材料分析常鐵軍考試復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、第一章 X射線基本特性1. X射線本質(zhì)：極強(qiáng)穿透能力電磁波或電磁輻射；具有波粒二相性。X射線波長(zhǎng)范圍：0.001-10nm；0.05-0.25nm 衍射分析(晶體結(jié)構(gòu)分析)；0.005-0.1nm 材料探傷；1-10nm醫(yī)學(xué)特性：不可見(jiàn)，沿直線傳播；不帶電荷，經(jīng)過(guò)電、磁場(chǎng)時(shí)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；具有干涉、漫反射等現(xiàn)象；使照相膠片感光，使氣體電離；能產(chǎn)生生物效應(yīng)，殺傷有生命的細(xì)胞；穿過(guò)物質(zhì)時(shí)可以被吸收而使其強(qiáng)度衰減結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生：陰極：發(fā)射電子的地方，由繞成螺線形的鎢絲制成；陽(yáng)極（靶）：使電子突然減速和發(fā)射X射線的地方；陽(yáng)極靶、焦點(diǎn)、鈹窗口、陰極燈絲電流；焦點(diǎn)：陽(yáng)極靶面被電子束轟擊的區(qū)域；鈹窗口：X射線從陽(yáng)極

2、靶向外射出的地方；管電壓：施加在X射線管陰極和陽(yáng)極之間的高壓；管電流：X射線管陰極和陽(yáng)極之間高速定向運(yùn)動(dòng)的電子流；分類：連續(xù)X射線譜：由從0開(kāi)始，直到波長(zhǎng)等于的一系列波所構(gòu)成。短波限0：光子具有的最高能量對(duì)應(yīng)的最短波長(zhǎng)。 特點(diǎn)：強(qiáng)度隨波長(zhǎng)而連續(xù)變化，每條曲線都對(duì)應(yīng)有一個(gè)最短的波長(zhǎng)（短波限0）和一個(gè)強(qiáng)度的最大值。最大值一般在1.50地方。 0只與管壓有關(guān)，與管流和靶材無(wú)關(guān)。0=1.24/V (nm)，隨著管壓的增大，0向短波方向移動(dòng)。連續(xù)X射線的強(qiáng)度不僅與管壓有關(guān)，還與管流和靶材有關(guān)；當(dāng)需要連續(xù)X射線時(shí)，一般采用重元素的靶能得到較強(qiáng)的連續(xù)X射線機(jī)理：按量子理論，當(dāng)高速的電子撞擊靶中的原子時(shí)，電子

3、失去自己的能量，其中大部分轉(zhuǎn)化為熱能，一部分以光子（X射線）的形式幅射出。光子的能量為h，由于單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)靶表面的電子數(shù)量很多，各個(gè)電子的能量各不相同，產(chǎn)生的X射線的波長(zhǎng)也就不同，故產(chǎn)生連續(xù)的X射線譜。特征X射線譜：具有一定波長(zhǎng)的若干特強(qiáng)的X射線疊加在強(qiáng)度連續(xù)光滑變化的連續(xù)X射線譜上。機(jī)理：K系激發(fā)：K層電子被激出的過(guò)程；K系輻射：外層電子躍遷到K層上所輻射出的特征X射線。Ka、Kb譜線：電子由L®K，M®K所引起的K系輻射產(chǎn)生：按量子理論原子是由原子核及繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成的，電子分布在不同能級(jí)的殼層(軌道)上，即，K、L、M、N、O、P等層，能量逐漸增高。兩相鄰層間的能

4、量差依K、L、M、N的次序減小。當(dāng)具有足夠能量的電子(大于或等于殼層電子的結(jié)合能)轟擊陽(yáng)極靶時(shí)，會(huì)將陽(yáng)極靶物質(zhì)中原子K層電子撞出，在K殼層中形成空位，使原子電離而處于激發(fā)態(tài)，按能量最低原理， L、M、N層中的電子會(huì)躍入K層空位，為保持體系能量的平衡，在躍遷的同時(shí)，這些電子會(huì)將多余的能量以X射線光子的形式輻射出來(lái)，結(jié)果得到具有固定能量、固定頻率或固定波長(zhǎng)的X射線。對(duì)于從L、M、N殼層中的電子躍入K殼層空位時(shí)所釋放出的X射線分別稱為Ka，Kb 譜線，共同構(gòu)成K系特征X射線。Ka波長(zhǎng)強(qiáng)度大于Kb特征X射線產(chǎn)生存在一個(gè)臨界激發(fā)電壓；WK：K層電子的逸出功；VK：陰極電子擊出靶材原子K電子所需的臨界激發(fā)

5、電壓2. 散射波定義：當(dāng)入射X射線的光子與原子的內(nèi)層電子相遇，電子在入射X射線電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，每個(gè)受迫振動(dòng)的電子成為新的電磁波源向空間各個(gè)方向輻射與入射波同頻率的電磁波。3. 相干散射(Thomson散射)定義：散射波的波長(zhǎng)與頻率與入射波相同，新的散射波之間可以發(fā)生干涉作用。 特征：相干散射不損失X射線的能量，但改變了傳播方向。4. 非相干散射(Compton散射, 吳有訓(xùn)散射)定義：X射線光子與束縛力不大的外層電子或自由電子碰撞時(shí)，光子離開(kāi)原來(lái)的方向，且能量減小，波長(zhǎng)增加電子獲得一部分動(dòng)能成為反沖電子。特征：散射波之間無(wú)明確的相位關(guān)系, 不能采用疊加原理, 只提供衍射圖形背底。5.

6、 X射線的衰減定義：X射線穿透厚度為X的物質(zhì)時(shí)的射線強(qiáng)度 比例系數(shù)ml：線吸收系數(shù)，質(zhì)量吸收系數(shù)mm=ml/r cm2/g；r：物質(zhì)密度；mm物理意義：?jiǎn)挝恢亓课镔|(zhì)對(duì)X射線的衰減量。K：常數(shù) ；Z：原子序數(shù)。6. X射線的吸收定義：X射線能量在通過(guò)物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?- 光電效應(yīng)、俄歇效應(yīng)。原因：吸收主要由原子內(nèi)部的電子躍遷引起。7. 光電效應(yīng)定義：當(dāng)一個(gè)具有足夠能量的X射線光子碰撞到物質(zhì)的原子時(shí)，也可以擊出原子內(nèi)層(如K層)的電子而產(chǎn)生電子空位，且高能級(jí)的電子填充該空位發(fā)生電子躍遷時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生輻射，即產(chǎn)生特征X射線。這種以X射線光子激發(fā)物質(zhì)原子所發(fā)生的激發(fā)和輻射的過(guò)程稱為光電效應(yīng)。

7、被擊出的電子被稱為X射線光電子，所輻射的特征X射線稱為次級(jí)（或二次）X射線，或稱為熒光X射線。產(chǎn)生條件：產(chǎn)生光電效應(yīng)，X射線光子波長(zhǎng)必須小于吸收限k。當(dāng)X光子激發(fā)K系（電子）產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，光子的能量必須大于擊出一個(gè)K層電子所做的功（臨界值）。從激發(fā)光電效應(yīng)角度講，稱lK為激發(fā)限波長(zhǎng)，即只有波長(zhǎng)小于k的X光子才能激發(fā)K系產(chǎn)生X光電效應(yīng)而使X射線的能量被吸收。8. 俄歇效應(yīng)原子在入射X射線光子或電子的作用下失掉K層電子，處于K激發(fā)態(tài)；當(dāng)L層電子填充空位時(shí)，放出EL-EK能量，產(chǎn)生兩種效應(yīng)：(1) 熒光X射線；(2) 產(chǎn)生二次電離，使另一個(gè)核外電子成為二次電子俄歇電子。俄歇電子的能量與激發(fā)源（光子

8、或電子）的能量無(wú)關(guān)，只取決于物質(zhì)原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)，每種元素都有自己的特征俄歇電子能譜。故可利用俄歇電子能譜做元素的成分分析。9. 吸收限的應(yīng)用選擇濾波片：當(dāng)Z靶<40，Z片= Z靶-1；當(dāng)Z靶³40，Z片= Z靶-2。選擇陽(yáng)極靶：Z靶£Z試樣+1 第二章 晶體學(xué)基本理論1. 晶體定義：原子或原子團(tuán)在三維空間呈規(guī)則的周期性排列所構(gòu)成的固體。2. 空間點(diǎn)陣 定義：用于描述晶體中原子（離子或分子）排列規(guī)律的空間格架稱為空間點(diǎn)陣，簡(jiǎn)稱點(diǎn)陣或晶格特征：用許多平行的直線將各結(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)三維的空間格架，每個(gè)結(jié)點(diǎn)的周圍環(huán)境都相同。構(gòu)成要素：結(jié)點(diǎn)（陣點(diǎn)）：將構(gòu)成晶體的實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（

9、原子、離子、分子或原子團(tuán)）忽略而抽象成為純粹的幾何點(diǎn)；行列：結(jié)點(diǎn)在直線上的排列，相當(dāng)于晶體上的晶棱或晶向；面網(wǎng)：結(jié)點(diǎn)在平面上的排列，相當(dāng)于晶體的鏡面；單位點(diǎn)陣：空間點(diǎn)陣的最小重復(fù)單元，相當(dāng)于晶體結(jié)構(gòu)中的單位晶胞點(diǎn)陣參數(shù)或晶體常數(shù)單位晶胞：從晶格（點(diǎn)陣）中選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元晶胞參數(shù)：晶胞大小和形狀用晶胞的棱邊長(zhǎng)a、b 、c 及夾角 , and 表示。點(diǎn)陣常數(shù)：a， b，c；棱邊夾角：a，b，g；點(diǎn)陣矢量：3. 晶系布拉菲點(diǎn)陣：按照“每個(gè)陣點(diǎn)的周圍環(huán)境相同”的要求，布拉菲（Bravais A）用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出能夠反映空間點(diǎn)陣全部特征的單位平面六面體只有14種，這14種空間

10、點(diǎn)陣稱-布拉菲點(diǎn)陣。空間點(diǎn)陣分為：14種類型 分屬七大晶系根據(jù)陣胞中陣點(diǎn)位置的不同，將14種布拉菲點(diǎn)陣分成4類：簡(jiǎn)單點(diǎn)陣（P）：每個(gè)陣胞中只有一個(gè)陣點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)），陣胞頂點(diǎn)的坐標(biāo)000底心點(diǎn)陣（C）：除8個(gè)頂點(diǎn)上有陣點(diǎn)外，兩個(gè)相對(duì)面上還有陣點(diǎn)，陣點(diǎn)坐標(biāo)000，12 12 0體心點(diǎn)陣（I）：除8個(gè)頂點(diǎn)上有陣點(diǎn)外，體心上還有一個(gè)陣點(diǎn)，陣點(diǎn)坐標(biāo)000，12 12 12面心點(diǎn)陣（F）：除8個(gè)頂點(diǎn)上有陣點(diǎn)外，每個(gè)面心上還有一個(gè)陣點(diǎn)，陣點(diǎn)坐標(biāo)000，12 12 0，12 0 12，012 12晶體結(jié)構(gòu)和空間點(diǎn)陣的區(qū)別：空間點(diǎn)陣是晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對(duì)稱性，由于各陣點(diǎn)的周

11、圍環(huán)境相同，它只能有14中類型；晶體結(jié)構(gòu)是晶體中實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）的具體排列情況，它們能組成各種類型的排列，實(shí)際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無(wú)限的。4. 常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)最常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)有三種：體心立方結(jié)構(gòu); 屬于體心立方點(diǎn)陣,例如：鉻、鉀、鎢、鉬、鈮、-鐵等面心立方結(jié)構(gòu)：屬于面心立方點(diǎn)陣，例如：銀、鋁、銅、金、鎳、-鐵等密排六方結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)簡(jiǎn)單六方點(diǎn)陣相互穿插而成，例如：鎘、鎂、鋅等5. 晶面與晶向晶面：由一系列原子組成的平面，可以用晶面指數(shù)表示（hkl）晶向：晶體中任意兩個(gè)原子連線所指的方向，用晶向指數(shù)表示uvw。晶面符號(hào)：描述晶面或一族互相平行面網(wǎng)在空間位置的符號(hào)(hkl)。也稱密勒符號(hào)

12、。晶面指數(shù)：整數(shù)hkl，亦稱為密勒指數(shù)。晶向：晶格中各格點(diǎn)連線所代表的方向?yàn)榫颍w中原子在任何方向所組成的直線。 晶面: 通過(guò)各格點(diǎn)的平面代表了晶體中的基元平面稱為晶面。晶體中原子在任何方位所組成的平面。晶面指數(shù): 表示晶面在晶體中方位的符號(hào)。 晶向指數(shù)：表示晶向在晶體中方向的符號(hào)。晶面指數(shù)的確定方法：在一組互相平行的晶面中任選一個(gè)晶面，量出它在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距并用點(diǎn)陣周期a、b、c為單位來(lái)度量；寫出三個(gè)截距的倒數(shù)；將三個(gè)倒數(shù)分別乘以分母的最小公倍數(shù)，把它們化為簡(jiǎn)單整數(shù)即為該組平行晶面的晶面指數(shù)。當(dāng)泛指某一晶面指數(shù)時(shí)一般用（hkl），如果晶面與某坐標(biāo)軸負(fù)方向相交，在相應(yīng)指數(shù)上加負(fù)號(hào)表示。

13、1PBEQ面：在三坐標(biāo)軸上的截距分別是1/2，1，； 截距倒數(shù)分別是：2，1，0；化為最小整數(shù)后的晶面指數(shù)（210）2AGE面： 截距1，1，1； 倒數(shù)1，1，1 ，晶面指數(shù)（111）3DBEG面：截距1，1，； 倒數(shù) 1，1，0，晶面指數(shù)（110）4DCFG面：截距1，；倒數(shù)1，0，0， 晶面指數(shù)（100）注意：晶面指數(shù)，并非僅指一晶格中的某一個(gè)晶面，而是泛指該晶格中所有那些與其相平行的位向相同的晶面。 在一種晶格中，如果某些晶面，雖然它們的位向不同，但原子排列相同。 如(100)、(010)及(001)等，這時(shí)若不必要予以區(qū)別，可把這些晶面統(tǒng)用晶面族100表示。即：（hkl)這類符號(hào)系指某

14、一確定位向的晶面指數(shù)；而晶面族hkl則可指所有那些位向不同、而原子排列相同的晶面指數(shù)。晶面族：同一晶體點(diǎn)陣中，若干組晶面可以通過(guò)一定的對(duì)稱變換重復(fù)出現(xiàn)，它們的面間距和晶面上結(jié)點(diǎn)分布完全相同；這些空間位向性質(zhì)完全相同的晶面屬于同族等同晶面，用hkl表示。例如：立方晶系中 晶向指數(shù)的確定：通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)引一直線，使其平行于所求的晶向；求出該直線上任意一點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)值；將三個(gè)坐標(biāo)值按比例化為最小整數(shù)，加一方括號(hào)，即為所求的晶面指數(shù)，其一般形式uvw。如：AB的晶向指數(shù)：過(guò)O作一平行直線OP, 其上任一點(diǎn)的坐標(biāo)（110），這樣所求AB的晶向指數(shù)即為110； OB：本身過(guò)原點(diǎn)不必作平行線，其上任一點(diǎn)的坐標(biāo)

15、（111），其晶向指數(shù)111； OC：其上任一點(diǎn)C的坐標(biāo)（100），其晶向指數(shù)100。 同理：OD晶向指數(shù)010,OA為001。 100代表方向相同的一組晶向, 而晶向族<100>則代表方向不同但原子排列相同的晶向，是具有等同性能的晶向歸并而成。晶向族：原子排列相同但空間位向不同的所有晶向，用uvw表示。如：立方晶系中6. 晶帶、晶面間距、晶面夾角計(jì)算公式晶面夾角：兩個(gè)晶面（h1k1l1）與（h2k2l2）法線之間的夾角，如立方晶系： 晶面間距：兩相鄰平行晶面間的垂直距離晶面間距，用dhkl表示。從原點(diǎn)作（h k l）晶面的法線，則法線被最近的（h k l）面所交截的距離即是dhk

16、l 晶面間距的特點(diǎn)：由晶面指數(shù)求面間距dhkl；低指數(shù)的面間距較大,高指數(shù)的晶面間距則較小；晶面間距愈大，該晶面上的原子排列愈密集；晶面間距愈小，該晶面上的原子排列愈稀疏。晶帶：所有相交于某一晶向直線或平行于此直線的晶面構(gòu)成一個(gè)“晶帶”,此直線稱為晶帶軸，所有這些晶面都稱為共帶面。晶帶軸u v w與該晶帶的晶面（h k l）之間存在以下關(guān)系：hu kv lw0 晶帶定律。凡滿足此關(guān)系的晶面都屬于以u(píng) v w為晶帶軸的晶帶7. 倒易點(diǎn)陣定義：在晶體點(diǎn)陣的基礎(chǔ)上按照一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立起來(lái)的空間幾何圖形。是用 a*. b*和c*基矢量描述的三維空間，與a.b.c描述的正空間互為倒易。倒易點(diǎn)陣滿足：a

17、*·b=a*·c=b*·a=b*·c=c*·a=c*·b=0-(1)；a*·a = b*·b = c*·c =1- (2)晶體中的倒易變換：倒易點(diǎn)陣：由晶體點(diǎn)陣（正點(diǎn)陣、真點(diǎn)陣）經(jīng)過(guò)一定的轉(zhuǎn)化而構(gòu)成的，倒易點(diǎn)陣本身是一種幾何構(gòu)圖，倒易點(diǎn)陣方法是一種數(shù)學(xué)方法。倒易點(diǎn)陣是晶體學(xué)中極為重要的概念之一，它不僅可以簡(jiǎn)化晶體學(xué)中的某些計(jì)算問(wèn)題，而且還可以形象地解釋晶體的衍射幾何。倒易點(diǎn)陣是由許多陣點(diǎn)構(gòu)成的虛點(diǎn)陣。倒易點(diǎn)陣的空間稱為倒易空間，其中每一個(gè)結(jié)點(diǎn)和原來(lái)晶體點(diǎn)陣中各個(gè)相應(yīng)的晶面有倒易關(guān)系。從數(shù)學(xué)上講，所謂倒易點(diǎn)

18、陣就是由正點(diǎn)陣派生的一種幾何圖象點(diǎn)陣。正點(diǎn)陣是直接從晶體結(jié)構(gòu)中抽象出來(lái)的，而倒易點(diǎn)陣是與正點(diǎn)陣一一對(duì)應(yīng)的，是用數(shù)學(xué)方法由正點(diǎn)陣演算出的。以a*、b*、c*繪制的點(diǎn)陣稱為以a 、b、 c繪制的正點(diǎn)陣的倒易點(diǎn)陣由（1）式知：a*同時(shí)垂直b、c所構(gòu)成的平面 b*同時(shí)垂直a、c所構(gòu)成的平面c*同時(shí)垂直b、a 所構(gòu)成的平面如圖：OP為a 在a* 方向上的投影，同時(shí)是b、 c所構(gòu)成的(100)晶面的面間距d100；則：OP=acos=d100。若為a*與a之間的夾角， 為b*與b之間的夾角，為c*與c 之間的夾角由（2）式改寫成其標(biāo)量形式為：為倒易點(diǎn)陣基矢量長(zhǎng)度在直角坐標(biāo)晶系（立方、正方、斜方）中：正點(diǎn)陣

19、和倒易點(diǎn)陣的陣胞體積也互為倒易關(guān)系。倒易空間點(diǎn)陣中的陣點(diǎn)倒易結(jié)點(diǎn)倒易矢量：由原點(diǎn)O*指向任意一個(gè)倒易結(jié)點(diǎn)所連接的矢量 gHKL； gHKL= h a* +k b* +l c*9（h、k、l為整數(shù)）倒易矢量的方向垂直正點(diǎn)陣的hkl面，或平行于晶面的法線；倒易矢量的長(zhǎng)度=正點(diǎn)陣hkl面間距的倒數(shù)gHKL =1/ dHKL倒易點(diǎn)陣的幾何意義：正點(diǎn)陣中的一組平行晶面（hkl）相當(dāng)于倒易點(diǎn)陣中的一個(gè)倒易點(diǎn)，它至倒易原點(diǎn)的距離為該組晶面間距的倒數(shù)。晶帶定律：若某晶帶軸的晶向指數(shù)為uvw，晶帶中某晶面指數(shù)為（hkl）則（hkl）的倒易矢量g必定垂直于uvw。晶帶軸矢量=ua+vb+wc ghkl= ha*+

20、 kb*+ lc*晶格：把點(diǎn)陣中的結(jié)點(diǎn)假想用一系列平行直線連接起來(lái)構(gòu)成空間格子稱為晶格。晶胞：構(gòu)成晶格的最基本單元。 由于晶體中原子排列的規(guī)律性，可以用晶胞來(lái)描述其排列特征。晶格常數(shù)：晶胞的棱邊長(zhǎng)度a、b、c和棱間夾角、是衡量晶胞大小和形狀的六個(gè)參數(shù)，其中a、b、c稱為晶格常數(shù)或點(diǎn)陣常數(shù)。其大小用A來(lái)表示（1A=10-8cm） 若a=b=c，=90°這種晶胞就稱為簡(jiǎn)單立方晶胞。具有簡(jiǎn)單立方晶胞的晶格叫做簡(jiǎn)單立方晶格。第三章 X射線運(yùn)動(dòng)學(xué)衍射理論1. X射線衍射的幾何原理X射線照射晶體，晶體微觀結(jié)構(gòu)有周期性，散射波與入射波干涉產(chǎn)生衍射線。晶體產(chǎn)生衍射的方向決定于晶體微觀結(jié)構(gòu)的類型（晶胞

21、類型）及其基本尺寸（晶面間距，晶胞參數(shù)等）；衍射強(qiáng)度決定于晶體中各組成原子的元素種類及其分布排列的坐標(biāo)。衍射：波遇到障礙物或小孔后通過(guò)散射繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。特點(diǎn)：衍射現(xiàn)象是波的特有現(xiàn)象，一切波都會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象。如果采用單色平行光，相干波在空間某處相遇后，因位相不同，相互之間產(chǎn)生干涉作用，引起相互加強(qiáng)或減弱的物理現(xiàn)象。DA=nl （n=0、1、2、3）時(shí)，兩個(gè)波的位相完全一致，此方向兩個(gè)波相互加強(qiáng)DB=（n+1/2）l（ n=0、1、2、3）時(shí)，合成振幅為零，此方向兩個(gè)波相互減弱結(jié)果：兩個(gè)波的波程不同產(chǎn)生位相差，合成振幅改變，強(qiáng)度改變相長(zhǎng)干涉：強(qiáng)度相互加強(qiáng)的波之間的作用相消干涉：強(qiáng)度相互抵消的波之

22、間的作用衍射的條件：相干波，光柵。滿足布拉格方程2dsinn且FHKL0衍射結(jié)果：產(chǎn)生明暗相間的衍射花紋，代表著衍射方向（角度）和強(qiáng)度使光能產(chǎn)生明顯的偏向，必須使“光柵間隔”具有與光的波長(zhǎng)相同的數(shù)量級(jí)。2. 布拉格方程的意義選擇反射：一束可見(jiàn)光以任意角度投射到鏡面上都可以產(chǎn)生反射，而原子面對(duì)X射線的反射并不是任意的，只有當(dāng)、和d三者之間滿足布拉格方程時(shí)才能發(fā)生反射將X射線的這種反射稱為選擇反射。反射級(jí)數(shù) (n)：為整數(shù)，若n=1,晶體的衍射稱為一級(jí)衍射，n=2,則稱為二級(jí)衍射，依此類推。產(chǎn)生衍射的極限條件 ：方程中由于sin不能大于1；即 n<2d。當(dāng)X射線的波長(zhǎng)一定時(shí)，晶體中有可能參加

23、反射的晶面族也是有限的，它們必須滿足:d>/2。可以用這個(gè)關(guān)系來(lái)判斷一定條件下所能出現(xiàn)的衍射數(shù)目的多少。面間距為dHKL的晶面并不一定是晶體中的原子面,而是為了簡(jiǎn)化布拉格方程所引入的反射面-干涉面 干涉面的面指數(shù) HKL-干涉指數(shù)；干涉指數(shù)與晶面指數(shù)的關(guān)系:H=nh; K=nk; L=nl3. 衍射花樣與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系在入射束波長(zhǎng)一定的情況下，衍射線方向是晶面間距d的函數(shù)：不同晶系的晶體，或者同一晶系而晶胞大小不同的晶體，其衍射花樣各不同說(shuō)明：布拉格方程可以反映出晶體結(jié)構(gòu)中晶胞大小及形狀的變化問(wèn)題：布拉格方程并未反映出晶胞中原子的品種和位置一個(gè)三維晶體對(duì)一束平行而單色的入射X射線產(chǎn)生衍射

24、的必要條件：至少有一組晶面的取向恰好能滿足布拉格方程。單晶的衍射實(shí)驗(yàn)采用以下兩種方法：用一束平行的“白色”X射線照射一顆靜止的單晶，這樣，對(duì)于任何一組晶面總有一個(gè)可能的波長(zhǎng)能夠滿足布拉格方程；用一束平行的單色X射線照射一顆不斷旋轉(zhuǎn)的晶體，在晶體旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中各個(gè)取向的晶面都有機(jī)會(huì)通過(guò)滿足布拉格方程的位置，此時(shí)晶面與入射X射線所成的角度就是衍射角。4. X射線的衍射強(qiáng)度定義：理論上以檢測(cè)點(diǎn)處通過(guò)單位截面積上衍射線的功率定義為衍射強(qiáng)度特點(diǎn)：晶胞內(nèi)原子的位置發(fā)生變化或原子種類不同,將使衍射強(qiáng)度減小甚至消失應(yīng)用：推斷原子在晶體中的位置。5. 衍射強(qiáng)度分析I0 單位截面積上入射的單色X射線強(qiáng)度；|F| 結(jié)

25、構(gòu)因子，取決于晶體的結(jié)構(gòu)以及晶體所含原子的性質(zhì)。K 綜合因子 結(jié)構(gòu)因子：定量表征原子排布及原子種類對(duì)衍射強(qiáng)度影響規(guī)律的參數(shù)。表征了晶胞內(nèi)原子種類（不同），原子數(shù)量（N），原子位置對(duì)衍射強(qiáng)度的影響。與大小無(wú)關(guān)綜合因子：它與實(shí)驗(yàn)時(shí)的衍射幾何條件，試樣的形狀、吸收性質(zhì)，溫度以及一些物理常數(shù)有關(guān)。影響因素：決定于晶體的基體性質(zhì)（原子在晶胞中的位置、數(shù)目、原子本身的性質(zhì))，衍射幾何，溫度，吸收。系統(tǒng)消光：點(diǎn)陣消光和結(jié)構(gòu)消光。第四章 X射線物相分析1.X射線物相分析原理物質(zhì)成分分析：化學(xué)分析、光譜分析、X射線熒光光譜分析、能譜分析、電感偶合等離子體原子發(fā)射光譜分析等方法來(lái)確定；物相確定只能采用X射線衍射、

26、中子衍射和電子衍射的方法，其中最方便和最有效的方法是X射線衍射。因?yàn)槊糠N結(jié)晶物質(zhì)都有其特定的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括點(diǎn)陣類型、晶胞大小、晶胞中原子（或者離子）的數(shù)目及其位置等等，而這些參數(shù)在X射線的衍射花樣中均有所反映；盡管物相的種類有成千上萬(wàn)種，但沒(méi)有兩種衍射花樣完全相同的物相。因此可以用X射線衍射花樣唯一地確定物相。2.物相定性分析一般步驟用衍射儀法獲取衍射花樣，計(jì)算晶面間距和確定衍射峰的相對(duì)強(qiáng)度；從前反射區(qū)（2<90°）中選取強(qiáng)度最大的三根衍射線，并使其d值按強(qiáng)度遞減的次序排列，又將其余線條按強(qiáng)度遞減的順序列于三強(qiáng)線之后；在數(shù)字索引中找到與d1（最強(qiáng)線的晶面間距）對(duì)應(yīng)的那組；按次強(qiáng)

27、線的晶面間距d2找到接近的幾列，在同一組中，各列系按d2遞減的順序排列，這一點(diǎn)對(duì)檢索十分重要；檢索這幾列數(shù)據(jù)中第三個(gè)d值是否與實(shí)驗(yàn)值相對(duì)應(yīng)；如果某一或幾列相符，再查看第4根線、第5根線直至第8根線，并從中找出最可能的物相及其卡片號(hào)；從卡片庫(kù)中抽出相應(yīng)的卡片，將實(shí)驗(yàn)所得的d值及相對(duì)強(qiáng)度與卡片上的數(shù)據(jù)詳細(xì)對(duì)照，如果對(duì)應(yīng)得很好，則物相鑒定即告完成；如果在索引中找不到與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全匹配的條目，則應(yīng)考慮如下的可能：a、被測(cè)物質(zhì)為單相，但由于擇優(yōu)取向等原因，使得本來(lái)應(yīng)該是強(qiáng)度很弱的峰被選進(jìn)了八強(qiáng)峰，b、被測(cè)物質(zhì)中包含兩種以上的物相。3.定性分析過(guò)程中有需要注意考慮到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的誤差，故允許所得的晶面

28、間距和相對(duì)強(qiáng)度與卡片的數(shù)據(jù)略有出入；晶面間距比相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)重要；低角度線比高角度線重要；強(qiáng)線比弱線重要；要重視衍射花樣中的特征線；在衍射分析以前，最好先弄清楚試樣的來(lái)源和化學(xué)成分；不要過(guò)分迷信卡片上的數(shù)據(jù)，注意資料的可靠性；X射線衍射只能肯定某個(gè)物相存在，而不能確定某個(gè)相不存在。檢索PDF卡片組的方法有字母索引法和數(shù)字索引法，數(shù)字索引中哈那瓦特?zé)o機(jī)索引和芬克無(wú)機(jī)索引是較為重要的兩種索引方法；第五章 材料光學(xué)顯微分析1.光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)光的色散：復(fù)色光分解為單色光而形成光譜得到現(xiàn)象。單色光：只有一種頻率或 波長(zhǎng)的光。復(fù)色光：包括多種頻率的光（如白光）。2.偏振光定義：在某個(gè)確定方向上振動(dòng)的光稱為偏振

29、光。偏振動(dòng)面：偏振光的振動(dòng)方向與光波傳播方向所構(gòu)成的平面。直線偏振光：直線偏振光由于光線的振動(dòng)方向都在同一個(gè)平面內(nèi)，所以這偏振光又叫作平面偏振光。正對(duì)光的傳播方向看去，這種光的振動(dòng)方向是一條直線，因此又叫直線偏振光或線偏振光光軸：各向異性晶體中，存在有某些特殊方向，在這些方向上不發(fā)生雙折射，尋常光線和非常光線傳播方向和傳播速度相同，這些方向稱為晶體的光軸。一軸晶：有一個(gè)光軸的晶體。二軸晶：有兩個(gè)光軸的晶體。對(duì)于二軸晶，雙折射后的兩束光線均為非常為光線。波晶片：如果在平行于一軸晶光軸方向上切下一薄片，這時(shí)晶片表面與光軸平持，這樣制得的晶片叫波晶片，簡(jiǎn)稱波片?？捎脕?lái)改變或檢驗(yàn)光的偏振情況。當(dāng)自然光

30、沿一軸晶光軸入射時(shí)，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象。如果垂直于晶體光軸入射時(shí)產(chǎn)生的o光和e光仍沿原入射方向傳播，但傳播速度和折射率不同，且傳播速度相差最大。3.顯微鏡的結(jié)構(gòu)物鏡:物鏡是顯微鏡最重要的光學(xué)部件，利用光線使被檢物體第一次成像，因而直接關(guān)系和影響成像的質(zhì)量和各項(xiàng)光學(xué)技術(shù)參數(shù)，是衡量一臺(tái)顯微鏡質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)。物鏡的主要參數(shù):放大率；數(shù)值孔徑NA；機(jī)械筒長(zhǎng)L：在顯微鏡中，物鏡支承面到目鏡支承面之間的距離稱為機(jī)械筒長(zhǎng)。顯微鏡的機(jī)械筒長(zhǎng)是固定的。我國(guó)規(guī)定機(jī)械筒長(zhǎng)是160毫米；蓋玻片厚度d；工作距離WD。物鏡的基本類型：按顯微鏡鏡筒長(zhǎng)度（以mm計(jì)）：透射光用160鏡筒，帶0.17mm厚或更厚的蓋玻片；反射光

31、用190鏡筒，不帶蓋玻片。按浸法特征：非浸式(干式)、浸式(油浸、水浸、甘油浸及其它浸法)； 按光學(xué)裝置：透射式、反射式以及折反射式；按數(shù)值孔徑和放大倍數(shù)：低倍(NA0.2與10X)，中倍(NA0.65與40X)，高倍(NA0.65與40X)；按校正像差的情況不同：消色差物鏡，半復(fù)消色差物鏡，復(fù)消色差物鏡，平視場(chǎng)消色差物鏡，平視場(chǎng)復(fù)消色差物鏡和單色物鏡。目鏡：作用：把物鏡放大的實(shí)像（中間像）再放大一級(jí)，并把物像映入觀察者的眼中，實(shí)質(zhì)上目鏡就是一個(gè)放大鏡。已知顯微鏡的分辨率能力是由物鏡的數(shù)值孔徑所決定的，而目鏡只是起放大作用。因此，對(duì)于物鏡不能分辨出的結(jié)構(gòu)，目鏡放的再大，也仍然不能分辨出。聚光鏡

32、：聚光鏡裝在載物臺(tái)的下方。小型的顯微鏡往往無(wú)聚光鏡，在使用數(shù)值孔徑0.40以上的物鏡時(shí)，則必須具有聚光鏡。照明系統(tǒng)：按其照明光束的形成，可分為“透射式照明”，和“落射式照明”兩大類。透射式照明：適用于透明或半透明的被檢物體，絕大數(shù)生物顯微鏡屬于此類照明法；落射式照明：適用于非透明的被檢物體，光源來(lái)自上方，又稱”反射式照明“。主要應(yīng)用于金相顯微鏡、偏光或熒光鏡檢法。在觀察不透明物體時(shí)，例如通過(guò)金相或偏光顯微鏡觀察樣片，往往是采用從側(cè)面或者從上面加以照明的方式。此時(shí)，被觀察物體的表面上沒(méi)有蓋玻璃片，標(biāo)本像的產(chǎn)生是靠進(jìn)入物鏡的反射或散射光線。光源：鹵素?zé)簟㈡u絲燈、汞燈、熒光燈、金屬鹵化物燈等。機(jī)械裝

33、置：機(jī)架：顯微鏡的主體部分，包括底座和彎臂。目鏡筒：位于機(jī)架上方，靠圓形燕尾槽與機(jī)架固定，目鏡插在其上。根據(jù)有否攝像功能，可分為雙目鏡筒和三目鏡筒；根據(jù)瞳距的調(diào)節(jié)方式不同，可分為鉸鏈?zhǔn)胶推揭剖?。物鏡轉(zhuǎn)換器：它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)圓盤，上有35個(gè)孔，分別裝有低倍或高倍物鏡鏡頭。轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)換器就可讓不同倍率的物鏡進(jìn)入工作光路。載物臺(tái)：是放置玻片的平臺(tái)，其中央具有通光孔。臺(tái)上有一個(gè)彈性的標(biāo)本夾，用來(lái)夾住載玻片。右下方有移動(dòng)手柄，使載物臺(tái)面可在XY雙方向進(jìn)行移動(dòng)。調(diào)焦機(jī)構(gòu)：利用調(diào)焦手輪可以驅(qū)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，使載物臺(tái)作粗調(diào)和微調(diào)的升降運(yùn)動(dòng)，從而使被觀察物體對(duì)焦清晰成像。聚光器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：聚光器安裝在其上，調(diào)節(jié)螺旋可以使

34、聚光器升降，用以調(diào)節(jié)光線的強(qiáng)弱。數(shù)碼攝像系統(tǒng)： 攝像頭、圖像采集卡、軟件、微機(jī)4.光學(xué)顯微鏡的成像原理顯微鏡的重要光學(xué)技術(shù)參數(shù)：數(shù)值孔徑NA：數(shù)值孔徑是物鏡和聚光鏡的主要技術(shù)參數(shù)，是判斷兩者（尤其對(duì)物鏡而言）性能高低的重要標(biāo)志。NA=nsinu/2；數(shù)值孔徑（NA）是物鏡前透鏡與被檢物體之間介質(zhì)的折射率（n）和孔徑角（u）半數(shù)的正弦之乘積；與分辨率成正比，與放大率成正比，與焦深成反比，NA值增大，視場(chǎng)寬度與工作距離都會(huì)相應(yīng)地變小。分辨率：=/NA，能被顯微鏡清晰區(qū)分的兩個(gè)物點(diǎn)的最小間距。要提高分辨率，即減小值，可采取以下措施：降低波長(zhǎng)值，使用短波長(zhǎng)光源；增大介質(zhì)n值以提高NA值（NA=nsin

35、u/2）；增大孔徑角u值以提高NA值；增加明暗反差。放大率：顯微鏡總放大率是物鏡放大率和目鏡放大率1乘積： =*1焦深：焦點(diǎn)深度的簡(jiǎn)稱，即在使用顯微鏡時(shí)，當(dāng)焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)某一物體時(shí)，不僅位于該點(diǎn)平面上的各點(diǎn)都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度內(nèi)，也能看得清楚，這個(gè)清楚部分的厚度就是焦深。焦深大, 可以看到被檢物體的全層，而焦深小，則只能看到被檢物體的一薄層。焦深與其他技術(shù)參數(shù)有以下關(guān)系：焦深與總放大倍數(shù)及物鏡的數(shù)值孔徑成反比；焦深大，分辨率降低。視場(chǎng)寬度：指在顯微鏡下看到的圓形視場(chǎng)內(nèi)所能容納被檢物體的實(shí)際范圍。觀察顯微鏡時(shí)，所看到的明亮的圓形范圍叫視場(chǎng)，它的大小是由目鏡里的視場(chǎng)光闌決定的。視場(chǎng)直

36、徑也稱視場(chǎng)寬度，視場(chǎng)直徑愈大，愈便于觀察。F=FN/；式中 F: 視場(chǎng)直徑，F(xiàn)N：視場(chǎng)數(shù)標(biāo)刻在目鏡的鏡筒外側(cè)；:物鏡放大率。覆蓋差：工作距離：也叫物距，即指物鏡前透鏡的表面到被檢物體之間的距離。鏡檢時(shí)，被檢物體應(yīng)處在物鏡的一倍至二倍焦距之間4.光學(xué)顯微鏡的操作實(shí)驗(yàn)時(shí)要把顯微鏡放在座前桌面上稍偏左的位置，鏡座應(yīng)距桌沿 67 cm左右。打開(kāi)光源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)光強(qiáng)到合適大小。轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)換器，使低倍鏡頭正對(duì)載物臺(tái)上的通光孔。先把鏡頭調(diào)節(jié)至距載物臺(tái)12cm左右處，然后用左眼注視目鏡內(nèi)，接著調(diào)節(jié)聚光器的高度，把孔徑光闌調(diào)至最大，使光線通過(guò)聚光器入射到鏡筒內(nèi)，這時(shí)視野內(nèi)呈明亮的狀態(tài)。將所要觀察的玻片放在載物臺(tái)上

37、，使玻片中被觀察的部分位于通光孔的正中央，然后用標(biāo)本夾夾好載玻片。先用低倍鏡觀察（物鏡10X、目鏡10x）。觀察之前，先轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)調(diào)焦手輪，使載物臺(tái)上升，物鏡逐漸接近玻片。需要注意，不能使物鏡觸及玻片，以防鏡頭將玻片壓碎。然后，左眼注視目鏡內(nèi)，同時(shí)右眼不要閉合（要養(yǎng)成睜開(kāi)雙眼用顯微鏡進(jìn)行觀察的習(xí)慣，以便在觀察的同時(shí)能用右眼看著繪圖），并轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)調(diào)焦手輪，使載物臺(tái)慢慢下降，不久即可看到玻片中材料的放大物像。如果在視野內(nèi)看到的物像不符合實(shí)驗(yàn)要求（物像偏離視野），可慢慢調(diào)節(jié)載物臺(tái)移動(dòng)手柄。調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)注意玻片移動(dòng)的方向與視野中看到的物像移動(dòng)的方向正好相反。如果物像不甚清晰，可以調(diào)節(jié)微動(dòng)調(diào)焦手輪，直至物像清

38、晰為止。如果進(jìn)一步使用高倍物鏡觀察，應(yīng)在轉(zhuǎn)換高倍物鏡之前，把物像中需要放大觀察的部分移至視野中央（將低倍物鏡轉(zhuǎn)換成高倍物鏡觀察時(shí)，視野中的物像范圍縮小了很多）。一般具有正常功能的顯微鏡，低倍物鏡和高倍物鏡基本齊焦，在用低倍物鏡觀察清晰時(shí)，換高倍物鏡應(yīng)可以見(jiàn)到物像，但物像不一定很清晰，可以轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)調(diào)焦手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)；在轉(zhuǎn)換高倍物鏡并且看清物像之后，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)孔徑光闌的大小或聚光器的高低，使光線符合要求（一般將低倍物鏡換成高倍物鏡觀察時(shí)，視野要稍變暗一些，所以需要調(diào)節(jié)光線強(qiáng)弱）。觀察完畢，應(yīng)先將物鏡鏡頭從通光孔處移開(kāi)，然后將孔徑光闌調(diào)至最大，再將載物臺(tái)緩緩落下，并檢查零件有無(wú)損傷（特別要注意檢

39、查物鏡是否沾水沾油，如沾了水或油要用鏡頭紙擦凈），檢查處理完畢后即可裝箱。5.光學(xué)顯微鏡的分類 按使用目鏡的數(shù)目：雙目和單目顯微鏡；按圖像是否有立體感：立體視覺(jué)和非立體視覺(jué)顯微鏡；按觀察對(duì)像：生物和金相顯微鏡等；按光學(xué)原理：偏光、相襯和微差干涉對(duì)比顯微鏡等；按光源類型：普通光、熒光、紫外光、紅外光顯微鏡等；按接收器類型：目視、數(shù)碼（攝像）顯微鏡等。常用的顯微鏡有雙目體視顯微鏡、金相顯微鏡、偏光顯微鏡、熒光顯微鏡等。6.金相顯微鏡定義：用于觀察金屬和礦物等不透明物體金相組織的顯微鏡。這些不透明物體無(wú)法在普通的透射光顯微鏡中觀察，故金相和普通顯微鏡的主要差別在于前者以反射光，而后者以透射光照明。

40、在金相顯微鏡中照明光束從物鏡方向射到被觀察物體表面，被物面反射后再返回物鏡成像。這種反射照明方式也廣泛用于集成電路硅片的檢測(cè)工作。7.偏光顯微鏡定義：研究所謂透明與不透明各向異性材料的一種顯微鏡。凡具有雙折射的物質(zhì)，在偏光顯微鏡下就能分辨的清楚，當(dāng)然這些物質(zhì)也可用染色法來(lái)進(jìn)行觀察，但有些則不可能，而必須利用偏光顯微鏡。特點(diǎn)：將普通光改變?yōu)槠窆膺M(jìn)行分析測(cè)定的方法，以鑒別某一物質(zhì)是單折射（各向同性）或雙折射性（各向異性）。雙折射性是晶體的基本特性。因此，偏光顯微鏡被廣泛地應(yīng)用在礦物、化學(xué)等領(lǐng)域，在生物學(xué)和植物學(xué)也有應(yīng)用。偏振鏡位置的調(diào)整：起偏鏡一般安裝在可以轉(zhuǎn)動(dòng)的圓框內(nèi)，借助手柄轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的

41、目的：使起偏振鏡出來(lái)的偏振光動(dòng)面水平，以保證垂直照明器平面玻璃反射進(jìn)入物鏡的偏振光強(qiáng)度最大，且仍為直線偏振光。調(diào)整方法：將拋光試樣放在載物臺(tái)上，除去檢偏振鏡，只裝起偏振鏡，從目鏡內(nèi)觀察聚焦后試樣磨面上反射光的強(qiáng)度，轉(zhuǎn)動(dòng)起偏振鏡，反射光強(qiáng)度發(fā)生明暗變化，當(dāng)反射光最強(qiáng)時(shí)，就是起偏振鏡振動(dòng)軸的正確位置。檢偏振鏡位置的調(diào)整：起偏振鏡位置調(diào)整好后，裝入檢偏振鏡，調(diào)節(jié)檢偏振鏡的位置，當(dāng)在目鏡中觀察到最暗的消光現(xiàn)象時(shí)，就是檢偏振鏡與偏振鏡正交的位置。在實(shí)際觀察中，常將檢偏振鏡作一個(gè)小角度的偏轉(zhuǎn)，以增加顯微組織的襯度。其偏轉(zhuǎn)的角度由刻度盤上的刻度指示出來(lái)。若將檢偏振鏡在正交位置轉(zhuǎn)動(dòng)90°，則兩偏振鏡

42、振動(dòng)軸平行，這時(shí)和一般光線下照明的效果相同。8.光片樣品的制備取樣：塊狀樣品應(yīng)有代表性，粉狀樣品應(yīng)控制樣品粒度。鑲樣：塊狀樣品可用熱凝性樹(shù)脂、熱塑性樹(shù)脂、冷凝性樹(shù)脂鑲嵌。粉狀樣品可用熱塑性樹(shù)脂、蟲膠鑲嵌。磨光：粗磨、細(xì)磨，砂紙?zhí)枖?shù)有200、600、1200、2000四種 拋光：機(jī)械拋光薄片樣品的制備：取樣：樣品應(yīng)有代表性。切割：樣品尺寸2*2*0.5cm磨平底面：手工用砂紙200、600、1200、2000#金剛砂紙磨平。 粘膠：磨?。?整片蓋片：燙膠第六章 透射電鏡成像分析1.簡(jiǎn)述光學(xué)顯微鏡及掃描電鏡均只能觀察物質(zhì)表面的微觀形貌，無(wú)法獲得物質(zhì)內(nèi)部的信息。透射電鏡入射電子透射試樣后，將與試樣內(nèi)

43、部原子發(fā)生相互作用，從而改變其能量及運(yùn)動(dòng)方向。不同結(jié)構(gòu)有不同的相互作用。這樣，就可以根據(jù)透射電子圖像所獲得的信息來(lái)了解試樣內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。由于試樣結(jié)構(gòu)和相互作用的復(fù)雜性，因此所獲得的圖像也很復(fù)雜。它不像表面形貌那樣直觀、易懂。2.襯度電子束透過(guò)試樣所得到的透射電子束的強(qiáng)度及方向均發(fā)生了變化，由于試樣各部位的組織結(jié)構(gòu)不同，因而透射到熒光屏上的各點(diǎn)強(qiáng)度不均勻，這種兩個(gè)相臨部分的電子束強(qiáng)度差稱為襯度，所獲得的電子像稱為透射電子。襯度像：當(dāng)電子逸出試樣下表面時(shí)，由于試樣對(duì)電子束的作用，使得透射到熒光屏上的強(qiáng)度不均勻，這種強(qiáng)度不均勻的電子像稱為襯度像。四種襯度：質(zhì)量厚度襯度:由于非晶樣品不同微區(qū)間存在的原子

44、序數(shù)或厚度的差異而形成的襯度。衍射襯度:衍射襯度是由于晶體薄膜的不同部位滿足布拉格衍射條件的程度有差異而引起的襯度；相位襯度:電子束照射薄試樣，試樣中原子核和核外電子產(chǎn)生的庫(kù)倫場(chǎng)會(huì)使電子波的相位有起伏，如果把這個(gè)相位變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄褚r度，則稱為相位襯度。原子序數(shù)襯度:由于試樣表面物質(zhì)原子序數(shù)（或化學(xué)成分）差別而形成的襯度。利用對(duì)試樣表面原子序數(shù)（或化學(xué)成分）變化敏感的物理信號(hào)作為顯像管的調(diào)制信號(hào)，可以得到原子序數(shù)襯度圖像。透視金屬原因：金屬材料中存在大量缺陷如：空位、雜質(zhì)原子、位錯(cuò)、層錯(cuò)等，它們與金屬材料中擴(kuò)散、相變、再結(jié)晶、塑性變形等密切相關(guān)；金屬薄膜可以薄到2000Å以下，足以讓電子

45、束穿過(guò)成像，因此，可以將內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示出來(lái)。3.薄膜樣品的制備透射電鏡在材料研究中所用的試樣分三類：超顯微顆粒樣品；試樣的表面復(fù)型樣品；薄膜樣品。透射電鏡常用的75200KV加速電壓，樣品厚度控制在100200 nm金屬材料本身制成的金屬薄膜樣品具有以下優(yōu)點(diǎn)：觀察和研究金屬與合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷，將同一微區(qū)進(jìn)行衍襯成像及電子衍射研究，把相變與晶體缺陷聯(lián)系起來(lái)；進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，研究在變溫情況下相變的行核和長(zhǎng)大過(guò)程。金屬薄膜制備的基本要求：薄膜應(yīng)對(duì)電子束“透明”；制得的薄膜應(yīng)與大塊樣品保持相同的組織結(jié)構(gòu)；薄膜樣品應(yīng)具備一定的強(qiáng)度和剛度；樣品樣品表面沒(méi)有氧化和腐蝕金屬薄膜樣品的制備過(guò)程：線切割-機(jī)械研磨

46、-化學(xué)拋光-電解拋光最終減薄非金屬薄膜樣品的制備：復(fù)型：將試樣表面組織浮雕復(fù)制到一種很薄的膜上，然后把復(fù)制的薄膜（復(fù)型）放到電鏡中去觀察分析。4.質(zhì)厚襯度原理質(zhì)厚襯度的前提：非晶體試樣中原子對(duì)入射電子的散射和電鏡小孔徑角成像（依靠襯度光闌）1.復(fù)型試樣2.銅網(wǎng)孔平面質(zhì)厚襯度成像示意圖3.物鏡4.襯度光闌5.熒光屏若試樣厚度處處相等，則不同部位的原子質(zhì)量差異越大，襯度越高若試樣厚度處處相等，而其本身又是同種原子組成，則襯度G=05.衍襯成像原理衍襯成像：入射電子束與樣品內(nèi)各晶面相對(duì)取向不同所導(dǎo)致的衍射強(qiáng)度的差異當(dāng)電子束穿過(guò)晶體薄膜時(shí)，嚴(yán)格滿足布拉格條件的晶面產(chǎn)生強(qiáng)衍射束，不嚴(yán)格滿足布拉格條件的晶

47、面產(chǎn)生弱衍射束，不滿足布拉格條件的晶面不產(chǎn)生衍射束。假設(shè)薄膜只有兩顆位向不同的晶粒A和B在入射電子束的照射下，B晶粒的某（hkl）晶面組恰好與入射方向成精確的布拉格角q，而其余的晶面組均與衍射條件存在較大的偏差。此時(shí)，在B晶粒的選區(qū)衍射花樣中，hkl斑點(diǎn)特別亮，也即hkl晶面的衍射束特別強(qiáng)當(dāng)在物鏡的后焦面上加入襯度光闌（物鏡光闌），把B晶粒的hkl衍射束擋掉，而只讓透射束通過(guò)光闌并到達(dá)像平面，構(gòu)成樣品的第一幅放大像，此時(shí)，兩顆晶粒的像亮度由所不同IA»I0 因?yàn)榕cB晶粒不同位向的A晶粒內(nèi)所有晶面組均與布拉格條件存在較大的偏差，即在選區(qū)衍射花樣中將不出現(xiàn)任何強(qiáng)斑點(diǎn)，或者說(shuō)其所有的衍射束

48、的強(qiáng)度均可視為零IB=I0- Ihkl 此時(shí)，B晶粒較暗，而A晶粒較亮明場(chǎng)像：讓透射束通過(guò)物鏡光闌而把衍射束擋掉得到圖像襯度的方法。暗場(chǎng)像：若將光闌孔套住hkl而把透射束擋掉，就可以得到把入射電子束傾斜2q角，使B晶粒的hkl晶面出在強(qiáng)烈衍射的方向，而光闌仍在光軸位置，此時(shí)只有B晶粒的hkl衍射束正好通過(guò)光闌孔，而透射束被擋掉，此方法稱-中心暗場(chǎng)像。此時(shí)，B晶粒的亮度IB » IhklA晶粒在該方向的散射強(qiáng)度極小，A晶粒的亮度IA»0圖像的襯度特征正好與明場(chǎng)像相反，B晶粒較亮而A晶粒較暗，顯然，暗場(chǎng)像的襯度明顯高于明場(chǎng)像。只有晶體試樣形成的衍襯像才存在明、暗場(chǎng)像之分，其亮度

49、是明暗反轉(zhuǎn)的。它不是表面形貌的直觀反映，是入射電子束與晶體試樣之間相互作用后的反映第七章 核磁共振1.電磁波電磁輻射：又稱為電磁波，輻射能，是一種以極快速度穿射過(guò)空間的能量?？梢?jiàn)光是電磁波的一種形式。特點(diǎn)：所有的電磁波都具有共同的特點(diǎn)。即頻率與波長(zhǎng)的乘積是相同的，都等于光在真空中的傳播速度c（3×1010cm/s）輻射能的波粒二象性（近代量子力學(xué)的理論）：光是由一粒一粒的運(yùn)動(dòng)著的粒子組成的粒子流，這些光粒子稱為光子（又稱光量子）能量E=h（h為普朗克常數(shù)6.62×10-34j·s）光譜分析法：可以分為吸收光譜（紫外、紅外、核磁共振）、發(fā)射光譜（熒光光譜）和散射光譜

50、（拉曼光譜）2.什么樣的核是磁性原子核原子核，帶正電荷的粒子；當(dāng)它的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)有一個(gè)是奇數(shù)時(shí)；它就和電子一樣有自旋運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生磁矩磁矩m，具有方向性，是一個(gè)矢量 m= r h I / 2p（r旋磁比；I自旋量子數(shù)；h，Plank常數(shù)）1,2,3磁性 4,5非磁性自旋量子數(shù)等于零的原子核有16O、12C、32S、28Si等，這些原子核沒(méi)有自旋現(xiàn)象，因而沒(méi)有磁矩，不產(chǎn)生共振吸收譜，故不能用核磁共振來(lái)研究。自旋量子數(shù)大于或等于1的原子核I = 3/2： 11B、35C1、79Br、81Br等，I = 5/2： 17O、127I；I = 1： 2H、14N等這類原子核核電荷分布是一個(gè)橢圓體，電荷分

51、布不均勻。它們的共振吸收常會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜情況，目前在核磁共振的研究上應(yīng)用還很少。3.核的自旋與磁性當(dāng)氫核圍繞著它的自旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生磁場(chǎng)。由于氫核帶正電荷；轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向可由右手螺旋定則確定。由此可將旋轉(zhuǎn)的核看作是一個(gè)小的磁鐵棒。因此，在磁場(chǎng)中，一個(gè)核要從低能態(tài)向高能態(tài)躍遷，就必須吸收mH0的能量。換言之，核吸收2mH0的能量后，便產(chǎn)生共振，此時(shí)核由m = +1/2的取向躍遷至m = -1/2的取向。4.共振共振：若外界提供一個(gè)電磁波，波的頻率適當(dāng)，能量恰好等于核的能量之差DE，核進(jìn)動(dòng)頻率與振蕩器所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)頻率相等，則原子核與電磁波發(fā)生共振，那么此原子核就可以從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，產(chǎn)生

52、核磁共振吸收。共振條件：核有自旋(磁性核)；外磁場(chǎng),能級(jí)分裂；照射頻率與外磁場(chǎng)的比值n0 / H0 = g / (2p )氫質(zhì)子（1H）用掃場(chǎng)的方法產(chǎn)生的核磁共振，理論上都在同一磁場(chǎng)強(qiáng)度（Ho）下吸收，只產(chǎn)生一個(gè)吸收信號(hào)。實(shí)際上，分子中各種不同環(huán)境下的氫，再不同Ho下發(fā)生核磁共振，給出不同的吸收信號(hào)。化學(xué)位移：這種由于氫原子在分子中的化學(xué)環(huán)境不同，因而在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下產(chǎn)生吸收峰,峰與峰之間的差距稱為化學(xué)位移。屏蔽效應(yīng)：化學(xué)位移產(chǎn)生的原因，有機(jī)物分子中不同類型質(zhì)子的周圍的電子云密度不一樣，在加磁場(chǎng)作用下, 由于電子產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)外加磁場(chǎng)有的抵消作用稱為屏蔽效應(yīng)。屏蔽效應(yīng)的大小與質(zhì)子周圍的電子云

53、密度有關(guān)。磁各向異性效應(yīng)：雙鍵碳上的質(zhì)子：烯烴雙鍵碳上的H質(zhì)子位于鍵環(huán)流電子產(chǎn)生的感生磁場(chǎng)與外加磁場(chǎng)方向一致的區(qū)域（稱為去屏蔽區(qū)），去屏蔽效應(yīng)的結(jié)果，使烯烴雙鍵碳上的H質(zhì)子的共振信號(hào)移向稍低的磁場(chǎng)區(qū)，=4.55.7。同理，羰基碳上的H質(zhì)子與烯烴雙鍵碳上的H質(zhì)子相似，也是處于去屏蔽區(qū)，存在去屏蔽效應(yīng)，但因氧原子電負(fù)性的影響較大，所以，羰基碳上的H質(zhì)子的共振信號(hào)出現(xiàn)在更低的磁場(chǎng)區(qū)，其=9.410。三鍵碳上的質(zhì)子：碳碳三鍵是直線構(gòu)型，電子云圍繞碳碳鍵呈筒型分布，形成環(huán)電流，它所產(chǎn)生的感生磁場(chǎng)與外加磁場(chǎng)方向相反，故三鍵上的H質(zhì)子處于屏蔽區(qū)，屏蔽效應(yīng)較強(qiáng)，使三鍵上H質(zhì)子的共振信號(hào)移向較高的磁場(chǎng)區(qū)，其=2

54、3。苯環(huán)上的質(zhì)子：苯環(huán)上的6個(gè)p電子產(chǎn)生較強(qiáng)的誘導(dǎo)磁場(chǎng)，質(zhì)子位于其磁力線上，與外磁場(chǎng)方向一致，去屏蔽。質(zhì)子周圍電子云密度越大，屏蔽效應(yīng)也越大，即在較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度中才發(fā)生核磁共振?；瘜W(xué)位移值：化學(xué)位移值的大小，可采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化合物為原點(diǎn)，測(cè)出峰與原點(diǎn)的距離，就是該峰的化學(xué)位移值。為什么用TMS作為基準(zhǔn)? 12個(gè)氫處于完全相同的化學(xué)環(huán)境，只產(chǎn)生一個(gè)尖峰；屏蔽強(qiáng)烈，位移最大。與有機(jī)化合物中的質(zhì)子峰不重迭；化學(xué)惰性；易溶于有機(jī)溶劑；沸點(diǎn)低，易回收。值越大，表示屏蔽效應(yīng)作用越小，吸收峰出現(xiàn)在低場(chǎng)。值越小，表示屏蔽效應(yīng)作用越大，吸收峰出現(xiàn)在高場(chǎng)。 5.影響化學(xué)位移的因素誘導(dǎo)效應(yīng)；電負(fù)性X­, 電

55、子云密度¯, 屏蔽效應(yīng)¯, 共振在較低磁場(chǎng)發(fā)生， d­；吸電子基團(tuán)越多減小電子云密度，從而使屏蔽作用減小，化學(xué)位移移向低場(chǎng)，化學(xué)位移值增大。基團(tuán)距離越遠(yuǎn)，對(duì)質(zhì)子的電子元密度影響越小，最靠近的質(zhì)子收到的影響最大，因而電子元密度越小，屏蔽作用越小，化學(xué)位移值越大。峰面積與氫質(zhì)子的個(gè)數(shù)：在核磁共振譜圖中，每一組吸收峰都代表一種氫，每種共振峰所包含的面積是不同的，其面積之比恰好是各種氫原子數(shù)之比。故核磁共振譜不僅揭示了各種不同H的化學(xué)位移，并且表示了各種不同氫的數(shù)目。6.峰的裂分和自旋偶合峰的裂分：應(yīng)用高分辨率的核磁共振儀時(shí)，得到等性質(zhì)子的吸收峰不是一個(gè)單峰而是一組峰的信

56、息。這種使吸收峰分裂增多的現(xiàn)象稱為峰的裂分。自旋偶合：裂分是因?yàn)橄噜徧忌腺|(zhì)子之間的自旋偶合（自旋干擾）而產(chǎn)生的。我們把這種由于鄰近不等性質(zhì)子自旋的相互作用（干擾）而分裂成幾重峰的現(xiàn)象稱為自旋偶合。自旋偶合的限度條件：磁等性質(zhì)子之間不發(fā)生偶合。兩個(gè)磁不等性質(zhì)子相隔三個(gè)鍵以上，則不發(fā)生偶合。同碳上的磁不等性質(zhì)子可偶合裂分。裂分峰數(shù)的計(jì)算：裂分峰數(shù)用n + 1規(guī)則來(lái)計(jì)算（n鄰近等性質(zhì)子個(gè)數(shù)；n + 1裂分峰數(shù)）；當(dāng)鄰近氫原子有幾種磁不等性氫時(shí)，裂分峰數(shù)為（n + 1）（n+ 1）（n+ 1）7.核磁共振譜的解析及應(yīng)用重氫交換最經(jīng)常使用重水D2O；N-H, O-H, S-H；交換后在譜圖上消失的峰就是活潑氫峰8.核磁共振譜儀及樣品制備連續(xù)波譜核磁共振譜儀、脈沖傅里葉核磁共振譜儀、樣品的制備：做1H譜時(shí)，常用外徑為6mm的薄壁玻璃管。測(cè)定時(shí)樣品常常被配成溶液，這是由于液態(tài)樣品可以得到分辨較好的圖譜。要求選擇采用不產(chǎn)生干擾信號(hào)、溶解性能好、穩(wěn)定的氘代溶劑。9.核磁共振碳譜13