材料研究方法复习
X射线,SEM（扫描电子显微镜）,TA,DTA,DSC,TG,红外,拉曼
1．X射线的本质是什么？是谁首先发现了X射线，谁揭示了X射线的本质？
本质是一种波长很短的电磁波，其波长介于0.01-1000A。1895年由德国物理学家伦琴首先发现了X射线，1912年由德国物理学家laue揭示了X射线本质。
2．试计算波长0.071nm（Mo-Kα）和0.154A（Cu-Kα）的X射线束，其频率和每个量子的能量？
E=hν=hc/λ
3．试述连续X射线谱与特征X射线谱产生的机理
连续X射线谱:从阴极发出的电子经高压加速到达阳极靶材时，由于单位时间内到达的电子数目极大，而且达到靶材的时间和条件各不相同，并且大多数电子要经过多次碰撞，能量逐步损失掉，因而出现连续变化的波长谱。
特征X射线谱: 从阴极发出的电子在高压加速后，如果电子的能量足够大而将阳极靶原子中内层电子击出留下空位，原子中其他层电子就会跃迁以填补该空位，同时将多余的能量以X射线光子的形式释放出来，结果得到具有固定能量，频率或固定波长的特征X射线。
4. 连续X射线谱强度随管电压、管电流和阳极材料原子序数的变化规律？
发生管中的总光子数(即连续X射线的强度)与:
1 阳极原子数Z成正比;
2 与灯丝电流i成正比;
3 与电压V二次方成正比:
I 正比于i Z V2
可见，连续X射线的总能量随管电流、阳极靶原子序数和管电压的增加而增大
5. Kα线和Kβ线相比，谁的波长短？谁的强度高？
Kβ线比Kα线的波长短，强度弱
6．实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以Fe为主要成分的样品，试选择合适的X射线管和合适的滤波片？
实验中选择X射线管要避免样品强烈吸收入射X射线产生荧光幅射，对分析结果产生干扰。必须根据所测样品的化学成分选用不同靶材的X射线管。
其选择原则是：
Z靶≤Z样品+1
应当避免使用比样品中的主元素的原子序数大2－6（尤其是2）的材料作靶材。
滤波片材料选择规律是：
Z靶＜40时：
Z滤＝Z靶－1
Z靶＞40时：
Z滤＝Z靶－2
例如: 铁为主的样品，选用Co或Fe靶,不选用Ni或Cu靶；对应滤波片选择Mn
7. X射线与物质的如何相互作用的，产生那些物理现象？
X射线与物质的作用是通过X射线光子与物质的电子相互碰撞而实现的。
与物质作用后会产生X射线的散射（弹性散射和非弹性散射），X射线的吸收，光电效应与荧光辐射等现象
8. X射线强度衰减规律是什么？质量吸收系数的计算？
X射线通过整个物质厚度的衰减规律：
I/I0 = exp(-μx)
式中I/I0称为X射线穿透系数，I/I0 ＜1。I/I0愈小,表示x射线被衰减的程度愈大。μ为线性吸收系数
μm表示，μm＝μ/ρ
如果材料中含多种元素，则μm＝Σμmi w i其中w i为质量分数
9．下列哪些晶面属于[111]晶带？
（111）、（3
21）、（231）、（211）、（101）、（101）、（133），（-1-10），（1-12），
（1-
32），（0-11），（212），为什么？
晶面（crystal plane）——晶体结构一系列原子所构成的平面。
在晶体中如果许多晶面同时平行于一个轴向,前者总称为一个晶带,后者为晶带轴。
hu+kv+lw=0
与[111]晶带垂直，彼此相互平行
10．下面是某立方晶系物质的几个晶面，试将它们的面间距从大到小按次序
重新排列：（12-
3），（100），（200），（
-
311），（121），（111），（-210），（220），（130），
（030），（2-
21），（110）。
参考ch7-2-XRD P37
11.某正交（斜方）晶体的a=7.417Å, b=4.945Å, c=2.547Å, 计算d110和
d200。
参考ch7-2-XRD P37
12. X射线衍射与可见光反射的差异
可见光的反射只是物体表面上的光学现象，而衍射是一定厚度内许多相同间距的晶面共同作用的结果；
可见光在任意入射角方向都能产生反射，而X射线只能在有限的布拉格方向发生反射。因此X射线的反射是选择性的反射。
13. 请问是hkl值大的还是小的面网容易出现衍射？要使某个晶体的衍射数
量增加，你选长波的X射线还是短波的？
2dsinθ=nλ，hkl小，则d hkl大，衍射角θ也小，可观测衍射线多，因此~~ 由于s inθ<1 所以要产生衍射，必须有d >λ/2 用短波的X射线
14. 布拉格方程2dsinθ=λ中的d、θ、λ分别表示什么？布拉格方程式有何
用途？
d为某一面网间距(可以把某一面网的n级衍射看成另一假想面(其面网间距d hkl =d/n）的一级衍射)，θ为Bragg角，又称衍射角；λ为入射X射线波长
布拉格方程的应用：
1）已知波长λ的X射线，测定θ角，计算晶体的晶面间距d，结构分析；
2）已知晶体的晶面间距，测定θ角，计算X射线的波长，X射线光谱学。
15. 衍射线在空间的方位取决于什么？而衍射线的强度又取决于什么？
前者取决于衍射角，后者由多种因素决定。相对强度 I 相对=F 2P （1+cos 22θ/
sin2θcos θ） e -2M
F-结构因子； P-多重性因子； e -2M -温度因子； 分式
为角因子
16. 原子散射因数的物理意义是什么？某元素的原子散射因数与其原子序数有何关系？
原子散射因子f=一个原子散射波的振幅 /一个自由电子散射波振幅，f 相当于散射X 射线的有效电子数。表明一束非偏振的X-ray 经过电子散射后，散射波的强度在空间上的分布不相同，即被偏振化了
Z 增大，f 增大
17.多重性因子的物理意义是什么？某立方晶系晶体，其{100}的多重性因子是多少？如该晶体转变为四方晶系，这个晶面族的多重性因子会发生什么变化？为什么？
多重性因子表示多晶体中某一晶面族{hkl}中等同晶面的数目。
立方晶系晶体，其{100}的多重性因子是6
如该晶体转变为四方晶系？？？
18．衍射强度的影响因数有哪些，各有什么物理意义M
c
e A F P V V mc e R I I 22222230)()(32-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=θθφπλ
见课本P26-27 19. 非晶态物质的x 射线衍射图样与晶态物质的有何不同？
非晶态物质由于其结构的近程有序、长程无序，因而与X 射线作用不会发生相干散射与衍射。因此在其衍射图样上不能得到特征X 射线谱且其强度I 随2θ角变化不明显。
20. 对于晶粒直径分别为100，75，50，25nm 的粉末衍射图形，请计算由于晶粒细化引起的衍射线条宽化幅度B （设θ=450，λ=0.15nm ）。对于晶粒直径为25nm 的粉末，试计算θ=100、450、800时的B 值。
由Scherrer （谢乐）公式 t=k λ/Bcos θ
t ：在hkl 法线方向上的平均尺寸（Å）
k ：Scherrer 形状因子：0.89
B ：衍射峰的半高宽（弧度）
