材料分析方法考试资料1.docx
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材料分析方法考试资料1
《材料科学研究方法》考试试卷(第一套)
课程号
6706606030
考试时间
120
分钟
适用专业年级(方向):
材料学、高分子
考试方式及要求:
闭卷、笔试
题 号
一
二
三
四
总分
得 分
阅卷人
一.名词解释(每题2分,选做5题,共10分,多答不加分)
1.基态
2.俄歇电子
3.物相分析
4.色散
5.振动耦合
6.热重分析
二.填空题(每空1分,选做20空,共20分,多答不加分)
1.对于X射线管而言,在各种管电压下的连续X射线谱都存在着一个最短的波长长值
,称为,当管电压增大时,此值。
2.由点阵常数测量精确度与角的关系可知,在相同条件下,角越大,测量的精确度。
3.对称取代的S=S、C≡N、C=S等基团在红外光谱中只能产生很弱的吸收带(甚至无吸收带),而在光谱中往往产生很强的吸收带。
4.根据底片圆孔位置和开口位置的不同,德拜照相法的底片安装方法可以分为:
、、。
5.两组相邻的不同基团上的H核相互影响,使它们的共振峰产生了裂分,这种现象叫。
6.德拜法测定点阵常数,系统误差主要来源于相机的半径误差、底片的伸缩误差、样品的偏心误差和。
7.激发电压是指产生特征X射线的最电压。
8.凡是与反射球面相交的倒易结点都满足衍射条件而产生衍射,这句话是对是错?
。
9.对于电子探针,检测特征X射线的波长和强度是由X射线谱仪来完成的。
常用的X射线谱仪有两种:
一种,另一种是。
10.对于红外吸收光谱,可将中红外区光谱大致分为两个区:
和。
区域的谱带有比较明确的基团和频率对应关系。
11.衍射仪的测量方法分哪两种:
和。
12.DTA曲线描述了样品与参比物之间的随温度或时间的变化关系。
13.在几大透镜中,透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于。
14.紫外吸收光谱是由分子中跃迁引起的。
红外吸收光谱是由分子中跃迁引起的。
15.有机化合物的价电子主要有三种,即、和。
16.核磁共振氢谱规定,标准样品四甲基硅TMS=。
17.红外吸收光谱又称振-转光谱,可以分析晶体的结构,对非晶体却无能为力。
此种说法正确与否?
18.透射电子显微镜以为成像信号,扫描电子显微镜主要以
为成像信号。
14.氢核受到的屏蔽效应强,共振需要的磁场强度,共振峰在场出现,其值。
三.简答题(共50分,选做50分,多答不加分)
1.说明倒易矢量的定义及倒易矢量的基本性质;(10分)
2.为什么用三乙胺稀释时,CHCl3上氢核的NMR峰会向低场移动?
(10分)
3.凡是满足布拉格方程的皆会产生衍射,这种说法正确与否?
为什么?
并写出布拉格方程的矢量表达式。
(10分)
4.运动电子与固体作用产生的哪些信号?
(5分)
5.简述扫描电镜粉末试样制备的方法。
(10分)
6.简要说明差热分析曲线的影响因素。
(5分)
7.影响红外吸收光谱中峰位的因素有哪些?
请简要说明。
(10分)
8.
与
吸收频率在什么范围内?
哪个峰强些?
为什么?
(10分)
四.综合题(每题10分,选做2题,共20分,多答不加分)
1.CuK辐射(CuK=0.154nm)照射Cr(b.c.c)样品,已知Cr的点阵常数a=0.288nm,试用布拉格方程求其(211)反射的θ角。
(10分)
2.已知Ag(fcc)的点阵常数为0.40856nm,假设用CuK(KCu=1.541Å)X射线照射Ag样品。
试写出头四条衍射线的干涉指数,并计算相应各衍射线的2值。
(10分)
3.纯液体化合物的分子式为C8H8,试推断其可能的结构。
(10分)
频率(Hz)
4.分子式为C7H16O3,试推断其结构。
(积分曲线高度比为1∶6∶9)(10分)
《材料科学研究方法》考试试卷(第一套)
课程号
6706606030
考试时间
120
分钟
适用专业年级(方向):
材料学、高分子
考试方式及要求:
闭卷、笔试
题 号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
总分
得 分
阅卷人
一.名词解释(每题2分,选做5题,共10分,多答不加分)
1.激发态
2.短波限
3.干涉指数
4.基频峰
5.差热分析
6.生色团
二.填空题(每空1分,选做20空,共20分,多答不加分)
1.同一阳极靶,管电压V不变,提高管电流I,各波长射线的强度I,但短波限λ0;短波限λ0仅与有关。
2.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近状态,称之为;原子中的一个或几个电子由基态所处能级跃迁至高能级,此时的原子状态称为;而由基态转变为激发态的过程称为。
3.倒易矢量r*HKL的基本性质是:
r*HKL于正点阵中相应的(HKL)晶面,其长度r*HKL等于(HKL)之dHKL的倒数。
4.
根据核的等价性,中Ha、Hb是核。
5.红外辐射与物质相互作用产生红外吸收光谱,必须有的变化。
6.衍射线的由晶胞大小、形状和位向决定;衍射线的取决于原子的种类及其在晶胞中的位置。
7.可将中红外区光谱大致分为两个区:
和,区域的谱带有比较明确的基团和频率对应关系。
8.产生光电效应的条件:
入射X射线光子波长必须吸收限λk。
9.由德拜相机的分辨本领:
可知:
相机半径R越大,分辨本领;θ越大,分辨本领高;X射线波长越长,分辨本领;面间距越大,分辨本领;
10.当用同一射频照射样品时,样品分子中处于不同化学环境的氢核,所产生的共振峰将出现在不同磁场强度的区域。
这种共振峰位置的差异称为。
11.高速运动的电子与物质碰撞产生的X射线很少,约占总能量的1%,其余多转为。
12.热重法是在程序控温下,测量物质的与温度或时间的关系的方法。
13.多原子分子的基本振动有两大类型:
和弯曲振动。
14.在与外磁场B0垂直的方向上施加一个频率为v的交变射频场B1,当v与核的回旋v0相等时,自旋核能够吸收射频场的能量,由低能级自旋状态跃迁至高能级自旋状态,产生自旋的倒转和共振吸收信号,这种现象叫。
15.固有偶极距为零的分子,其对称伸缩振动不会产生红外吸收峰。
此种说法正确与否?
三.简答题(共50分,选做50分,多答不加分)
1.X射线管产生特征X射线的波长是否与管电压有关,为什么?
(10分)
2.通过布拉格方程的讨论,我们知道布拉格方程描述了“选择反射”规律,在这里,“选择反射”规律是指的什么?
(5分)
3.电磁透镜的主要像差有哪些?
其各种产生的原因是什么?
(5分)
4.简述红外吸收光谱产生的必要条件;(5分)
5.简述透射电镜制备复型所需材料应具备的条件;(10分)
6.举例说明透射电镜在高分子材料中的应用;(10分)
7.简要分析差热分析的原理;(10分)
8.什么是共轭效应,在红外吸收光谱中共轭效应对峰位是如何影响的?
(10分)
四.综合题(每题10分,选做2题,共20分,多答不加分)
1.已知金属W(体心立方)的点阵常数为0.316nm,假设用CuK(CuK=1.541Å)X射线照射W样品。
试写出(211)晶面所对应的衍射线的2值。
(10分)
2.试计算体心(点阵)晶胞的F与|F|2值。
(10分)
3.化合物分子式为C8H7N,试推断其可能的结构。
(10分)
4.化合物分子式为C8H8O2,试推断其结构。
(积分曲线高度比为1∶2∶2∶3)。
(10分)
《材料科学研究方法》考试试卷参考答案提要(第一套)
课程号
6706606030
考试时间
120
分钟
适用专业年级(方向):
材料学、高分子
考试方式及要求:
闭卷、笔试
题 号
一
二
三
四
总分
得 分
阅卷人
五.名词解释(每题2分,选做5题,共10分,多答不加分)
7.基态:
原子核外电子按照能量最低原理,泡利不相容原理、洪特规则分布于各能级上,此时系统处于能量最低状态,称为基态。
8.俄歇电子:
当高能级的电子向低能级跃迁时,所释放出的能量被某个壳层电子所吸收,并促使该电子受激发逸出原子形成的二次电子称为俄歇电子。
9.物相分析:
确定材料由哪些相组成和组成相的相对含量。
10.色差:
由于入射电子的波长或能量的非单一性所造成的像差。
11.振动耦合:
当两个频率相同或相近的基团在分子中靠得很近时,它们的振动可能产生相互影响,使吸收峰裂分为两个,一个高于原来的频率,一个低于原来的频率。
12.热重分析:
在程序控温下,测量试样质量与温度或时间关系的动态技术。
六.填空题(每空1分,选做20空,共20分,多答不加分)
19.对于X射线管而言,在各种管电压下的连续X射线谱都存在着一个最短的波长长值
,称为短波限,当管电压增大时,此值减小的。
20.由点阵常数测量精确度与角的关系可知,在相同条件下,角越大,测量的精确度越高。
21.对称取代的S=S、C≡N、C=S等基团在红外光谱中只能产生很弱的吸收带(甚至无吸收带),而在拉曼(或者Raman)光谱中往往产生很强的吸收带。
22.根据底片圆孔位置和开口位置的不同,德拜照相法的底片安装方法可以分为:
正装法、偏装法、反装法。
23.两组相邻的不同基团上的H核相互影响,使它们的共振峰产生了裂分,这种现象叫自旋耦合(或者自旋干扰、耦合裂分)。
24.德拜法测定点阵常数,系统误差主要来源于相机的半径误差、底片的伸缩误差、样品的偏心误差和样品的吸收误差。
25.激发电压是指产生特征X射线的最小电压。
26.凡是与反射球面相交的倒易结点都满足衍射条件而产生衍射,这句话是对是错?
错。
27.对于电子探针,检测特征X射线的波长和强度是由X射线谱仪来完成的。
常用的X射线谱仪有两种:
一种波谱仪,另一种是能谱仪。
28.对于红外吸收光谱,可将中红外区光谱大致分为两个区:
特征频率区和指纹区。
特征频率区区域的谱带有比较明确的基团和频率对应关系。
29.衍射仪的测量方法分哪两种:
连续扫描法和步进扫描法。
30.DTA曲线描述了样品与参比物之间的温度差随温度或时间的变化关系。
31.在几大透镜中,透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于物镜。
32.紫外吸收光谱是由分子中电子能级(或价电子)跃迁引起的。
红外吸收光谱是由分子中振动能级和转动能级跃迁引起的。
33.有机化合物的价电子主要有三种,即电子、电子和n电子。
34.核磁共振氢谱规定,标准样品四甲基硅TMS=0。
35.红外吸收光谱又称振-转光谱,可以分析晶体的结构,对非晶体却无能为力。
此种说法正确与否?
否
36.透射电子显微镜以透射电子为成像信号,扫描电子显微镜主要以
二次电子为成像信号。
14.氢核受到的屏蔽效应强,共振需要的磁场强度高(大),共振峰在高场出现,其值小。
七.简答题(共50分,选做50分,多答不加分)
1.说明倒易矢量的定义及倒易矢量的基本性质;(10分)
提要:
倒易矢量的定义:
以任一倒易阵点为坐标原点(以下称倒易原点,一般取其与正点阵坐标原点重合),以a*1、a*2、a*3分别为三坐标轴单位矢量。
由倒易原点向任意倒易阵点(以下常简称为倒易点)的连接矢量称为倒易矢量,用r*表示
倒易矢量的基本性质:
r*HKL垂直于正点阵中相应的(HKL)晶面,其长度r*HKL等于(HKL)之晶面间距dHKL的倒数。
2.为什么用三乙胺稀释时,CHCl3上氢核的NMR峰会向低场移动?
(10分)
提要:
三乙胺的结构式为N(C2H5)3或者三乙胺分子中含有较多的氢核;
稀释时,分子中的氢核与CHCl3上的氢核相互作用发生范德瓦尔斯效应,共振吸收峰移向低场;
当化合物中的两个氢原子的空间距离很近时,其核外电子云相互排斥,使得周围的电子云密度相对降低,屏蔽效应减弱,共振吸收峰移向低场。
3.凡是满足布拉格方程的皆会产生衍射,这种说法正确与否?
为什么?
并写出布拉格方程的矢量表达式。
(10分)
提要:
错误。
因为由衍射的充分必要条件可知,产生衍射的充分必要条件是:
“反射定律+布拉格方程+|F|0”。
因此凡是满足布拉格方程的只是可能会产生衍射,但不一定会产生衍射。
布拉格方程的矢量表达式:
(s-s0)/λ=r*HKL
4.运动电子与固体作用产生的哪些信号?
(5分)
提要:
运动电子与固体作用产生的信号有:
二次电子、俄歇电子、特征X射线、连续X射线、背反射电子、透射电子等。
5.简述扫描电镜粉末试样制备的方法。
(10分)
提要:
粉末样品需要先黏结在样品座上,
黏结的方法是先将导电胶或双面胶纸黏结在样品座上,再均匀地把粉末试样洒在上面;
用洗耳球吹去未黏住的粉末;
也可以将粉末制备成悬浮液;
滴在样品座上,待溶剂挥发,粉末就附着在样品座上得;
再镀上一层导电膜得。
6.简要说明差热分析曲线的影响因素。
(5分)
提要:
主要影响因素:
样品因素、实验条件和仪器因素;
样品因素:
试样的性质、粒度及参比物的性质。
实验条件:
升温速率、加热气氛类型和气体的性质;
仪器因素:
加热炉的结构和尺寸、坩埚材料和形状、热点偶的性能与位置
7.影响红外吸收光谱中峰位的因素有哪些?
请简要说明。
(10分)
提要:
影响因素有内部因素和外部因素
一、分子内部因素对峰位的影响:
1.诱导效应:
2.共轭效应3.场效应4.空间位阻效应5.环张力效应6.跨环效应7.氢键效应8.振动偶合效应与费米共振振动偶合效应:
9.互变异构
二、分子外部因素对峰位的影响
外部因素包括:
样品的物理状态、溶剂、仪器等。
1.样品的物理状态。
2.溶剂的影响
三、仪器的影响
8.
与
吸收频率在什么范围内?
哪个峰强些?
为什么?
(10分)
提要:
吸收频率在1900~1500cm-1,允许缩小范围或1600左右;
吸收频率在1690~1500cm-1,允许缩小范围或1650左右;
C=O的峰比C=C的更强;
吸收峰的强度由振动时分子偶极矩变化的大小决定;
偶极矩变化的大小与组成分子的原子电负性差有关,C、O原子电负性差比C、C原子电负性差大,若为对称性的差别;
振动时偶极矩变化越大,吸收峰越强。
八.综合题(每题10分,选做2题,共20分,多答不加分)
1.CuK辐射(CuK=0.154nm)照射Cr(b.c.c)样品,已知Cr的点阵常数a=0.288nm,试用布拉格方程求其(211)反射的θ角。
(10分)
2.已知Ag(fcc)的点阵常数为0.40856nm,假设用CuK(KCu=1.541Å)X射线照射Ag样品。
试写出头四条衍射线的干涉指数,并计算相应各衍射线的2值。
(10分)
3.纯液体化合物的分子式为C8H8,试推断其可能的结构。
(10分)
频率(Hz)
5.分子式为C7H16O3,试推断其结构。
(积分曲线高度比为1∶6∶9)(10分)
1、提要:
由布拉格方程
可知:
从而得出
2提要:
由结构因子的计算可知,对于面心立方结构而言,头四根衍射线分别是:
(111)、(200)、(220)、(311)。
由布拉格方程
,且已知
、
,可知
3、1)=(2×8-8+2)/2=5
2)3100~3000cm-1:
ν=C-H(双键上的C-H或者烯氢的伸缩振动)
νAr-H(芳氢伸缩振动)
1630cm-1:
νC=C(C=C双键伸缩振动)
1580、1500、1450cm-1:
苯环上的骨架振动
1420cm-1:
νC-C(C-C伸缩振动)
770、710cm-1:
一取代苯
990、910cm-1:
δ=C-H(双键上的C-H或者烯氢面外弯曲振动)
表明存在—CH=CH2
3)可能的结构:
4、=(7×2-16+2)/2=0
积分曲线高度简比数字之和=1+6+9=16
δ3.38四重峰:
与之相连的是CH3
δ1.37三重峰:
与之相连的是CH2
上述两组峰相互耦合—CH2—CH3
δ3.38含有—O—CH2—CH3结构
δ5.3单峰:
CH,位于低场,应与多个电负性基团相连。
《材料科学研究方法》考试试卷(第一套)
课程号
6705005030
考试时间
120
分钟
适用专业年级(方向):
材料科学与工程专业
考试方式及要求:
闭卷
题 号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
总分
得 分
阅卷人
一、名词解释(每题2分,共10分)
1.辐射跃迁:
2.物相定性分析:
3.热分析:
4.透光率:
5.IR:
二、填空题(每题1分,共10分)
1.用n(主量子数)、S、L、J、MJ等量子数表征原子能态,则原子能级由符号nMLJ表示,称为
2.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可称。
3.衍射波的两个基本特征——和,与晶体内原子分布规律(晶体结构)密切相关。
4.由点阵常数测量精确度与角的关系可知,在相同条件下,角越大,测量的精确度。
5.通过研究电磁透镜的分辨本领可知,电子波的波长越小,即加速电压越大,则电磁透镜的分辨本领。
6.电子探针X射线显微分析仪是利用高能电子与固体物质相互作用时激发出的
波长和强度的不同,来确定分析区域的。
7.差热分析是在程序控制温度下,测量样品与参比物之间的与温度的关系的一种热分析方法。
8.有些官能团本身并不在紫外区产生吸收,但它们具有能使生色团的光谱峰移向长波区并使其强度增加的作用,这种官能团叫做。
三、选择题(每题2分,共20分)
1.下面哪些晶面属于[
11]晶带()
A、(101)B、(102)C、(120)D、(231)
2.对于连续X射线谱,其短波限只于()有关。
A、管电压B、管电流、C、靶材的原子序数D、温度
3、下列哪种信号不可是电子与固体作用产生的信号。
()
A、特征X射线B、光电子
C、二次电子D、俄歇电子
4.对于立方晶系,(100)晶面的多重性因子P(100)=().
A、4B、6C、8D、10
5.对于德拜相机的分辨本领,以下哪种说法不正确:
()
A、相机半径越大,分辨本领越高;B、角越大,分辨本领越高;
C、波长越长,越高;D、所选晶面衍射线对应的晶面间距越大,分辨本领越高;
6.多晶X射线衍射仪在衍射实验过程中,采用的驱动方式为:
()
A、-2联动B、轴单动C、2轴单动D、-联动
7.对于宏观残余应力,若(111)面承受压应力,则(111)面对应的衍射线的值与无应力时的(111)面对应的值相比将()。
A、减小B、增大C、不变
8.电磁透镜焦距的调节一般是通过()调节的。
A、改变激磁电压B、改变激磁电流C、更换电磁透镜D、改变电子加速电压
9.下列哪种工作方式不是电子探针的工作方式。
()
A、定点分析B、线扫描分析C、面扫描分析D、体扫描分析
10.下列哪种因素不是影响红外光谱谱峰位置的影响因素。
()
A、诱导效应B、共轨效应C、分子含量D、偶合效应
四、判断题(每题1分,共10分)
1.因晶体的周期性,与晶面指数一样,干涉指数表示的晶面一定是晶体中的真实原子面。
()
2.凡是实物粒子,不管是运动的还是静止的,都具有波粒二象性,称为物质波或德布罗意波。
()
3.特征X射线的波长与原子序数存在着特定的规律;()
4.衍射的充分必要条件是“反射定律+布拉格方程”;()
5.吸收因子越大,X射线的衍射强度也越大;()
6.衍射线在空间的方位仅取决于晶胞的形状与大小,而与晶胞中的原子位置无关,衍射线的强度仅取决于晶胞中原子的位置,而与晶胞形状及大小无关。
()
7.透射电镜的光学性质与玻璃透镜的光学性质相似;()
8.扫描电镜的一大特点是可以观察磁性样品;()
9.红外吸收光谱属于振—转光谱,因有机分子都存在振动、转动能级,故凡是有机分子都会产生红外吸收。
()
10.差热分析可以做物相的定性分析,因此可以分析样品的元素组成。
()
五、简答题(每题10分,共40分)
1.简述倒易矢量的定义及性质;
2.简述特征X射线产生的原理;
3.简述X射线与固体物质的相互作用;
4.简述X射线多晶衍射物相分析的基本原理;
六、计算题(10分)
1、CuK辐射(CuK=0.154nm)照射-Fe(b.c.c)样品,已知-Fe的点阵常数a=0.287nm,试用布拉格方程求其(211)反射的θ角。
(10分)
《材料科学研究方法》考试试卷(第二套)
课程号
6705005030
考试时间
120
分钟
适用专业年级(方向):
材料科学与工程专业
考试方式及要求:
闭卷
题 号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
总分
得 分
阅卷人
七、名词解释(每题2分,共10分)
1.电离:
2.俄歇电子:
3.电子透镜:
4.热重分析:
5.红移:
八、填空题(每题1分,共10分)
1.通常,原子核外电子遵从能量最低原理、包利(Pauli)不相容原理和洪特(Hund)规则,分布于各个能级上,此时原子处于能量最低状态,称之为
2.X射线激发原子,使原子电离,原子在发射光电子的同时内层出现空位,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,即或发射俄歇电子。
3.根据底片圆孔位置和开口位置的不同,德拜照相法的底片安装方法可以分为:
、、。
4.德拜法测定点阵常数,系统误差主要来源于相机的半径误差、底片的伸缩误差、样品的偏心误差和。
5.透射电镜样品可分为间接样品和直接样品,复型是常见的一种透射电镜制作方法,而复型是属于间接样品还是直接样品?
。
6.电子探针使用的X射线谱仪有波谱仪和。
7.差示扫描量热法(DSC)是在程序控温下,测量样品和参比物之间的
随温度变化关系的一种热分析方法。
8.n-*和-*跃迁这两种跃迁都要求分子中存在具有轨道的不饱和基团,这种不饱和的吸收中心称做。
九、选择题(每题2分,共20分)
1.下列哪种光谱属于非特征光谱()。
A、连续光谱B、线光谱C、带光谱
2