同濟大學(xué)材料研究方法真題及答案解析

1、同濟大學(xué)材料學(xué)院材料學(xué)專業(yè)2007年真題及解析科目一： 代碼：821科目名稱：材料研究方法北京萬學(xué)教育科技有限公司考試年份：2007招生專業(yè)：材料學(xué)研究方向：01高性能水泥基材料 02智能材料 03新型建筑材料 04生態(tài)環(huán)境材料 05無機功能材料 06高分子功能材料07高分子材料改性 08生物醫(yī)用材料 09金屬功能材料 10納米材料 11材料體系分析與建模方法一、真題1電子束轟擊到固體樣品表面會產(chǎn)生哪些主要物理信號？研究材料的表面形貌一般收集哪種物理信號？并說明其襯度原理研究材料表面元素分原布狀況應(yīng)收集哪些信息，并收明其襯度理。2簡述DSC的種類和定量熱分析原理，舉例說明其在材料研究領(lǐng)域的應(yīng)用

2、。3請詳述電子衍射和X射線衍射的異同點。4請說述電子探針中波譜的原理和應(yīng)用，并簡述波譜與能譜在應(yīng)用方面的異同。5寫出布拉格方程，分析物質(zhì)產(chǎn)生X衍射的充要條件，簡述X射線粉末衍射物相鑒定過程。請說明樣品制備對物相鑒定的影響。6簡述特征X射線的產(chǎn)生，性質(zhì)和應(yīng)用。7簡述紅外光譜用于分子結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，說明其應(yīng)用。8采用何種手段可以研究高分子材料的結(jié)晶。9聚合物的填充改性及共混是高分子材料改的常用手段，如何研究無機填充材料在高聚物基體中的分布情況？如何研究共混物中各相的形態(tài)？10核磁共振譜中不同質(zhì)子產(chǎn)生不同化學(xué)位移的根本原因是什么？化學(xué)位移的主要影響因素有哪些？核磁共振譜中的信號強度可以提供何種信息？

3、11請詳細描述金相試樣的制備過程，并畫出碳馬氏體和高碳馬氏體的組織示意圖，解釋其區(qū)別。12舉例說明透射電鏡在金屬材料研究方面的應(yīng)用，說明其原理。13制備金屬材料透射電子顯微鏡試樣時一般采用雙噴法制樣，請詳述其原理。14請詳述多晶，非晶，納米晶體材料在透射電子顯微鏡選區(qū)稍微圖像中的區(qū)別。15擬定方案，解決玻璃體內(nèi)夾雜物的鑒定。16采用合適的現(xiàn)代技術(shù)表征法分析硅酸鹽水泥水化進程，請簡要評述你給出的方法。17敘述X射線粉末衍射分析無機材料的方法有哪幾種，并加以評述。18請簡要敘述布拉格方程在材料微觀結(jié)構(gòu)分析和表征領(lǐng)域中的應(yīng)用。二、解析1電子束轟擊到固體樣品表面會產(chǎn)生哪些主要物理信號？研究材料的表面形

4、貌一般收集哪種物理信號？并說明其襯度原理研究材料表面元素分原布狀況應(yīng)收集哪些信息，并收明其襯度理。1.參考答案：主要物理信號：1.背散射電子 2. 二次電子 3. 吸收電子 4. 透射電子 5. 特征X射線 6.俄歇電子研究表面形貌的信號：1.背散射電子 2. 二次電子6.俄歇電子研究表面元素分布應(yīng)選擇背散射電子，應(yīng)為其對元素的變化比較敏感。試題解析：2.知識點：電子與物體的相互作用3.答題思路：簡述個知識點歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)3分別為：04，06，07年。2簡述DSC的種類和定量熱分析原理，舉例說明其在材料研究領(lǐng)域的應(yīng)用。1.參考答案：DSC分為兩種。分別為功率補償型和熱流型原理

5、：DSC技術(shù)是在程序控制溫度下，測量輸入到試樣和參比物的能量差隨溫度或時間變化的一種技術(shù)。 差示掃描量熱分析法就是為克服差熱分析在定量測定上存在的這些不足而發(fā)展起來的一種新的熱分析技術(shù)。該法通過對試樣因發(fā)生熱效應(yīng)而發(fā)生的能量變化進行及時的應(yīng)有的補償，保持試樣與參比物之間溫度始終保持相同，無溫差、無熱傳遞，使熱損失小，檢測信號大。因此在靈敏度和精度方面都大有提高。DSC技術(shù)的特點：由于試樣用量少，試樣內(nèi)的溫度梯度較小且氣體的擴散阻力下降，對于功率補償型DSC有熱阻影響小的特點。應(yīng)用：1.純度分析 2.定量分析 3.純度分析 4.比熱容測定試題解析：2.知識點：DSC的種類和定量熱分析原理3.答題

6、思路：綜合分析各知識點歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)3，分別為：04，06，07年。3請詳述電子衍射和X射線衍射的異同點。1.參考答案：相同點：都是通過衍射譜線進行分析不同點：1）.透射電鏡常用雙聚光鏡照明系統(tǒng)，束斑直徑為12m，經(jīng)過雙聚光鏡的照明束相干性較好。（2）.透射電鏡有三級以上透鏡組成的成像系統(tǒng)，借助它可以提高電子衍射相機長度。普通電子衍射裝置相機長度一般為500mm左右，而透射電鏡長度可達10005000mm。（3）.可以通過物鏡和中間鏡的密切配合，進行選區(qū)電子衍射，使成像區(qū)域和電子衍射區(qū)域統(tǒng)一起來，達到樣品微區(qū)形貌分析和原位晶體學(xué)性質(zhì)測定的目的。試題解析：2.知識點：子衍射和X

7、射線衍射的異同點3.答題思路：對比兩個知識點的異同歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)3，分別為：04，06，07年。4請說述電子探針中波譜的原理和應(yīng)用，并簡述波譜與能譜在應(yīng)用方面的異同。1.參考答案：波譜儀利用某些晶體對X射線的衍射作用來達到使不同波長分散的目的。波譜儀分為兩種1.旋轉(zhuǎn)式波譜儀 2.直進式波譜儀 1)所用的Si(Li)探測器尺寸小，可裝在靠近樣品的區(qū)域：接收X射線的立體角大，X射線利用率高，可達10000脈沖/s·10-9A;而波譜儀僅幾十到幾百脈沖/s·10-9A。能譜儀在低束流下(10-1010-12A)工作，仍能達到適當(dāng)?shù)挠嫈?shù)率，束斑尺寸小，最少可達0.

8、1m3，而波譜儀大于1m3。2)分析速度快，可在23分鐘內(nèi)完成元素定性全分析。3)能譜儀不受聚焦圓的限制，樣品的位置可起伏23mm。4)工作束流小，對樣品的污染作用小。5)能進行低倍X射線掃描成象，得到大視域的元素分布圖。6)分辨本領(lǐng)比較低，只有150eV(波譜儀可達10eV)。7)峰背比小，一般為100，而波譜儀為1000。8)Si(Li)探測器必須在液氮溫度(77K)下使用，維護費用高。試題解析：2.知識點：波譜儀的原理以及和能譜儀之間的異同3.答題思路：簡述知識點歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)1，分別為：07年。5寫出布拉格方程，分析物質(zhì)產(chǎn)生X衍射的充要條件，簡述X射線粉末衍射物相鑒定

9、過程。請說明樣品制備對物相鑒定的影響。1.參考答案：布拉格方程為 2dsin=n式中 n為整數(shù)； 角稱為布拉格角或掠射角，又稱半衍射角，為入射線波長； d為晶面間距。物質(zhì)產(chǎn)生X衍射的充要條件為既滿足布拉格方程有不發(fā)生消光。鑒定過程：1.首先用粉末照相法或粉末衍射儀法獲取被測試物相的衍射圖樣。2.通過對多獲取的圖樣的分析的計算，獲得個衍射線條的2和d值以及相對強度大小。3.使用檢索手冊，查詢物相PDF卡片號。4.若是多部分析，在3完成后，對剩余強度進行排序，直至所有衍射線能夠得到解釋。影響：P102 粉末X射線物相定量分析過程中注意的問題試題解析：2.知識點：布拉格方程及X射線粉末衍射物相鑒定3

10、.答題思路：綜合分析兩部分內(nèi)容歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)3，分別為：04，06，07年。6簡述特征X射線的產(chǎn)生，性質(zhì)和應(yīng)用。1.參考答案：產(chǎn)生：凡是高速運動的電子流和其他高能輻射六（如X射線、中子流等）被突然減速時均能產(chǎn)生X射線。性質(zhì)：X射線是一種電磁波應(yīng)用：現(xiàn)代材料研究的主X射線實驗方法在材料研究中主要有以下幾種應(yīng)用：（1）X射線物相定性分析：用于確定物質(zhì)中的物相組成 （2）X射線物相定量分析：用于測定某物相在物質(zhì)中的含量（3）X射線晶體結(jié)構(gòu)分析：用于推斷測定晶體的結(jié)構(gòu)試題解析：2.知識點：X射線的基礎(chǔ)3.答題思路：簡述基本概念歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)3，分別為：04，06，0

11、7年。7簡述紅外光譜用于分子結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，說明其應(yīng)用。1.參考答案： 原因：（1）輻射具有剛好能滿足物質(zhì)躍遷時所需的能量，分子中某個基團的的振動頻率和紅外輻射的頻率一致就滿足了（2）輻射與物質(zhì)之間有相互作用，分子的偶極距必須發(fā)生變化的振動，分子振動的形式：1伸縮振動對稱伸縮振動反對稱伸縮振動2變形和彎曲伸縮振動面內(nèi)變形剪式振動面內(nèi)搖擺振動面外變形面外搖擺振動扭曲變形掘動紅外光譜振動吸收帶的類型：（） 伸縮振動區(qū)（） 叁鍵和累積雙鍵區(qū)（） 雙鍵伸縮振動區(qū)（） 伸縮振動區(qū)和變形振動區(qū)應(yīng)用：定性分析 1 試樣的分離與精制 2. 了解與試樣性質(zhì)有關(guān)的其他方面的因素 3. 圖譜的解析定量分析 試題解析

12、：2.知識點：光譜分析的基礎(chǔ)及應(yīng)用3.答題思路：簡述兩知識點歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)2次，分別為：04，07年。8采用何種手段可以研究高分子材料的結(jié)晶。1.參考答案：主要的研究方法為熱分析，詳細內(nèi)容請見P235 5.7 熱分析技術(shù)的應(yīng)用考試的時候我不建議回答此類問題，不易答全。 試題解析：2.知識點：研究方法的綜合應(yīng)用3答題思路：聯(lián)系研究方法的今本知識點與專業(yè)課內(nèi)容歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)1次，分別為：07年. 9聚合物的填充改性及共混是高分子材料改的常用手段，如何研究無機填充材料在高聚物基體中的分布情況？如何研究共混物中各相的形態(tài)？1.參考答案：研究聚合物的填充改性及共混是高

13、分子材料改性的常用手段，在分析填充材料在高聚物基體的分布情況課選用掃面電鏡或透射電鏡，其中掃描電鏡的分辨率稍低，但立體感強；透射電鏡的分辨率高，但制樣困難，且立體感差。在研究共混物中的各相形態(tài)上可采用XRD。 試題解析：2.知識點：研究方法的綜合應(yīng)用3.答題思路：聯(lián)系研究方法的今本知識點與專業(yè)課內(nèi)容歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)1次，分別為：07年. 10核磁共振譜中不同質(zhì)子產(chǎn)生不同化學(xué)位移的根本原因是什么？化學(xué)位移的主要影響因素有哪些？核磁共振譜中的信號強度可以提供何種信息？1.參考答案：某一質(zhì)子吸收峰出現(xiàn)的位置與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)子吸收峰出現(xiàn)的位置之間的差異稱為該質(zhì)子的化學(xué)位移。它是分析分子中各

14、類氫原子所處位置的重要依據(jù)。影響化學(xué)位移的因素有：原子與分子的磁屏蔽、誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)、磁各向異性效應(yīng)、范德華效應(yīng)、氫鍵效應(yīng)、溶劑效應(yīng)、介質(zhì)磁化率效應(yīng)、順磁效應(yīng)。NMR譜上可以用積分線高度反應(yīng)出信號強度。各信號峰強度之比，應(yīng)等于相應(yīng)的質(zhì)子數(shù)之比。只要將峰面積加以比較，就能確定個組質(zhì)子的數(shù)目，積分線的個階梯度高度代表了各組峰面積。于是根據(jù)積分線的高度可計算出各組峰相對應(yīng)的質(zhì)子峰。試題解析：2.知識點：NMR的基本概念3.答題思路：簡述概念歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)1次，分別為：07年11請詳細描述金相試樣的制備過程，并畫出碳馬氏體和高碳馬氏體的組織示意圖，解釋其區(qū)別。1.參考答案：這道題

15、金屬方向可選答，我不懂??！ 試題解析：2.知識點：金相樣品的制備過程及碳馬氏體和高碳馬氏體的組織 3.答題思路：無 歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)1次，分別為：07年 12舉例說明透射電鏡在金屬材料研究方面的應(yīng)用，說明其原理。1.參考答案： 透射電鏡在金相分析和金屬斷口分析方面得到了廣泛的應(yīng)用。在金屬斷口分析方面，人們借助透射電鏡比用肉眼和放大鏡更深刻地認識斷口的特征、性質(zhì)，揭示了斷裂過程機理，研究影響斷裂的各種因素，對失效分析非常有效。而在金相分析方面，利用透射電鏡的高放大倍數(shù)，可以顯示光學(xué)顯微鏡無法分辨的顯微組織細節(jié)。這是由于透射電鏡的高分辨率所致的。：分辨本領(lǐng)：指顯微鏡能分辨的樣品上兩

16、點間的最小距離；以物鏡的分辨本領(lǐng)來定義顯微鏡的分辨本領(lǐng)。光學(xué)透鏡：d0 =0.061/n·sin= 0.061/N·A，式中：是照明束波長；是透鏡孔徑半角； n是物方介質(zhì)折射率；n·sin或N·A稱為數(shù)值孔徑。在物方介質(zhì)為空氣的情況下，N·A值小于1。即使采用油浸透鏡(n=1.5；一般為70°75°)， N·A值也不會超過1.35。所以 d01/2 。因此，要顯著地提高顯微鏡的分辨本領(lǐng)，必須使用波長比可見光短得多的照明源。實際上，透鏡的分辨本領(lǐng)除了與衍射效應(yīng)有關(guān)以外，還與透鏡的像差有關(guān)（球差）。試題解析：2.知識點

17、：透射電鏡的應(yīng)用3.答題思路：介紹基本應(yīng)用及原理即可歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)1，分別為：07年 13制備金屬材料透射電子顯微鏡試樣時一般采用雙噴法制樣，請詳述其原理。1.參考答案：將電解液利用機械噴射的方法噴到試樣上將其薄化成薄膜。這種方法所獲得的薄膜與大塊樣品組織、結(jié)構(gòu)相同，但設(shè)備較為復(fù)雜。 試題解析：2.知識點：透射電鏡的樣品制備與專業(yè)課內(nèi)容3.答題思路：結(jié)合兩者作答歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)1次，分別為：07年。14請詳述多晶，非晶，納米晶體材料在透射電子顯微鏡選區(qū)稍微圖像中的區(qū)別。1.參考答案：應(yīng)該屬于超綱范圍！ 試題解析： 2.知識點：透射電子顯微鏡的應(yīng)用歷年考頻：此考

18、點在近五年中共出現(xiàn)1次，分別為：07年。15擬定方案，解決玻璃體內(nèi)夾雜物的鑒定。1.參考答案： 1.應(yīng)用透射電鏡，掃描電鏡分析夾雜物的形貌與分布2.應(yīng)用電子探針研究夾雜物的元素分布3.應(yīng)用XRD研究夾雜物的物相4.應(yīng)用熱分析研究夾雜物的相變。試題解析：2.知識點：研究方法的綜合應(yīng)用3.答題思路：結(jié)合專業(yè)與綜合應(yīng)用作答歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)1次，分別為：07年。16采用合適的現(xiàn)代技術(shù)表征法分析硅酸鹽水泥水化進程，請簡要評述你給出的方法。1.參考答案：1.應(yīng)用掃描電鏡來觀察水化各個時期的表面形貌等2，應(yīng)用XRD研究水哈各個時期的物相組成3.應(yīng)用X射線小角度衍射也可獲得很好的效果試題解析：2.知識點：研究方法的綜合應(yīng)用歷年考頻：此考點在近五年中共出現(xiàn)1，分別為：07年。 17敘述X射線粉末衍射分析無機材料的方法有哪幾種，并加以評述。1.參考答案：現(xiàn)代材料研究的主X射線實驗方法在材料研究中主要有以下幾種應(yīng)用