材料分析技術(shù)1

1、時(shí)間：待定時(shí)間：待定地點(diǎn)：待定地點(diǎn)：待定考試有關(guān)事宜安排：考試有關(guān)事宜安排：一、名詞解釋?zhuān)ü惨弧⒚~解釋?zhuān)ü?小題，每小題小題，每小題6分，共分，共24分）分）二、填空題（共二、填空題（共13小題，每空小題，每空1分，共分，共20分）分）三、簡(jiǎn)答題（共三、簡(jiǎn)答題（共5小題，共小題，共56分）分）考試題型：考試題型：第一章第一章 X射線物理學(xué)基礎(chǔ)射線物理學(xué)基礎(chǔ)第二章第二章 X射線衍射方向射線衍射方向第三章第三章 X射線衍射強(qiáng)度射線衍射強(qiáng)度第四章第四章 多晶體分析方法多晶體分析方法第五章第五章 物相分析及點(diǎn)陣參數(shù)精確測(cè)定物相分析及點(diǎn)陣參數(shù)精確測(cè)定第六章第六章 宏觀殘余應(yīng)力的測(cè)定宏觀殘余應(yīng)力的測(cè)定第

2、七章第七章 X射線光電子能譜射線光電子能譜第八章第八章 電子光學(xué)基礎(chǔ)電子光學(xué)基礎(chǔ)第九章第九章 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡第十章第十章 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡第十一章第十一章 電子探針顯微分析電子探針顯微分析第一章第一章 X X射線物理學(xué)基礎(chǔ)射線物理學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) X射線的性質(zhì)射線的性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) X射線的產(chǎn)生及射線的產(chǎn)生及X射線譜射線譜第三節(jié)第三節(jié) X射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用 第一節(jié)第一節(jié) X射線的性質(zhì)射線的性質(zhì)X射線的波長(zhǎng)：射線的波長(zhǎng)： 0.0110 nm用于衍射分析的用于衍射分析的X射線：射線：0.050.25 nm1、X射線波長(zhǎng)射線波長(zhǎng)，是由高速帶電粒子與物

3、質(zhì)原子，是由高速帶電粒子與物質(zhì)原子中的內(nèi)層電子作用而產(chǎn)生的。中的內(nèi)層電子作用而產(chǎn)生的。X射線的特征射線的特征：波長(zhǎng)短，能量大，穿透物質(zhì)的能力強(qiáng)。：波長(zhǎng)短，能量大，穿透物質(zhì)的能力強(qiáng)。波長(zhǎng)長(zhǎng)的波長(zhǎng)長(zhǎng)的X射線（射線（1 ），能量較低，稱為），能量較低，稱為軟軟X射線射線；波長(zhǎng)短的波長(zhǎng)短的X射線，能量大，稱為射線，能量大，稱為硬硬X射線射線。有一定的頻率和波長(zhǎng)，并可以傳播，反映物質(zhì)的連續(xù)性。有一定的頻率和波長(zhǎng)，并可以傳播，反映物質(zhì)的連續(xù)性。是具有一定是具有一定能量能量的粒子流，反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的分立性。的粒子流，反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的分立性。X射線的頻率射線的頻率、波長(zhǎng)、波長(zhǎng)及其光子的能量及其光子的能量E和動(dòng)量和

4、動(dòng)量P之間存在如下關(guān)系：之間存在如下關(guān)系： 其光子的能量：其光子的能量： 動(dòng)量：動(dòng)量： h 普朗克常數(shù)，等于普朗克常數(shù)，等于6.62610-34 J s; c X射線的速度，等于射線的速度，等于2.998108 m/s.hcEhhPhc波長(zhǎng)越短波長(zhǎng)越短X射線能量越大。射線能量越大。第二節(jié)第二節(jié) X射線的產(chǎn)生及射線的產(chǎn)生及X射線譜射線譜 1、產(chǎn)生原理、產(chǎn)生原理 高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體高速運(yùn)動(dòng)的電子與物體(靶靶)碰撞時(shí)，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)碰撞時(shí)，發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運(yùn)動(dòng)受阻失去動(dòng)能，其中一小部分（動(dòng)受阻失去動(dòng)能，其中一小部分（1%左右）能量轉(zhuǎn)變成左右）能量轉(zhuǎn)變成X射線，射線，而絕大部分（而絕大部

5、分（99%左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。高速運(yùn)動(dòng)的電子被突然高速運(yùn)動(dòng)的電子被突然減速減速時(shí)，就能產(chǎn)生時(shí)，就能產(chǎn)生X射線。射線。 產(chǎn)生自由電子；產(chǎn)生自由電子； 使電子作定向的高速運(yùn)動(dòng)使電子作定向的高速運(yùn)動(dòng); 在其運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置一個(gè)障礙物使電子突然減速或停止。在其運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置一個(gè)障礙物使電子突然減速或停止。 特征特征X X射線譜產(chǎn)生的原因射線譜產(chǎn)生的原因：靶材中的電子分布在靶材中的電子分布在K, L, M, N, 各層，各具有特定的能量各層，各具有特定的能量(遞增遞增)。若電子將若電子將K層能級(jí)中的電子擊出，原子將處于層能級(jí)中的電子擊出，原子將處于K

6、激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)。其它高能態(tài)的電子向其它高能態(tài)的電子向K層躍遷，放出特定波長(zhǎng)的層躍遷，放出特定波長(zhǎng)的X光子光子特征特征X射線射線。如如L層電子躍遷到層電子躍遷到K層，此時(shí)能量差為層，此時(shí)能量差為:KLLK這一能量差以這一能量差以X射線光量子的形式輻射出來(lái)，射線光量子的形式輻射出來(lái)，變成光子能量：變成光子能量：KLchh對(duì)于原子序數(shù)為對(duì)于原子序數(shù)為Z的物質(zhì)而言，各原子能級(jí)所具有的能量是固定的，的物質(zhì)而言，各原子能級(jí)所具有的能量是固定的，所以，所以，kL是固定值，是固定值，也隨之固定。也隨之固定。這就是這就是特征特征X射線波長(zhǎng)為定值射線波長(zhǎng)為定值的原因。的原因。特征特征X射線的波長(zhǎng)僅與原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有

7、關(guān)，射線的波長(zhǎng)僅與原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，它標(biāo)識(shí)著原子的特征。它標(biāo)識(shí)著原子的特征。定性分析定性分析為什么特征為什么特征X射線的波長(zhǎng)是定值？射線的波長(zhǎng)是定值？需要最低的管電壓需要最低的管電壓U激發(fā)激發(fā)，它由陽(yáng)極靶的原子序數(shù)，它由陽(yáng)極靶的原子序數(shù)Z決定；決定；陽(yáng)極靶不同，特征陽(yáng)極靶不同，特征X射線譜的波長(zhǎng)也不同；射線譜的波長(zhǎng)也不同；UU激激時(shí)，特征時(shí)，特征X射線譜的波長(zhǎng)不變，射線譜的波長(zhǎng)不變， 而強(qiáng)度按而強(qiáng)度按n次方的規(guī)律增大。次方的規(guī)律增大。特征特征X射線譜的特點(diǎn)：射線譜的特點(diǎn)：Mo靶靶X射線管的射線管的X射線強(qiáng)度曲線射線強(qiáng)度曲線 X射線與物質(zhì)相互作用，就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束射線與物質(zhì)相互作用，就其能

8、量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，可分為三部分：射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，可分為三部分：l一部分一部分透過(guò)透過(guò)物質(zhì)繼續(xù)沿原來(lái)的方向傳播物質(zhì)繼續(xù)沿原來(lái)的方向傳播 （波長(zhǎng)改變和不改變部分）（波長(zhǎng)改變和不改變部分）l一部分一部分被吸收被吸收（真吸收（真吸收光電效應(yīng)、俄歇效應(yīng)光電效應(yīng)、俄歇效應(yīng)、 熒光熒光X射線、正電子吸收、熱散能量）射線、正電子吸收、熱散能量）l一部分一部分被散射被散射（相干散射和非相干散射）（相干散射和非相干散射）當(dāng)入射光量子的能量等于或略大于吸收體原子某殼層電子的結(jié)合能時(shí)，當(dāng)入射光量子的能量等于或略大于吸收體原子某殼層電子的結(jié)合能時(shí)，此光量子就很容易被電子吸收，獲得能量的電子從內(nèi)層逸出成為

9、自由電此光量子就很容易被電子吸收，獲得能量的電子從內(nèi)層逸出成為自由電子，稱子，稱光電子光電子，原子則處于相應(yīng)的激發(fā)態(tài)。這種原子被入射輻射電離，原子則處于相應(yīng)的激發(fā)態(tài)。這種原子被入射輻射電離的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)光電效應(yīng)。光電效應(yīng)消耗大量入射能量，表現(xiàn)為吸收系數(shù)突增，對(duì)應(yīng)的入射波長(zhǎng)即為光電效應(yīng)消耗大量入射能量，表現(xiàn)為吸收系數(shù)突增，對(duì)應(yīng)的入射波長(zhǎng)即為吸收限吸收限。光電效應(yīng)引起物質(zhì)的吸收限光電效應(yīng)引起物質(zhì)的吸收限K層電子被光量子擊出后，層電子被光量子擊出后，L層電子躍入層電子躍入K層，此時(shí)多余的能量（層，此時(shí)多余的能量（EL-EK）不）不以輻射以輻射X光量子的方式放出，而是被另一光量子的方式放

10、出，而是被另一L層電子吸收而逸出層電子吸收而逸出L層，層， 這樣，這樣，一個(gè)一個(gè)K層空位造成兩個(gè)層空位造成兩個(gè)L層空位，這一過(guò)程稱為層空位，這一過(guò)程稱為俄歇效應(yīng)俄歇效應(yīng)。躍出。躍出L層的電層的電子稱為子稱為俄歇電子俄歇電子。俄歇電子俄歇電子 E（ElEk）俄歇電子的能量與激發(fā)源（光或電子）的能量無(wú)關(guān)，只取決于物質(zhì)的能級(jí)俄歇電子的能量與激發(fā)源（光或電子）的能量無(wú)關(guān)，只取決于物質(zhì)的能級(jí)結(jié)構(gòu)，是元素的特征值。結(jié)構(gòu)，是元素的特征值。俄歇俄歇效應(yīng)效應(yīng)特別適合做表面輕元素的分析特別適合做表面輕元素的分析。如果以如果以表示熒光產(chǎn)額，表示熒光產(chǎn)額，A表示俄歇電子的幾表示俄歇電子的幾率，則率，則A和和之間的關(guān)系應(yīng)為：之