材料分析方法知识点总结——前四章.doc

第一章1、X射线有什么性质，本质是什么？波长为多少？与可见光的区别。（*）性质：波粒二象性，本质：电磁波或电磁辐射，波长：大约在10-810-12m间，区别：波长短。2、什么是X射线管的管电压、管电流？它们通常采用什么单位？数值通常是多少？（*）3、X射线管的焦点与表观焦点的区别与联系。（*）焦点：焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方，正是从这块面积上发射出X射线。表观焦点：4、X射线有几种？产生不同X射线的条件分别是什么？产生机理是怎样的？晶体的X射线衍射分析中采用的是哪种X射线？（*）连续 X射线：单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，极大数量的电子射到阳极靶上的条件和时间不可能是一样的，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱。标识 X射线：在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式辐射出标识 X射线谱。特征X射线5、特征X射线，连续X射线与X射线衍射的关系。（*）6、什么是同一线系的特征X射线？不同线系的特征X射线的波长有什么关系？同一线系的特征X射线的波长又有什么关系？什么是临界激发电压？为什么存在临界激发电压？（*）由不同外层上的电子跃迁至同一内层上来而辐射的特征谱线属于同一线系。同一靶材的K、L、M系谱线中，K系谱线波长最短。 KL M K K.当电压达到临界电压时，标识谱线的波长不再变，强度随电压增加。最低管电压，称为激发电压U激。7、什么是临界激发电压？为什么存在临界激发电压？（*）8、为什么我们通常只选用Cr、Fe、Co、Ni、Mo、Cu、W等作阳极靶，产生特征X射线的波长与阳极靶的原子序数有什么关系。由于L系、M系特征谱线波长较长，容易被物质吸收，所以在晶体衍射分析中常用K系谱线。轻元素的K系辐射由于波长值大，容易被X射线管窗口，甚至空气所吸收而不好利用；太重元素靶材所产生的K系谱线，其波长又太短，且连续辐射所占比例又太大。所以，采用单色辐射的衍射实验宜用Cr、Fe、Co、Cu、Mo等靶材的X射线管。莫塞莱定律：标识X射线谱的频率和波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，是物质的固有特性。且存在如下关系：莫塞莱定律：标识 X射线谱的波长与原子序数Z关系为：9、什么是相干散射、非相干散射？它们各自还有什么名称？相干散射与X射线衍射的关系。（*）相干散射：物质中的电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。这样每个电子在各方向产生与入射X射线同频率的电磁波。新的散射波之间发生的干涉现象称为相干散射。经典散射，又称为汤姆逊散射。非相干散射：当X射线光子冲击原子中束缚力弱的电子（如轻原子中的电子，原子中的外层电子）或自由电子时，电子被撞离原子并带走光子的一部分能量而成为反冲电子，X射线光子离开原来方向，能量减小，波长增加。量子散射，又称为康普顿效应10、短波限，吸收限，激发限如何计算？注意相互之间的区别与联系。（*）短波限：连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限0.吸收限：k也称为被照物质因产生荧光辐射而大量吸收入射X射线的吸收限。11、什么是X射线的真吸收？比较X射线的散射与各种效应。（*）真吸收：由于光电效应、俄歇效应、热效应而消耗的那部分入射X射线能量称为物质对X射线的真吸收。12、什么是二次特征辐射？其与荧光辐射是同一概念吗？与特征辐射的区别是什么？（*）二次特征辐射：当X射线光子具有足够高的能量时，将同X射线管中的高速电子一样，可以将被照物质原子中的内层电子打击出来。光子击出电子产生光电效应，被击出的电子称为光电子。被打掉了内层电子的原子处于激发状态，从而成为一个特征X射线的辐射源。将随之发生如前所述的外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出波长严格一定的特征X射线。为区别于电子击靶时产生的特征辐射，称由X射线激发产生的特征辐射为二次特征辐射。二次特征辐射本质上属于光致发光的荧光现象，故也称为荧光辐射。特征辐射是电子激靶产生的，二次特征辐射是光子激靶产生13、什么是俄吸电子与俄吸效应，及与二次特征辐射的区别。（*）俄歇效应：原子K层电子被击出，L层电子，其能量差，可能不是以产生一个K系X射线光量子的形式释放，而是被包括空位层在内的邻近电子或较外层电子所吸收，使这个电子受激发而逸出原子成为自由电子，这就是俄歇效应，这个自由电子就称为俄歇电子。14、反冲电子、光电子和俄歇电子有何不同? （*）反冲电子：外部能量被外层电子吸收，外层电子被激发电离光电子：外部能量被内层电子吸收，内层电子被激发电离俄歇电子：外部能量被内层电子吸收，内层电子向外层空位跃迁，辐射出能量，该能量被外层空位临近的电子吸收，被激发电离15、在X射线与物质相互作用的信号中，哪些对我们进行晶体分析有益？哪些有害？非相干散射和荧光辐射对X射线衍射产生哪些不利影响？（*）非相干散射不能参与晶体对X射线的衍射，但也无法防止，它分布于各个方向，强度随sin/的增加而增大.它会增加连续背影，给衍射图象带来不利的影响，特别对轻元素。16、线吸收系数与质量吸收系数的意义。并计算空气对CrK的质量吸收系数和线吸收系数（假如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1.2910-3g/cm3）(*)线吸收系数l的物理意义：X射线通过1立方厘米物质时强度的相对衰减量。质量吸收系数物理意义：表示单位重量物质对X射线强度的衰减程度。17、阳极靶与滤波片的选择原则是怎样的？（*）阳极靶材：原则：Z靶Z试样+1或Z靶Z试样。滤波片：Z靶40时 Z滤片=Z靶-2 滤波片的以将K强度降低一半最佳。18、推导出X射线透过物质时的衰减定律,并指出各参数的物理意义。(*)19、当采用厚度为t的滤片时，X射线的透射因子为Id/I0=0.5，假如，此滤片的厚度增加到原来厚度的2倍时，计算此时的透射因子Id/I0的数值。(*)20、为使CuK线的强度衰减12，需要多厚的Ni滤波片？（Ni的密度为8.90g/cm3）。(*)21、厚度为1 mm铝片能把某单色X射线束的强度降低为原来的33.9，试求这种X射线的波长。(*)第二章1、布拉格方程与劳埃方程的推导过程各依据什么？二者关系。（*）2、推导布拉格方程。说明布拉格方程中各物理量的意义。(*)2dSin = n n=(0, 1, 2, 3.) 3、说明2dsin=n与2dsin=的物理意义分别是什么，二者的区别点是什么。（*）一般地说，面间距d的（hkl）晶面的第n级反射，可以看作是晶面间距为ddn的（nh nk nl）晶面的第一级反射。4、晶面指数与衍射指数的区别。如何辨别二者。（*）干涉指数与晶面指数的明显差别是干涉指数中有公约数,而晶面指数只能是互质的整数，当干涉指数也互为质数时，它就代表一族真实的晶面，所以干涉指数是广义的晶面指数。习惯上经常将HKL混为hkl来讨论问题。5、掌握晶带定律、晶面间距公式。（*）凡是属于 uvw晶带的晶面，它们的晶面指数（HKL）都必须符合下式的条件。我们把这个关系式叫作晶带定律。Hu+Kv+Lw=06、立方晶系的衍射方向公式及各字母意义。（*）从布拉格方程可以看出，在波长一定的情况下，衍射线的方向是晶面间距d的函数。如果将各晶系的d值代入布拉格方程，可得：7、为什么衍射线束的方向与晶胞的形状与大小有关？（*）从布拉格方程可以看出，在波长一定的情况下，衍射线的方向是晶面间距d的函数。布拉格方程可以反映出晶体结构中晶胞大小及形状的变化，但是并未反映出晶胞中原子的品种和位置。8、衍射方法有几种？每种方法各有何特点？粉末（照相）法采用什么X射线？衍射圆锥是如何形成的？圆锥顶角是多少？（*）劳埃法；周转晶体法；粉未法劳埃法特点：1）CuSO45H2O单晶体固定不动；2）入射线与各晶面的布拉格角固定不变；3）采用连续X射线辐射，靠晶面连续选择不同波长的X射线来满足布拉格方程的要求。周转晶体法：1）单色的X射线照射；2）单晶体；3）入射线的波长不变；4）依靠旋转单晶体以连续改变各个晶面与入射线的角来满足布拉格方程的条件。粉未法特点：1）单色的X射线；2）照射多晶体试样；3）利用晶粒的不同取向来改变取向以满足布拉格方程。粉末法采用单色X射线顶角是29、a-Fe为立方系晶体，点阵常数为a=0.2866 nm，如用Cr Ka照射（l=2.2909），求（110）、（200）、（211）的掠射角。（*）10、多晶衍射圆锥的顶点、轴和母线各代表什么？连续圆锥和断续圆锥是如何形成的？（*）第三章1、X射线的衍射强度公式是什么？公式中各部分代表什么，意义是什么？（*）2、衍射线的绝对强度、相对强度、累积强度（积分强度）的物理概念是什么？（*）3、结构因子F的意义。简单晶胞、体心晶胞、面心晶胞、底心晶胞中各有几个原子，其坐标是什么，结构因子是多少？结构因子与哪些因素有关？（*）结构因子：定义F是以一个电子散射波振幅为单位所表征的晶胞散射波振幅在简单点阵中，每个阵胞中只包含一个原子，其坐标为000，F=fa底心晶胞：每个晶胞中有2个同类原子，其坐标分别为0, 0, 0和1/2, 1/2,0，F=2fa 当H+K为偶数时，即H，K全为奇数或全为偶数F=0 当H+K为奇数时，即H、K中有一个奇数和一个偶数体心晶胞：每个晶胞中有2个同类原子，其坐标为0, 0,0和1/2, , F=2fa当H+K+L为偶数时F=0当H+K+L为奇数时面心点阵：每个晶胞中有4个同类原子，分别位于000和 , , 0、, 0, 、0, , ,F=4fa当H、K、L全为奇数或偶数时F=0当H、K、L中有2个奇数一个偶数或2个偶数1个奇数时结构因子只与原子品种和原子的位置和原子的数量有关，而不受晶胞形状和大小的影响4、为什么说衍射束的强度与晶胞中的原子种类与位置有关？（*）5、原子散射因子f的意义，f的影响因素是什么？影响规律怎样？（与sin/和原子序数Z的关系）。（*）f 意义：(1)表示以一个电子散射波振幅为单位度量的一个原子的散射波振幅，所以有时也叫原子散射波振幅;(2) 表示原子散射波振幅相当于电子散射波振幅的若干倍。它与sin和有关，规律是：随sin值减小而增大 。在sin0时， fZ ，说明原子中各电子散射波的位相差趋向于零6、衍射峰的半高宽（度）B得意义及公式，影响衍射峰宽化的主要因素有哪些？（*）衍射图上的强度峰将产生一定的宽度。在IImax2处的强度峰宽度定义为半高宽B（度）B = (21-22)=(1-2)B =/t cos（t=md，m为晶面数，d为晶面间距）7、洛伦兹极化因子是什么?它由几部分组成?各是什么?(*)罗仑兹极化因子： ( ) =（1 + cos22）/sin2 cos，罗仑兹极化因子为的函数，所以也叫角因子8、吸收因子与试样的关系。如采用X射线衍射仪，该采用什么试样？吸收因子与什么有关？（*）9、为什么在某种衍射强度的计算中吸收因子与温度因子可以相互抵消？（*）温度效果和吸收效果对 角的依赖关系正好相反，因此在德拜法中互相比较两条 角相近的谱线强度时，可以近似地忽略这两种效果的影响。10、X射线积分强度的计算步骤。（*）相对积分强度计算：用Cu-Ka射线，Ni滤波片，照射纯Cu试样，试计算其衍射强度1、标出HKL值：由于Cu为面心立方点阵，固其衍射指数为同性数，即111, 200, 220, 311, 222, 400, 331, 420, .，其F=4fCu。按照H2+K2+L2递增的顺序标出HKL。2、求sin2sin 值：在立方晶系中，按照衍射方向公式， sin2=(2/4a2)(H2+K2+L2)，及Ka=1.54184 , a=3.6153 ，代入求sin2sin 值。3、求原子散射因子fCu：计算sin /值，再根据Cu的原子序数Z29及sin /值，查附录表，得到fCu。4、求F2：因Cu是面心立方，故F=4fCu， F2=16f2Cu。5、求P与()：查表求P与().11、用Cu-Ka（=1.54056 ）X射线钨的德拜相，从照片上测得前四对线的角如下，已知钨具有体心立方