《材料现代分析测试技术》思考题
1.电子束与固体物质作用可以产生哪些主要的检测信号？这些信号产生的原理是什么？它们有哪些特点和用途？
(1)电子束与固体物质产生的检测信号有：特征X射线、阴极荧光、二次电子、背散射电子、俄歇电子、吸收电子等。
(2)信号产生的原理：电子束与物质电子和原子核形成的电场间相互作用。
(3)特征和用途：
①背散射电子：特点：电子能量较大，分辨率低。用途：确定晶体的取向，晶体间夹角，晶粒度及晶界类型，重位点阵晶界分布，织构
分析以及相鉴定等。
②二次电子：特点：能量较低，分辨率高。用途：样品表面成像。
③吸收电子：特点：被物质样品吸收，带负电。用途：样品吸收电子成像，定性微区成分分析。
④透射电子：特点：穿透薄试样的入射电子。用途：微区成分分析和结构分析。
⑤特征X射线：特点：实物性弱，具有特征能量和波长，并取决于被激发物质原子能及结构，是物质固有的特征。用途：微区元素定性
分析。
⑥俄歇电子：特点：实物性强，具有特征能量。用途：表层化学成分分析。
⑦阴极荧光：特点：能量小，可见光。用途：观察晶体内部缺陷。
2.什么是电子散射，相干弹性散射和不相干弹性散射？电子衍射的成像基础是什么？
①电子散射：当高速运动的电子穿过固体物质时，会受到原子中的电子作用，或受到原子核及周围电子形成的库伦电场的作用，从而改
变了电子的运动方向的现象叫电子散射
②相干弹性散射：一束单一波长的电子垂直穿透一晶体薄膜样品时，由于原子排列的规律性，入射电子波与各原子的弹性散射波不但波
长相同，而且有一定的相位关系，相互干涉。
③不相干弹性散射：一束单一波长的电子垂直穿透一单一元素的非晶样品时，发生的相互无关的、随机的散射。
④电子衍射的成像基础是弹性散射。
3.电子束与固体物质作用所产生的非弹性散射的作用机制有哪些？
非弹性散射作用机制有：单电子激发、等离子激发、声子发射、轫致辐射
①单电子激发：样品内的核外电子在收到入射电子轰击时，有可能被激发到较高的空能级甚至被电离，这叫单电子激发。
②等离子激发：高能电子入射晶体时，会瞬时地破坏入射区域的电中性，引起价电子云的集体振荡，这叫等离子激发。
③声子发射：入射电子激发或吸收声子后，使入射电子发生大角度散射，这叫声子发射。
④轫致辐射：带负电的电子在受到减速作用的同时，在其周围的电磁场将发生急剧的变化，将产生一个电磁波脉冲，这种现象叫做轫致
辐射。
4.电子束激发固体物质产生二次电子和背散射电子是如何形成的？他们的成像有何异同点？在材料检测中有何应用？
1）二次电子产生：单电子激发过程中，被入射电子轰击出来并离开样品原子的核外电子。应用：样品表面成像，显微组织观察，断口形貌观察等
2）背散射电子：受到原子核弹性与非弹性散射或与核外电子发生非弹性散射后被反射回来的入射电子。应用：确定晶体的取向，晶体间夹角，晶粒度及晶界类型，重位点阵晶界分布，织构分析以及相鉴定等。
3）成像的相同点：都能用于材料形貌分析
成像的不同点：二次电子成像特点：（1）分辨率高（2）景深大，立体感强（3）主要反应形貌衬度。背散射电子成像特点：（1）分辨率低（2）背散射电子检测效率低，衬度小（3）主要反应原子序数衬度。
5.特征X射线是如何产生的，其波长和能量有什么特点，有哪些主要的应用？
特征X-Ray产生：当入射电子激发试样原子的内层电子，使原子处于能量较高的不稳定的激发态状态，外层的电子会迅速填补到内层电子空位上，并辐射释放一种具有特征能量和波长的射线，使原子体系的能量降低、趋向较稳定状，这种射线即特征X射线。
波长的特点：不受管压、电流的影响，只决定于阳极靶材元素的原子序。
应用：物质样品微区元素定性分析
6.俄歇电子是怎样产生的？对于孤立的原子来说，能够产生俄歇效应的最轻元素是什么？
俄歇电子的产生：当入射电子激发试样原子的内层电子，使原子处于能量较高的不稳定的激发态状态，外层的电子会迅速填补到内层电子空位上，原子从激发态转变到基态释放的多余能量传给另一外层电子，使其脱离原子系统，成为二次电子，这种二次电子称为俄歇电子。
能够产生俄歇效应的最轻元素是铍。
7. 特征X 射线的波长与阳极靶材的原子序数有什么关系？K α谱线的强度与K β谱线的强度哪一个大一些？
① 莫塞莱定律得到关系式：)(12σλ-=z K ，这定律表明，阳极靶材的原子序数越大，相应于同一系的特征谱波长越短。
②K α谱线是电子从L 层跃迁到K 层所发射的，K β谱线是M 层电子向K 层空位补充所发射的。由莫塞莱定律可以得出，K α波长比K β波长大，但由于在K 激发态下，L 层电子向K 层跃迁的几率远大于M 层跃迁的几率，所以K α谱线的强度约为K β的五倍。
8. X 射线的强度和硬度通常用什么表达？有什么物理含义？
硬度表达：习惯上，用管电压的KV 数表示X 射线的硬度；物理含义：表示X 射线的贯穿本领。
强度表达：习惯上，用一定管电压下的管电流mA 数表示X 射线的强度。物理意义：单位时间内通过与射线方向的单位面积上的辐射能量。
9. α-Fe （体心立方），点阵参数a=2.866 à,如果用Cr K α X 射线（λ=2.291à）照射，如果（110）发生衍射，其掠射角是多少？
由布拉格公式：2dsin θ=γ，及晶面夹角公式222l k h a d hkl ++=
，计算得θ=34.42°
10. α-Fe 的X-射线衍射谱图如下图，所用的X 光波长为 0.1542nm ，试计算每个峰
线所对应的晶面间距，并确定其晶格常数。
据图可知: 826545321===θθθ，， 由布拉格方程:λθ
=sin 2d 可得晶面间距为：nm d nm d nm d 0777.00851.01090.0321≈≈≈，，
晶面夹角公式:222l k h a
d hkl ++=
可算得晶格参数为:1903.01702.01541.0321≈≈≈a a a ；；
11. 简述从X 射线衍射图谱中可以知道被检测样品那些结构信息？
X 射线衍射图谱具有3要素，衍射线的位置、强度以及线型，从这些要素中我们可以获得以下关于晶体信息：物相分析；点阵参数，膨胀系数测定；晶体取向和点阵畸变；多晶材料中的层错几率；晶粒尺寸和多晶织构；残余应力测定等信息。
12. 如果一个样品的X 射线衍射图谱中某个晶面衍射峰的2θ角比卡片值偏低，而衍射峰强度比卡片值明显偏高，说明该样品就有什么样
的结构特征？
2dsin θ=
λ，由于2θ值下降，因而晶面间距增大，原子固溶度增大，晶格发生畸变。(晶粒生长发生择优取向。) 射峰强度比卡片值明显偏高说明样品内存在宏观应力，晶格点阵发生畸变。
13. 如果要对样品中一块微区（微米量级）进行物相分析，可以采用哪些测试方法？如果对该微区进行化学成分分析，可用那些测试方法？ 微区物相分析：采用透射电子显微镜选区电子衍射分析方法；
微区进行化学成分分析：可采用电子探针EPMA 和俄歇电子能谱仪来进行测试分析。
14. 透射电镜的中间镜的作用有哪些？
① 成像作用：如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重合，在荧光屏上得到一放大像；
② 衍射作用：如果把中间镜的物平面和物镜的背焦面重合，在荧光屏上得到一电子衍射花样。
15. X 射线衍射与透射电子衍射产生的衍射条件有什么不同?适用范围有什么不同?
由于电子波长比X 射线波长小，由布拉格方程可知，电子的衍射角比X 射线的衍射角小，电子波波长很短，一般只有千分之几纳米，电子的衍射角θ很小（一般只有几度）。由于物质对电子的散射作用很强（主要来源于电子的散射作用，
远强于物质对X 射线的散射作用），因而电子（束）穿进物质的能力大大减弱，电子衍射只适用于材料表层或薄膜样品的结构分析。X 射线衍射能准确的测定晶格常数，透射电子衍射的优势在于微区结构的测量。
16. 爱瓦尔德球是如何建立的？用爱瓦尔德球说明电子束[uvw]对于晶体（hkl ）晶面发生衍射的充分必要条件。
爱瓦尔德球的建立：
以晶体内一点O 为中心，以1/ λ为半径在空间画一个球，令电子束
沿AO 入射到达O ’点，在球上取一点G ，使O ’G=1/d ，若AO ’与AG
的夹角为θ，则满足布拉格衍射公式2dsin θ=λ，入射束用矢量k
表示，衍射束用矢量k ’表示，则有布拉格方程的倒易矢量形式
g hkl =k ’-k ，k ’与k 满足布拉格衍射方程；
晶面发生充分必要条件：
①满足倒易矢量方程g hkl = k ’-k ；
②矢量g hkl // N hkl ；
③AO ’=2/λ，O ’G=1/d
17. X 射线衍射与电子衍射有何异同点？
不同点：
a 、X 射线波长大，衍射角大，可接近90°，电子束波长小，衍射角通常小于90°；
b 、电子衍射采用薄晶样品，会使点阵在倒易空间里沿厚度方向拉伸成杆状，增加倒易点阵与反射球相交的机会，使略偏离布拉格衍射角的电子束也能发生衍射；
c 、电子波长较小，反射球半径很大，在衍射角范围内的球面可看成平面；
d 、晶体对电子的散射能力强于对X 射线的散射能力，衍射强度高；
e 、电子衍射只使用非常薄或微细粉末样品，而X 射线衍射对样品的要求较低、
相同点：都需要满足布拉格衍射条件才能发生衍射，都可以进行物相的鉴定，电子衍射的精度更高。
18. 什么是晶带轴定理？求（002）和（1-10）晶面的晶带轴[uvw]？
晶带轴定理：在统一晶带（uvw ）中，各晶面（HKL ）中的法线及各晶面对应的倒易矢量
'h k l g 与晶带轴h k l g 垂
直，即：
0'=++=?Lw Kv Hu g g hkl hkl
19. 倒易点阵与正点阵之间存在何种关系，倒易点阵与晶体电子衍射斑点之间有何对应关系？
倒易点阵与正点阵之间的关系：
a 、 正基矢与倒易基矢处于完全对称的地位，因此正空间与倒易空间是互为倒易关系，有下式：
b、正空间和倒易空间的单晶胞体积也互为倒数，那么有V=1/V’
c、倒易矢量垂直于对应指数的晶面，
d、倒易矢量的模等于1/d hkl,晶面间距等于倒易矢量的倒数d hkl=g hkl
倒易点阵与晶体衍射斑点之间的对应关系：电子衍射斑点是与晶体相对应的倒易点阵中某一截面上阵点排列的像，倒易矢量投影后的之间的夹角、对称性、比例都保持不变，且存在关系Rd=Lλ
20.分析倒易点阵为面心立方和体心立方，其对应的正点阵的晶体结构点阵类型是什么？
倒易空间为面心立方对应正点阵为体心立方；倒易点阵为体心立方对应的正点阵的晶体结构为面心立方。
21.下图是单晶体、多晶体和非晶体的电子衍射花样，选择对应结构类型的电子衍射花样，并说明原因。
(a) (b) (c)
a、多晶体。多晶体中包含了众多的晶粒，结晶学取向在三维空间是随机分布的，同名晶面族对应的倒易点阵在倒易空间中的分布是等几率的，无论电子束沿任何方向入射，同名晶面族对应的倒易点阵与反射球面相交的轨迹都是一个圆环形，由此产生的衍射束均为圆形环线。
b、非晶体。由于单个原子团或多面体的尺度非常小，其中包含的原子数目非常少，倒易球面也远比多晶材料的厚。所以，非晶态材料的电子衍射图只含有一个或两个非常弥散的衍射环。
c、单晶体中晶体学取向是固定的，每个晶面族对应的倒易点阵在倒易空间中的都有对称的点阵，与反射球面相交后的轨迹都是有规则的点，因此产生的衍射束为花样斑点。
20. 下图是用熔胶-凝胶法制备的二氧化钛薄膜（TiO2），从初始状态（As-prepared）到温度800℃一个小时保温处理后的X射线衍射图，分析二氧化钛薄膜结构随温度变化的规律。（TiO2金红石结构---rutile，TiO2锐钛矿结构--- anatase）
分析：初始状态下溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜为非晶状态，X射线衍射表现出馒
头状的衍射峰，300℃时仍然为非晶状态；400℃保温1小时后出现了轻微的衍射峰，
说明非晶态的TiO2开始结晶；500℃保温后锐钛型TiO2相应晶面的衍射峰以开始形
成；600℃保温后，锐钛型TiO2衍射峰型已基本形成，但并未出现金红石结构TiO2；
700℃后形成了尖锐的锐钛型TiO2衍射峰型，非晶型TiO2已全部转化完毕，并出现
金红石结构TiO2的衍射峰；800℃热处理后，锐钛型TiO2全部转化为金红石结构
TiO2，使得其结构排列越来越规整，X射线衍射显示为全部的金红石结构TiO2的
衍射峰。
21.上题中如果对二氧化钛薄膜做进一步出分析,应该选用怎样实验测试分析方法:(a) 对二氧化钛的晶化点做出精确测定；(b) 对二氧化钛结构形态进行测试分析；(c) 对二氧化钛的界面结构进行分析；(d) 对二氧化钛做组态分析
（a）X射线衍射分析
（b）透射电镜分析
（c）扫描电镜分析
（d）X射线光电子能谱分析法（XPS）（!!!!!不确定）也有说电子探针显微镜分析（EPMA）
22.用已学过的实验方法设计试验方案，说明晶化点为300℃的非晶块体样品的结构变化规律。
方案设计：
a、将若干样品在300℃下保温不同时间，得到不同晶化程度的试样
b、将这些试样做成符合X射线衍射要求的粉末，把这些试样粉末在低于300℃退火后进行XRD衍射实验，并与100%结晶度的样品的衍射谱线进行对比，计算出在结晶度、拟合出结晶度与保温时间之间的关系曲线。
c、将一定结晶度的试样减薄后进行TEM分析，观察结晶区与非结晶区的界面，分析结晶区与非结晶区的关系，并对结晶区进行电子衍射。
23.能谱仪和波普仪工作原理是什么？在做成分分析的时候哪一种测试方法的分辨率高一些？
①能谱仪工作原理：能谱仪是利用不同X射线光子能量特征能量不同这一特点来进行成分分析、具体工作原理如下：能谱仪主要器件为
锂漂移硅Si（Li）检测器，当X光子进入检测器后，在Si（Li）晶体内激发出一定书目的电子-空穴对。产生一个空穴对的最低平均能量ε是一定的，因此由一个X射线光子造成电子-空穴对的数目为N，N=△E/ε，X射线光子能量不同，N也不同，再利用偏压收集电子-空穴对，并转换成电流脉冲，把脉冲电流分类计数，这样形成特征的脉冲对应特征能量的X射线，就可以描出一张特征X射线按能量大小分布的图谱。
②波谱仪工作原理：特征X射线具有特征的波长，照射到分光晶体上时，不同波长的特征X射线将在各自满足布拉格方程的2dsinθ=
γ条件下发生衍射，接收器接受后便可记录下不同种类的特征X射线参数。
③做成分分析时：波谱仪的分辨率要高一些，能谱仪给出的波峰比较宽，容易产生重叠
24.透射电镜的衍射衬度原理是什么？作图分析明场像与暗场像的原理。P169
衍射衬度原理：由于各处晶体取向不同和晶体结构不同，满足布拉格条件的程度不同，使得对应试样下面有不同的电子束强度，从而在试样之下形成一个随位置而异的衍射衬度。
图1 明场像图2暗场像明场成像是投射束通过物镜光阑而把衍射束挡掉得到的图像衬度的方法，而暗场成像就是把入射电子束方向倾斜2θ角度，使B晶粒的hkl晶面组处于强烈衍射的位向，而物镜光阑仍在光轴位置，此时只有B晶粒的hkl的衍射束正好通过光阑孔，而投射束被挡掉。
25.X射线光电子能谱分析和X射线荧光光谱分析的基本原里有哪些不同?分别有怎样的适用性？
光电子的能量分布曲线：采用特定元素某一X光谱线作为入射光，实验测定的待测元素激发出一系列具有不同结合能的电子能谱图，即元素的特征谱峰群；
应用：(1)元素定性分析(2)元素定量分析(3)固体化合物表面分析(4)化学结构分析
X射线荧光分析：X射线照射下脱离原子的束缚，成为自由电子，原子被激发了，处于激发态，这时，其他的外层电子便会填补这一空位，也就是所谓跃迁，同时以发出X射线的形式放出能量。
应用：（1）定性分析；（2）定量分析；（3）可测原子序数5~92的元素，可多元素同时测定；
26.原子光谱分析和分子光谱分析有什么区别?吸收光谱分析和发射光谱分析有什么区别?
原子光谱分析：由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。
分子光谱分析：由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。
吸收光谱分析：当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足△E = hv的关系时，将产生吸收光谱。
发射光谱分析：通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定性和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。
27.红外光谱和拉曼光谱有何区别?在分析样品时如何选择测试方法?
两者的本质区别是：红外是吸收光谱，拉曼是散射光谱;拉曼光谱与红外光谱两种技术包含的信息量通常是互补的。此外，两者产生的机理不同，红外容易测量，而且信号好，而拉曼的信号很弱。
有机化合物的结构鉴定常用红外光谱，通过分析试样的谱图以及与标准谱图对照，就可以准确地确定化合物的结构。通常拉曼光谱可以进行半导体、陶瓷等无机材料的分析。如剩余应力分析、晶体结构解析等。
28.原子力显微镜（AFM）和隧道扫描显微镜（STM）的工作原理有什么不同？
AFM的工作原理是利用原子之间的范德华力的作用来呈现样品的表面特征，而STM的工作原理是基于量子力学的隧道电流效应，通过一个由压电陶瓷驱动的探针在物体表面作精确的二位扫描，通过隧道电流的变化来得到表面起伏情况。
29.在微米或纳米量级上观察样品的表面形貌可以用什么方法？
在微米量级省可采用SEM和光学显微镜观察。
在纳米量级可采用SEM、TEM、AFM、STM等方法进行观察
30.两块不锈钢板A和B用亚弧焊焊接在一起，A为1Cr18Ni9Ti，B为1Cr18Ni9，在使用了一段时间后，发现某一块板离焊缝一段距离
处出现锈迹。
（1）设计试验方案分析不锈钢板失效的原因（说明实验方法，基本步骤，拟得到的实验结果及分析）
（2）提出解决方案
（1）设计试验方案分析不锈钢板失效的原因（说明实验方法，基本步骤，拟得到的实验结果及分析）
a、仔细取样a、
b、c和d点，磨制金相试样；观察金相试样a、b和d点相差不大，但c点金相观察中在晶界出现析出物。
b、用电子探针显微分析（EPMA）对析出物和基体进行成分定点分析；
结果表明a处的Cr百分含量为18.6%，略有上升；b处的Cr百分含量为17.4%，略有下降；C处的Cr百分含量为12.5%，明显下降；d处的Cr为18.3%，略有上升；晶界析出物Cr百分含量高达86.5%。
c、用透射电镜（TEM）对析出物进行选区电子衍射分析确定析出物的类型和结构。
d、分析晶间腐蚀的原因
综合前三个步骤的结果得出，两块不锈钢利用氩弧焊后在焊缝的附近均出现了析出物，由成分检测可以推知，a处的析出物有可能是TinCm，而c点析出物是CrmCm。由于c点处于热影响区，大量析出了含Cr的碳化物所以Cr含量大大下降，因而不满足Tammann 定律即n/8定律，因而集体较其他化合物的电极电位低，在腐蚀过程中，基体中作为阳极被腐蚀。对于a点，由于含有稳定化元素Ti，因而TimCm首先析出，从而减少了Cr的析出，保证了耐腐蚀性能。
e、确立腐蚀类型
可以推知，在热影响区附近腐蚀模型为晶间腐蚀，在焊接后冷却过程中在晶界中析出大量含有Cr的碳化物，形成贫铬区，从而引起晶界的电位下降，晶界、境内的电位差增大，因而引起晶间腐蚀。
（2）提出解决方案
对于不锈钢板B，加热到1000~900℃之间进行淬火，然后在950~850℃之间进行退火处理，退火后需要快速冷却；对于不锈钢板A，加热到1100~1000℃之间进行淬火，然后在950~850℃之间进行退火处理，退火后缓慢冷却。
31．指出下列叙述中的错误，并予以改正：“对材料AmBn的研究方法是：用X射线衍射仪器对材料进行含量及显微组织形貌的测定；用扫描电镜对材料进行物相分析，确定其晶体学参数；用透射电镜对材料界面、结合组态进行测试分析”。
X射线衍射仪可以对材料进行物相分析，确定其晶体学参数，但无法对材料进行含量及显微组织形貌的测定；扫描电镜可以测定材料的显微组织形貌，但无法进行物相分析；透射电镜可以对材料的界面进行分析，但无法对材料的结合组态进行测试分析。
改正：对材料AmBn的研究方法是：用扫面电镜并配上能谱仪对材料进行含量及显微组织形貌的测定；用X射线衍射仪对材料进行物相分析，确定其晶体学参数；用透射电镜对材料界面进行测试分析；采用X射线光电子能谱分析法对材料的结合组态进行测试分析。
32．实验室有X射线衍射仪器, 扫描电镜, 电子探针、透射电镜、X射线光电子能谱仪和差示扫描量热仪等测试仪器，现对非晶块体材料AmBn进行分析：（a）AmBn热稳定性分析；（b）结构分析；（c）物相分析。试确定实验方案，并指出分析目的。
（a）差示扫描热议：定量测定多种热力学和动力学参数；
（b）透射电镜：目的是对材料的晶体结构进行分析；
（c）X射线衍射仪：目的是确定其晶体学参数。
33. 如何对重量为5克的24k金首饰进行无损真伪鉴定，写出检测方案和步骤。
无损验证真伪：电子探针面扫描、波谱仪、JF330固体材料密度测量仪
①用电子探针对样品表面做光栅式面扫描，以金元素为特定元素的X射线的信号强度，以阴极射线荧光屏的亮度，获得该元素的质量分数分布的扫描图像。
②用波谱仪做定量分析，被激发的特征X射线照射到连续转动的分光晶体上实现分光，即相同波长的X射线将在各自满足布拉格方程的2θ方向上被检测器接收。
③用固体材料密度测量仪测样品的密度，在已知蒸馏水密度的条件下，根据浮力定律能够测量该固体材料的密度。
实验过程：用超声波清洗机除去样品表面杂质后，使用波谱仪定量分析获得样品表面金的百分含量，再用密度法检测样品的密度，从而估计内部金的纯度以防该样品是镀金制品。
34．结合自己的研究方向说明在进行材料研究时应该如何确定最佳的实验方法。
1）根据检测样品的要求：定性检测or定量检测
2）根据结构特点：物相组成or相结构or晶格参数or晶格位向or晶粒尺寸or晶体取向or晶格畸变or固溶程度
3）根据成分特点：元素相对成分or物相相对成分or元素的点、线、面分布or价态成分
4）根据研究目的：相变or扩散or过程or模型or组态
《材料现代分析测试技术》思考题 1.电子束与固体物质作用可以产生哪些主要的检测信号？这些信号产生的原理是什么？它们有哪些特点和用途？ (1)电子束与固体物质产生的检测信号有：特征X射线、阴极荧光、二次电子、背散射电子、俄歇电子、吸收电子等。 (2)信号产生的原理：电子束与物质电子和原子核形成的电场间相互作用。 (3)特征和用途： ①背散射电子：特点：电子能量较大，分辨率低。用途：确定晶体的取向，晶体间夹角，晶粒度及晶界类型，重位点阵晶界分布，织 构分析以及相鉴定等。 ②二次电子：特点：能量较低，分辨率高。用途：样品表面成像。 ③吸收电子：特点：被物质样品吸收，带负电。用途：样品吸收电子成像，定性微区成分分析。 ④透射电子：特点：穿透薄试样的入射电子。用途：微区成分分析和结构分析。 ⑤特征X射线：特点：实物性弱，具有特征能量和波长，并取决于被激发物质原子能及结构，是物质固有的特征。用途：微区元素定 性分析。 ⑥俄歇电子：特点：实物性强，具有特征能量。用途：表层化学成分分析。 ⑦阴极荧光：特点：能量小，可见光。用途：观察晶体内部缺陷。 ①电子散射：当高速运动的电子穿过固体物质时，会受到原子中的电子作用，或受到原子核及周围电子形成的库伦电场的作用，从而 改变了电子的运动方向的现象叫电子散射 ②相干弹性散射：一束单一波长的电子垂直穿透一晶体薄膜样品时，由于原子排列的规律性，入射电子波与各原子的弹性散射波不但 波长相同，而且有一定的相位关系，相互干涉。 ③不相干弹性散射：一束单一波长的电子垂直穿透一单一元素的非晶样品时，发生的相互无关的、随机的散射。 ④电子衍射的成像基础是弹性散射。 3.电子束与固体物质作用所产生的非弹性散射的作用机制有哪些？ 非弹性散射作用机制有：单电子激发、等离子激发、声子发射、轫致辐射 ①单电子激发：样品内的核外电子在收到入射电子轰击时，有可能被激发到较高的空能级甚至被电离，这叫单电子激发。 ②等离子激发：高能电子入射晶体时，会瞬时地破坏入射区域的电中性，引起价电子云的集体振荡，这叫等离子激发。 ③声子发射：入射电子激发或吸收声子后，使入射电子发生大角度散射，这叫声子发射。 ④轫致辐射：带负电的电子在受到减速作用的同时，在其周围的电磁场将发生急剧的变化，将产生一个电磁波脉冲，这种现象叫做轫 致辐射。 1）二次电子产生：单电子激发过程中，被入射电子轰击出来并离开样品原子的核外电子。应用：样品表面成像，显微组织观察，断口形貌观察等 2）背散射电子：受到原子核弹性与非弹性散射或与核外电子发生非弹性散射后被反射回来的入射电子。应用：确定晶体的取向，晶体间夹角，晶粒度及晶界类型，重位点阵晶界分布，织构分析以及相鉴定等。 3）成像的相同点：都能用于材料形貌分析成像的不同点：二次电子成像特点：（1）分辨率高（2）景深大，立体感强（3）主要反应形貌衬度。背散射电子成像特点：（1）分辨率低（2）背散射电子检测效率低，衬度小（3）主要反应原子序数衬度。 5.特征X射线是如何产生的，其波长和能量有什么特点，有哪些主要的应用？ 特征X-Ray产生：当入射电子激发试样原子的内层电子，使原子处于能量较高的不稳定的激发态状态，外层的电子会迅速填补到内层电子空位上，并辐射释放一种具有特征能量和波长的射线，使原子体系的能量降低、趋向较稳定状，这种射线即特征X射线。 波长的特点：不受管压、电流的影响，只决定于阳极靶材元素的原子序。 应用：物质样品微区元素定性分析
第一章 1．什么是连续X射线谱？为什么存在短波限λ0？ 答：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，称之为X射线谱。在管电压很低，小于20kv时的曲线是连续的，称之为连续谱。大量能量为eV的自由电子与靶的原子整体碰撞时，由于到达靶的时间和条件不同，绝大多数电子要经过多次碰撞，于是产生一系列能量为hv的光子序列，形成连续的X射线谱，按照量子理论观点，当能量为eV的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去，在极限情况下，极少数的电子在一次碰撞中将全部的能量一次性转化为一个光量子，这个光量子具有最高的能量和最短的波长，即λ0。 2.什么是特征X射线？它产生的机理是什么？为什么存在激发电压Vk？ 答：当X射线管电压超过某个临界值时，在连续谱的某个波长处出现强度峰，峰窄而尖锐，这些谱线之改变强度，而峰位置所对应的波长不便，即波长只与靶的原子序数有关，与电压无关，因为这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征，故称为特征X射线，由特征X射线构成的X射线谱叫做特征X射线谱。 它的产生是与阳极靶物质的原子结构紧密相关当外来的高速粒子（电子或光子）的动能足够大时，可以将壳层中的某个电子击出，或击到原子系统之外，击出原子内部的电子形成逸出电子，或使这个电子填补到未满的高能级上。于是在原来位置出现空位，原子系统处于激发态，高能级的电子越迁到该空位处，同时将多余的能量e=hv=hc/λ释放出来，变成光电子而成为德特征X射线。 由于阴极射来的电子欲击出靶材的原子内层电子，比如k层电子，必须使其动能大于k 层电子与原子核的结合能Ek或k层的逸出功Wk。即有eV k=1/2mv2〉-Ek=Wk，故存在阴极电子击出靶材原子k电子所需要的临界激发电压Vk。 3、X射线与物质有哪些互相作用？ 答;X射线的散射：相干散射，非相干散射 X射线的吸收：二次特征辐射（当入射X射线的能量足够大时，会产生二次荧光辐射）； 光电效应：这种以光子激发原子所产生的激发和辐射过程；俄歇效应：当内层电子被击出成为光电子，高能级电子越迁进入低能级空位，同时产生能量激发高层点成为光电子。 4、线吸收系数μl和质量吸收系数μm的含义 答：线吸收系数μl：在X射线的传播方向上，单位长度的X射线强度衰减程度[cm-1]（强度为I的入射X射线在均匀物质内部通过时，强度的衰减率与在物质内通过的距离x成正步-dI/I=μdx，强度的衰减与物质内通过的距离x成正比）。与物质种类、密度、波长有关。质量吸收系数μm：他的物理意义是单位重量物质对X射线的衰减量，μ/P=μm[cm2/g]与物质密度和物质状态无关，而与物质原子序数Z和μm=kλ3Z3，X射线波长有关。 5、什么是吸收限？为什么存在吸收限？ 答：1）当入射光子能量hv刚好击出吸收体的k层电子，其对应的λk为击出电子所需要的入射光的最长波长，在光电效应产生的条件时，λk称为k系激发限，若讨论X射线的被物质吸收时，λk又称为吸收限。 当入射X射线，刚好λ=λk时，入射X射线被强烈的吸收。当能量增加，即入射λ〉λk时，吸收程度小。
《材料分析测试技术》试卷（答案） 一、填空题：（20分，每空一分） 1. X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。 2. X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X射线、和热。 3. 德拜照相法中的底片安装方法有：正装、反装和偏装三种。 4. X射线物相分析方法分：定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。 5. 透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。 6. 今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。 7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。 8. 扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。 二、选择题：（8分，每题一分） 1. X射线衍射方法中最常用的方法是（ b ）。 a．劳厄法；b．粉末多晶法；c．周转晶体法。 2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是（b）。 a．Co ；b. Ni ；c. Fe。 3. X射线物相定性分析方法中有三种索引，如果已知物质名时可以采用（c ）。 a．哈氏无机数值索引；b. 芬克无机数值索引；c. 戴维无机字母索引。4. 能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是（b）。 a．第二聚光镜光阑；b. 物镜光阑；c. 选区光阑。 5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是（ b ）。 a．球差；b. 像散；c. 色差。 6. 可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是（a）。 a．高阶劳厄斑点；b. 超结构斑点；c. 二次衍射斑点。 7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nm厚表层成分的信号是（b）。 a．背散射电子；b.俄歇电子；c. 特征X射线。 8. 中心暗场像的成像操作方法是（c）。 a．以物镜光栏套住透射斑；b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。 三、问答题：（24分，每题8分） 1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么 答：X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小 适中，在1um-5um之间；其次粉末不能有应力和织构；最后是样品有一 个最佳厚度（t =
一、X射线物相分析的基本原理与思路 在对材料的分析中我们大家可能比较熟悉对它化学成分的分析，如某一材料为Fe96.5%,C 0.4%,Ni1.8%或SiO2 61%, Al2O3 21%,CaO 10% ,FeO 4%等。这是材料成分的化学分析。 一个物相是由化学成分和晶体结构两部分所决定的。X射线的分析正是基于材料的晶体结构来测定物相的。 X射线物相分析的基本原理是什么呢？ 每一种结晶物质都有自己独特的晶体结构，即特定点阵类型、晶胞大小、原子的数目和原子在晶胞中的排列等。因此，从布拉格公式和强度公式知道，当X射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，它们的特征可以用各个反射晶面的晶面间距值d和反射线的强度来表征。 其中晶面网间距值d与晶胞的形状和大小有关，相对强度I则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。 衍射花样有两个用途： 一是可以用来测定晶体的结构，这是比较复杂的； 二是用来测定物相。 所以，任何一种结晶物质的衍射数据d和I是其晶体结构的必然反映，因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相，分析的思路将样品的衍射花样与已知标准物质的衍射花样进行比较从中找出与其相同者即可。 X射线物相分析方法有： 定性分析——只确定样品的物相是什么？ 包括单相定性分析和多相定性分析定量分析——不仅确定物相的种类还要分析物相的含量。 二、单相定性分析 利用X射线进行物相定性分析的一般步骤为: ①用某一种实验方法获得待测试样的衍射花样； ②计算并列出衍射花样中各衍射线的d值和相应的相对强度I值； ③参考对比已知的资料鉴定出试样的物相。 1、标准物质的粉末衍射卡片 标准物质的X射线衍射数据是X射线物相鉴定的基础。为此，人们将世界上的成千上万种结晶物质进行衍射或照相，将它们的衍射花样收集起来。由于底片和衍射图都难以保存，并且由于各人的实验的条件不同（如所使用的X射线波长不同），衍射花样的形态也有所不同，难以进行比较。因此，通常国际上统一将这些衍射花样经过计算，换算成衍射线的面网间距d值和强度I，制成卡片进行保存。
中国石油大学（）远程教育学院 《检测传感技术》期末复习题参考答案 一、填空题（本题每一填空计2分，共计占总分的40%） 1. 一个完整的测试系统由激励装置、传感器、信号调理、信号处理、显示记录等五个基本环节组成。 2. 在测试系统中，激励装置的功能是激发隐含的被测信息；传感器的功能是将被测信息转换成其他信息；信号调理环节的功能是将传感器获得的信息转换成更适合于进一步传输和处理的形式；信号处理环节的功能是对来自信号调理环节的信息进行各种处理和分析；显示记录环节的功能是显示或存储测试的结果。 3. 不失真测试即测试系统的输出要真实地反映其输入的变化。为实现不失真测试，系统频率响应需要满足的条件是：幅频特性为常数；相频特性呈线性。对系统瞬态响应的要：瞬态误差小；调整时间短。 4. 测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取有用信号。 5. 测试信号的时域特征参数主要有均值、方差和均方值。 6. 信号的均值反映随机信号变化的中心趋势；信号的方差反映随机信号在均值附近的分布状况；信号的均方值反映随机信号的强度。 7. 任何周期信号均可分解为一系列频率比为有理数的简谐信号, 其频谱特性包括离散性、谐波性、收敛性。 8. 频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。一般周期信号由一系列频率比为有理数的谐波信号叠加而成。 9. 周期信号的频谱特性：离散性即各次谐波分量在频率轴上取离散值；谐波性即各次谐波分量的频
率为基频的整倍数；收敛性即各次谐波分量随频率的增加而衰减。 10. 瞬态信号是在有限时间段存在，属于能量有限信号。 11. 瞬态信号的频谱为连续谱,其幅值频谱的量纲为单位频宽上的幅值，即幅值频谱密度函数。 12. 瞬态信号的时域描述与频域描述通过傅立叶变换来建立关联。 13. 不能用确定的数学公式表达的信号是随机信号。 14. 从时域上看，系统的输出是输入与该系统脉冲响应的卷积。 15. 测试系统的静特性主要包括线性度、灵敏度和回程误差。 16. 一阶测试系统的基本参数是时间常数。根据对测试系统的基本要求及一阶测试系统的频率响应和单位阶跃响应，一阶测试系统的基本参数的选取原则是时间常数小。 17. 二阶测试系统的基本参数是固有频率和阻尼比。 18. 测量传感器的动态特性的实验方法包括频率响应法和时间响应法。 19. 测试系统动态特性的测定方法包括阶跃响应试验和频率响应试验。 20．用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值的0.632倍所经过的时间作为时间常数。 21. 用二阶系统作测量装置时，为获得较宽的工作频率围，则系统的阻尼比应接近0.7。 22. 金属丝应变片依据应变效应工作；半导体应变片依据压阻效应工作。 23. 压力传感器由弹性敏感元件和机电转换元件两部分组成。
. ... .. 现代材料测试技术复习 第一部分 填空题： 1、X射线从本质上说，和无线电波、可见光、γ射线一样，也是一种电磁波。 2、尽管衍射花样可以千变万化，但是它们的基本要素只有三个：即衍射线的峰位、线形、强度。 3、在X射线衍射仪法中，对X射线光源要有一个基本的要求，简单地说，对光源的基本要稳定、强度大、光谱纯洁。 4、利用吸收限两边质量吸收系数相差十分悬殊的特点，可制作滤波片。 5、测量X射线衍射线峰位的方法有七种，它们分别是7/8高度法、峰巅法、切线法、弦中点法、中线峰法、重心法、抛物线法。 6、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是哈那瓦尔特索引、芬克索引、字顺索引。 7、特征X射线产生的根本原因是原子层电子的跃迁。 8、X射线衍射仪探测器的扫描方式可分连续扫描、步进扫描、跳跃步进扫描三种。 9、实验证明，X射线管阳极靶发射出的X射线谱可分为两类：连续X射线光谱和特征X射线光谱。 10、当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为X射线的衰减。 11、用于X射线衍射仪的探测器主要有盖革-弥勒计数管、闪烁计数管、正比计数管、固体计数管，其中闪烁计数管和正比计数管应用较为普遍。 12、光源单色化的方法：试推导布拉格方程，解释方程中各符号的意义并说明布拉格方程的应用 名词解释 1、X-射线的衰减：当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为X-射线的吸收。 2、短波限：电子一次碰撞中全部能量转化为光量子，此光量子的波长 3、吸收限：物质对电磁辐射的吸收随辐射频率的增大而增加至某一限度即骤然增大，称吸收限。吸收限：引起原子层电子跃迁的最低能量。 4、吸收限电子--hv 最长波长与原子序数有关 5、短波限 hv--电子最短波长与管电压有关 6、Ｘ射线：波长很短的电磁波 7、特征Ｘ射线：是具有特定波长的X射线，也称单色X射线。 8、连续Ｘ射线：是具有连续变化波长的X射线，也称多色X射线。 9、荧光Ｘ射线：当入射的X射线光量子的能量足够大时，可以将原子层电子击出，被打掉了层的受激原子将发生外层电子向层跃迁的过程，同时辐射出波长严格一定的特征X射线 10、二次特征辐射：利用X射线激发作用而产生的新的特征谱线 11、Ka辐射：电子由L层向K层跃迁辐射出的K系特征谱线 12、相干辐射：X射线通过物质时在入射电场的作用下，物质原子中的电子将被迫围绕其平衡位置振动，同时向四周辐射出与入射X射线波长相同的散射X射线，称之为经典散射。由于散射波与入射波的频率或波长相同，位相差恒定，在同一方向上各散射波符合相干条件，称为相干散射 13、非相干辐射：散射位相与入射波位相之间不存在固定关系，故这种散射是不相干的 14、俄歇电子：原子中一个K层电子被激发出以后，L层的一个电子跃迁入K层填补空白，剩下的能量不是以辐射 15、原子散射因子：为评价原子散射本领引入系数f (f≤E)，称系数f为原子散射因子。他是考虑了各个电子散射波的位相差之后原子中所有电子散射波合成的结果
填空： 1.传感器是把外界输入的非电信号转换成(电信号)的装置。 2.传感器是能感受规定的(被测量)并按照一定规律转换成可用(输出信号)的器件或装置。 3.传感器一般由(敏感元件)与转换元件组成。 (敏感元件)是指传感器中能直接感受被测量的部分 (转换元件)是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。 4.半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原理是基于半导体材料的(压阻效应)。 5.半导体应变片与金属丝式应变片相比较优点是(灵敏系数)比金属丝高50~80倍。 6.压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其(电阻率ρ)发生变化的现象。 7.电阻应变片的工作原理是基于(应变效应),即在导体产生机械变形时,它的电阻值相应发生变化。 8.金属应变片由(敏感栅)、基片、覆盖层和引线等部分组成。 9.常用的应变片可分为两类:(金属电阻应变片)和(半导体电阻应变片)。 半导体应变片工作原理是基于半导体材料的(压阻效应)。金属电阻应变片的工作原理基于电阻的(应变效应)。 10.金属应变片有（丝式电阻应变片）、（箔式应变片）和薄膜式应变片三种。 11.弹性敏感元件及其基本特性:物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为(变形),而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为(弹性变形)。 12.直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同，园弧部分使灵敏系数K↓下降，这种现象称为(横向效应)。
13.为了减小横向效应产生的测量误差,现在一般多采用(箔式应变片)。 14.电阻应变片的温度补偿方法 1)应变片的自补偿法 这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的，应变片的自补偿法有（单丝自补偿）和（双丝组合式自补偿）。 15.产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。 1)(电阻温度系数)的影响 2)试件材料和电阻丝材料的(线膨胀系数不同)的影响 16.写出三种能够测量加速度的传感器（电阻应变片式传感器）（电容传感器）（压电传感器） 17.根据电容式传感器工作原理可以将电容传感器分成三类(变介电常数型)、变面积型和(变极距型)。 18.电容传感器测量液位时的电容值c 与(液位高度h 成线性)关系，所以可以用作液位传感器 19.交、直流电桥的平衡条件是什么？R1R4=R2R3 4321R R R R 判断： 金属电阻应变片的敏感栅有丝式、箔式和薄膜式三种。其中丝式电阻应变片的优点是散热条件好,允许通过的电流较大,可制成各种所需的形状,便于批量生产。（X ） 2.单臂电桥，顾名思义就是只有一个应变片的测量电路就是单臂桥，相反就不是单臂（×） 3.直流电桥平衡条件是其相邻两臂电阻的比值应相等。(√)
《材料分析测试技术》试卷（答案) 一、填空题：(20分，每空一分) 1．X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。 2．X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X 射线、和热。 3．德拜照相法中的底片安装方法有: 正装、反装和偏装三种。 4. X射线物相分析方法分: 定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。 5．透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。 6.今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。 7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。 ８．扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。 二、选择题:（8分，每题一分） 1.X射线衍射方法中最常用的方法是( b ）。 a．劳厄法；b．粉末多晶法;ｃ.周转晶体法。 2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是(b)。 ａ．Co;b. Nｉ;c.Fe。 3.X射线物相定性分析方法中有三种索引,如果已知物质名时可以采用( c )。 a．哈氏无机数值索引;b. 芬克无机数值索引；ｃ. 戴维无机字母索引。 4.能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是(b)。 a．第二聚光镜光阑；b．物镜光阑;c. 选区光阑。 5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是( b )。 a.球差; b. 像散; c. 色差。 6．可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是( a)。 ａ．高阶劳厄斑点；ｂ．超结构斑点;c. 二次衍射斑点。 7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nｍ厚表层成分的信号是（b)。 a.背散射电子; b.俄歇电子；ｃ. 特征Ｘ射线。 8. 中心暗场像的成像操作方法是（ｃ)。 a．以物镜光栏套住透射斑;b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。 三、问答题：(2４分,每题8分） 1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么？ 答: X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小适 中,在1ｕｍ－5uｍ之间;其次粉末不能有应力和织构;最后是样品有一个 最佳厚度(t =
材料分析测试技术部分课后答案 太原理工大学材料物理0901 除夕月 1-1 计算0.071nm(MoKα)和0.154nm(CuKα)的X-射线的振动频率和能量。 ν=c/λ=3*108/(0.071*10-9)=4.23*1018S-1 E=hν=6.63*10-34*4.23*1018=2.8*10-15 J ν=c/λ=3*108/(0. 154*10-9)=1.95*1018S-1 E=hν=6.63*10-34*2.8*1018=1.29*10-15 J 1-2 计算当管电压为50kV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. E=eV=1.602*10-19*50*103=8.01*10-15 J λ=1.24/50=0.0248 nm E=8.01*10-15 J(全部转化为光子的能量) V=(2eV/m)1/2=(2*8.01*10-15/9.1*10-31)1/2=1.32*108m/s 1-3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： CuKa能激发CuKa荧光辐射；（能量相同） CuK?能激发CuKa荧光辐射；（K?>Ka） CuKa能激发CuLa荧光辐射；（Ka>la） 1-4 以铅为吸收体，利用MoKα、RhKα、AgKαX射线画图，用图解法证明式（1-16）的正确性。（铅对于上述Ⅹ射线的质量吸收系数分别为122.8，84.13，66.14 cm2／g）。再由曲线求出铅对应于管电压为30 kv条件下所发出的最短波长时质量吸收系数。 解：查表得 以铅为吸收体即Z=82 Kαλ3 λ3Z3 μm Mo 0.714 0.364 200698 122.8 Rh 0.615 0.233 128469 84.13 Ag 0.567 0.182 100349 66.14 画以μm为纵坐标，以λ3Z3为横坐标曲线得K≈8.49×10-4，可见下图 铅发射最短波长λ0＝1.24×103/V＝0.0413nm λ3Z3＝38.844×103 μm = 33 cm3/g 1-5. 计算空气对CrKα的质量吸收系数和线吸收系数（假设空气中只有质量分数80％的氮和质量分数20％的氧，空气的密度为1.29×10-3g／cm3）。 解：μm=0.8×27.7＋0.2×40.1=22.16+8.02=30.18（cm2/g） μ=μm×ρ=30.18×1.29×10-3=3.89×10-2 cm-1 1-6. 为使CuKα线的强度衰减1／2，需要多厚的Ni滤波片？（Ni的密度为8.90g／cm3）。1-7. CuKα1和CuKα2的强度比在入射时为2：1，利用算得的Ni滤波片之后其比值会有什么变化？ 解：设滤波片的厚度为t 根据公式I/ I0=e-Umρt；查表得铁对CuKα的μm＝49.3（cm2/g）,有：1/2=exp(-μmρt) 即t=-(ln0.5)/ μmρ=0.00158cm 根据公式：μm=Kλ3Z3，CuKα1和CuKα2的波长分别为：0.154051和0.154433nm ，所以μm=K
1.X射线管主要由阳极，阴极，和窗口构成。 2.X射线透过物质时产生的物理效应有：散射，光电效应，荧光辐射，俄歇效应。 3.德拜照相法中的底片安装方法有：正装，反装，和偏装三种。 4.X射线物相分析方法分：定性分析和定量分析两种。 5.透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。 7.电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。 8.扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。 9.人眼的分辨率本领大约是：0.2mm 10.扫描电镜用于成像的信号：二次电子和背散射电子，原理：光栅扫描，逐点成像。 11.TEM的功能是：物相分析和组织分析（物相分析利用电子和晶体物质作用可发生衍射的特点；组织分析；利用电子波遵循阿贝成像原理） 12.DTA：定性分析（或半定量分析），测温范围大。DSC：定量分析，测温范围常在800℃以下。 13.放大倍数（扫描电镜）：M=b/B（b：显像管电子束在荧光屏上的扫描幅度，通常固定不变；B：入射电子束在样品上的扫描幅度，通常以改变B来改变M） 14.X射线衍射分析方法中，应用最广泛、最普通的是衍射仪法。 15.透射电镜室应用透射电子来成像。 16.TEM无机非金属材料大多数以多相、多组分的非导电材料，直到60年代初产生了离子轰击减薄法后，才使无机非金属材料的薄膜制备成为可能。 17.适合透射电镜观察的试样厚度小于200nm的对电子束“透明”的试样。 18.扫描电镜是用不同信号成像时分辨率不同，分辨率最高的是二次电子成像。 19.在电子与固体物质相互作用中，从试样表面射出的电子有背散射电子，二次电子，俄歇电子。 20.影响红外光谱图中谱带位置的因素有诱导效应，键应力，氢键，物质状态。 1.电离能：在激发光源作用下，原子获得足够的能量就发生电离，电离所必须的能 量称为电离能。 2.原子光谱分析技术：是利用原子在气体状态下发射或吸收特种辐射所产生的光谱 进行元素定性和定量分析的一种分析技术。 3.X射线光电效应：当X射线的波长足够短时，其光子的能量就很大，以至能把原 子中处于某一能级上的电子打出来，而它本身则被吸收，它的能量就传递给电子了，使之成为具有一定能量的光电子，并使原子处于高能的激发态。这种过程称为光电吸收或光电效应。 4.衍射角：入射线与衍射线的夹角。 5.背散射电子：电子射入试样后，受到原子的弹性和非弹性散射，有一部分电子的 总散射角大于90℃，重新从试样表面逸出，成为背散射电子。 6.磁透镜：产生旋转对称磁场的线圈装置称为磁透镜。 7.俄歇电子：当外层电子跃入内层空位时，其多余的能量也可以不以X射线的形式 放出，而是传递给其他外层电子，使之脱离原子，这样的电子称为俄歇电子。 8.热重法：把试样置于程序控制的加热或冷却环境中，测定试样的质量变化对温度
班级学号姓名考试科目现代材料测试技术A 卷开卷一、填空题（每空1 分，共计20 分；答案写在下面对应的空格处，否则不得分） 1. 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_辐射跃迁__ 跃迁或_无辐射跃迁__跃迁。 2. 多原子分子振动可分为__伸缩振动_振动与_变形振动__振动两类。 3. 晶体中的电子散射包括_弹性、__与非弹性___两种。 4. 电磁辐射与物质（材料）相互作用，产生辐射的_吸收_、_发射__、_散射/光电离__等，是光谱分析方法的主要技术基础。 5. 常见的三种电子显微分析是_透射电子显微分析、扫描电子显微分析___和_电子探针__。 6. 透射电子显微镜（TEM）由_照明__系统、_成像__系统、_记录__系统、_真空__系统和__电器系统_系统组成。 7. 电子探针分析主要有三种工作方式，分别是_定点_分析、_线扫描_分析和__ 面扫描_分析。 二、名词解释（每小题3 分，共计15 分；答案写在下面对应的空格处，否则不得分） 1. 二次电子二次电子：在单电子激发过程中被入射电子轰击出来的核外电子. 2. 电磁辐射：在空间传播的交变电磁场。在空间的传播遵循波动方程，其波动性表现为反射、折射、干涉、衍射、偏振等。 3. 干涉指数：对晶面空间方位与晶面间距的标识。 4. 主共振线：电子在基态与最低激发态之间跃迁所产生的谱线则称为主共振线 5. 特征X 射线：迭加于连续谱上，具有特定波长的X 射线谱，又称单色X 射线谱。 三、判断题（每小题2 分，共计20 分；对的用“√”标识，错的用“×”标识） 1．当有外磁场时，只用量子数n、l 与m 表征的原子能级失去意义。（√） 2．干涉指数表示的晶面并不一定是晶体中的真实原子面，即干涉指数表示的晶面上不一定有原子分布。（√） 3．晶面间距为d101／2 的晶面，其干涉指数为（202）。（×） 4．X 射线衍射是光谱法。（×） 5．根据特征X 射线的产生机理，λKβ<λK α。 （√ ） 6．物质的原子序数越高，对电子产生弹性散射的比例就越大。（√ ） 7．透射电镜分辨率的高低主要取决于物镜。（√ ）8．通常所谓的扫描电子显微镜的分辨率是指二次电子像的分辨率。（√）9．背散射电子像与二次电子像比较，其分辨率高，景深大。（× ）10．二次电子像的衬度来源于形貌衬度。（× ） 四、简答题（共计30 分；答案写在下面对应的空格处，否则不得分） 1. 简述电磁波谱的种类及其形成原因？（6 分）答：按照波长的顺序，可分为：（1）长波部分，包括射频波与微波。长波辐射光子能量低，与物质间隔很小的能级跃迁能量相适应，主要通过分子转动能级跃迁或电子自旋或核自旋形成；（2）中间部分，包括紫外线、可见光核红外线，统称为光学光谱，此部分辐射光子能量与原子或分子的外层电子的能级跃迁相适应；（3）短波部分，包括X 射线和γ射线，此部分可称射线谱。X 射线产生于原子内层电子能级跃迁，而γ射线产生于核反应。
第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。这些物理量就 是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 时间 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特点：离散的 ，谐波型 ， 收敛性 。 4、 非周期信号包括 瞬态非周期 信号和 准周期 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值x μ、均方值2x ψ，方差2 x σ；。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 偶 对称，虚频谱（相频谱）总是 奇 对称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ v ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ v ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ x ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ x ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ v ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2 x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数?? ?≥<=T t T t t t x ||0 ||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为1 21 )(+= ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω 1/2 ，幅值=y √2/2 ，相位=φ -45 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35 .1+s 和2 2 2 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。123 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 傅里叶级数展开式 、 和 傅里叶变换 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 延时 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 被测量 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 线性 关系为最佳。 （二）选择题 1、 4 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 3 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡 3、 两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为 2 。 （1）)()(21ωωQ Q （2）)()(21ωωQ Q + （3）) ()() ()(2121ωωωωQ Q Q Q +（4）)()(21ωωQ Q - 4、 一阶系统的阶跃响应中，超调量 4 。 （1）存在，但<5％ （2）存在，但<1 （3）在时间常数很小时存在 （4）不存在 5、 忽略质量的单自由度振动系统是 2 系统。 （1）零阶 （2）一阶 （3）二阶 （4）高阶
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 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=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，
第一章 x射线物理学基础 X射线的产生： X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。 X射线的本质： X射线也是电磁波的一种，波长在10－8cm左右 X射线的发生必需具备的基本条件 1) 产生自由电子 (2) 使电子作定向高速运动 (3) 有障碍物使其突然减速 X射线的性质 ①是电磁波，具有波粒二象性： ε=hν= h(c/λ) ； p= h/λ 能被物质吸收，会产生干涉、衍射和光电效应等现象。与可见光比较，差别主要在波长和频率。 ②具有很强的穿透能力；通过物质时可被吸收使其强度减弱；能杀伤生物细胞。 ③沿直线传播，光学透镜、电场、磁场不能使其发生偏转。 连续X射线谱 定义：是具有连续变化波长的X射线，也称多色X射线。 产生机理：主要有两个原因。 高速运动热电子的动能变成电磁波辐射能。数量极大的电子流射到阳极靶上时，由于到达靶面上的时间和被减速的情况各不相同，因此产生的电磁波具有连续的各种波长。 根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。 近代量子理论认为是多次碰撞多次辐射的结果。由于碰撞次数不同，所以能量不同，表现出波长同。 特点：在一连续X射线谱上可看出： ①各种波长射线的相对强度（I）都相应地增高； ②各曲线上都有短波极限，且短波极限值（λ0）逐渐变小； ③各曲线的最高强度值(λm)的波长逐渐变小。 X射线强度：在单位时间内通过垂直于X射线传播方向的单位面积上的光子数目的能量总和。 注意：
材料分析测试技术复习参考资料 1、透射电子显微镜 其分辨率达10-1 nm ,扫描电子显微镜 其分辨率为Inmo 透射电子显微镜放大倍数大。 第一章x 射线的性质 2、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。 即电磁波。 3、 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。X 射 线管的主要构造：阴极、阳极、窗口 。 4、 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入 o ,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，这波长即为入 0。入o=1.24/V 。 5、 X 射线谱分连续X 射线谱和特征X 射线谱。 * 6、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 各原子能级的能量是固有的，所以?光子能量是固有的，入也是固有的。即特征 能量：若为K 层向L 层跃迁，则能量为： &口 = Av = hcfX 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a 、B 、丫等符号。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K a, K B 谱线；同理，由 M- L , N — L 电子跃迁将辐射出 L 系的L a, L p 谱 线，以此类推还有 M 线系等。 7、X 射线与物质的相互作用： 散射、吸收、透射。X 射线的散射有相干散射和非相干散射。 第二章X 衍射的方向 1,相干条件：两相干光满足频率相同、振动方向相同、相位差恒定（即n 的整数倍）或波程差是波长的整 数倍。 & X 衍射和布拉格方程 波在传播过程中，在波程差为波长整数倍的方向发生波的叠加，波的振幅得到最大程度的加强，称 为衍射，对应的方向为衍射方向，而为半整数的方向，波的振幅得到最大程度的抵消。 Z 的确定的物质来说, X 射线波长为一固定值。