材料微观分析习题及解答

材料微观分析习题及解答 材料微观分析习题及解答1X射线的本质是什么？用于晶体结构分析的X射线波长一般为多少？答X射线的本质是电磁波，它同时具有波动性和粒子特性。 用于晶体结构分析的X射线波长一般为0.250.05nm。 2什么是特征X射线谱？物质的特征X射线谱取决于什么？答反映物质原子序数特征的X射线构成的X射线谱称为。 物质的特征X射线谱取决于物质的原子能级结构。 3在X射线分析中，为什么要使用滤波片？滤波片的原理是什么？滤波片应如何选择？答采用滤波片是希望滤掉两条谱线中的一条，得到“单色”的入射X射线。 滤波片的原理是某物质可以强烈吸收?K波长的入射X射线，而对于?K的X射线吸收很少。 滤波片材料是根据靶元素确定的，当靶固定以后，应满足当Z靶 (110) (200) (210) (121) (221)= (030) (130) (311) (123)（注可以直接用h2+k2+l2来比较，更为简单）2证实 （110）、 （121）、 （312）属于111晶带。 解由晶带定律hu?kv?lw?01?1?(?1)?1?0?1?0；（?2）?1?1?1?0；有1?1?（?3）?1?1?1?2?1?0；即 （110）、 （121）、 （312）属于111晶带。 3当X射线在原子列上反射时，相邻原子散射线在某个方向上的波程差若不为波长的整数倍，则此方向上必然不存在反射，为什么？答由波的合成原理可知，两相干波的波程差不为波长的整数倍时，必然存在一定的位相差，其结果就导致了其合成振幅的变化，必然导致X射线的强度减弱或等于零，即存在一定的相消现象，故不发生衍射（即所谓的反射）。 4当波长为的X射线在晶体上发生衍射时，相邻两个（hkl）晶面衍射线的波程差是多少？相邻两个HKL干涉面的波程差又是多少？答前者为n，后者为。 1多重性因子的物理意义是什么？某立方系晶体，其100的多重性因子是多少？如该晶体转变成四方系，这个晶面族的多重性因子会发生什么样的变化？为什么？答多重性因子为等同晶面个数对衍射强度的影响因子。 所谓等同晶面是指面间距相同，晶面原子排列规律相同的晶面。 在布拉格条件下，等同晶面同时参与衍射，构成一个衍射圆锥。 所以，多重性因子越大，即等同晶面越多，参与衍射的晶面就越多（准确地说，参加衍射的概率越大），对衍射强度的贡献也就越大。 查附录5可知，立方系晶体中100多重性因子为6，而对于四方系，其多重性因子为4，这是由于 （100）和 （001）晶面的面间距不同（不能称为等同晶面）而造成的。 2总结简单点阵、体心点阵和面心点阵衍射线的系统消光规律。 解1在德拜图形上获得了某简单立方物质的如下4条谱线所给出的Sin2数值均为CuKa1衍射的结果。 试用“-cos”图解外推法确定晶格常数，有效数字为4位。 （Cu-Ka1=1.54050?）解对于简单立方，有2dsin?及dhkl?ah?k22?l2可得sin?2?224a(h?k22?l)计算结果为2解得a=4.997(?)22续上题，以为cos外推函数，请用柯亨法计算晶格常数，精确到4位有效数字。 解柯亨法正则方程为?asin?sin其中A?22?A?a?C?a?A?a?C?222224a0a?(h22?k?l)?10sin2?2计算结果列表如下柯亨方程为:154.8213?6489A?231.2095C5.5327?231.2095A?14.1039C解得A=0.0237602C=0.0027727则a0?24A?1.5405024?0.0237602?4.99697?4.997即a0=4.997?1为测定材料表面沿某个方向上的宏观应力，为何可以不采用无应力标准试样进行对比？答由于dn（应力状态下，与表面平行的hkl面的面间距）d（应力状态下，与表面成角的hkl面的面间距）d0（无应力状态下同种hkl面的面间距），且ddn?d0，所以用dn代替d0，即可以不采用无应力标准试样进行对比。 而且在实际测量过程中，得到无应力状态下同种hkl面的面间距d0也是很困难的。 2欲测7-3黄铜试样的应力，用CoK照射400面，当0时，2150.4，当45时，2150.9，请计算试样表面宏观应力。 （a0.3695nm，E=8.8310Mpa，0.35）答由?得?E2(1?)ctg?04?180(sin(2?45?2?0)245?sin0)?2?8.83?10442?(1?0.35)ctg150.43.14159(150.9?150.4)2180sin245?3.27?10?0.2642?0.01745?1?150.8(Mpa)1电磁透镜的像差是怎样产生的，如何来消除和减少像差？答像差分为两类几何像差和色差。 几何像差是因为透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的，它包括球差和像散。 球差是由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不同而造成的，目前还没有一种行之有效的矫正方法，但可以通过小孔径成像来减小球差。 像散是由于透镜磁场的非旋转对称而引起的。 目前可以通过可调节的外加矫正磁场（消像散器）来补偿。 色差是由于入射电子波长（或能量）的非单一性所造成的。 采用稳定加速电压的方法可以有效地减小色差。 2说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么？如何提高电磁透镜的分辨率？答影响光学显微镜分辨率的关键因素是照明光源的波长；而影响电磁透镜分辨率的关键因素是衍射效应和球面像差。 提高电磁透镜的分辨率就是要控制衍射效应和球面像差。 但是前者随孔径半角增大，分辨率越高，后者随孔径半角越小，分辨本领越大。 综合考虑两者的影响，关键是确定电磁透镜的最佳孔径半角，使影响效果一致。 目前一般透镜的孔径半角=10-210-3rad。 3电磁透镜景深和焦长受哪些因素影响？说明电磁透镜景深大、焦长长，是什么因素影响的结果？假设电磁透镜没有像差，也没有衍射Airy斑，即分辨率极高，此时它的景深和焦长如何？答景深与电磁透镜的分布本领和孔径半角有关，而焦长除与这两个因素有关外，还与透镜的放大倍数有关。 当物平面（景深）和像平面（焦长）在一定轴向距离内移动时，会引起失焦现象。 但如果由于失焦所引起的失焦园斑尺寸不超过透镜因衍射和像差所引起的散焦斑大小时，对透镜的分辨率就没有影响。 由于电磁透镜自身分辨率的限制（存在散焦斑），从而允许物平面和像平面在一定轴向距离内，即景深大、焦长长。 由上述分析可知，如果电磁透镜分辨率极高，则所对应的景深必定小，焦长短。 1透射电镜主要由几大系统构成？答透射电镜主要由电子光学系统、电源与控制系统和真空系统三部分组成。 其中电子光学系统分为三部分照明系统、成像系统和观察记录系统。 2照明系统的作用是什么？它应满足什么要求？答照明系统的作用是提供照明源。 同时为满足明场和暗场成像的需要，照明束可在23范围内倾斜。 照明源应满足亮度高、照明孔径小、平行度好、束流稳定。 3透射电镜中有哪些主要光阑，在什么位置？其作用如何？答列表如下1复型样品在透射电镜下的衬度是如何形成的？答复型样品在透射电镜下衬度是由于质厚衬度成像原理而形成的。 即电子在穿透非晶薄膜的复型样品时，受到样品原子的散射，其散射角度受到样品厚度及样品原子序数的影响。 被散射到物镜光阑外的电子越多，最后参与成像的电子强度越低。 由于复型样品材料相同，故其衬度仅受其厚度的影响，所以复型样品可以反映样品的形貌变化。 2限制复型样品的分辨率的主要因素是什么？答限制复型样品的分辨率的主要因素是复型材料的粒子尺寸。 复型材料的粒子尺寸越小，分辨率就越高。 例如，用碳作为复型材料时，分辨率可达2nm左右；而塑料分子直径比碳粒子大得多，因而其分辨率只有1020nm左右。 3说明如何用透射电镜观察超细粉末的尺寸和形态？如何制备样品？答将超细粉末分散开来，并采用对于TEM透明膜进行承载，然后置于铜网上，即可观察其尺寸及形态。 制备的方法有胶粉混合法，支持膜分散粉末法。 1分析电子衍射与X衍射有何异同？答相同点包括1)都以满足Bragg方程为产生衍射的必要条件；2)所得到的衍射花样在几何特征上大致相似。 不同点包括1)电子衍射的波长更短，衍射角很小，约为10-2rad，而X射线衍射角可接近90；2)电子衍射样品为薄晶样品，较易获得衍射图像；3)电子衍射的结果分析较为方便；4)电子衍射强度大，曝光时间短。 2说明多晶、单晶及非晶衍射花样的特征。 答单晶体规则排列的斑点；多晶体同心园环；非晶体漫射中心斑。 3为何对称入射（B/uvw）时，即只有倒易点阵原点在爱瓦尔德球面上，也能得到除中心斑点以外的一系列衍射斑点？答由于实际样品晶体具有确定的形状和有限的尺寸，导致其倒易点阵沿晶体尺寸较小的方向上