种粒子信号（教材图3-3），哪些对应入射电子？哪些是由电子 激发产生的？
2010年： 1.说明产生特征X射线谱的原理以及如何命名特征X射线。 答：X射线的产生与阳极靶物质的原子结构紧密相关，原子系统中的电子遵从泡利不相容原理不连续的分布在K L M N 等不同能级的壳层上，而且按照能量最低原理首先填充最靠近原子核的K壳层，再依次填充L M N壳层。各壳层能量由里到外逐渐增加。 E k 第一章 一、选择题 1.用来进行晶体结构分析的X射线学分支是（） A.X射线透射学； B.X射线衍射学； C.X射线光谱学； D.其它 2. M层电子回迁到K层后，多余的能量放出的特征X射线称（） A.Kα； B. Kβ； C. Kγ； D. Lα。 3. 当X射线发生装置是Cu靶，滤波片应选（） A．Cu；B. Fe；C. Ni；D. Mo。 4. 当电子把所有能量都转换为X射线时，该X射线波长称（） A.短波限λ0； B. 激发限λk； C. 吸收限； D. 特征X射线 5.当X射线将某物质原子的K层电子打出去后，L层电子回迁K层，多余能量将另一个L层电子打出核外，这整个过程将产生（）（多选题） A.光电子； B. 二次荧光； C. 俄歇电子； D. （A+C） 二、正误题 1. 随X射线管的电压升高，λ0和λk都随之减小。（） 2. 激发限与吸收限是一回事，只是从不同角度看问题。（） 3. 经滤波后的X射线是相对的单色光。（） 4. 产生特征X射线的前提是原子内层电子被打出核外，原子处于激发状态。（） 5. 选择滤波片只要根据吸收曲线选择材料，而不需要考虑厚度。（） 三、填空题 1. 当X射线管电压超过临界电压就可以产生X射线和X射线。 2. X射线与物质相互作用可以产生、、、、 、、、。 3. 经过厚度为H的物质后，X射线的强度为。 4. X射线的本质既是也是，具有性。 5. 短波长的X射线称，常用于；长波长的X射线称 ，常用于。 习题 1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？ 2. 分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？ （1）用CuK αX 射线激发CuK α荧光辐射； （2）用CuK βX 射线激发CuK α荧光辐射； （3）用CuK αX 射线激发CuL α荧光辐射。 3. 什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”、“发射谱”、 “吸收谱”？ 4. X 射线的本质是什么？它与可见光、紫外线等电磁波的主要区别何在？用哪些物理量 描述它？ 5. 产生X 射线需具备什么条件？ 6. Ⅹ射线具有波粒二象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？ 7. 计算当管电压为50 kv 时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短 波限和光子的最大动能。 8. 特征X 射线与荧光X 射线的产生机理有何异同？某物质的K 系荧光X 射线波长是否等 于它的K 系特征X 射线波长？ 9. 连续谱是怎样产生的？其短波限V eV hc 3 01024.1?= =λ与某物质的吸收限k k k V eV hc 3 1024.1?= =λ有何不同（V 和V K 以kv 为单位）？ 10. Ⅹ射线与物质有哪些相互作用？规律如何？对x 射线分析有何影响？反冲电子、光电 子和俄歇电子有何不同？ 11. 试计算当管压为50kv 时，Ⅹ射线管中电子击靶时的速度和动能，以及所发射的连续 谱的短波限和光子的最大能量是多少？ 12. 为什么会出现吸收限？K 吸收限为什么只有一个而L 吸收限有三个？当激发X 系荧光 Ⅹ射线时，能否伴生L 系？当L 系激发时能否伴生K 系？ 13. 已知钼的λK α＝0.71?，铁的λK α＝1.93?及钴的λK α＝1.79?，试求光子的频率和能量。 试计算钼的K 激发电压，已知钼的λK ＝0.619?。已知钴的K 激发电压V K ＝7.71kv ，试求其λK 。 14. X 射线实验室用防护铅屏厚度通常至少为lmm ，试计算这种铅屏对CuK α、MoK α辐射 的透射系数各为多少？ 15. 如果用1mm 厚的铅作防护屏，试求Cr K α和Mo K α的穿透系数。 16. 厚度为1mm 的铝片能把某单色Ⅹ射线束的强度降低为原来的23.9％，试求这种Ⅹ射 线的波长。 试计算含Wc ＝0.8％，Wcr ＝4％，Ww ＝18％的高速钢对MoK α辐射的质量吸收系数。 17. 欲使钼靶Ⅹ射线管发射的Ⅹ射线能激发放置在光束中的铜样品发射K 系荧光辐射，问 需加的最低的管压值是多少？所发射的荧光辐射波长是多少？ 18. 什么厚度的镍滤波片可将Cu K α辐射的强度降低至入射时的70％？如果入射X 射线束 中K α和K β强度之比是5：1，滤波后的强度比是多少？已知μm α＝49.03cm 2 ／g ，μm β ＝290cm 2 ／g 。 19. 如果Co 的K α、K β辐射的强度比为5：1，当通过涂有15mg ／cm 2 的Fe 2O 3滤波片后，强 度比是多少？已知Fe 2O 3的ρ=5.24g ／cm 3，铁对CoK α的μm ＝371cm 2 ／g ，氧对CoK β的 μm ＝15cm 2 ／g 。 20. 计算0.071 nm （MoK α）和0.154 nm （CuK α）的Ⅹ射线的振动频率和能量。（答案：4.23 XRD: 1．作用：X射线衍射分析是研究晶体结构内部原子排列状况最有力的工具。 2．由原子排列规律与标准数据库对照可直接得到结晶物质的相，因为世界上有七十万种（2008年底）结晶物质都有其特有的原子排列。 3．对X射线衍射峰强度和峰形函数分析又可得到物相的精确点阵参数、晶格畸变、微观尺寸、微观应力、结晶度、织构等。 4．X射线是在1895年由德国科学家伦琴在研究阴极射线时发现的。1912年德国科学家劳埃首次将X射线穿透晶体时发现衍射现象，从而既证明了它电磁波的性质和对应超短的波长，现已证明它的波长介于γ射线和紫外线之间，由0.01到100?。 5．X射线的产生是由高速运动的电子轰激金属靶子，电子的动能转变成X光能，其X射线成分很复杂，由各种波长各种强度的X射线混合而成，从本质上可分成两组： 6．例1.要想得到α－Fe的（222）面的衍射线，应该选用何种靶？ 解：α－Fe属立方晶系，查数据库资料得知a＝2.8664?，那么（222）晶面间距根据公式可得：d222＝a/（H2+K2+L2）1/2 =2.8664/√12=0.8225 ? 将d值代入布拉格公式2dsinθ＝nλ得λ＝1.6450 ?，即λ≤1.6450 ? 时才满足α－Fe的（222）面的衍射线，根据上面的表可知铜、钼靶满足此条件，但此仅只满足衍射条件而已，如果考虑其他原因如避免激发试样荧光辐射，铜靶也不合适。 例2.如上例，求出不同靶对α－Fe的（222）面的衍射角。 根据公式sinθ＝λ/2*0.8225，θ＝sin-1（λ/1.6450） 若用铜靶λ＝1.541，θ＝69.72 衍射角2 θ＝139.44 若用钼靶λ＝0.708，θ＝25.49 衍射角2 θ＝50.98 7．K值法应用实例：锐钛矿（A-TiO2)和金红石(R-TiO2)都由TiO2组成的不同结构的同质异构体，他们是重要的光催化材料，两者的性能差别很大。由锐钛矿加温在一定的条件下转化为稳定的金红石相，因此对它们的转化条件及转化过程研究尤为重要。从PDF卡片上查到R-TiO2用d=0.325nm的线条K＝3.4，A-TiO2用d=0.351nm的线条K＝4.3。 通过实测样品W－54号样，IR=1628，IA＝10006，那么： WA/WR=( IA/ IR)*(KR/KA)=(10006/1628)*(3.4/4.3)=4.87. 因W A+ WR=1,故W A＝0.8296＝82.96％，即锐钛矿占82.96，相应的金红石占17.04％。W－57号样是在上面样品基础上提高温度的产物，此时明显金红石相增加，I3.25=3163，I3.51＝8453，W A/WR＝2.11,得到W A=67.85％，相应的金红石占32.15％。 8． 常用的建筑工程材料的检测方法详细介绍 我们经常会看到新闻报道有关于住房纠纷和烂尾楼的问题，出现该种现象的主要原因是由于使用了劣质的建筑材料。很多农村家庭自己建造房子时不会太多关注建筑材料的问题，只要建筑材料质量合格即可，但是城市建筑中，不管是居民住房还是商业建筑或者是工业建筑，对建筑材料的要求等级均较高，优质的建筑材料才能保证建筑物的质量达标。每一种建筑材料都有其固定的检测方法，下面的时间大家跟着小编一起了解下常用的建筑工程材料都有哪些常用的检测方法。 1、现场搅拌混凝土检测 根据国家混凝土施工质量验收标准对混凝土的强度进行检测，取样时应采用随机取样的原则，取样的重复组为3组，保证检测结果的重复性和可信赖性。 2、商品混凝土 商品混凝土自购买运送到施工现场之后，需要按照预拌混凝土检测标准取样测定，用于交货的混凝土在交货地点进行取样，用于出厂的混凝土应在搅拌施工地点进行取样，对于预 拌混凝土的质量，每一车都要通过目测检查。 3、钢筋检测 对于不同组别的钢筋建筑材料需要进行不同批次的取样和检测，测定钢筋的直径、长度、弯心直径等指标。 4、墙体材料检测 不同的墙体材料使用的检测方法不同，使用随机取样法取样检测，对墙体材料进行抗压强度和密度检测试验，确保墙体材料的承重能力能符合建筑物的设计要求。 5、防水材料检测 防水材料是建筑工程中需要重点把握的建筑环节，很多建筑物由于防水施工工作不到位，后期在建筑物使用过程中还需要重新整改，增加整改成本和难度，施工方使用的防水材料需要有检测报告和合格证明，并且要明确注意使用期限和产品的规格以及使用范围等重点指标。防水材料的检测除了要对其检测物理性能外，另外，也需要做注水试验来判断防水材料的性能。 材料分析测试方法 XRD 1、x-ray 的物理基础 X 射线的产生条件： ⑴ 以某种方式产生一定量自由电子 ⑵ 在高真空中，在高压电场作用下迫使这些电子做定向运动 ⑶ 在电子运动方向上设置障碍物以急剧改变电子运动速度 →x 射线管产生。 X 射线谱——X 射线强度随波长变化的曲线： （1）连续X 射线谱：由波长连续变化的X 射线构成，也称白色X 射线或多色X 射线。每条曲线都有一强度极大值（对应波长λm ）和一个波长极限值（短波限λ0）。 特点：最大能量光子即具有最短波长——短波限λ0。最大能量光子即具有最短波长——短波限λ0。 影响连续谱因素：管电压U 、管电流 I 和靶材Z 。I 、Z 不变，增大U →强度提高，λm 、λ0移向短波。U 、Z 不变，增大I ；U 、I 不变，增大Z →强度一致提高，λm 、λ0不变。 （2）特征X 射线谱：由一定波长的若干X 射线叠加在连续谱上构成，也称单色X 射线和标识X 射线。 特点：当管电压超过某临界值时才能激发出特征谱。特征X 射线波长或频率仅与靶原子结构有关，莫塞莱定律 特定物质的两个特定能级之间的能量差一定，辐射出的特征X 射线的波长是特定。 特征x 射线产生机理：当管电压达到或超过某一临界值时，阴极发出的电子在电场加速下将靶材物质原子的内层电子击出原子外，原子处于高能激发态，有自发回到低能态的倾向，外层电子向内层空位跃迁，多余能量以X 射线的形式释放出来—特征X 射线。 X 射线与物质相互作用：散射，吸收（主要） （1）相干散射：当X 射线通过物质时，物质原子的内层电子在电磁场作用下将产生受迫振动，并向四周辐射同频率的电磁波。由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称相干散射→ X 射线衍射学基础 （2）非相干散射：X 射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子，X 射线光子离开原来方向，能量减小，波长增加，也称为康普顿散射。 （3）吸收：光电效应，俄歇效应 λK 即称为物质的K 吸收限 短波限λ0与管电压有关，而每种物质的K 激发限波长λK 与该物质的K 激发电压有关，即都有自己特定的值。 X 射线与物质的相互作用可以看成是X 光子与物质中原子的相互碰撞。当X 光子具有足够能量时，可以将原子内层电子击出，该电子称为光电子。原子处于激发态，外层电子向内层空位跃迁，多余能量以辐射方式释放，即二次特征X 射线或荧光X 射线。这一过程即为X 射线的光电效应。 对于某特定材料的特定俄歇电子具有特定的能量，测定其能量（俄歇电子能谱）可以确定原K K K K K K K V eV hc eV W hc h 2 104.12?==→=≥=λλν()σλ-=Z K 1 成分分析： 成分分析按照分析对象和要求可以分为微量样品分析和痕量成分分析两种类型。 按照分析的目的不同，又分为体相元素成分分析、表面成分分析和微区成分分析等方法。 体相元素成分分析是指体相元素组成及其杂质成分的分析，其方法包括原子吸收、原子发射ICP、质谱以及X 射线荧光与X 射线衍射分析方法；其中前三种分析方法需要对样品进行溶解后再进行测定，因此属于破坏性样品分析方法；而X射线荧光与衍射分析方法可以直接对固体样品进行测定因此又称为非破坏性元素分析方法。 表面与微区成份分析： X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）；（10纳米，表面） 俄歇电子能谱（Auger electron spectroscopy，AES）；（6nm，表面） 二次离子质谱（Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS）；（微米，表面） 电子探针分析方法；（0.5微米，体相） 电镜的能谱分析；（1微米，体相） 电镜的电子能量损失谱分析；（0.5nm） 为达此目的，成分分析按照分析手段不同又分为光谱分析、质谱分析和能谱分析。 1.光谱分析：主要包括火焰和电热原子吸收光谱AAS，电感耦合等离子体原子发射光谱 ICP-OES，X-射线荧光光谱XFS 和X-射线衍射光谱分析法XRD； （1）原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectrometry, AAS） 又称原子吸收分光光度分析。原子吸收光谱分析是基于试样蒸气相中被测元素的基态原子对由光源发出的该原子的特征性窄频辐射产生共振吸收，其吸光度在一定范围内与蒸气相中被测元素的基态原子浓度成正比，以此测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。 原子吸收分析特点： （a）根据蒸气相中被测元素的基态原子对其原子共振辐射的吸收强度来测定试样中被测元素的含量； （b）适合对纳米材料中痕量金属杂质离子进行定量测定，检测限低，ng/cm3，10-10—10-14g； （c）测量准确度很高，1%（3—5%）； （d）选择性好，不需要进行分离检测； （e）分析元素范围广，70多种； 应该是缺点（不确定）：难熔性元素，稀土元素和非金属元素，不能同时进行多元素分析；（2）电感耦合等离子体原子发射光谱(Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, ICP-AES) 名词解释： 分子振动：分子中原子（或原子团）以平衡位置为中心的相对（往复）运动。伸缩振动：原子沿键轴方向的周期性（往复）运动；振动时键长变化而键角不变。（双原子振动即为伸缩振动） 变形振动又称变角振动或弯曲振动：基团键角发生周期性变化而键长不变的振动。 晶带：晶体中，与某一晶向[uvw]平行的所有（HKL）晶面属于同一晶带，称为[uvw]晶带。 辐射的吸收：辐射通过物质时，其中某些频率的辐射被组成物质的粒子（原子、离子或分子等）选择性地吸收，从而使辐射强度减弱的现象。 辐射被吸收程度对ν或λ的分布称为吸收光谱。 辐射的发射：物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。 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(二次光子)称为荧光或磷光。吸收一次光子与发射二次光子之间延误时间很短(10-8~10-4s)则称为荧光；延误时间较长(10-4~10s)则称为磷光。 发射光谱:物质粒子发射辐射的强度对ν或λ的分布称为发射光谱。光致发光者，则称为荧光或磷光光谱 辐射的散射：电磁辐射与物质发生相互作用，部分偏离原入射方向而分散传播的现象 散射基元:物质中与入射的辐射相互作用而致其散射的基本单元 瑞利散射（弹性散射）：入射线光子与分子发生弹性碰撞作用，仅光子运动方向改变而没有能量变化的散射。 拉曼散射（非弹性散射）：入射线(单色光)光子与分子发生非弹性碰撞作用，在光子运动方向改变的同时有能量增加或损失的散射。 拉曼散射线与入射线波长稍有不同，波长短于入射线者称为反斯托克斯线，反之则称为斯托克斯线 光电离：入射光子能量(hν)足够大时，使原子或分子产生电离的现象。 光电效应: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。 光电子能谱: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 分子光谱：由分子能级跃迁而产生的光谱。 名词解释： 晶带：晶体中，与某一晶向[uvw]平行的所有（HKL）晶面属于同一晶带，称为[uvw] 晶带。 辐射的吸收：辐射通过物质时，其中某些频率的辐射被组成物质的粒子（原子、离子或分子等）选择性地吸收，从而使辐射强度减弱的现象。 辐射被吸收程度对ν或λ的分布称为吸收光谱。 辐射的发射：物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。 辐射的散射：电磁辐射与物质发生相互作用，部分偏离原入射方向而分散传播的现象 光电离：入射光子能量(hν)足够大时，使原子或分子产生电离的现象。 光电效应: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。 点阵消光：因晶胞中原子(阵点)位置而导致的|F|2=0的现象 系统消光：晶体衍射实验数据中出现某类衍射系统消失的现象。 结构消光:在点阵消光的基础上，因结构基元内原子位置不同而进一步产生的附 加消光现象，称为结构消光。 衍射花样指数化:确定衍射花样中各线条(弧对)相应晶面(即产生该衍射线条的晶面)的干涉指数，并以之标识衍射线条，又称衍射花样指数化(或指标化)。 背散射电子：入射电子与固体作用后又离开固体的总电子流。 特征X射线：射线管电压增至某一临界值，使撞击靶材的电子具有足够能量时，可使靶原子内层产生空位，此时较外层电子将向内层跃迁产生辐射即是特征X 射线。 俄歇电子：由于原子中的电子被激发而产生的次级电子，在原子壳层中产生电子空穴后，处于高能级的电子可以跃迁到这一层，同时释放能量。当释放的能量传递到另一层的一个电子，这个电子就可以脱离原子发射，被称为俄歇电子。 二次电子：入射电子从固体中直接击出的的原子的核外电子和激发态原子退回基态时产生的电子发射，前者叫二次电子，后者叫特征二次电子。 X射线相干散射：入射光子与原子内受核束缚较紧的电子发生弹性碰撞作用，仅其运动方向改变没有能量改变的散射。 X射线非相干散射：入射光子与原子内受到较弱的电子或者晶体中自由电子发生非弹性碰撞作用，在光子运动方向改变的同时有能量损失的散射。 K系特征辐射：原子K层出现空位，较外的L层电子向内的K层辐射跃迁，发 材料物理专业2013级《材料分析测试方法A 》作业 第一章 电磁辐射与材料结构 一、教材习题 1-1 计算下列电磁辐射的有关参数： （1）波数为3030cm -1的芳烃红外吸收峰的波长（μm ）； （2）5m 波长射频辐射的频率（MHz ）； （3）588.995nm 钠线相应的光子能量（eV ）。 1-3 某原子的一个光谱项为45F J ，试用能级示意图表示其光谱支项与塞曼能级。 1-5 下列原子核中，哪些核没有自旋角动量？ 12C 6、19F 9、31P 15、16O 8、1H 1、14N 7。 1-8 分别在简单立方晶胞和面心立方晶胞中标明（001）、（002）和（003）面，并据此回答： 干涉指数表示的晶面上是否一定有原子分布？为什么？ 1-9 已知某点阵∣a ∣=3?，∣b ∣=2?，γ = 60?，c ∥a ×b ，试用图解法求r *110与r *210。 1-10 下列哪些晶面属于]111[晶带？ )331(),011(),101(),211(),231(),132(),111(。 二、补充习题 1、试求加速电压为1、10、100kV 时，电子的波长各是多少？考虑相对论修正后又各是多 少？ 第二章 电磁辐射与材料的相互作用 一、教材习题 2-2 下列各光子能量（eV ）各在何种电磁波谱域内？各与何种跃迁所需能量相适应？ 1.2×106~1.2×102、6.2~1.7、0.5~0.02、2×10-2~4×10-7。 2-3 下列哪种跃迁不能产生? 31S 0—31P 1、31S 0—31D 2、33P 2—33D 3、43S 1—43P 1。 2-5 分子能级跃迁有哪些类型？紫外、可见光谱与红外光谱相比，各有何特点？ 2-6 以Mg K α（λ=9.89?）辐射为激发源，由谱仪（功函数4eV ）测得某元素（固体样品） X 射线光电子动能为981.5eV ，求此元素的电子结合能。 2-7 用能级示意图比较X 射线光电子、特征X 射线与俄歇电子的概念。 二、补充习题 1、俄歇电子能谱图与光电子能谱图的表示方法有何不同？为什么？ 2、简述X 射线与固体相互作用产生的主要信息及据此建立的主要分析方法。 第三章 粒子（束）与材料的相互作用 一、教材习题 3-1 电子与固体作用产生多种粒子信号（教材图3-3），哪些对应入射电子？哪些是由电子 激发产生的？ 绪论 1分析测试技术？ 获取物质的组成、含量、结构、形态、形貌以及变化过程的技术和方法。 2材料分析测试的思路 从宏观到微观形貌（借助显微放大技术） 从外部到内在结构（借助X射线衍射技术） 从片段到整体（借助红外，紫外，核磁，X射线光谱，光电子能谱等） 3分析测试技术的发展的三个阶段？ 阶段一：分析化学学科的建立；主要以化学分析为主的阶段。 阶段二：分析仪器开始快速发展的阶段 阶段三：分析测试技术在快速、高灵敏、实时、连续、智能、信息化等方面迅速发展的阶段4现代材料分析的内容及四大类材料分析方法？ 表面和内部组织形貌。包括材料的外观形貌（如纳米线、断口、裂纹等）、晶粒大小与形态、各种相的尺寸与形态、含量与分布、界面（表面、相界、晶界）、位向关系（新相与母相、孪生相）、晶体缺陷（点缺陷、位错、层错）、夹杂物、内应力。 晶体的相结构。各种相的结构，即晶体结构类型和晶体常数，和相组成。 化学成分和价键（电子）结构。包括宏观和微区化学成份（不同相的成份、基体与析出相的成份）、同种元素的不同价键类型和化学环境。 有机物的分子结构和官能团。 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。 5化学成分分析所用的仪器？ 化学成分的表征包括元素成分分析和微区成分分析。 所用仪器包括： 光谱（紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、激光拉曼光谱等） 色谱（气相色谱、液相色谱、凝胶色谱等）。 热谱（差热分析、热重分析、示差扫描量热分析等）。 表面分析谱（X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、电子探针、原子探针、离子探针、激光探针等）。 原子吸收光谱、质谱、核磁共振谱、穆斯堡尔谱等。 6.现代材料测试技术的共同之处在哪里？ 除了个别的测试手段（扫描探针显微镜）外，各种测试技术都是利用入射的电磁波或物质波（如X射线、高能电子束、可见光、红外线）与材料试样相互作用后产生的各种各样的物理信号（射线、高能电子束、可见光、红外线），探测这些出射的信号并进行分析处理，就课获得材料的显微结构、外观形貌、相组成、成分等信息。 7.x射线、连续x射线谱和标识x射线 x射线:波长为0.01~1000A之间D的电磁波。 连续X射线：具有连续波长的x射线，构成连续x射线诺，它和可见光相似，亦称多色x射线 标识x射线:只有当管电压超过一定的数值时才会产生，且波长与x射线 管电流等工作条件无关，只决定于定于阳极材料，这种X射线称为标识X射线. 8.x射线衍射的几何条件是d, θ、I必须满足什么公式?写出数学表达式，并说明d，θ，λ的意义。 答:x射线衍射的几何条件是d,、l必须满足布拉格公式。 材料分析测试方法课后习题答案 1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？ 答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。 X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。 X射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结构变化的相关的各种问题。 X射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。 2.分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？ （1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射； （2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射； （3）用CuKαX射线激发CuLα荧光辐射。 答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。最内层能量最低，向外能量依次增加。 根据能量关系，M、K层之间的能量差大于L、K成之间的能量差，K、L层之间的能量差大于M、L层能量差。由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以K?的能量大于Ka的能量，Ka能量大于La的能量。 因此在不考虑能量损失的情况下： （1）CuKa能激发CuKa荧光辐射；（能量相同） （2）CuK?能激发CuKa荧光辐射；（K?>Ka） （3）CuKa能激发CuLa荧光辐射；（Ka>la） 3.什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”？ 答： ⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。 ⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。 ⑶一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K电子，当外层电子来填充K空位时，将向外辐射K系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。或二次荧光。 ⑷指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K电子从无穷远移至K层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K系的吸收限。 ⑸当原子中K层的一个电子被打出后，它就处于K激发状态，其能量为E k。如果一个L层电子来填充这个空位，K电离就变成了L电离，其能由Ek变成El，此时将释Ek-El的能量，可能产生荧光χ射线，也可能给予L层的电子，使其脱离原子产生二次电离。即K层的一个空位被L层的两个空位所替代，这种现象称俄歇效应。 4.产生X射线需具备什么条件？ 答：实验证实:在高真空中，凡高速运动的电子碰到任何障碍物时，均能产生X射线，对于其他带电的基本粒子也有类似现象发生。 电子式X射线管中产生X射线的条件可归纳为：1，以某种方式得到一定量的自由电子；2，在高真空中，在高压电场的作用下迫使这些电子作定向高速运动；3，在电子运动路径上设障碍物以急剧改变电子的运动速度。 《材料科学研究方法》考试试卷（第一套） 课程号 6706606030 考试时间 120 分钟 一．名词解释（每题2分，选做5题，共10分，多答不加分） 1. 基态 2. 俄歇电子 3. 物相分析 4. 色散 5. 振动耦合 6. 热重分析 二．填空题（每空1分，选做20空，共20分，多答不加分） 1. 对于X 射线管而言，在各种管电压下的连续X 射线谱都存在着一个最短的波长长值0λ， 称为 ，当管电压增大时，此值 。 2. 由点阵常数测量精确度与θ角的关系可知，在相同条件下，θ角越大，测量的精确 度 。 3. 对称取代的S=S 、C ≡N 、C=S 等基团在红外光谱中只能产生很弱的吸收带（甚至无吸 收带），而在 光谱中往往产生很强的吸收带。 4. 根据底片圆孔位置和开口位置的不同，德拜照相法的底片安装方法可以分 为： 、 、 。 5. 两组相邻的不同基团上的H 核相互影响，使它们的共振峰产生了裂分，这种现象 适用专业年级（方向）： 材料学、高分子 考试方式及要求： 闭卷、笔试 叫 。 6. 德拜法测定点阵常数，系统误差主要来源于相机的半径误差、底片的伸缩误差、样品的 偏心误差和 。 7. 激发电压是指产生特征X 射线的最 电压。 8. 凡是与反射球面相交的倒易结点都满足衍射条件而产生衍射，这句话是对是 错？ 。 9. 对于电子探针，检测特征X 射线的波长和强度是由X 射线谱仪来完成的。常用的X 射 线谱仪有两种：一种 ，另一种是 。 10. 对于红外吸收光谱，可将中红外区光谱大致分为两个区： 和 。 区域的谱带有比较明确的基团和频率对应关系。 11. 衍射仪的测量方法分哪两种： 和 。 12. DTA 曲线描述了样品与参比物之间的 随温度或时间的变化关系。 13. 在几大透镜中，透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于 。 14. 紫外吸收光谱是由分子中 跃迁引起的。红外吸收光谱是由分子中 跃迁引起的。 15. 有机化合物的价电子主要有三种，即 、 和 。 16. 核磁共振氢谱规定，标准样品四甲基硅δ TMS ＝ 。 17. 红外吸收光谱又称振-转光谱，可以分析晶体的结构，对非晶体却无能为力。此种说法 正确与否？ 18. 透射电子显微镜以 为成像信号，扫描电子显微镜主要以 为成像信号。 14.氢核受到的屏蔽效应强，共振需要的磁场强度 ，共振峰在 场出现，其 δ 值 。 三．简答题（共50分，选做50分，多答不加分） 1． 说明倒易矢量的定义及倒易矢量的基本性质；（10分） 2． 为什么用三乙胺稀释时，CHCl 3上氢核的NMR 峰会向低场移动？(10分) 3． 凡是满足布拉格方程的皆会产生衍射，这种说法正确与否？为什么？并写出布拉格方程 的矢量表达式。（10分） 4． 运动电子与固体作用产生的哪些信号？（5分） 5． 简述扫描电镜粉末试样制备的方法。（10分） 6． 简要说明差热分析曲线的影响因素。（5分） 7． 影响红外吸收光谱中峰位的因素有哪些？请简要说明。（10分） 8.o c v =与c c v =吸收频率在什么范围内？哪个峰强些？为什么? （10分） 一、填空 （1）透射电子显微镜主要由光学成像系统、真空系统、电气系统三部分组成。 （2）透射电镜的主要性能指标是分辨率、放大倍数、加速电压。 （3）电子探针分析有四种基本分析方法：定点定性分析、线扫描分析、面扫描分析、定点定量分析。 （4）扫描电镜的衬度，根据其形成的依据可以分为形貌衬度、原子序数衬度、电压衬度。 （5）产生x射线的衍射条件：布喇格定律：2dsinθ=nλ。 （6）电镜中的电磁透镜的主要相差是：球差、色差、轴上像散、畸变等，其中除色差外都属几何像差。 （7）电子激发所产生的物理信号有：二次电子、俄歇电子、特征能量损失电子、背散射电子、透射电子、吸收电子。（8）透射电磁样品的制备方法：粉末样品制备、薄膜样品制备、复型样品制备。 （9）X射线的衍射方法：劳厄法、转动晶体法、粉晶法、衍射仪法。 （10）扫描电镜中电子束在样品表面扫描的方式：行扫、帧扫、光栅扫描。 （11）透射电镜中有哪些主要光阑：物镜光阑、选区光阑、聚光镜光阑。 二、名词解释 （1）x射线：从本质上说是电磁波，其波长范围大约在0.01~1000A之间，具有波粒二相性。 （2）光电效应：当x射线的波长足够短时，其光子的能量就很大，以至能把电子中处于某一级上的电子打出来。而它本身则被吸收，它的能量传给该电子使之成为具有一定能量的光电子，并是原子处于高能的激出态，这种过程称为光电效应。 （3）俄歇电子：当外层电子跃入内层空位时，其余的能力不以x射线的形式放出，而是传给其他外层的电子，使之脱离原子，这种电子成为俄歇电子。 （4）晶带：晶体中平行于同一晶向的所有晶面的总体称为晶带。 （5）场深：在不影响透镜成像分辨率本领的前提下，物平面可沿透镜轴移动的距离。场深反映了试样可在物平面上、下沿镜轴移动的距离或试样超过物平面所允许的厚度。 （6）焦深：在不影响透镜成像分辨率本领的前提下，像平面可沿透镜轴移动的距离。焦深反映了观察屏或照相底板可在像平面上、下沿镜轴移动的距离。 （7）形貌衬度：由原子试样表面形貌差别而形成的衬度。 （8）原子序数衬度：是由于试样表面物质原子序数（或化学成分）差别而形成的衬度。 （9）电压衬度：是由于试样表面电位差别形成的衬度。 （10）像差：从物面上一点散射出的电子束，不一定全部会聚到一点，或者物面上的各点不按比例成像于同一平面内，结果图像模糊不清或者与原物相几何形状不完全相似，这种现象称像差。 （11）球差：由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束的会聚能力不同而造成的像差。 （12）色差：普通光学中不同的波长的光线经过透镜时，因折射率不同，将在不同点上聚焦，由此引起的像差。（13）轴上像散：由于透镜磁场不是理想的旋转对称磁场而引起的像差。 （14）表面分析：藉助于各种表面分析仪，对物体10nm内的表面层进行分析。 三、简答 1、（1）试说明电子束入射固体样品表面激发的主要信号，主要特点和用途。 （2）扫描电镜分辨率受哪些因素影响？ 答：（1）①背散电子，能量高，可以从试样表面较深处射出，其产额随原子序数增大而增大，因此背散射电子的衬度与成分密切相关，可以用于试样成分和形貌分析分辨率低。②二次电子，能量小于50ev，在表面10nm层内产生，可用于表观形貌分析，二次电子像具有最高的分辨率，对试样表面状态非常敏感，显示表面微区的形态结构非常有效。③吸收电子，被试样吸收，试样厚度越大、密度越大，吸收电子就越多，吸收电流就越大，可以用该信号成像，也可以用于不同的元素的定性分布情况分析，广泛用于扫描电镜和电子探针仪中。④俄歇电子，能量小，仅在表面1nm层内产生。⑤投射电子，成像比较清晰，电子衍射斑点也比较明锐，用于物质结构分析。⑥x射线，该信号产生的深度和广度范围较大，用于元素定性分析。（2）①入射电子束斑的大小。②成像信号。二次电子像的分辨率最高，x射线像分辨率最低。 2、磁镜的像差是怎样产生的？如何清除和减少？ 材料分析测试技术复习参考资料（注：所有的标题都是按老师所给的“重点”的标题，） 第一章x射线的性质 1.X射线的本质：X射线属电磁波或电磁辐射，同时具有波动性和粒子性特征，波长较为可见光短，约与晶体的晶格常数为同一数量级，在10-8cm左右。其波动性表现为以一定的频率和波长在空间传播；粒子性表现为由大量的不连续的粒子流构成。 2，X射线的产生条件：a产生自由电子；b使电子做定向高速运动；c在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物。 3，对X射线管施加不同的电压，再用适当的方法去测量由X射线管发出的X射线的波长和强度，便会得到X射线强度与波长的关系曲线，称为X射线谱。在管电压很低，小于某一值（Mo阳极X射线管小于20KV）时，曲线变化时连续变化的，称为连续谱。在各种管压下的连续谱都存在一个最短的波长值λo，称为短波限，在高速电子打到阳极靶上时，某些电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子，这个光量子便具有最高的能量和最短的波长，这波长即为λo。λo=1.24/V。 4，特征X射线谱： 概念：在连续X射线谱上，当电压继续升高，大于某个临界值时，突然在连续谱的某个波长处出现强度峰，峰窄而尖锐，改变管电流、管电压，这些谱线只改变强度而峰的位置所对应的波长不变，即波长只与靶的原子序数有关，与电压无关。因这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征、所以叫特征x射线，由特征X射线构成的x射线谱叫特征x射线谱，而产生特征X射线的最低电压叫激发电压。 产生：当外来的高速度粒子(电子或光子)的动aE足够大时，可以将壳层中某个电子击出去，或击到原于系统之外，或使这个电子填到未满的高能级上。于是在原来位置出现空位，原子的系统能量因此而升高，处于激发态。这种激发态是不稳定的，势必自发地向低能态转化，使原子系统能量重新降低而趋于稳定。这一转化是由较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁的方式完成的，电子由高能级向低能级跃迁的过程中，有能量降低，降低的能量以光量子的形式释放出来形成光子能量，对于原子序数为Z的确定的物质来说，各原子能级的能量是固有的，所以．光子能量是固有的，λ也是固有的。即特征X射线波长为一固定值。 能量：若为K层向L层跃迁，则能量为： 各个系的概念：原于处于激发态后，外层电子使争相向内层跃迁，同时辐射出特征x射线。我们定义把K层电子被击出的过程叫K系激发，随之的电子跃迁所引起的辐射叫K系辐射，同理，把L层电子被击出的过程叫L系激发，随之的电子跃迁所引起的辐射叫L系辐射，依次类推。我们再按电子跃迁时所跨越的能级数目的不同把同一辐射线系分成几类，对跨越I，2，3．．个能级所引起的辐射分别标以α、β、γ等符号。电子由L—K，M—K跃迁(分别跨越1、2个能级)所引起的K系辐射定义为Kα，Kβ谱线；同理，由M—L，N—L电子跃迁将辐射出L系的Lα，Lβ谱线，以此类推还有M线系等。 莫赛莱定律：特征X射线谱的频率或波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，而与其它外界因素无关。 5，X射线的吸收：材料测试分析方法答案
材料测试总结
常用的建筑工程材料的检测方法详细介绍
材料分析测试方法考点总结
常用材料测试方法总结
材料现代分析测试方法知识总结
(完整word版)材料现代分析测试方法总结(2)汇总
《材料分析测试方法A》作业
材料测试分析方法(究极版)
材料分析测试方法部分习题答案最新版本
材料分析方法考试资料(1)汇总
材料测试方法
最新材料分析测试技术期末考试重点知识点归纳
相关主题
文本预览