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1、References 材料研究方法复习材料研究方法复习 X 射线射线,SEM（扫描电子显微镜）（扫描电子显微镜）,TA,DTA,DSC,TG,红外红外,拉曼拉曼 1 X 射线的本质是什么？是谁首先发现了射线的本质是什么？是谁首先发现了 X 射线， 谁揭示了射线， 谁揭示了 X 射线的本射线的本 质？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 试计算波长试计算波长 0.071nm（Mo-K）和）和 0.154A（Cu-K）的）的 X 射线束，射线束，
2、 其频率和每个量子的能量？其频率和每个量子的能量？ E=h=hc/ 3 试述连续试述连续 X 射线谱与特征射线谱与特征 X 射线谱产生的机理射线谱产生的机理 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
3、波长的特征 X 射线。 4. 连续连续 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？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. K线和线和 K线相比，谁的波长短？谁的强度高？线相比，谁的波长短？谁的强度高？ References K线比 K线的波长短，强度弱 6实验中选择实验中选择 X 射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以射线管以及滤波
4、片的原则是什么？已知一个以 Fe 为主要为主要 成分的样品，试选择合适的成分的样品，试选择合适的 X 射线管和合适的滤波片？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26（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
5、？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？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(- x) 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。为线性吸收系数 m表示，m/ 如果材料中含多种元素，则mmiwi 其中wi为质量分数 9下列哪些晶面属于下列
6、哪些晶面属于111晶带？晶带？ （111） 、 （ 32 1） 、 （231） 、 （211） 、 （101） 、 （101） 、 （133） ， （ 1 10） ， （1 12） ， （1 32） ， （0 11） ， （212） ，为什么？ References 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下面是某下面是某立方晶系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物质的几个晶面，试将它们的面间距从大到小按次序 重
7、新排列： （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）晶体的某正交（斜方）晶体的 a=7.417, b=4.945, c=2.547, 计算计算 d110 和和 d200。 参考 ch7-2-XRD P37 12. X 射线衍射与可见光反射的差异射线衍射与
8、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，你选长波的量增加，你选长波的 X 射线还是短波的？射线还是短波的？ 2dsin=n， hkl 小，则 dhkl大，衍射角 也小，可观测衍射线多，因此 由于 sin/2 用短波的 X 射线 14. 布拉格方程布拉格方程 2ds
9、in= 中的中的 d、 分别表示什么？布拉格方程式有何分别表示什么？布拉格方程式有何 用途？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 dhkl =d/n）的一级衍射)，为Bragg角，又称衍射角；为入射X射线波长 布拉格方程的应用： 1）已知波长的X射线，测定角，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？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？ References 前者取决于衍射角，后者由多种因素决定。相对强度 I相
10、对=F2P（1+cos22/ sin2cos） 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？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，其多重性因子的物理意义是什么？某立方晶系晶体，其
11、100的多重性因子的多重性因子 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？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 衍 射 强 度 的 影 响 因 数 有 哪 些 ， 各 有 什 么 物 理 意 义数 有 哪 些 ， 各 有 什 么 物 理 意 义 M c eAFP V V mc e R II 2 2 2 2 2 23 0 )()( 32 见课本 P26-2
12、7 19. 非晶态物质的非晶态物质的 x 射线衍射图样与晶态物质的有何不同？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 2 角变化不明显。 20. 对于晶粒直径分别为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晶粒细化引起的衍射线条宽化幅度 B（设（设 =450，=0.15nm） 。对于晶粒直径为） 。对于晶粒直径为 25nm 的粉末，试计算的粉末，试计算 =100、
13、450、800 时的时的 B 值。值。 由Scherrer（谢乐）公式 t=k/Bcos t：在hkl法线方向上的平均尺寸（） k：Scherrer形状因子：0.89 B：衍射峰的半高宽（弧度） References 21. 多多晶体衍射的积分强度表示什么？今有一张用晶体衍射的积分强度表示什么？今有一张用 CuK 摄得的钨（体心立摄得的钨（体心立 方）的德拜图相，试计算出头方）的德拜图相，试计算出头 4 根线的相对积分强度（不计算根线的相对积分强度（不计算 A（）和）和 e -2M， 以最强线的强度为以最强线的强度为 100） 。头） 。头 4 根线的根线的 值如下：值如下： 线线 条条 1
14、20.20 2 29.20 3 36.70 4 43.60 22. CuK射线 （射线 （k=0.154nm） 照射） 照射 Cu样品， 已知样品， 已知 Cu 的点阵常数的点阵常数a=0.361nm， 试用布拉格方程求其（试用布拉格方程求其（200）反射的）反射的 角。角。 布拉格方程 2dsin= 求 d Cu 的晶系 以及对立方晶系 d=a/（h 2+k2+l2） 23. -Fe 属立方晶系， 点阵参数属立方晶系， 点阵参数 a=0.2866nm。 如用。 如用 CrKX 射线 （射线 （=0.2291nm） 照射，试求（照射，试求（110） 、 （） 、 （200）及（）及（211）可
15、发生衍射的掠射角）可发生衍射的掠射角(衍射角衍射角 ？)。 布拉格方程 2dsin= 立方晶系 d=a/（h 2+k2+l2） 24. 金刚石晶体属面心立方点阵，每个晶胞含金刚石晶体属面心立方点阵，每个晶胞含 8 个原子，坐标为： （个原子，坐标为： （0，0，0） 、） 、 （2 1 ，2 1 ，0） 、 （） 、 （2 1 ，0，2 1 ） 、 （） 、 （0，2 1 ，2 1 ） 、 （） 、 （4 1 ，4 1 ，4 1 ） 、 （） 、 （4 3 ，4 3 ，4 1 ） 、 （） 、 （4 3 ， 4 1 ，4 3 ） 、 （） 、 （4 1 ，4 3 ，4 3 ）原子散射因子）原子散射因子 f a，求其系统消光规律（，求其系统消光规律（F2 最简表达式） ，最简表达式） ， 并据此说明结构消光的概念。并据此说明结构消光的概念。 见幻灯片 ch7-3-XRD P56 晶体结构中如果存在着带心的点阵、滑移面
