【正文】 目前還沒(méi)有其它好的方法測(cè)定納米級(jí)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(huì)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(duì)板織構(gòu)可取軋面，對(duì)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(jí)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(duì)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(duì)稱(chēng)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(chēng)為衍射襯度?；蚴怯蓸悠犯魈帩M足布拉格條件程度的差異造成的。對(duì)于晶體薄膜樣品而言，厚度大致均勻，原子序數(shù)也無(wú)差別，因此，不可能利用質(zhì)厚襯度來(lái)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(jiǎn)稱(chēng)“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(duì)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(jiǎn)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(jiàn)晶體的結(jié)構(gòu)消光規(guī)律簡(jiǎn)單立方 對(duì)指數(shù)沒(méi)有限制（不會(huì)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(shí)L=奇數(shù)體心四方 h+k+L=奇數(shù)7．什么是缺陷不可見(jiàn)判據(jù)?如何用不可見(jiàn)判據(jù)來(lái)確定位錯(cuò)的布氏矢量?答：作為位錯(cuò)襯度消失的一個(gè)實(shí)際可行的有效判據(jù)。要確定位錯(cuò)的布氏矢量，可以按如下步驟進(jìn)行：找到兩個(gè)操作發(fā)射g1和g2，其成像時(shí)位錯(cuò)均不可見(jiàn)，則必有g(shù)1b＝0，g2b＝0。這就是說(shuō)，b應(yīng)該在g1和g2所對(duì)應(yīng)的晶面（h1k1l1）he（h2k2l2）內(nèi)，即b應(yīng)該平行于這兩個(gè)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?？扇∵@個(gè)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(lái)，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(shí)對(duì)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(jí)躍遷時(shí)光子效率不同，因此即使紅外光譜的吸收峰強(qiáng)度相等，對(duì)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(lái)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間研究，制樣時(shí)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(lèi)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(guò)晶體時(shí)，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(gè)反射晶面的晶面間距值d和反射線的強(qiáng)度I來(lái)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(duì)強(qiáng)度I則與質(zhì)點(diǎn)的種類(lèi)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(jiǎn)便快速：衍射儀法都采用自動(dòng)記錄，不需底片安裝、沖洗、晾干等手續(xù)?？稍趶?qiáng)度分布曲線圖上直接測(cè)量2θ和I值，比在底片上測(cè)量方便得多。衍射儀法掃描所需的時(shí)間短于照相曝光時(shí)間。一個(gè)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(gè)小范圍，可大大縮短掃描時(shí)間。（2）分辨能力強(qiáng)：由于測(cè)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(shí)，從2θ30o左右開(kāi)始，Kα雙重線即能分開(kāi)；而在德拜照相中2θ小于90176。時(shí)Kα雙重線不能分開(kāi)。（3）直接獲得強(qiáng)度數(shù)據(jù)：不僅可以得出相對(duì)強(qiáng)度，還可測(cè)定絕對(duì)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(duì)強(qiáng)度值。（4）低角度區(qū)的2θ測(cè)量范圍大：測(cè)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(cè)角儀的禁區(qū)范圍約為2θ＜3176。（如果使用小角散射測(cè)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(shí)，衍射儀可以測(cè)得面網(wǎng)間距d最大達(dá)3nmA的反射（用小角散射測(cè)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(jiǎn)便快速和精確度高，而且隨著電子計(jì)算機(jī)配合衍射儀自動(dòng)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(guó)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(hào)成像時(shí)，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(hào)成像時(shí)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(cè)信號(hào)類(lèi)型，檢測(cè)部位原子序數(shù)。用不同的信號(hào)成像時(shí)，分辨率的大小如下：信 號(hào) 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(hào)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(qǐng)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(duì)應(yīng)關(guān)系? 解釋為何對(duì)稱(chēng)入射(B//[uvw])時(shí)，即只有倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)在愛(ài)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(jiàn) ∵ 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(xiě)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(gè)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(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)的基團(tuán)?答：3350 – 寬鈍強(qiáng)吸收峰對(duì)應(yīng)OH伸縮振動(dòng)，2950 –不對(duì)稱(chēng)CH伸縮振動(dòng)，2860 對(duì)稱(chēng)CH伸縮振動(dòng)，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(shuí)首先發(fā)現(xiàn)了X射線，誰(shuí)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担@個(gè)晶面族的多重性因子會(huì)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(duì)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(gè)晶面族的多重性因子會(huì)隨對(duì)稱(chēng)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(lèi)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(chēng)之為宏觀應(yīng)力。它能使衍射線產(chǎn)生位移。第二類(lèi)應(yīng)力是在一個(gè)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(lèi)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(chǎng)成像。③選區(qū)光闌:放在物鏡的像平面位置。作用: 對(duì)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(dòng)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(zhǎng)。8．倒易點(diǎn)陣與正點(diǎn)陣之間關(guān)系如何? 畫(huà)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(cè)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(gè)波數(shù)范圍會(huì)出現(xiàn)吸收峰?答:把樣品放入110℃烘箱中干燥至少2小時(shí)，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(gè)基團(tuán)與各含一個(gè)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(gè)基團(tuán)是孤立的，通常兩種測(cè)試樣品的紅外譜圖沒(méi)有大的差別，因此測(cè)試紅外光譜時(shí)應(yīng)盡可能把樣品的各組份完全分離后測(cè)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(shuō)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(zhǎng)R 為試樣到觀測(cè)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(duì)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(lèi)和個(gè)數(shù)對(duì)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(duì)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(wú)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(cè)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(cè)試樣中摻入一定量試樣中沒(méi)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(guò)加入內(nèi)標(biāo)來(lái)消除基體效應(yīng)的影響，它的原理簡(jiǎn)單，容易理解。但它也是要作標(biāo)準(zhǔn)曲線，在實(shí)踐起來(lái)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