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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料测试分析试题上海理工大学研究生试题XX/XX学年第二学期课程名称：现代材料分析技术教师签章：年月日教研室主任审查意见：签章：年月日1.编号栏由研究生部填写。上海理工大学研究生课程试题*XX/XX学年第学期考试课程学号姓名得分1.试述原子散射因数f和结构因数FHKL2的物理意义，结构因数和哪些因素有关系？答：原子散射因数:f=Aa/Ae=一个原子所有电子相干散射波的合成振幅/一个电子相干散射波的振幅，它反映的是一个原子中所有电子散射波的合成振幅。结构因数：式中结构振幅FHKL=Ab
2、/Ae=一个晶胞的相干散射振幅/一个电子的相干散射振幅。结构因数表征了单胞的衍射强度，反映了单胞中原子种类，原子数目，位置对晶面方向上衍射强度的影响。结构因数只与原子的种类以及在单胞中的位置有关，而不受单胞的形状和大小的影响。2.分析电子衍射和X射线衍射有何异同？*注：考题全部写在框内，不要超出边界。内容一律用黑色墨水书写或计算机打印，以便复印。3.试计算简单晶胞和底心立方晶胞的结构因子，并分析其消光情况。4.分别计算体心立方晶胞和面心立方晶胞的结构因子。5.体心立方晶体点阵常数a=，用波长=照射，试计算(110)、(200)及(211)晶面可能发生的衍射角。6.试计算出金刚石晶体的消光规律。
3、该晶体为立方晶体，单胞中有8个C原子分别位于以下位置：解：射线的波长为，用它照射铜样品，已知铜的点阵常数a=，试用布拉格方程求面反射的角。XX年材料分析测试方法复习题及答案一、单项选择题1成分和价键分析手段包括【b】WDS、能谱仪和XRDWDS、EDS和XPSTEM、WDS和XPSXRD、FTIR和Raman2分子结构分析手段包括【a】拉曼光谱、核磁共振和傅立叶变换红外光谱NMR、FTIR和WDSSEM、TEM和STEMXRD、FTIR和Raman3表面形貌分析的手段包括【d】X射线衍射和扫描电镜(b)SEM和透射电镜(c)波谱仪和X射线光电子谱仪(d)扫描隧道显微镜和SEM4透射电镜的两种主
4、要功能：【b】表面形貌和晶体结构内部组织和晶体结构表面形貌和成分价键内部组织和成分价键5下列谱图所代表的化合物中含有的基团包括：【c】C-H、OH和NH2(b)C-H、和NH2,(c)C-H、和-C=C-(d)C-H、和CO二、判断题1透射电镜图像的衬度与样品成分无关。2扫描电镜的二次电子像的分辨率比背散射电子像更高。3透镜的数值孔径与折射率有关。4放大倍数是判断显微镜性能的根本指标。5在样品台转动的工作模式下，X射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角速度的二倍。三、简答题1.扫描电镜的分辨率和哪些因素有关？为什么?和所用的信号种类和束斑尺寸有关，因为不同信号的扩展效应不同，例如二次电子产生的
5、区域比背散射电子小。束斑尺寸越小，产生信号的区域也小，分辨率就高。2原子力显微镜的利用的是哪两种力，又是如何探测形貌的？范德华力和毛细力。以上两种力可以作用在探针上，致使悬臂偏转,当针尖在样品上方扫描时，探测器可实时地检测悬臂的状态，并将其对应的表面形貌像显示纪录下来。3.在核磁共振谱图中出现多重峰的原因是什么？多重峰的出现是由于分子中相邻氢核自旋互相偶合造成的。在外磁场中，氢核有两种取向，与外磁场同向的起增强外场的作用，与外磁场反向的起减弱外场的作用。根据自选偶合的组合不同，核磁共振谱图中出现多重峰的数目也有不同，满足“n+1”规律4什么是化学位移，在哪些分析手段中利用了化学位移？同种原子处
6、于不同化学环境而引起的电子结合能的变化，在谱线上造成的位移称为化学位移。在XPS、俄歇电子能谱、核磁共振等分析手段中均利用化学位移。5。拉曼光谱的峰位是由什么因素决定的,试述拉曼散射的过程。拉曼光谱的峰位是由分子基态和激发态的能级差决定的。在拉曼散射中，若光子把一部分能量给样品分子，使一部分处于基态的分子跃迁到激发态，则散射光能量减少，在垂直方向测量到的散射光中，可以检测到频率为说明阿贝成像原理及其在透射电镜中的具体应用方式。答：阿贝成像原理：平行入射波受到有周期性特征物体的散射作用在物镜的后焦面上形成衍射谱，各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的特征的像。在透射电镜中的具体应用方式。利
7、用阿贝成像原理，样品对电子束起散射作用，在物镜的后焦面上可以获得晶体的衍射谱，在物镜的像面上形成反映样品特征的形貌像。当中间镜的物面取在物镜后焦面时,则将衍射谱放大，则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样；当中间镜物面取在物镜的像面上时，则将图像进一步放大,这就是电子显微镜中的成像操作。五、计算题用CuKX射线的作为入射光时，某种氧化铝的样品的XRD图谱如下，谱线上标注的是2的角度值，根据谱图和PDF卡片判断该氧化铝的类型，并写出XRD物相分析的一般步骤。答：确定氧化铝的类型根据布拉格方程2dsin=n，d=/(2sin)对三强峰进行计算：,与卡片10-0173(转载于:写论文网:材料测试分析试题)
8、-Al2O3符合，进一步比对其他衍射峰的结果可以确定是-Al2O3。XRD物相分析的一般步骤。测定衍射线的峰位及相对强度I/I1：再根据2dsin=n求出对应的面间距d值。(1)以试样衍射谱中三强线面间距d值为依据查Hanawalt索引。(2)按索引给出的卡片号找出几张可能的卡片，并与衍射谱数据对照。(3)如果试样谱线与卡片完全符合，则定性完成。六、简答题1透射电镜中如何获得明场像、暗场像和中心暗场像？答：如果让透射束进入物镜光阑，而将衍射束挡掉，在成像模式下，就得到明场象。如果把物镜光阑孔套住一个衍射斑，而把透射束挡掉，就得到暗场像，将入射束倾斜，让某一衍射束与透射电镜的中心轴平行，且通过物
9、镜光阑就得到中心暗场像。2简述能谱仪和波谱仪的工作原理。答：能量色散谱仪主要由Si(Li)半导体探测器、在电子束照射下，样品发射所含元素的荧光标识X射线，这些X射线被Si(Li)半导体探测器吸收，进入探测器中被吸收的每一个X射线光子都使硅电离成许多电子空穴对，构成一个电流脉冲，经放大器转换成电压脉冲，脉冲高度与被吸收的光子能量成正比。最后得到以能量为横坐标、强度为纵坐标的X射线能量色散谱。在波谱仪中，在电子束照射下，样品发出所含元素的特征x射线。若在样品上方水平放置一块具有适当晶面间距d的晶体，入射X射线的波长、入射角和晶面间距三者符合布拉格方程时，这个特征波长的X射线就会发生强烈衍射。波谱仪
10、利用晶体衍射把不同波长的X射线分开，即不同波长的X射线将在各自满足布拉格方程的2方向上被检测器接收，最后得到以波长为横坐标、强度为纵坐标的X射线能量色散谱。3电子束与试样物质作用产生那些信号？说明其用途。二次电子。当入射电子和样品中原子的价电子发生非弹性散射作用时会损失其部分能量(约3050电子伏特)，这部分能量激发核外电子脱离原子，能量大于材料逸出功的价电子可从样品表面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。二次电子对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。背散射电子。背散射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子。既包括与样品中原子核作用而形成的弹性背散射电子，又包括与
11、样品中核外电子作用而形成的非弹性散射电子。利用背反射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，进行定性成分分析。X射线。当入射电子和原子中内层电子发生非弹性散射作用时也会损失其部分能量(约几百电子伏特)，这部分能量将激发内层电子发生电离，失掉内层电子的原子处于不稳定的较高能量状态，它们将依据一定的选择定则向能量较低的量子态跃迁，跃迁的过程中将可能发射具有特征能量的x射线光子。由于x射线光子反映样品中元素的组成情况，因此可以用于分析材料的成分。七、问答题1根据光电方程说明X射线光电子能谱的工作原理。(5分)以MgK射线(能量为eV)为激发源，由谱仪测某元素电子动能为，求此元
12、素的电子结合能。答：在入射X光子的作用下，核外电子克服原子核和样品的束缚，逸出样品变成光电子。入射光子的能量h被分成了三部分：电子结合能EB；逸出功S和自由电子动能Ek。h=EB+EK+S因此，如果知道了样品的功函数，则可以得到电子的结合能。X射线光电子能谱的工资原理为，用一束单色的X射线激发样品，得到具有一定动能的光电子。光电子进入能量分析器，利用分析器的色散作用，可测得起按能量高低的数量分布。由分析器出来的光电子经倍增器进行信号的放大，在以适当的方式显示、记录，得到XPS谱图，根据以上光电方程，求出电子的结合能，进而判断元素成分和化学环境。此元素的结合能EB=hEKS=2面心立方结构的结构
13、因子和消光规律是什么？如果电子束沿面心立方的【100】晶带轴入射，可能的衍射花样是什么，并对每个衍射斑点予以标注？补充简答题：1.X射线产生的基本条件答：产生自由电子；使电子做定向高速运动；在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物。2.连续X射线产生实质答：假设管电流为10mA，则每秒到达阳极靶上的电子数可达个，如此之多的电子到达靶上的时间和条件不会相同，并且绝大多数达到靶上的电子要经过多次碰撞，逐步把能量释放到零，同时产生一系列能量为hv的光子序列，这样就形成了连续X射线。3.特征X射线产生的物理机制答：原子系统中的电子遵从刨利不相容原理不连续的分布在K、L、M、N等不同能级的壳层上，而且
14、按能量最低原理从里到外逐层填充。当外来的高速度的粒子动能足够大时，可以将壳层中某个电子击出去，于是在原来的位置出现空位，原子系统的能量升高，处于激发态，这时原子系统就要向低能态转化，即向低能级上的空位跃迁，在跃迁时会有一能量产生，这一能量以光子的形式辐射出来，即特征X射线。4.短波限、吸收限答：短波限：X射线管不同管电压下的连续谱存在的一个最短波长值。吸收限：把一特定壳层的电子击出所需要的入射光最长波长。5.X射线相干散射与非相干散射现象答：相干散射：当X射线与原子中束缚较紧的内层电子相撞时，电子振动时向四周发射电磁波的散射过程。非相干散射：当X射线光子与束缚不大的外层电子或价电子或金属晶体中的自由电子相撞时的散射过程。6.光电子、荧光X射线以及俄歇电子的含义答：光电子：光电效应中由光子激发所产生的电子。荧光X射线：由X射线激发所产生的特征X射线。俄歇电子：原子外层电子跃迁填补内层空位后释放能量并产生新的空位，这些能量被包括空位层在内的临近原子或较外层电子吸收，受激发逸出原子的电子叫做俄歇电子。7.X射线吸收规律、线吸收系数答：X射线吸收规律：强度为I的特征X射线在均匀物质内部通过时，强度的衰减与在物质内通过的距离x成比例，即-dI/I=dx。线吸收系数：即为上式中的，指在X射线传播方向上，单位长度上的X射线强弱衰减程度。8
