(完整word版)材料分析測(cè)試復(fù)習(xí)題及答案(word文檔良心出品)

1、答案均為同學(xué)整理，僅供參考11、分析電磁透鏡對(duì)波的聚焦原理，說(shuō)明電磁透鏡的結(jié)構(gòu)對(duì)聚焦能力的影響。解：聚焦原理：通電線(xiàn)圈產(chǎn)生一種軸對(duì)稱(chēng)不均勻分布的磁場(chǎng)，磁力線(xiàn)圍繞導(dǎo)線(xiàn)呈環(huán)狀。磁 力線(xiàn)上任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B可以分解成平行于透鏡主軸的分量Bz和垂直于透鏡主軸的分量Br。速度為V的平行電子束進(jìn)入透鏡磁場(chǎng)時(shí)在A點(diǎn)處受到Br分量的作用，由右手法則，電子 所受的切向力Ft的方向如下圖（b）;Ft使電子獲得一個(gè)切向速度Vt，Vt與Bz分量叉乘，形成 了另一個(gè)向透鏡主軸靠近的徑向力Fr，使電子向主軸偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電子穿過(guò)線(xiàn)圈到達(dá)B點(diǎn)位置時(shí)，Br的方向改變了180,Ft隨之反向，但是只是減小而不改變方向，因此，穿過(guò)線(xiàn)圈

2、的電子任 然趨向于主軸方向靠近。結(jié)果電子作圓錐螺旋曲線(xiàn)近軸運(yùn)動(dòng)。當(dāng)一束平行與主軸的入射電子束 通過(guò)投射電鏡時(shí)將會(huì)聚焦在軸線(xiàn)上一點(diǎn)，這就是電磁透鏡電子波的聚焦對(duì)原理。（教材135頁(yè)的圖9.1 a,b圖）電磁透鏡包括螺旋線(xiàn)圈，磁軛和極靴，使有效磁場(chǎng)能集中到沿軸幾毫米的范圍內(nèi)，顯著提 高了其聚焦能力。2、電磁透鏡的像差是怎樣產(chǎn)生的，如何來(lái)消除或減小像差？解：電磁透鏡的像差可以分為兩類(lèi)： 幾何像差和色差。幾何像差是因?yàn)橥渡浯艌?chǎng)幾何形狀 上的缺陷造成的，色差是由于電子波的波長(zhǎng)或能量發(fā)生一定幅度的改變而造成的。幾何像差主要指球差和像散。 球差是由于電磁透鏡的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域?qū)﹄娮拥恼凵淠芰Σ环项A(yù)定的

3、規(guī)律造成的，像散是由透鏡磁場(chǎng)的非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)引起的。消除或減小的方法：球差：減小孔徑半角或縮小焦距均可減小球差，尤其小孔徑半角可使球差明顯減小。像散：弓I入一個(gè)強(qiáng)度和方向都可以調(diào)節(jié)的矯正磁場(chǎng)即消像散器予以補(bǔ)償。色差：采用穩(wěn)定加速電壓的方法有效地較小色差。3、說(shuō)明影響光學(xué)顯微鏡和電磁透鏡分辨率的關(guān)鍵因素是什么？如何提高電磁透鏡的分辨 率？解：光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)取決于照明光源的波長(zhǎng)。電磁透鏡的分辨率由衍射效應(yīng)和球面像差來(lái)決定， 球差是限制電磁透鏡分辨本領(lǐng)的主要因 素。若只考慮衍射效應(yīng)，在照明光源和介質(zhì)一定的條件下， 孔徑角a越大，透鏡的分辨本領(lǐng)越 高。若同時(shí)考慮衍射和球差對(duì)分辨率的影響， 關(guān)鍵在確定

4、電磁透鏡的最佳孔徑半角， 使衍射效 應(yīng)斑和球差散焦斑的尺寸大小相等。4、電子波有何特征？與可見(jiàn)光有何異同？解：電子波的波長(zhǎng)較短，軸對(duì)稱(chēng)非均勻磁場(chǎng)能使電子波聚焦。 其波長(zhǎng)取決于電子運(yùn)動(dòng)的速 度和質(zhì)量，電子波的波長(zhǎng)要比可見(jiàn)光小5個(gè)數(shù)量級(jí)。5、電磁透鏡景深和焦長(zhǎng)主要受哪些因素影響？說(shuō)明電磁透鏡的景深長(zhǎng)、焦長(zhǎng)長(zhǎng)，是什么 因素影響的結(jié)果？角越小、景深越大。透鏡集長(zhǎng) DL與分辨本領(lǐng)衍。，像點(diǎn)所張孔徑半角的關(guān)系:倍數(shù)和分辨本領(lǐng)一定時(shí)，透鏡焦長(zhǎng)隨孔徑半角減小而增大。答：電磁透鏡景深與分辨本領(lǐng)：ro、孔徑半角，之間關(guān)系:Df2-Totg：2 仏a表明孔徑半DL=2 譏 Mtan2r0M，M為透鏡放大倍數(shù)。當(dāng)電磁

5、透鏡放大DL答案均為同學(xué)整理，僅供參考26、 透射電鏡主要由幾大系統(tǒng)構(gòu)成？各系統(tǒng)之間關(guān)系如何？解：透射電鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)、電源與控制系統(tǒng)及真空系統(tǒng)三部分組成。 電子光學(xué)系統(tǒng)通 常稱(chēng)鏡筒，是透射電子顯微鏡的核心，它的光路原理與透射光學(xué)顯微鏡十分相似。它分為三部 分，即照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和觀察記錄系統(tǒng)。7、 照明系統(tǒng)的作用是什么？它應(yīng)滿(mǎn)足什么要求？解：照明系統(tǒng)由電子槍、聚光鏡和相應(yīng)的平移對(duì)中、傾斜調(diào)節(jié)裝置組成。其作用是提供一 束高亮度、照明孔徑角小、平行度好、束流穩(wěn)定的照明源。為滿(mǎn)足明場(chǎng)像和暗場(chǎng)像需要，照明 束可在2錯(cuò)誤！未找到引用源。3錯(cuò)誤！未找到引用源。范圍內(nèi)傾斜。8、 成像系統(tǒng)的主要構(gòu)成及其

6、特點(diǎn)是什么？解：成像系統(tǒng)組要是由物鏡、中間鏡和投影鏡組成。物鏡是用來(lái)形成第一幅高分辨率電子 顯微鏡圖像或電子衍射花樣。1）.物鏡是采用強(qiáng)激磁、短焦距的透鏡（f=13mm），它的放大倍數(shù)較高，一般為100300倍。2）.中間鏡是一個(gè)弱激磁的長(zhǎng)焦距變倍透鏡，可在020倍范圍調(diào)節(jié)。當(dāng)放大倍數(shù)大于1時(shí)，用來(lái)進(jìn)一步放大物像；當(dāng)放大倍數(shù)小于1時(shí)，用來(lái)縮小物鏡像。3）.投影鏡的作用是把中間鏡放大（或縮小）的像（或電子衍射花樣）進(jìn)一步放大，并投 影到熒光屏上，它和物鏡一樣，是一個(gè)短焦距的強(qiáng)激磁透鏡。投影鏡的激磁電流是固定的，因 為成像電子束進(jìn)入投影鏡時(shí)孔徑角很小，因此它的景深和焦長(zhǎng)都非常大。9、 分別說(shuō)明成像

7、操作和衍射操作時(shí)各級(jí)透鏡（像平面和物平面）之間的相對(duì)位置關(guān)系， 并畫(huà)出光路圖。解：如果把中間鏡的物平面和物鏡的像平面重合，則在熒光屏上得到一幅放大像， 這是成像操作。如果把中間鏡的物平面和物鏡的背焦面重合，則在熒光屏上得到一幅電子衍射花樣， 這是電子衍射操作。10、透射電鏡中有哪些主要光闌，在什么位置？其作用如何？解：在透射電鏡中主要有三種光闌：聚光鏡光闌、物鏡光闌、選區(qū)光闌。聚光鏡光闌裝在第二聚光鏡的下方，其作用是限制照明孔徑角。物鏡光闌安放在物鏡的后焦面上，其作用是使物鏡孔徑角減小，能減小像差，得到質(zhì)量較 高的顯微圖像；在后焦面上套取衍射束的斑點(diǎn)成暗場(chǎng)像。選區(qū)光闌放在物鏡的像平面位置，其作

8、用時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行微小區(qū)域分析，即選區(qū)衍射。11、如何測(cè)定透射電鏡的分辨率與放大倍數(shù)。電鏡的哪些主要參數(shù)控制著分辨率與放大 倍數(shù)？解：點(diǎn)分辨率的測(cè)定：將鉑、鉑-銥或鉑-鈀等金屬或合金，用真空蒸發(fā)的方法可以得到粒度為0.5-1 nm、間距為0.2-1 nm的粒子，將其均勻地分布在火棉膠（或碳）支持膜上，在高放大倍數(shù)下拍攝這些粒子 的像。為了保證測(cè)定的可靠性，至少在同樣條件下拍攝兩張底片，然后經(jīng)光學(xué)放大5倍左右，從照片上找出粒子間最小間距，除以總放大倍數(shù)，即為相應(yīng)電子顯微鏡的點(diǎn)分辨率。晶格分辨率的測(cè)定：利用外延生長(zhǎng)方法制得的定向單晶薄膜作為標(biāo)樣， 拍攝其晶格像。根據(jù)儀器分辨率的高低， 選擇晶面間距不同

9、的樣品作標(biāo)樣。放大倍數(shù)的測(cè)定：用衍射光柵復(fù)型作為標(biāo)樣，在一定條件下，拍攝標(biāo)樣的放大像。然后從底片上測(cè)量光柵條 紋像的平均間距，與實(shí)際光柵條紋間距之比即為儀器相應(yīng)條件下的放大倍數(shù)。影響參數(shù)：樣品的平面高度、加速電壓、透鏡電流答案均為同學(xué)整理，僅供參考312、分析電子衍射與x射線(xiàn)衍射有何異同？解：相同點(diǎn)：1) .都是以滿(mǎn)足布拉格方程作為產(chǎn)生衍射的必要條件。2) .兩種衍射技術(shù)所得到的衍射花樣在幾何特征上大致相似。不同點(diǎn)：1) .電子波的波長(zhǎng)比x射線(xiàn)短的多。2) .在進(jìn)行電子衍射操作時(shí)采用薄晶樣品，增加了倒易陣點(diǎn)和愛(ài)瓦爾德球相交截的機(jī)會(huì)， 使衍射條件變寬。3) .因?yàn)殡娮硬ǖ牟ㄩL(zhǎng)短，采用愛(ài)瓦爾德球圖

10、解時(shí)，反射球的半徑很大，在衍射角B較小的范圍內(nèi)反射球的球面可以近似地看成是一個(gè)平面，從而也可以認(rèn)為電子衍射產(chǎn)生的衍射斑點(diǎn)大致分布在一個(gè)二維倒易截面內(nèi)。4) .原子對(duì)電子的散射能力遠(yuǎn)高于它對(duì)x射線(xiàn)的散射能力，故電子衍射束的強(qiáng)度較大，攝 取衍射花樣時(shí)曝光時(shí)間僅需數(shù)秒鐘。13、用愛(ài)瓦爾德團(tuán)解法證明布拉格定律解：在倒易空間中，畫(huà)出衍射晶體的倒易點(diǎn)陣，以倒易原點(diǎn)0*為端點(diǎn)做入射波的波矢量k(00*)，該矢量平行于入射束的方向，長(zhǎng)度等于波長(zhǎng)的倒數(shù)，即K=1入以0為中心,1/入為半徑做一個(gè)球(愛(ài)瓦爾德球)，根據(jù)倒易矢量的定義0*G=g,于是k-k=g.由0向0*G作垂線(xiàn)，垂足為D,因?yàn)間平行于(hkl)晶面

11、的法向NhkI所以0D就是正空間中(hkl)晶面的 方面，若它與入射束方向夾角為斯塔，則O*D=OO*sin斯塔)即g/2=ksin斯塔);g=1/d k=1/入 所以2dsin(斯塔)=入圖為163上的14、何為零層倒易面和晶帶定理？說(shuō)明同一晶帶中各晶面及其倒易矢量與晶帶軸之間的 關(guān)系。解：由于晶體的倒易點(diǎn)陣是三維點(diǎn)陣，如果電子束沿晶帶軸uvw的反向入射時(shí)，通過(guò)原點(diǎn)O的倒易平面只有一個(gè)，我們把這個(gè)二維平面叫做零層倒易面.因?yàn)榱銓拥挂酌嫔系牡挂酌嫔系母鞯挂资噶慷己途лSr=uvw垂直，故有g(shù).r=0即hu+kv+lw=O這就是晶帶定理.如圖12.515、說(shuō)明多晶、單晶及非晶衍射花樣的特征及形成

12、原理。解：多晶體的電子眼奢華樣式一系列不同班靜的同心圓環(huán)單晶衍射花樣是由排列得十分整齊的許多斑點(diǎn)所組成的非晶態(tài)物質(zhì)的衍射花樣只有一個(gè)漫散中心斑點(diǎn)單晶花樣是一個(gè)零層二維倒易截面， 其倒易點(diǎn)規(guī)則排列，具有明顯對(duì)稱(chēng)性，且處于二維網(wǎng) 絡(luò)的格點(diǎn)上。因此表達(dá)花樣對(duì)稱(chēng)性的基本單元為平行四邊形。單晶電子衍射花樣就是(uvw)*0零層倒易截面的放大像。多晶試樣可以看成是由許多取向任意的小單晶組成的。故可設(shè)想讓一個(gè)小單晶的倒易點(diǎn)陣?yán)@原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)， 同一反射面hkl的各等價(jià)倒易點(diǎn)(即(hkl)平面族中各平面)將分布在以1/dhkl為半徑的球面上，而不同的反射面，其等價(jià)倒易點(diǎn)將分布在半徑不同的同心球面上，這些球面與反射球

13、面相截，得到一系列同心園環(huán)，自反射球心向各園環(huán)連線(xiàn)，投影到屏上，就是多晶電 子衍射圖。非晶的衍射花樣為一個(gè)圓斑16、制備薄膜樣品的基本要求是什么，具體工藝過(guò)程如何？雙噴減薄與離子減薄各用于制備什么樣品？答案均為同學(xué)整理，僅供參考4解：要求：1） 薄膜樣品的組織結(jié)構(gòu)必須和大塊樣品相同，在制備的過(guò)程中，這些組織結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。2） .樣品相對(duì)電子束而言必須有足夠的“透明度”，因?yàn)橹挥袠悠纺鼙浑娮邮高^(guò)，才有可 能進(jìn)行觀察分析。3） .薄膜樣品應(yīng)有一定的強(qiáng)度和剛度， 在制備的、夾持和操作過(guò)程中，在一定的機(jī)械力作用 下不會(huì)引起變形或損壞。4.在樣品的制備過(guò)程中不允許表面產(chǎn)生氧化和腐蝕。氧化和腐蝕會(huì)是

14、樣品的透明度下降，并造成多種假象。工藝過(guò)程：1） .從實(shí)物或大塊試樣上切割厚度為0.30.5mm厚的薄片。導(dǎo)電樣品用電火花線(xiàn)切割法； 對(duì)于陶瓷等不導(dǎo)電樣品可用金剛石刃內(nèi)圓切割機(jī)。2） .樣品薄片的預(yù)先減薄。有兩種方法：機(jī)械閥和化學(xué)法。3） .最終減薄。金屬試樣用雙噴電解拋光。對(duì)于不導(dǎo)電的陶瓷薄膜樣品，可采用如下工藝。 首先用金剛石刃內(nèi)切割機(jī)切片，再進(jìn)行機(jī)械研磨，最后采用離子減薄。金屬試樣用雙噴電解拋光。不導(dǎo)電的陶瓷薄膜樣品離子減薄。17.什么是衍射襯度？它與質(zhì)厚襯度有什么區(qū)別？答：由于樣品中不同位相的衍射條件不同而造成的襯度差別叫衍射襯度。它與質(zhì)厚襯度的區(qū)別：（1）、質(zhì)厚襯度是建立在原子對(duì)電子

15、散射的理論基礎(chǔ)上的，而衍射襯度則是利用電子通過(guò)不 同位相晶粒是的衍射成像原理而獲得的襯度，利用了布拉格衍射角。（2）質(zhì)厚襯度利用樣品薄膜厚度的差別和平均原子序數(shù)的差別來(lái)獲得襯度，而衍射襯度則是 利用不同晶粒的警惕學(xué)位相不同來(lái)獲得襯度。（3）質(zhì)厚襯度應(yīng)用于非晶體復(fù)型樣品成像中，而衍射襯度則應(yīng)用于晶體薄膜樣品成像中。18、畫(huà)圖說(shuō)明衍射成像的原理并說(shuō)明什么是明場(chǎng)像，暗場(chǎng)像與中心暗場(chǎng)像答：190頁(yè)圖13.3明場(chǎng)像：讓透射束透過(guò)物鏡光闌而把衍射束當(dāng)?shù)舻膱D像。暗場(chǎng)像：移動(dòng)物鏡光闌的位置，使其光闌孔套住hkl斑點(diǎn)把透射束當(dāng)?shù)舻玫降膱D像。 中心暗場(chǎng)像：當(dāng)晶粒的hkl衍射束正好通過(guò)光闌孔而投射束被當(dāng)?shù)羲玫降膱D

16、像。19.電子束入射固體樣品表面會(huì)激發(fā)哪些信號(hào)？它們有哪些特點(diǎn)和用途？答：電子束入射固體樣品表面會(huì)激發(fā)出背散射電子，二次電子，吸收電子，透射電子，特 征X射線(xiàn)，俄歇電子六種。（1）背散射電子是固體樣品中的原子核反彈回來(lái)的部分入射電子， 它來(lái)自樣品表層幾百納米的深度范圍。由于它的產(chǎn)額能隨樣品原子序數(shù)增大而增大，所以不僅能用做形貌分析，而且可以用來(lái)顯示原子序數(shù)的襯度，定性地用做成分分析。（2）二次電子是在入射電子束作用下被轟擊出來(lái)離開(kāi)樣品表面的核外電子。它來(lái)自表層510nm的深度范圍內(nèi)，它對(duì)樣品表面形貌十分敏感，能用來(lái)非常有效的顯示樣品的表面形貌。（3）吸收電子是非散射 電子經(jīng)多次彈性散射之后被樣

17、品吸收的部分，它能產(chǎn)生原子序數(shù)襯度，同樣也可以用來(lái)進(jìn)行定性的微區(qū)成分分析。 透射電子是入射電子穿過(guò)薄樣品的部分，它的信號(hào)由微區(qū)的厚度，成 分和晶體結(jié)構(gòu)來(lái)決定?？梢岳锰卣髂芰繐p失電子配合電子能量分析器進(jìn)行微區(qū)成分分析。（5）特征X射線(xiàn)由樣品原子內(nèi)層電子被入射電子激發(fā)或電離而成，可以用來(lái)判定微區(qū)存在的兀素。（6）俄歇電子是由內(nèi)層電子能級(jí)躍遷所釋放的能量將空位層的外層電子發(fā)射出去而產(chǎn)生的， 平均自由程很小，只有1nm左右，可以用做表面層成分分析。20.掃描電鏡的分辨率受哪些因素影響，用不同的信號(hào)成像時(shí)，其分辨率有何不同答：電子束束斑大小，檢測(cè)信號(hào)的類(lèi)型，檢測(cè)部位的原子序數(shù)是影響掃描電鏡分辨率的三

18、大因素。用不同答案均為同學(xué)整理，僅供參考5信號(hào)成像，其分辨率相差較大，列表說(shuō)明：信號(hào)二次電子背散射電子吸收電子特征X射線(xiàn)俄歇電子分辨率(n m)510502001001000100100051021.所謂掃描電鏡的分辨率是指用何種信號(hào)成像時(shí)的分辨率？答：二次電子。22.掃描電鏡的成像原理與透時(shí)電鏡有何不同？答：兩者完全不同。投射電鏡用電磁透鏡放大成像， 而掃描電鏡則是以類(lèi)似電視機(jī)攝影顯 像的方式，利用細(xì)聚焦電子束在樣品表面掃描時(shí)激發(fā)出的各種物理信號(hào)來(lái)調(diào)制而成。23.二次電子像和背散射電子像在顯示表面形貌襯度時(shí)有何相同與不同之處？答：相同處：均利用電子信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)行成形貌襯度不同處：1、背散射電

19、子是在一個(gè)較大的作用體積內(nèi)被入射電子激發(fā)出來(lái)的，成像單元較 大，因而分辨率較二次電子像低。2、背散射電子能量較高，以直線(xiàn)逸出，因而樣品背部的電子無(wú)法被檢測(cè)到，成一片陰影，襯度較大，無(wú)法分析細(xì)節(jié)；利用二次電子作形貌分析時(shí)，可以利用在檢測(cè)器收集光柵上加上正 電壓來(lái)吸收較低能量的二次電子，使樣品背部及凹坑等處逸出的電子以弧線(xiàn)狀運(yùn)動(dòng)軌跡被吸 收，因而使圖像層次增加，細(xì)節(jié)清晰。24.二次電子像景深很大，樣品凹坑底部都能清楚地顯示出來(lái)， 從而使圖像的立體感很強(qiáng)， 其原因何在？用二次電子信號(hào)作形貌分析時(shí)，在檢測(cè)器收集柵上加以一定大小的正電壓(一般為250-500V),來(lái)吸引能量較低的二次電子，使它們以弧線(xiàn)路

20、線(xiàn)進(jìn)入閃爍體，這樣在樣品表面某些背向檢測(cè)器或 凹坑等部位上逸出的二次電子也對(duì)成像有所貢獻(xiàn)，圖像景深增加，細(xì)節(jié)清楚。25.電子探針儀與掃描電鏡有何異同？電子探針儀如何與掃拖電鏡和透射電鏡配合進(jìn)行 組織結(jié)構(gòu)與微區(qū)化學(xué)成分的同位分析？相同點(diǎn)：1兩者鏡筒和樣品室無(wú)本質(zhì)區(qū)別。2都是利用電子束轟擊固體樣本產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行分析。不同點(diǎn)：1電子探針檢測(cè)的是特征X射線(xiàn)，掃描電鏡可以檢測(cè)多種信號(hào)，一般利用二次電子信號(hào)進(jìn) 行形貌分析。2電子探針得到的是元素分布的圖像，用于成分分析；掃描電鏡得到的是表面形貌的圖像。 電子探針用來(lái)成分分析，透射電鏡成像操作用來(lái)組織形貌分析，衍射操作用來(lái)晶體結(jié)構(gòu)分析，掃描電鏡用來(lái)表面形貌分析。26.波譜儀和能譜儀各有什么缺點(diǎn)？能譜儀：1：能譜儀分辨率比波譜儀低，能譜儀給出的波峰比較寬，容易重疊。在一般情況下，Si答案均為同學(xué)整理，僅供參考6（Li）檢測(cè)器的能量分辨率約為160eV,而波譜儀的能量分辨率可達(dá)5-10eV。2:能譜儀中因Si（Li）檢測(cè)器的鈹窗口限制了超輕元素X射線(xiàn)的測(cè)量，因此它只能分析 原子系數(shù)