【正文】 目前還沒有其它好的方法測定納米級粒子的大小。②一般情況下我們的樣品可能不是細(xì)小的粉末，但實(shí)際上理想的晶體是不存在的，即使是較大的晶體，它經(jīng)常也具有鑲嵌結(jié)構(gòu)在，即是由一些大小約在104cm，取向稍有差別的鑲嵌晶塊組成。它們也會導(dǎo)到X射線衍射峰的寬化。4．試述極圖與反極圖的區(qū)別？答：極圖是多晶體中某{hkl}晶面族的倒易矢量（或晶面法線）在空間分布的極射赤面投影圖。它取一宏觀坐標(biāo)面為投影面，對板織構(gòu)可取軋面，對絲織構(gòu)取與絲軸平行或垂直的平面。圖713是軋制純鋁{111}極圖，投影面為軋面。在極圖上用不同級別的等密度線表達(dá)極點(diǎn)密度的分布，極點(diǎn)密度高的部位就是該晶面極點(diǎn)偏聚的方位。反極圖表示某一選定的宏觀坐標(biāo)（如絲軸、）相對于微觀晶軸的取向分布，因而反極圖是以單晶體的標(biāo)準(zhǔn)投影圖為基礎(chǔ)坐標(biāo)的，由于晶體的對稱性特點(diǎn)只需取其單位投影三角形，如立方晶體取由0001111構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)投影三角形。5．什么是衍射襯度?它與質(zhì)厚襯度有什么區(qū)別?答：由樣品各處衍射束強(qiáng)度的差異形成的襯度稱為衍射襯度。或是由樣品各處滿足布拉格條件程度的差異造成的。對于晶體薄膜樣品而言，厚度大致均勻，原子序數(shù)也無差別，因此，不可能利用質(zhì)厚襯度來獲得圖象反差，這樣，晶體薄膜樣品成像是利用衍射襯度成像，簡稱“衍射襯度”非晶（復(fù)型）樣品電子顯微圖像襯度是由于樣品不同微區(qū)間存在原子序數(shù)或厚度的差異而形成的，即質(zhì)厚襯度，質(zhì)厚襯度是建立在非晶樣品中原子對電子的散射和透射電子顯微鏡小孔徑成像的基礎(chǔ)上的。6．給出簡單立方、面心立方、體心立方以及密排六方晶體結(jié)構(gòu)電子衍射發(fā)生消光的晶面指數(shù)規(guī)律。答：常見晶體的結(jié)構(gòu)消光規(guī)律簡單立方 對指數(shù)沒有限制（不會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)消光）f. c. c h. k. L. 奇偶混合b. c. c h+k+L=奇數(shù)h. c. p h+2k=3n, 同時L=奇數(shù)體心四方 h+k+L=奇數(shù)7．什么是缺陷不可見判據(jù)?如何用不可見判據(jù)來確定位錯的布氏矢量?答：作為位錯襯度消失的一個實(shí)際可行的有效判據(jù)。要確定位錯的布氏矢量，可以按如下步驟進(jìn)行：找到兩個操作發(fā)射g1和g2，其成像時位錯均不可見，則必有g(shù)1b＝0，g2b＝0。這就是說，b應(yīng)該在g1和g2所對應(yīng)的晶面（h1k1l1）he（h2k2l2）內(nèi)，即b應(yīng)該平行于這兩個晶面的交線，b＝g1g2，再利用晶面定律可以求出b的指數(shù)。至于b的大小，通常可取這個方向上的最小點(diǎn)陣矢量。8．二次電子像景深很大，樣品凹坑底部都能清楚地顯示出來，從而使圖像的立體感很強(qiáng)，其原因何在?答：二次電子像立體感很強(qiáng)這是因?yàn)?）凸出的尖棱，小粒子以及比較陡的斜面處SE產(chǎn)額較多，在熒光屏上這部分的亮度較大。2）平面上的SE產(chǎn)額較小，亮度較低。3）在深的凹槽底部盡管能產(chǎn)生較多二次電子，使其不易被控制到，因此相應(yīng)襯度也較暗。9．為什么紅外光譜吸收峰強(qiáng)度相等時對應(yīng)的基團(tuán)含量可差別很大？答：不同的基團(tuán)的極性差別較大，能級躍遷時光子效率不同，因此即使紅外光譜的吸收峰強(qiáng)度相等，對應(yīng)基團(tuán)的含量可差別很大。10．如何區(qū)分紅外譜圖中的醇與酚羥基的吸收峰？答：它們的吸收峰的峰位不同。酚羥基在3610cm1和1200cm1存在吸收峰，醇羥基則分別在36203640和10501150 cm1范圍內(nèi)存在吸收；而且含酚羥基的物質(zhì)存在苯環(huán)的特征吸收峰。二、綜合及分析題（共5題，每題10分）1．試總結(jié)衍射花樣的背底來源，并提出一些防止和減少背底的措施。答：（1）靶材的選用影響背底； （2）濾波片的作用影響到背底； （3）樣品的制備對背底的影響。措施：（1）選靶，靶材產(chǎn)生的特征X射線（常用Kα射線）盡可能小地激發(fā)樣品的熒光輻射，以降低衍射花樣背底，使圖像清晰。 （2）濾波，K系特征輻射包括Kα和Kβ射線，因兩者波長不同，將使樣品的產(chǎn)生兩套方位不同的衍射花樣；選擇濾波片材料，使λkβ靶＜λk濾＜λkαafc，Kα射線因激發(fā)濾波片的熒光輻射而被吸收。 （3）樣品，樣品晶粒為5μm左右，長時間研究，制樣時盡量輕壓，可減少背底。2．?dāng)⑹鯴射線物相分析的基本原理，試比較衍射儀法與德拜法的優(yōu)缺點(diǎn)？答：X射線物相分析的基本原理是每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，即特定點(diǎn)陣類型、晶胞大小、原子的數(shù)目和原子在晶胞中的排列等。因此，從布拉格公式和強(qiáng)度公式知道，當(dāng)X射線通過晶體時，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射花樣，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(qiáng)度I來表征。其中晶面網(wǎng)間距值d與晶胞的形狀和大小有關(guān)，相對強(qiáng)度I則與質(zhì)點(diǎn)的種類及其在晶胞中的位置有關(guān)。 與照相法相比，衍射儀法的優(yōu)缺點(diǎn)。（1）簡便快速：衍射儀法都采用自動記錄，不需底片安裝、沖洗、晾干等手續(xù)。可在強(qiáng)度分布曲線圖上直接測量2θ和I值，比在底片上測量方便得多。衍射儀法掃描所需的時間短于照相曝光時間。一個物相分析樣品只需約15分鐘即可掃描完畢。此外，衍射儀還可以根據(jù)需要有選擇地掃描某個小范圍，可大大縮短掃描時間。（2）分辨能力強(qiáng)：由于測角儀圓半徑一般為185mm遠(yuǎn)大于德拜相機(jī)的半徑（），因而衍射法的分辨能力比照相法強(qiáng)得多。如當(dāng)用CuKa輻射時，從2θ30o左右開始，Kα雙重線即能分開；而在德拜照相中2θ小于90176。時Kα雙重線不能分開。（3）直接獲得強(qiáng)度數(shù)據(jù)：不僅可以得出相對強(qiáng)度，還可測定絕對強(qiáng)度。由照相底片上直接得到的是黑度，需要換算后才得出強(qiáng)度，而且不可能獲得絕對強(qiáng)度值。（4）低角度區(qū)的2θ測量范圍大：測角儀在接近2θ= 0176。附近的禁區(qū)范圍要比照相機(jī)的盲區(qū)小。一般測角儀的禁區(qū)范圍約為2θ＜3176。（如果使用小角散射測角儀則更可小到2θ＝～176。），而直徑57．3mm的德拜相機(jī)的盲區(qū)，一般為2θ＞8176。這相當(dāng)于使用CuKα輻射時，衍射儀可以測得面網(wǎng)間距d最大達(dá)3nmA的反射（用小角散射測角儀可達(dá)1000nm），而一般德拜相機(jī)只能記錄 d值在1nm以內(nèi)的反射。（5）樣品用量大：衍射儀法所需的樣品數(shù)量比常用的德拜照相法要多得多。后者一般有5～10mg樣品就足夠了，最少甚至可以少到不足lmg。在衍射儀法中，如果要求能夠產(chǎn)生最大的衍射強(qiáng)度，；即使采用薄層樣品，樣品需要量也在100mg左右。（6）設(shè)備較復(fù)雜，成本高。 顯然，與照相法相比，衍射儀有較多的優(yōu)點(diǎn)，突出的是簡便快速和精確度高，而且隨著電子計算機(jī)配合衍射儀自動處理結(jié)果的技術(shù)日益普及，這方面的優(yōu)點(diǎn)將更為突出。所以衍射儀技術(shù)目前已為國內(nèi)外所廣泛使用。但是它并不能完全取代照相法。特別是它所需樣品的數(shù)量很少，這是一般的衍射儀法遠(yuǎn)不能及的。3．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?答：影響掃描電鏡分辨率的有三大因素：電子束束斑大小，檢測信號類型，檢測部位原子序數(shù)。用不同的信號成像時，分辨率的大小如下：信 號 二次電子 背散射電子 吸收電子 特征X射線 俄歇電子分辨率 5～10 50～200 100～1000 100～1000 5～10因?yàn)镾E或AE信號的分辨率最高，因此，SEM的分辨率是指二次電子像的分辨率4．請導(dǎo)出電子衍射的基本公式，解釋其物理意義，并闡述倒易點(diǎn)陣與電子衍射圖之間有何對應(yīng)關(guān)系? 解釋為何對稱入射(B//[uvw])時，即只有倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)在愛瓦爾德球面上，也能得到除中心斑點(diǎn)以外的一系列衍射斑點(diǎn)? 答：（1）由以下的電子衍射圖可見 ∵ 2θ很小，一般為1~20∴ （）由 代入上式 即 ， L為相機(jī)裘度 以上就是電子衍射的基本公式。令 一定義為電子衍射相機(jī)常數(shù) 把電子衍射基本公式寫成矢量表達(dá)式 （2）、在0*附近的低指數(shù)倒易陣點(diǎn)附近范圍，反射球面十分接近一個平面，且衍射角度非常小 10，這樣反射球與倒易陣點(diǎn)相截是一個二維倒易平面。這些低指數(shù)倒易陣點(diǎn)落在反射球面上，產(chǎn)生相應(yīng)的衍射束。因此，電子衍射圖是二維倒易截面在平面上的投影。（3）這是因?yàn)閷?shí)際的樣品晶體都有確定的形狀和有限的尺寸，因而，它的倒易點(diǎn)不是一個幾何意義上的點(diǎn)，而是沿著晶體尺寸較小的方向發(fā)生擴(kuò)展，擴(kuò)展量為該方向?qū)嶋H尺寸的倒數(shù)的2倍。5．分別指出譜圖中標(biāo)記的各吸收峰所對應(yīng)的基團(tuán)?答：3350 – 寬鈍強(qiáng)吸收峰對應(yīng)OH伸縮振動，2950 –不對稱CH伸縮振動，2860 對稱CH伸縮振動，1425 CH2吸收峰，1065 – CO 吸收峰。 材料現(xiàn)代分析方法試題1（參考答案）一、基本概念題（共10題，每題5分）1．X射線的本質(zhì)是什么？是誰首先發(fā)現(xiàn)了X射線，誰揭示了X射線的本質(zhì)？答：X射線的本質(zhì)是一種橫電磁波？倫琴首先發(fā)現(xiàn)了X射線，勞厄揭示了X射線的本質(zhì)？2．下列哪些晶面屬于[11]晶帶？（1）、（1）、（231）、（211）、（101）、（01）、（13），（0），（12），（12），（01），（212），為什么？答：（0）（1）、（211）、（12）、（01）、（01）晶面屬于[11]晶帶，因?yàn)樗鼈兎暇Ф桑篽u+kv+lw=0。3．多重性因子的物理意義是什么？某立方晶系晶體，其{100}的多重性因子是多少？如該晶體轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄?，這個晶面族的多重性因子會發(fā)生什么變化？為什么？答：多重性因子的物理意義是等同晶面?zhèn)€數(shù)對衍射強(qiáng)度的影響因數(shù)叫作多重性因子。某立方晶系晶體，其{100}的多重性因子是6？如該晶體轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄刀嘀匦砸蜃邮?；這個晶面族的多重性因子會隨對稱性不同而改變。4．在一塊冷軋鋼板中可能存在哪幾種內(nèi)應(yīng)力？它們的衍射譜有什么特點(diǎn)？答：在一塊冷軋鋼板中可能存在三種內(nèi)應(yīng)力，它們是：第一類內(nèi)應(yīng)力是在物體較大范圍內(nèi)或許多晶粒范圍內(nèi)存在并保持平衡的應(yīng)力。稱之為宏觀應(yīng)力。它能使衍射線產(chǎn)生位移。第二類應(yīng)力是在一個或少數(shù)晶粒范圍內(nèi)存在并保持平衡的內(nèi)應(yīng)力。它一般能使衍射峰寬化。第三類應(yīng)力是在若干原子范圍存在并保持平衡的內(nèi)應(yīng)力。它能使衍射線減弱。5．透射電鏡主要由幾大系統(tǒng)構(gòu)成? 各系統(tǒng)之間關(guān)系如何?答：四大系統(tǒng):電子光學(xué)系統(tǒng),真空系統(tǒng),供電控制系統(tǒng),附加儀器系統(tǒng)。其中電子光學(xué)系統(tǒng)是其核心。其他系統(tǒng)為輔助系統(tǒng)。6．透射電鏡中有哪些主要光闌? 分別安裝在什么位置? 其作用如何?答：主要有三種光闌：①聚光鏡光闌。在雙聚光鏡系統(tǒng)中,該光闌裝在第二聚光鏡下方。作用:限制照明孔徑角。②物鏡光闌。安裝在物鏡后焦面。作用: 提高像襯度；減小孔徑角，從而減小像差；進(jìn)行暗場成像。③選區(qū)光闌:放在物鏡的像平面位置。作用: 對樣品進(jìn)行微區(qū)衍射分析。7．什么是消光距離? 影響晶體消光距離的主要物性參數(shù)和外界條件是什么?答：消光距離:由于透射波和衍射波強(qiáng)烈的動力學(xué)相互作用結(jié)果，使I0和Ig在晶體深度方向上發(fā)生周期性的振蕩，此振蕩的深度周期叫消光距離。影響因素:晶胞體積,結(jié)構(gòu)因子,Bragg角,電子波長。8．倒易點(diǎn)陣與正點(diǎn)陣之間關(guān)系如何? 畫出fcc和bcc晶體的倒易點(diǎn)陣，并標(biāo)出基本矢量a*, b*, c*。答：倒易點(diǎn)陣與正點(diǎn)陣互為倒易。9．紅外測試樣品需盡可能把游離水驅(qū)除干凈。含游離水樣品的紅外譜圖中在哪兩個波數(shù)范圍會出現(xiàn)吸收峰?答:把樣品放入110℃烘箱中干燥至少2小時，并抽真空；含游離水樣品的紅外譜圖在30003800cm1 15901690cm1 存在吸收峰。10．一種化合物含有兩個基團(tuán)與各含一個基團(tuán)的兩種化合物的混合物，其紅外譜圖有大的差別嗎？為什么？答：若該化合物中的兩個基團(tuán)是孤立的，通常兩種測試樣品的紅外譜圖沒有大的差別，因此測試紅外光譜時應(yīng)盡可能把樣品的各組份完全分離后測試。二、綜合及分析題（共5題，每題10分）1．決定X射線強(qiáng)度的關(guān)系式是，試說明式中各參數(shù)的物理意義?答：I0為入射X射線的強(qiáng)度；λ 為入射X射線的波長R 為試樣到觀測點(diǎn)之間的距離；V 為被照射晶體的體積Vc 為單位晶胞體積P 為多重性因子，表示等晶面?zhèn)€數(shù)對衍射強(qiáng)度的影響因子；F 為結(jié)構(gòu)因子，反映晶體結(jié)構(gòu)中原子位置、種類和個數(shù)對晶面的影響因子；φ(θ) 為角因子，反映樣品中參與衍射的晶粒大小，晶粒數(shù)目和衍射線位置對衍射強(qiáng)度的影響；A(θ) 為吸收因子，圓筒狀試樣的吸收因子與布拉格角、試樣的線吸收系數(shù)μl和試樣圓柱體的半徑有關(guān)；平板狀試樣吸收因子與μ有關(guān)，而與θ角無關(guān)。表示溫度因子。2．比較物相定量分析的外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法、K值法、直接比較法和全譜擬合法的優(yōu)缺點(diǎn)？答：外標(biāo)法就是待測物相的純物質(zhì)作為標(biāo)樣以不同的質(zhì)量比例另外進(jìn)行標(biāo)定，并作曲線圖。外標(biāo)法適合于特定兩相混合物的定量分析，尤其是同質(zhì)多相（同素異構(gòu)體）混合物的定量分析。內(nèi)標(biāo)法是在待測試樣中摻入一定量試樣中沒有的純物質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定量分析，其目的是為了消除基體效應(yīng)。內(nèi)標(biāo)法最大的特點(diǎn)是通過加入內(nèi)標(biāo)來消除基體效應(yīng)的影響，它的原理簡單，容易理解。但它也是要作標(biāo)準(zhǔn)曲線，在實(shí)踐起來有一定的困難。K值法是內(nèi)標(biāo)法延伸。K值法同樣要在樣品中加入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為