大。
口为线性吸收系数
吸收常用质量吸收系数Um表示，Um=U/P
如果材料中含多种元素，则Uni=ZUmiWi其中Wi为质量分数
9.下列哪些晶面属于［T11］晶带？
（TT1）.（231）^（231）、（211）、（101）、（亍01）、（133）,（110）,（112）,
—
（132）,（011）,（212）,为什么？
晶面（crystalplane）晶体结构一系列原子所构成的平面。
在晶体中如果许多晶面同时平行于一个轴向,前者总称为一个晶带，后者为晶带轴。
hu+kv+lw=O
与［Ill］晶带垂直，彼此相互平行
10.下面是某立方晶系物质的几个晶面.试将它们的面间距从大到小按次序
——
重新排列：
（123）,（100）,（200）,（311〉，（121）,（111）,（210）,（220）,C130）,
（030）,（221）,（110）o
参考ch7-2-XRDP37
11・某正交（斜方〉晶体的a=7.417A,b=4.945A,c=2・547A,计算dllO和
d200o
参考ch7-2-XRDP37
12.X射线衍射与可见光反射的差异
可见光的反射只是物体表面上的光学现象，而衍射是一定厚度内许多相同间距的晶面共同作用的结果；
可见光在任意入射角方向都能产生反射,而X射线只能在有限的布拉格方向发生反射。
因此X射线的反射是选择性的反射。
13•请问是hkl值大的还是小的面网容易出现衍射？
要使某个晶体的衍射数
量增加，你选长波的X射线还是短波的？
2dsinO=nX,hkl小，则cUi大，，可观测衍射线多，因此〜〜
由于sin0X/2用短波的X射线
14.布拉格方程2dsinO=Z中的d、0、九分别表示什么？
布拉格方程式有何用途？
d为某一面网间距（可以把某一面网的n级衍射看成另一假想面（其面网间距dhki=d/n）的一级衍射），0为Bragg角，又称衍射角；入为入射X射线波长
布拉格方程的应用：
1）已知波长入的X射线，测定。
角，计算晶体的晶面间距d,结构分析;
2）已知晶体的晶面间距，测定e角，计算x射线的波长，x射线光谱学。
15.衍射线在空间的方位取决于什么？
而衍射线的强度又取决于什么？
前者取决于衍射角，后者由多种因素决定。
相对强度I相严F?
P（l+cos22e/
sin2ecose）e'2MF■结构因子；P・多重性因子；■温度因子；分式
为角因子
16.原子散射因数的物理意义是什么？
某元素的原子散射因数与其原子序数有何关系？
原子散射因子匸一个原子散射波的振幅/一个自由电子散射波振幅，f相当于散射X射线的有效电子数。
表明一束非偏振的X・ray经过曳土散射后，散射波的强度在空间上的分布不相同，即被偏振化了
Z增大，f增大
17•多重性因子的物理意义是什么？
某立方晶系晶体，其｛100｝的多重性因子是多少？
如该晶体转变为四方晶系，这个晶面族的多重性因子会发生什么变化？
为什么？
多重性因子表示多遇生中某一晶面族｛hkl｝中等同晶面的数目。
立方晶系晶体，其｛100｝的多重性因子是6
如该晶体转变为四方晶系？
？
？
18・衍射强度的影响因数有哪些，各有什么物理意义
327rR\inc
见课本P26-27
19.非晶态物质的x射线衍射图样与晶态物质的有何不同？
非晶态物质由于其结构的近程有序、长程无序,因而与X射线作用不会发生
相干散射与衍射。
因此在其衍射图样上不能得到特征X射线谱且其强度I随26角变化不明显。
20.对于晶粒直径分别为100,75,50,25nm的粉末衍射图形，请计算由于晶粒细化引起的衍射线条宽化幅度B（设0=450,Z=0.15nm）o对于晶粒直径为25nm的粉末，试计算8=100、450、800时的B值。
由Scherrer（谢乐）公式t=k入/BcosO
t:
在hkl法线方向上的平均尺寸（A）
k:
Scherrer形状因子：
0.89
B:
衍射峰的半高宽（弧度）
21.多晶体衍射的积分强度表示什么？
今有一张用CuKa摄得的铸（体心立方）的德拜图相，试计算出头4根线的相对积分强度（不计算A（0）和e-2M,以最强线的强度为100）o头4根线的0值如下：
线条e
120.20
229.20
336.70
443.60
22.CuKa射线（Xka=0.154nm〉照射Cu样品，已知Cu的点阵常数6/=0.361nm,试用布拉格方程求其（200》反射的0角。
布拉格方程2dsin0=X
求dCu的晶系以及对立方晶系d=a/V（h2+k?
+12）
23.a-Fe属立方晶系，点阵参数a=0.2866nmo如用CrKaX射线U=0・2291nm）照射，试求（110）、（200）及（211）可发生衍射的掠射角（衍射角0?
）o
布拉格方程2dsinO=X
立方晶系d=a/V（h2+k2+l2）
24.金刚石晶体属面心立方点阵，每个晶胞含8个原子，坐标为：
（0,0,0〉、
丄丄1丄丄11112212
<2,2,0）>（2,0,空〉、（0,2,2）,（4,4,4）,（4,4,4）,（4,]_3j_33
4,4）,（4,4,忆）原子散射因子求其系统消光规律（F2最简表达式），并据此说明结构消光的概念。
见幻灯片ch7-3-XRDP56
晶体结构中如果存在着带心的点阵、滑移面等，则产生的衍射会成群地或系统地消失，这种现象称为系统消光，即由于原子在晶胞中位置不同而导致某些衍射方向的强度为零的现象。
立方晶系的系统消光规律是：
体心点阵（I）h+k+l=奇数
面心点阵（F）h,k,1奇偶混杂
底心（c）h+k=奇数
（a）k+1=奇数
（b）h+I=奇数
简单点阵（P）无消光现象
25・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。
类型
简单点阵
体心
面心
消光条件
无
h+k+匸奇
hkl奇偶混杂
26•试推导Bragg方程，并对方程中的主要参数的范围确定进行讨论
见课本p22-p23
27.物相定量分析的原理是什么？
试述用k值法进行物相定量分析的过程。
原理见课本P70;k值法见课本P74-75
依据：
从衍射线强度理论可知，多相混合物中某一相的衍射强度,随该相的相对含量的增加而增加。
但由于试样的吸收等因素的影响，一般来说某相的衍射线强度与其相对含量并不成线性的正比关系，而是曲线关系。
如果我们用实验测量或理论分析等办法确定了该关系曲线,就可以从实验测得的强度算出该相的含量。
2&名词解释：
相干散射（汤姆逊散射）、不相干散射（康普顿散射〉、荧光辐射、俄歇效应、吸收限、俄歇效应、晶面指数与晶向指数、晶带、X射线散射、衍射结构因子、多重因子、罗仑兹因子、系统消光
相干散射（汤姆逊散射）：
X射线光子作用于内层电子,散射波波长不变，方向改变。
不相干散射（康普顿散射）：
X射线与弱束缚的外层电子作用,使散射波波长变长，方向改变的散射。
荧光辐射：
X射线将内层电子击出导致外层电子向内层跃迁引起的辐射。
俄歇效应：
原子内层电子被击出，外层电子向该层跃迁，其能量被相邻电子吸收而激发成自由电子的现象。
吸收限：
质量吸收系数发生突变的波长为〜
晶面指数：
结晶平面在三个坐标轴上截距倒数的最小整数比,用（hkl）表示
晶向指数：
点阵中结点坐标的最小整数比，用［uvw］表示
晶带：
晶体中平行于同一晶向的所有晶面的总体。
X射线散射：
X射线与物质发生相互作用后传掩方向发生改变的现象。
衍射结构因子：
|F|=—个晶格内全部原子散射波的振幅之和/一个电子的散射波振幅，即晶胞内全部原子散射的总和为衍射结构因子。
多重因子：
反映（hkl）晶面处于有利取向几率的因数，指某个面族中具有同样晶面间距的不同点阵面组数目。
罗仑兹因子：
（l+cos^O）/2sin20,反映了晶块尺寸，参加衍射晶粒个数对衍射强度I的影响。
（:
衍射角对积分强度的影响，归纳为角因数）
系统消光：
由晶胞内原子种类，原子数量，原子位置而引起X射线衍射相消，其强度为零的现象。
29.PDF卡片每一部分代表的意义和内容是什么？
P64参考课本或见课件ch7-4-XRDP26-33
30.试述X射线衍射物相分析步骤及其鉴定时应注意问题？
分别从原理、衍射特点及应用方面比较X射线衍射和透射电镜中的电子衍射在材料结构分析中的异同点。
定性分析过程
（1）实验。
获取被测试样物相的衍射花样或图谱。
（2）通过对所获衍射图谱或花样的分析和计算，获得各衍射线条的20,d及相对强度大小I/I］。
（3）使用检索手册，查寻物相PDF卡片号
（4）若是多物相分析，则在（3）步完成后，对剩余的衍射线重新根据相对强度排序，重复（3）步骤，直至全部衍射线能基本得到解释。
注意事项：
1）d值的数据比相对强度的数据更重要
2）低角度区域的衍射数据比高角度区域的数据重要
3）尽可能了解试样的来源、化学成分和物理特性等
4）确定试样中含量较少的相时，可以先提纯再检测
5）多相混合时，力求全部数据能合理解释
6）与其他物相分析方法结合起来，如偏光显微镜，SEM等
定量分析步骤：
1）物相鉴定2）选择标准物相3）测定定标曲线与Ksj（若用K值法）4）找出最强I/Is5）计算Xj
注意事项：
1）晶粒尺寸要求非常细小，各相混合均匀，无择优取向2）制备或
选择试样时，避免重压，减少择优取向。
SEM
31.电子波有何特征？
与可见光有何异同？
电子波波长短，散射强
32.如何提高显微镜分辨本领，电子透镜的分辨本领受哪些条件的限制？
提高显微镜分辨本领的方法：
1）采用高折射率介质
2）增大a角
3）利用短波长的射线
光学显微镜的局限
两个发光点的分辨距离为
d=0.61入/（nsina）
n:
物镜与物体之间企更的折射率
a:
半孔径角，不能大于90。
nsina:
显微镜的数值孔径
入：
光线的波长；
可以增加介质的折射率，增大物镜孔径半角来提高分辨率，但nsina的增加十分有限。
因此，减小入是提高显微镜分辨本领的关键因素。
对电子透镜而言，波长短的紫外线能被物质强烈地吸收，而对X射线也无法聚焦。
33.分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响。
原理见课本P103-104
运动电子在磁场中受到Lorentz力作用,其表达式为：
F=-eVxB（F>V、B为矢量）
电磁透镜可以放大和汇聚电子束，是因为它产生的壘沿透镜长度方向是不均匀的，但却是轴对称的,其等磁位面的几何形状与光学玻璃透镜的界面相似,使得电磁透镜与光学玻璃凸透镜具有相似的光学性质。
34.电磁透镜的像差是怎样产生的，如何来消除和减少像差？
像差分为几何像差和色差。
几何相差：
由于透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的像差,包括球差和像散色差。
色差：
由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的像差（由于入射电子波长（或能量）的非单一性产生）。
使用薄膜试样和小孔径光阑可以减小色差。
球差是由于电子透镜的中心区域和边缘区域对电子会聚能力不同而造成的。
它是限制电子透镜分辨本领的最主要因素。
减小透镜半径的孔半径角可以提高透镜的分辨本领。
（采用高励磁低放大倍数的电流可以减小球差。
）
像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起的。
像散可以通过引入消像散器来矫正。
35•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？
光学显微镜d=0.61X/（nsina）对于光学显微镜而言，由于nsina的增加十分
有限。
因此，减小入是提高显微镜分辨本领的关键因素。
电磁透镜分辨极限d=0.61X/a增大电磁透镜孔径半角，可以使d减小，但将引起球差急剧增犬；提高电镜工作电压u,可以使入降低，从而提高电磁透镜的分辨率。
36.电磁透镜景深（场深〉和焦长（焦深〉主要受哪些因素影响？
说明电磁透镜的景深大、焦长长、是什么因素影响的结果？
焦深Dt-2dmin/a焦长Dj=2dminM2/aDf、Di主要受孔径半角a和放大倍数M的影响。
dmin为透镜的分辨本领
电磁透镜的景深大，焦长长是由于电磁透镜孔径半角小，放大倍数大。
37•说明透射电子显微镜成像系统的主要构成、特点及其作用
物镜是TEM成像系统的核心，决定了TEM的分辨本领。
对于物镜，要求尽可能高的分辨本领和尽可能小的像差（通常为短焦距，高放大倍数如100倍，低像差的强磁透镜）。
作用：
安置样品，放犬成像。
中间镜一般为长焦距，可变放大倍数（如0・20倍）的弱磁透镜。
当放大倍数大于1时，进一步放大物镜所成的像；当放大倍数小于1时，缩小物镜说成的像。
投影镜也是短焦距、高放大倍数（如100倍，一般固定不变）的强磁透镜。
作用是把中间镜的像进一步放犬并投射在荧光屏或照相底板上。
38.试说明电子束入射固体样品表面激发的主要信号、主要特点和用途
1）背散射电子，又称弹性散射电子，其特点是能量高，E>50eV,分辨率低，与原子序数Z,样品形貌有关。
因此可利用背散射电子判断样品微区化学成分的变化；
2）二次电子，特点：
1能量低，E=2-3eV;分辨率极高，2仅在表面10nm层产生；对表面状态敏感，与表面微区形貌有关；3是SEM分析手段；图像景深大，立体感强。
因此可以用二次电子实现对样品形貌观察，表面形貌衬度分析；
3）吸收电子，样品厚度越大，密度越大；原子序数越大，则吸收电子越多。
吸收电子用作SEM和探针的信号；
4）透射电子，特点：
成像清晰，电子衍射斑点比较明锐，可反映样品微区成分厚度，晶体结构及取向；
5）俄歇电子：
仅在表面lnm内产生，用作表面分析
39.为什么透射电镜的样品要求非常薄，而扫描电镜无此要求？
透射电镜的样品要求非常薄，使得电子束能穿透样品而不被吸收，携带的信号的透射电子能被系统收集。
而SEM主要利用的是二次电子，背散射电子，和特征X射线这三种信号，不要求电子能穿透样品，因而无此要求。
40•请导出电子衍射的基本公式，解释其物理意义，并阐述倒易点阵与电子衍射图之间有何对应关系？
参考课件ch8-2-TEMP27-28
41.二次电子像和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处?
同43（3）
42•透射电镜中为何要求真空环境，电源为何要求稳定。
要求真空环境的原因：
高速电子与气体分子相互作用会导致电子散射,引起炫光和降低像衬度，因此要求真空环境以消除干扰。
电子枪会发生电离和放电，使电子束不稳定；
残余气体会腐蚀灯丝，缩短其寿命，且会严重污染样品。
透射电镜要求电源稳定的原因：
1）电源电压的微小波动会引起透射电流的波动，经过电子光学系统放大，会引起严重的像差，从而使分辨本领下降，故要求电源稳定；2）电源电压的波动会导致电子束具有不同波长，不满足电子衍射条件，影响正常工作；3）电源电压不稳定，导致电子束具有不同波长，影响TEM的分辨率。
43.
（1）扫描电镜的分辨率受哪些因素影响？
给出典型信号成像的分辨率，并说明原因。
（2）二次电子（SE）信号主要用于分析样品表面形貌，说明其衬度形成原理。
（3）用二次电子像和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处？
（1）SEM的分辨率主要影响因素有：
1）扫描电子束斑直径2）入射电子束在样品中的扩展效应3）成像所用信号的种类（SEBSE特征X射线吸收电子等）。
以SE为调制信号的SEM,分辨率为6-10nmo原因：
SE能量较低，小于样品的平均自由程，电子束无扩展效应。
BSE为调制信号的SEM,分辨率为50-300nmo原因：
BSE能量高，且在样品较深层有扩展效应，其范围远大于入射电子束的尺寸。
（2）SE的角分布符合余弦分布律N（9）=Ncos0/n:
其产率6正比于1/cosOo8越大的部位，6越大，SE发散的数量越多，该部位的图像就越明亮。
（3）SE,BSE都可以对样品表面进行形貌和衬度分析，且都随倾斜角8不同衬度有所变化。
但BSE像在分辨率、立体感及形貌真实程度上都不及SE像。
绪论
材料科学的研究内容
材料学就是研究材料的成分、组织结构、合成加工、性质与使用性能之间关系的科学。
材料研究方法的含义和分类
广义：
技术路线、实验技术和数据分析
狭义：
测试材料组成和结构的仪器方法
如：
X射线衍射分析，电子显微分析,热分析，表面分析，光谱分析等
材料分析的理论依据和方法
材料分析方法分可以分为为形貌分析、物相分析、成分与价键分析与分子结构分析四大类方法。
基于其它物理性质或电化学性质与材料的特征关系建立的色谱分析、质谱分析、电化学分析及热分析等方法也是材料现代分析的重要方法。
尽管材料分析手段纷繁复杂，但它们也具有共同之处。
基本上是利用入射电磁波或物质波（X射线、电子束、可见光、红外光）与材料作用，产生携带样品信息的各种出射电磁波或物质波（X射线、电子束、可见光、红外光），探测这些出射的信号，进行分析处理，即可获得材料的组织、结构、成分、价键信息。
热分析（TA）
热分析是指在程序控温下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。
热分析技术包括三个内容：
程序控制温度：
T=ip（t）,指以一定速率升（降温）；
选择一种观测的物理量P；
P直接或间接表示为温度关系。
P=f（T或t）
热分析法的特点：
应用的广泛性
方法和技术的多样性
一般用于定性分析的灵敏度较高
用于定量分析时具有无需分离、不用试剂、分析快速的优点。
DTA差热分析
DTA基本原理
将试样S和参比物R置于以一定速率加热或冷却的相同温度状态的环境中，记录下试样和参比物之间的温差并对时间或温度作图，得到DTA曲线。
DTA是在程序控制温度下测定物质和参比物之间的温度差和温度关系的一种技术。
差热曲线提供的信息
1）峰的位置：
是由导致热效应变化的温度和热效应种类决定的。
2）峰面积：
与试样的恰变有关。
影响DTA曲线的因素
仪器方面的影响
样品支持器应与参比物支持器完全对称，温度测量和热电偶的影响（平板热电偶），试样容器的影响；
操作条件
升温速率，炉内气氛（静态、动态）；
样品方面
1试样性质（粒度、结晶度）2试样的结晶度、纯度和离子取代3试样的用量4参比物和稀释剂的影响5试样装填方式
DTA技术的一般应用：
物质鉴定
热力学研究
反应动力学研究
物质结构与物质性能关系的研究
DSC差示扫描量热分析
DSC:
在程控温度下，测定输入到物质和参比物之间的功率差与温度的关系。
1热流型DSC:
定量DTA
通过测量加热过程中试样热流量达到DSC分析的目的，试样和参比物仍存在温度差。
2功率补偿型DSC的原理：
热动态零位平衡原理
在程序控温过程中，始终保持试样和参比物温度相同；保持R侧以给定的程序控温，通过变化S侧的加热量来达到补偿的作用。
DSC的应用
熔点，比热容，玻璃转化温度，结晶度等的测定
DTA和DSC比较
相似之处：
两种方法所测转变和热效应类似；
曲线形状（需注明方向）和定量校正方法相似；
主要差别：
原理和曲线方程不同
DSC（测定热流率dH/dt;定量；分辨率好、灵敏度高；有机、高分子及生物化学等领域）
DTA（测定定性；无内加热问题，1500°C以上，可到2400°C;无机材料）
TG热重分析
1热重分析（TG》的基本原理
基本原理仍是热天平，利用加热或冷却过程中物质质量变化的特点，来区别和鉴定不同的物质
TG:
在程序控温下，测量物质的质量与温度关系的一种技术
热重分析的具体实验程序
（1）参量校正
（2）实验程序1）试样的预处理，称量及填装；2）升温速率的选择；（以保证基线平稳为原则）3）启动电源开关，接通电炉电源；4）选定走纸速度，开动记录仪开关；5）实验完毕后，先关记录仪开关，再切断电源
3影响热重分析曲线的因素有哪些？
实验条件的影响
1.升温速率（无机材料：
10〜20°C/min;有机和高分子材料：
5〜10°C/min）
2.样品量（样品量少、粒度细、铺平）
3.气氛（静态、动态）真空、空气、二氧化碳
仪器因素的影响
1.震动（办法：
严格防震）
2.浮力（办法：
做空白实验（空载热重实验），画出校正曲线）
3.挥发物冷凝（办法：
使用较浅的试样皿）
4由热重分析曲线求得反应级数的公式是什么？
见课本P215
5应用
金属的腐蚀，升华过
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