四川理工材料现代分析复习资料.doc

第一章：爱因斯坦的光电理论：Ekin=hW 式中：Ekin为发射出电子的动能；W为电极材料的功函数。电磁辐射的波粒二象性：光子能量 E=hn 光子动量 p=h/l 普朗克常数 h=6.626 x10-34J.s将电磁波按波长（或频率）顺序排列即构成电磁波谱。分为三部分：(1) 长波部分：射频波及微波，常称波谱。(2) 中间部分：紫外线，可见光及红外线，常称光谱。(3) 短波部分：X射线及g射线(及宇宙射线)，常称射线谱。电磁波谱表如下：名称频率(MHz)产生机理名称频率(MHz)产生机理射线3101631012 核反应红外线 4.01086.0106 分子振动能级跃迁X射线3101431010内层电子跃迁远红外 6.0106105分子转动能级跃迁紫外线310107.5108 外层电子跃迁微波105102 分子转动能级跃迁可见光7.51084.0108外层电子跃迁射频1020.1电子自旋，核自旋电子波的波长：当v0=0，电场作功全部转化为电子动能，电场电压为V。有： (单位：nm)类氢原子：质子质量无限大，核外只有一个电子。量子力学指出：核外电子的运动状态和能量状态由主量子数n，角量子数l，磁量子数m，自旋量子数s和自旋磁量子数ms表征。三个量子数的取值如下：主量子数 n=1，2，3 正整数。角量子数 l=0，1，2 （n-1）共取n个值。磁量子数 m=0，1，2l 共取2l+1个值主量子数n：(1) 取值：1，2，3，4，5，常用K，L，M，N，O，表示。(2) 表征电子离核的平均距离，n值相同的原子轨道处于同一电子层，该层电子的主要能量(主能级能量)： En=-Z2R/n2式中：Z原子序数 R里德伯常数，无限大质子质量的氢的非相对论电离势。R=2.210-18J=13.6eV。角量子数l：(1) 取值n个：0，1，2，3， n-1。 分别用s，p, d，f， 表示，表明在n级电子层上有n个电子亚层。(2) 表征原子轨道的形状和电子轨道运动角动量大小，Pl=；由l 所确定的能级叫亚能级，l 值越大亚能级越高。磁量子数m：(1) 取值：0，1，2，3，l。表明在l亚层上有2l+1个空间伸展方向不同的原子轨道。（2）表征电子轨道角动量在外磁场方向分量的大小：Pm=m；无外磁场时，同一亚层的轨道能量相同，称它们是简并的；简并轨道(能级)的数目称为简并度。n, l, m共同表征电子的轨道运动 s, ms表征电子的自旋运动 s表征电子自旋角动量大小:Ps=，取值1/2。 ms取值1/2, 它表明电子自旋只有两个方向：正自旋和反自旋（顺时针或反时针方向）。 无外磁场存在时，ms取值不影响电子的能量大小，即电子的正反自旋是简并的；反之则产生自旋能级分裂。原子的能级可用符号nMLJ表示称为光谱项 对应于L=0，1，2，3，4， 常用大写字母S，P，D，F，G，表示。 M叫谱线多重性符号，表示 n 与 L 一定的光谱项由 M 个能量稍有差别的分裂能级(光谱支项)构成。 能级的分裂取决于J，每一个光谱支项对应于J的一个取值，M为J 可能取值的个数(L时，M=2S+1；LS时，M=2L+1)解读氦原子的一个光谱项23P2,1,0 (1) n=2, 表明该原子轨道位于第二电子层。 (2) 字母P 指明L=1。 (3) M=3，表明该原子轨道的能级由三个能量稍有差别的分裂能级(光谱支项)组成。 (4) S取值为1/2的整数倍，对应J=2，1，0，由Jmax=L+S=1+S=2, 得：S=1(俩电子自旋同向)。 当J=2时，MJ=0，1, 2。 当J=1时，MJ=0，1。 当J=0时，MJ=0。原子基态，激发，电离及能级跃迁 无外部能量输入时，原子核外电子遵从能量最低原理，包利不相容原理和洪特规则分布于各个能级上，此时原子处于能量最低状态，称为基态。有电子由基态跳变到较高能级上后的原子状态叫激发态，由基态跳变到激发态的过程叫激发。激发所需要的能量叫激发能，常用电子伏特(eV)表示,称激发电位。包利不相容原理：每个轨道上最多只能容纳两个自旋反向电子。能量最低原理：核外电子在各轨道上的分布应使原子处于能量最底的状态。在稳定的基态，原子中电子总是尽先 占据能级最低的轨道。电子围绕原子核作圆形轨道运动。在一定轨 道上运动的电子并不发生电磁辐射，而具有一定的能量。通常把它叫做稳定状态或稳定轨道。原子中的稳定轨道并不只一条，而是有好多条。其能量为：E = -13.6/n2 （ev） n=1,2,3,4 正整数 在这些稳定轨道中能量最低的叫基态，其余的叫激发态。在正常情况下，原子中的电子处于基态，当电子受到激发时就可以从基态跳到激发态。激发态的电子并不稳定，它会发生电磁辐射放出光子，直接或逐步跳回基态，放出光子所具有的能量等于两个轨道的能量差。即：h=E初 E末原子的激发态寿命为10-810-10s，随后将返回基态。电子在能级之间的跳变叫跃迁，电子由高能态跃迁到低能态(退激发)有两种方式：辐射跃迁：跃迁前后的能量差以电磁辐射的形式释放。无辐射跃迁：跃迁前后的能量差以其他形式释放。原子中的电子脱离核的约束的现象叫电离，电离所需能量叫电离能，常以电子伏特(eV)表示，称电离电位。能带结构的基本类型及相关概念：(1) 能带沿用能级分裂前的原子能级名称命名，如：2p能带，3s能带，(2) 原子不同能级分裂形成的能带之间可能存在间隙，称为禁带；禁带宽度叫能隙。能带与能带之间也可能发生重叠。(3) 与原子基态价电子能级相应的能带叫价带 ，高于价带的能带叫导带。(4) 由于原子核的强烈吸引和外层电子的屏蔽作用，原子的内层电子轨道几乎不交叠，故内层能级(芯能级)保持孤立原子特征。(5) 能带中所有能级都被电子填满则称为满带。(6) 能带中各能级均无电子则称为空带。 绝对零度时，金属中电子占据的最高能级称为费米能级，其能量称为费米能EF。晶体：周期性和对称性是晶体的结构基元规则排列的基本特征。布拉菲推算出可能存在阵胞只有14种晶体均可用这14种阵胞表达的空间点阵描述其基元空间排列规则这14种阵胞表达的空间点阵叫布拉菲点阵。按阵胞形状特征将14种布拉菲点阵归纳为7大晶系。按阵胞中阵点位置分布又分为简单阵胞(初基阵胞)和复合阵胞(非初基阵胞)。将空间点阵的阵点复原为结构基元，便得到晶体结构，即：晶体结构=空间点阵+结构基元晶向指数：求法：定原点 建坐标 化最小整数 加将晶体中方位不同但基元排列状况相同的所有晶向组合称为一个晶向族，用表示如立方晶系的族包含6个晶向组：=100+010+001+00+00+00晶面指数：求法：定原点 求截距 化最小整数 加（）将晶体中方位不同但原子排列状况相同的所有晶面组合称为一个晶面族, 用hkl表示。例如立方晶系的111包含8个晶面组：111=(111)+(11)+(11)+(11)+()+(1)+(1)+(1)立方系中，凡指数相同的晶向与晶面均相互垂直：11(11)（010）与（020）面考虑晶面的空间方位，则A1，B1，A2，B2，与A1，A2，A3，一样，均以晶面指数（010）标识考虑二者晶面间距之不同，用（010）和（020）标识，此即干涉指数。干涉指数是材料衍射分析中常用的参数之一同时标识晶面的空间方位和晶面间距。(hkl)晶面间距记为dhkl则晶面间距为dhkl/n (n为整数) 的虚拟晶面的晶面指数为(nh nk nl)，记为(HKL), 称干涉指数。 （HKL)= (nh nk nl)= n(hkl), 由此可知：干涉指数可以看成是带有公约数的晶面指数。即广义的晶面指数。将干涉指数按比例化为互质整数时(n=1)，不论晶面间距如何，干涉指数均还原为晶面指数(hkl)。干涉指数表示的晶面不一定真有结构基元存在。引入干涉指数的概念是为了简化实际工作过程(如简化布拉格方程；建立倒易阵点与正点阵晶面的对应关系等)。 对于一个由点阵基矢a, b, c 定义的空间点阵(可称为正点阵)，如果存在另一个由点阵基矢a*,b*,c*定义的空间点阵，满足：aa*=bb*=cc*=K(常数，通常取1）ab*=ac*=ba*=bc*=ca*=cb*=0称由a*,b*,c*所定义的点阵为a, b, c所定义的点阵的倒易点阵。 正点阵与倒易点阵互为倒易点阵 以某一倒易阵点为坐标原点(倒易原点，一般取其与正点阵坐标原点重合)，以a*,b*,c*分别为三条坐标轴的单位矢量建立坐标系，由倒易原点向任意倒易阵点(倒易点)的连接矢量叫倒易矢量，用r*HKL表示： r*HKL=Ha*+Kb*+Lc* 式中(H,K,L)为倒易点的坐标值。 r*HKL的基本性质：r*HKL垂直于正点阵中相应的(HKL)晶面, 其长度r*HKL等于(HKL)的面间距dHKL的倒数。 r*HKL的两个说明：1、一个阵点指数为HKL的倒易点对应正点阵中一组(HKL)面，(HKL)的方位与晶面间距由该倒易点相应的r*HKL决定；同样，正点阵中每一(HKL)对应一个倒易点，该倒易点在倒易点阵中的坐标(可称为阵点指数)即为HKL；2、如果已知晶体的点阵参数，可求得相应的倒易点阵参数，从而建立其倒易点阵。 立方晶系的晶面间距： 晶体中与某一晶向uvw平行的所有(HKL)晶面构成一条晶带，称为uvw晶带。晶向uvw中过点阵坐标原点的直线称为晶带轴，其矢量坐标表达式为： ruvw=ua+vb+c 由于同一晶带中各晶面的法线与晶带轴垂直，也就是各晶面的倒易矢r*HKL与晶带轴垂直，因此有：ruvwr*HKL=0 一个晶带只有一个晶带轴，晶带轴方向可以表示晶体中各晶面在晶体中的分布特征。晶带定理：ruvwr*HKL=(ua+vb+c)(Ha*+Kb*+Lc*) =0得：Hu+Kv+L=0 它表明了晶带轴指数uvw与属于该晶带之晶面的晶面指数(HKL)的关系。注意：ruvw是晶带轴uvw的坐标矢量，而r*HKL是晶面组(HKL)法线的坐标矢量(倒易矢)。 同一晶带中的各(HKL)晶面都与晶带轴uvw平行，因此它们的倒易矢r*HKL也都处于同一组倒易平面内(该组倒易平面与构成uvw晶带的各晶面垂直，同时也与晶带轴垂直)。过倒易坐标原点O*的倒易平面称为（uvw）0*零层倒易平面。 第二章：辐射的吸收：辐射通过物质时，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。实质在于辐射使物质粒子发生由低能级(一般为基态)向高能级(激发态)的能级跃迁。 辐射能量被吸收的程度(吸光度A)与光的频率或者波长的关系曲线称为吸收光谱。通过对材料的吸收光谱分析，可以掌握材料的成份。 辐射的发射：物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。实质在于辐射跃迁，即当物质的粒子吸收能量被激发至高能态(E2)后，瞬间（经过短时间停留10-810-4s）返回基态或低能态(E1)，多余的能量以电磁辐射的形式释放出来。 物质激发的方式分为两类：非电磁辐射激发(非光激发)和电磁辐射激发(光激发)。非电磁辐射激发：热激发、电激发等。电磁辐射激发又称为光致发光。一次光子 、二次光子（荧光或磷光）。荧光：吸收一次光子与发射二次光子之间延误时间短(10-810-4s) ；磷光：延误时间较长(10-410s) 。 物质粒子发射辐射的强度(能量)对或的分布称为发射光谱。光致发光者，则称为荧光或磷光光谱。不同物质粒子也具有各自的特征发射光谱。按辐射与物质相互作用的性质：吸收光谱、发射光谱、散射光谱(拉曼散射谱)。按发生作用的物质微粒不同：原子光谱、分子光谱等。按强度对波长的分布(曲线)特点：线光谱、带光谱、连续光谱。 辐射的散射：指电磁辐射(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即入射线相互作用而致其散射的基本单元。散射基元是实物粒子，可能是分子、原子中的电子等，取决于物质结构及入射线波长大小等因素。 分子散射：瑞利散射：（弹性）、拉曼散射：（非弹性）拉曼散射谱：反斯托克斯线、斯托克斯线拉曼散射产生的实质在于入射光子与分子作用时分子的振动能级或转动能级跃迁。 晶体中的电子散射：相干散射（经典散射或汤姆逊散射）、非相干散射（康普顿-吴有训效应、康普顿散射、量子散射 ） 光电离是指入射光子能量(h)足够大时，使原子或分子产生电离的现象，其过程可表示为：M+hM+e 式中：M原子或分子；M+离子；e自由电子。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。 原子光谱：基于自由原子外层电子跃迁产生的光谱。通常包括：原子吸收光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱。X射线荧光谱：原子内层电子跃迁。莫斯堡尔谱：射线与原子核作用 共振线:电子在基态与任一激发态之间直接跃迁所产生的谱线主共振线或第一共振线:基态与最低激发态之间跃迁产生的谱线。灵敏线:原子光谱中最容易产生的谱线。离子也产生吸收与发射光谱。原子产生的光谱线叫原子线。离子产生的叫离子线。 自由原子受单色光(a)激发，外层电子由基态或低能态跃迁至高能态，短暂停留(约10-8s)后，又跃回基态并发射辐射即为原子荧光。原子荧光是光致发光现象。 分子光谱是由分子能级跃迁而产生的光谱，材料分析中应用的分子光谱有：分子吸收光谱、分子荧光光谱、分子磷光光谱。分子吸收的辐射谱域与分子跃迁能级的能量差相对应，可分为紫外（吸收）光谱、可见(吸收)光谱、红外(吸收)光谱和远红外(吸收)光谱 俄歇电子的产生俄歇效应 ：X射线激发固体中原子内层电子使原子电离，原子在发射光电子的同时内层出现空位，此时原子(实际是离子)处于激发态，将发生较外层电子向空位跃迁以降低原子能量的过程，此过程可称为退激发或去激发过程。退激发过程有两种互相竞争的方式，即发射特征X射线或发射俄歇电子。 俄歇电子能谱以俄歇电子强度密度(电子数)N(E)或其微分dN(E)/dE为纵坐标，以电子能量(E)为横坐标，即俄歇能谱是俄歇电子产额对其能量的分布。 第三章：入射电子（又称为初始或一次电子）照射固体时与固体中粒子的相互作用包括：（1）入射电子的散射；（2）入射电子对固体的激发；（3）受激发粒子在固体中的传播。 能量为E0的入射离子轰击固体时，直接或间接地迫使固体表面许多原子运动，这种过程称为级联碰撞。 当表面原子获得足够的动量和能量背离表面运动时，就引起表面粒子（原子、离子、原子团等）的发射，这种现象称为溅射。 第四章：材料现代分析方法是关于材料的成分、结构、微观形貌与缺陷等的现代分析、测试技术及其有关理论基础的学科。分类：基于电磁辐射及运动粒子束与物质的相互作用：光谱分析、电子能谱分析、衍射分析和电子显微分析等四大类。 基于其他物理性质或电化学性质与材料的特征关系建立起来：色谱分析、质谱分析、电化学分析及热分析等。 分析、检测过程:信号发生、信号检测、信号处理和信号读出；分析仪器组成：信号发生器：(产生原始信号)、检测器：(将原始信号转换为可检测信号并检测)、信号处理器：(将被测信号放大、运算、比较后传到读出装置)、读出装置：(将处理后的信号转变为可被人认知的形式显示或记录下来) 衍射分析方法：以材料结构分析为基本目的。电磁辐射或运动粒子束与材料相互作用产生相干散射，相干散射波相长干涉形成衍射波。衍射分析包括：X射线衍射分析、电子衍射分析、中子衍射分析。 电子衍射分析：以运动电子的波动性为理论依据。入射电子被样品中的原子弹性散射后相互干涉，在某些方向上一致加强而形成样品的电子衍射波(束)。分类：1、依据入射电子的能量大小：高能电子衍射、 低能电子衍射2、透射式电子衍射、反射式电子衍射高能电子衍射分析(HEED)：入射电子能量为10200keV (在远紫外频段）。低能电子衍射(LEED)：电子束能量为101000(一般为10500)eV。是分析晶体表面结构的重要方法。 光谱分析方法：是基于电磁辐射与材料相互作用产生的特征光谱波长与强度进行材料分析的方法。分类：吸收光谱分析、发射光谱分析、散射光谱分析（拉曼散射谱）：原子发射光谱分析(AES) 、原子吸收光谱分析(AAS) 、原子荧光光谱分析(AFS) 、紫外、可见(分子)吸收光谱分析(UV、VIS) 、红外(分子)吸收光谱分析(IR) 、分子荧光光谱分析(FS) 、分子磷光光谱分析 、X射线荧光光谱分析(XFS) 、核磁共振波谱分析(NMR) 、拉曼(Raman)光谱分析 电子能谱分析：是基于光子（电磁辐射）或运动实物粒子（电子、离子、原子）照射或轰击材料（原子、分子或固体）产生的电子能谱（电子产额对能量的分布）进行材料分析的方法。分类：光电子能谱（X射线光电子能谱(XPS)、紫外光电子能谱(UPS)）、俄歇电子能谱（X射线激发俄歇电子能谱(XAES) 、电子激发俄歇电子能谱(AES) ） 电子显微分析方法：基于电子束（波）与材料相互作用而建立起来，以材料的微观形貌、结构与成分分析为基本目的。透射电子显微镜(TEM)：简称透射电镜 ：成像原理与光学显微镜相似，用于薄层(200nm)样品的微观形貌观察与结构分析。透过样品的电子经成像系统聚焦、放大、成像，由荧光屏显示或底片记录下来，用于形貌观察。透射电子会因相干散射而产生衍射花样和衍射谱，用于结构分析。扫描电子显微镜(SEM)：简称扫描电镜 ：由电子光学系统、信号检测与放大系统、图象显示与记录系统及真空系统组成。以极细的电子束在样品表面扫描，将扫描信号在荧光屏上成像。采用不同的特征信号(二次电子、背散射电子和吸收电子)可获得显示样品不同特征的图象。电子探针X射线显微分析仪简称：电子探针(EPA或EPMA)：电子束激发样品产生X射线。原理与X荧光光谱分析仪相似，主要用于样品微区成分分析。仪器：波谱仪(WDS)、能谱仪(EDS)。透射电镜或扫描电镜配备电子探针可实现样品微区分析与形貌分析的有机结合，还可用于样品点分析、线分析和面分析。电子激发俄歇电子能谱(XAES或AES)：与X射线激发俄歇电子能谱相似。扫描俄歇探针(SAM)：样品的点、线、面分析，深度剖面分析(用离子枪对样品表面进行逐层刻蚀)。俄歇探针带有二次电子及吸收电子显示器并配备X射线能谱探头(EDS)，兼具扫描电镜和电子探针的功能 色谱分析法 ：多组分物质的分离和分析 质谱分析法：材料定性、定量结构分析，特别是研究有机化合物结构的重要方法。 电化学分析法：确定物质溶液组成 第五章：衍射的本质是晶体中各原子相干散射波叠加（合成）的结果。衍射波的两个基本特征：衍射方向：衍射线（束）在空间分布的方位、衍射强度：衍射线（束）的强度。衍射产生的必要条件 ：“选择反射”反射定律+布拉格方程。即当满足此条件时有可能产生衍射；若不满足此条件，则不可能产生衍射。衍射矢量方程：s-s0=R*HKL (|R*HKL|=l/dHKL)厄瓦尔德图解是衍射矢量方程的几何图解。劳埃方程是衍射矢量方程在点阵基矢方向上的投影方程。 Fhkl反映了晶体结构中原子的种类(fj)、个数(n)和位置(uj,vj,wj) 对晶面(hkl)衍射强度的影响。由于这个原因我们把F称为结构因子，即晶体结构对衍射的影响因子。结构因子F只与晶胞所含的原子数及原子位置有关，与晶胞形状无关。 晶胞沿(HKL)面反射方向散射即衍射强度（Ib）HKL=|FHKL|2Ie，若|FHKL|2=0，则（Ib）HKL=0，就意味着(HKL)面衍射线的消失。这种因|F|2=0而使衍射线消失的现象称为系统消光。由此可知，衍射产生的充分必要条件应为：衍射必要条件(衍射矢量方程或其它等效形式)加|F|20。晶胞衍射波F称为结构因子，其振幅|F|为结构振幅。点阵消光：由于晶胞中原子(阵点)位置差异而导致的|F|2=0的现象叫点阵消光；结构消光：实际晶体中，如果阵点基元由多原子组成，则因基元内的原子位置差异也会产生消光现象，这种在点阵消光基础上附加的消光现象叫结构消光。 影响衍射强度的其它因素：结构因子是影响X射线的衍射强度的本质因素，与晶体本身的性质有关的因素。实验因素也影响X射线的衍射强度。不同的实验方法对衍射强度的影响不同。多重性因子、吸收因子、温度因子。 第六章：X射线衍射方法：多晶体衍射方法衍射仪法、照相法德拜法（德拜-谢乐法）、聚焦法、针孔法和单晶体衍射方法（周转晶体法、劳埃（Laue）法、四圆衍射仪） 照相法中底片安装方法分为：正装法、反装法、偏装法：适用于点阵常数的精确测定。选靶：选择X光管的靶极材料。基本要求：尽可能少激发样品的荧光辐射。在照射样品前应除去X射线中的K线,此过程即为滤波。摄照参数的选择包括：X射线管电压(阳极电压)：当阳极电压等于靶材激发电压的35倍时，特征谱对连续谱的强度比最大。管电流：小于管额定电流。摄照（曝光）时间：通过试照确定。 衍射花样指数标定：确定衍射花样中各线条(弧对)所对应的衍射晶面（即产生该衍射线条的晶面）的干涉指数(HKL)，并用它来标识衍射线条，又称衍射花样指数化。 X射线（多晶体）衍射仪（是以特征X射线照射多晶体样品）构成：X射线发生器、X射线测角仪、辐射探测器、辐射探测电路。现代X射线衍射仪还包括控制操作和运行软件的计算机系统。辐射探测器作用：接收样品衍射线(光子)信号，并将光信号转变为电(瞬时脉冲)信号。 以连续X光线照射不动的单晶样品，用平板底片记录衍射信息的方法称为劳埃法。其照相装置叫劳埃相机。劳埃法的衍射花样特征归纳为：劳埃花样由若干劳埃斑（点）组成，每一个劳埃斑对应于(hkl)晶面的1n级反射如(110),(220),(330)等的衍射线与底片相交于一点。各劳埃斑的分布遵从如下规律：同一晶带各(hkl)面的劳埃斑构成一条二次曲线，称为晶带曲线。透射劳埃法，晶带曲线为过中央斑的椭圆；背射法，二次曲线为双曲线。 第七章：X射线衍射分析的应用：物相分析（物相鉴定）物相定性分析（单一物相的鉴定或验证、混合物相的鉴定）、物相定量分析 、晶体结构分析点阵常数（晶胞参数）测定、晶体对称性（空间群）的测定、等效点系的测定、晶体定向、非晶体结构分析、晶粒度测定、宏观应力分析。 物相分析：确定物质（材料）由哪些相组成（即物相定性分析或称物相鉴定）和确定各组成相的含量（常以体积分数或质量分数表示，即物相定量分析）。 点阵常数：随化学成分和外界条件的变化（温度和压力）的变化而变化。变化的数量级小：约105nm。当一定时，越大则得到的点阵常数值越精确，当90时候，a/a0，因而点阵常数测定时应选用高角度衍射线。 测量误差包括偶然误差和系统误差。外力作用、温度变化、加工处理过程等外部因素都会使材料内部受力变形而产生应力。当外部因素去除后，先前产生的应力还会残留一部分，称为残余应力。残余应力分类：第一类：宏观应力：在材料中较大范围内存在并保持平衡的应力。它使该范围内方位相同的各晶粒中同名(HKL)晶面间距变化相同，导致X衍射线方位偏移(d)。2 微观应力：材料中一个或几个晶粒内存在并保持平衡的应力。它破坏小晶体散射波在衍射方向一致加强的条件，使其衍射线漫散宽化。3 超微观应力：在材料中几个原子间存在并保持平衡的应力。它破坏原子散射波在衍射方向一致加强的条件，导致衍射线强度减弱。超微观应力一般出现在位错、晶界和相界附近。 第八章：衍射分析为目的？结构。衍射分析的技术基础？电磁辐射或运动粒子束、中子束等与材料相互作用产生相干散射，相干散射相长干涉产生衍射电子衍射的特点：必要条件：满足布拉格方程：2dsin 由于物质对电子的散射作用很强，电子束穿透物质的能力大大减弱，电子衍射只适用于材料表面或薄膜样品（薄晶体样品）的结构分析。 单晶电子衍射花样特征：反射球半径OO*=|K|=1/的值很大；球面曲率很小；小面积的球面可以近似为平面即靠近倒易原点的衍射斑点可以看成在零层倒易平面(uvw)0*上。单晶电子衍射花样是(uvw)0*零层倒易平面(除去权重为零的倒易点)的放大像(入射线平行于晶带轴uvw)。第九章：透射电子显微分析：透射电子显微镜（TEM）是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。TEM组成：照明系统、成像系统、记录系统、真空系统、电器系统。目前电子显微镜使用的电子源有两类：热电子源加热时产生电子，W丝，LaB6 ；场发射源在强电场作用下产生电子，场发射电镜FE。TEM样品可分为间接样品和直接样品。 要求：必须对电子束透明，通常样品观察区域的厚度以控制在约100200nm为宜。透射电镜基本成像操作：明场像、暗场像和中心暗场像。利用选区衍射谱实现。明场像：选用直射电子成像暗场像：选用散射电子成像像衬度：图像上不同区域间明暗程度的差别。来源于样品对入射电子束的散射。分为：相位衬度：入射电子相位变化引起的衬度。振幅衬度：入射电子振幅变化引起的衬度（质厚衬度 ：非晶样品衬度的主要来源。衍射衬度 ：晶体样品衬度的主要来源）质厚衬度：由于样品不同微区间存在原子序数或厚度的差异而形成的衬度。来源于电子的非相干散射。影响因素：物镜光栏孔径、加速电压衍射衬度（衍衬）：由样品各处衍射束强度的差异形成的衬度。影响因素：晶体取向和结构振幅。 第十章：扫描电子显微镜（SEM）的分辨率影响因素：扫描电子束斑直径、入射电子束在样品中的扩展效应、操作方式及其所用的调制信号 、信号噪音比、杂散磁场、机械振动引起束斑漂流等，使分辨率下降。SEM的分辨率高低与检测信号种类有关。各种信号成像分辨率（nm）：信 号二次电子背散射电子吸收电子特征X射线俄歇电子分辨率5105020010010001001000510因为二次电子的分辨率最高，因此，SEM的分辨率是指二次电子像的分辨率 二次电子像衬度的特点：（1）分辨率高、（2）景深大，立体感强、（3）主要反映形貌衬度 背散射电子像的衬度特点：（1）分辩率低、（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 电子探针X射线显微分析：在电子光学和X射线光谱学原理的基础上发展起来的一种高效率分析仪器主要功能：微区成分分析。原理：用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品元素的特征X射线，分析特征X射线的波长（或能量）可知元素种类；分析特征X射线的强度可知元素的含量。 构造：SEM大体相似，增加接收记录X射线的谱仪。EPMA使用的X射线谱仪有波谱仪和能谱仪两类 能谱仪全称为能量分散谱仪(EDS)目前最常用的是Si(Li)X射线能谱仪。优点：(1)分析速度快、(2)灵敏度高(3) 谱线重复性好。缺点：(1)能量分辨率低，峰背比低(2)工作条件要求严格。波谱仪全称为波长分散谱仪(WDS)。优点：波长分辨率很高。缺点：X射线信号利用率极低、波谱仪难以在低束流和低激发强度下使用。 电子探针分析的基本工作方式：一是定点分析：对样品表面选定微区作定点全谱扫描，进行定性或半定量分析。二是线扫描分析：电子束沿样品表面选定的直线轨迹进行所含元素质量分数的定性或半定量分析。三是面扫描分析：电子束在样品表面作光栅式面扫描，以特定元素的X射线的信号强度调制阴极射线管荧光屏的亮度，获得该元素质量分数分布的扫描图像。第十七章：热分析（thermal analysis）：在程序控制温度条件下，测量物质的物理性质随温度变化的函数关系的技术。包括差热分析(DTA)：在程序控制温度条件下，测量样品与参比物之间的温度差与温度关系的一种热分析方法。差示扫描量热法(DSC)：在程序控制温度条件下，测量输入给样品与参比物的功率差与温度关系的一种热分析方法。DSC有功率补偿式差示扫描量热法和热流式差示扫描量热法两种类型。热重法（TG或TGA）：在程序控制温度条件下，测量物质的质量与温度关系的一种热分析方法。其数学表达式为：W=f（T）或（）W为重量变化，T是绝对温度，是时间。用于热重法的装置是热天平（热重分析仪）。第十八章：扫描隧道显微镜的技术基础电子隧道效应。扫描隧道显微分析的特点：(1)具有原子级高分辨率。可分辨出单个原子(横向：平行于样品表面方向：0.1nm纵向：垂直于样品表面方向：0.01nm)。(2)可实时得到样品表面三维(结构)图像。(3)可在真空、大气，常温、高温等不同环境下工作，甚至可将样品浸在水或其它溶液中。(4)结构简单、成本低廉。 原子力显微镜(AFM)也称扫描力显微镜。其工作方式：接触式、非接触式、半接触式。典型综合题例解1 X射线光电子能谱XPS和紫外光电子能谱UPS属于成分分析方法还是结构分析方法？简述各自的技术基础和适用范围。参考答案：都属于成分分析方法。 以单色X射线为光源，激发样品原子的内（芯）层电子产生光电子发射，得到X射线光电子能谱。它具有表征元素电子结合能的特征，宜于进行样品成分分析。以紫外光为光源，激发样品原子、分子的外层价电子和固体的价带电子，产生光电子发射，得到紫外光电子能谱。宜于研究分子轨道与结合键和有机化合物结构以及固体能带结构等。2 钢液成分分析用原子发射光谱AES分析合适还是原子吸收光谱AAS分析合适？简述理由。参考答案：原子发射光谱AES分析合适。钢液处于高温熔融状态，自身已不断向外发射从紫