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1、 第一章：爱因斯坦的光电理论：E kin=hW 式中：E kin 为发射出电子的动能；W 为电极材料的功函数。电磁辐射的波粒二象性：光子能量 E=h 光子动量 p=h/ 普朗克常数 h=6.626 x10-34J.s将电磁波按波长（或频率）顺序排列即构成电磁波谱。分为三部分：(1) 长波部分：射频波及微波，常称波谱。(2) 中间部分：紫外线，可见光及红外线，常称光谱。(3) 短波部分：X 射线及 射线( 及宇宙射线)，常称射线谱。电磁波谱表如下：名称 频率(MHz) 产生机理 名称 频率(MHz) 产生机理射线 3101631012 核反应 红外线 4.01086.0106 分子振动能级跃迁X
2、 射线 3101431010 内层电子跃迁 远红外 6.0106105 分子转动能级跃迁紫外线 310107.5108 外层电子跃迁 微波 105102 分子转动能级跃迁可见光 7.51084.0108 外层电子跃迁 射频 1020.1 电子自旋，核自旋电子波的波长：当 v0=0，电场作功全部转化为电子动能，电场电压为 V。有： (单位：nm)V.1类氢原子：质子质量无限大，核外只有一个电子。量子力学指出：核外电子的运动状态和能量状态由主量子数 n，角量子数 l，磁量子数 m，自旋量子数 s 和自旋磁量子数 ms 表征。三个量子数的取值如下：主量子数 n=1，2，3 正整数。角量子数 l=0，
3、1，2 （n-1）共取 n 个值。磁量子数 m=0，1，2l 共取 2l+1 个值主量子数 n：(1) 取值：1，2 ，3，4，5，常用 K，L， M，N，O，表示。(2) 表征电子离核的平均距离，n 值相同的原子轨道处于同一电子层，该层电子的主要能量 (主能级能量)：En=-Z2R/n2式中：Z原子序数 R里德伯常数，无限大质子质量的氢的非相对论电离势。R=2.2 10-18J=13.6eV。角量子数 l：(1) 取值 n 个：0，1，2，3， n-1。 分别用 s，p, d，f， 表示，表明在 n 级电子层上有 n 个电子亚层。(2) 表征原子轨道的形状和电子轨道运动角动量大小， Pl=
4、h1)(；由 l 所确定的能级叫亚能级，l 值越大亚能级越高。磁量子数 m：(1) 取值：0， 1，2，3，l 。表明在 l 亚层上有 2l+1 个空间伸展方向不同的原子轨道。（2）表征电子轨道角动量在外磁场方向分量的大小：Pm=m；无外磁场时，同一亚层的轨道能量相同，称它们是简并的；简并轨道(能级 )的数目称为简并度。n, l, m 共同表征电子的轨道运动 s, ms 表征电子的自旋运动s 表征电子自旋角动量大小:Ps= ，取值 1/2。h1)(ms 取值1/2, 它表明电子自旋只有两个方向：正自旋和反自旋（顺时针或反时针方向） 。无外磁场存在时，m s 取值不影响电子的能量大小，即电子的正
5、反自旋是简并的；反之则产生自旋能级分裂。原子的能级可用符号 nMLJ 表示称为光谱项对应于 L=0，1，2，3，4 ， 常用大写字母 S，P，D ，F，G，表示。M 叫谱线多重性符号，表示 n 与 L 一定的光谱项由 M 个能量稍有差别的分裂能级(光谱支项) 构成。能级的分裂取决于 J，每一个光谱支项对应于 J 的一个取值，M 为 J 可能取值的个数(L 时，M=2S+1；L表示如立方晶系的族包含 6 个晶向组：=100+010+001+ 00+0 0+00 11晶面指数：求法：定原点 求截距 化最小整数 加（）将晶体中方位不同但原子排列状况相同的所有晶面组合称为一个晶面族, 用hkl表示。例
6、如立方晶系的111包含 8 个晶面组：111=(111)+( 11)+(1 1)+(11 )+( )+(1 )+( 1 )+( 1)立方系中，凡指数相同的晶向与晶面均相互垂直： 11 ( 11)2（010）与（020）面考虑晶面的空间方位，则 A1，B1，A2，B2 ，与 A1，A2，A3 ，一样，均以晶面指数（010）标识考虑二者晶面间距之不同，用（010）和（020）标识，此即干涉指数。干涉指数是材料衍射分析中常用的参数之一同时标识晶面的空间方位和晶面间距。(hkl)晶面间距记为 dhkl 则晶面间距为 dhkl/n (n 为整数) 的虚拟晶面的晶面指数为(nh nk nl)，记为(HKL
7、), 称干涉指数。（HKL)= (nh nk nl)= n(hkl), 由此可知：干涉指数可以看成是带有公约数的晶面指数。即广义的晶面指数。将干涉指数按比例化为互质整数时(n=1) ，不论晶面间距如何，干涉指数均还原为晶面指数 (hkl)。干涉指数表示的晶面不一定真有结构基元存在。引入干涉指数的概念是为了简化实际工作过程(如简化布拉格方程；建立倒易阵点与正点阵晶面的对应关系等)。对于一个由点阵基矢 a, b, c 定义的空间点阵(可称为正点阵)，如果存在另一个由点阵基矢 a*,b*,c*定义的空间点阵，满足：aa*=b b*=cc*=K(常数，通常取 1）ab*=ac*=ba*=bc*=ca*
8、=cb*=0 称由a*,b*,c*所定义的点阵为 a, b, c 所定义的点阵的倒易点阵。正点阵与倒易点阵互为倒易点阵以某一倒易阵点为坐标原点(倒易原点，一般取其与正点阵坐标原点重合) ，以 a*,b*,c*分别为三条坐标轴的单位矢量建立坐标系，由倒易原点向任意倒易阵点(倒易点)的连接矢量叫倒易矢量，用 r*HKL 表示： r*HKL=Ha*+Kb*+Lc* 式中(H,K,L)为倒易点的坐标值。r*HKL 的基本性质：r* HKL 垂直于正点阵中相应的 (HKL)晶面, 其长度 r*HKL 等于(HKL)的面间距 dHKL 的倒数。r*HKL 的两个说明：1、一个阵点指数为 HKL 的倒易点对
9、应正点阵中一组(HKL)面，(HKL)的方位与晶面间距由该倒易点相应的 r*HKL 决定；同样，正点阵中每一(HKL)对应一个倒易点，该倒易点在倒易点阵中的坐标(可称为阵点指数)即为 HKL；2、如果已知晶体的点阵参数，可求得相应的倒易点阵参数，从而建立其倒易点阵。立方晶系的晶面间距： LKHKL22ad晶体中与某一晶向uvw 平行的所有 (HKL)晶面构成一条晶带，称为uvw 晶带。晶向uvw中过点阵坐标原点的直线称为晶带轴，其矢量坐标表达式为： ruvw=ua+vb+c 由于同一晶带中各晶面的法线与晶带轴垂直，也就是各晶面的倒易矢 r*HKL 与晶带轴垂直，因此有：r uvwr*HKL=0
10、 一个晶带只有一个晶带轴，晶带轴方向可以表示晶体中各晶面在晶体中的分布特征。晶带定理：r uvwr*HKL=(ua+vb+c)(Ha*+Kb*+Lc*) =0 得：Hu+Kv+L=0 它表明了晶带轴指数uvw 与属于该晶带之晶面的晶面指数(HKL)的关系。注意：r uvw 是晶带轴uvw 的坐标矢量，而 r*HKL 是晶面组(HKL)法线的坐标矢量(倒易矢)。同一晶带中的各(HKL)晶面都与晶带轴uvw平行，因此它们的倒易矢 r*HKL 也都处于同一组倒易平面内( 该组倒易平面与构成uvw 晶带的各晶面垂直，同时也与晶带轴垂直)。过倒易坐标原点 O*的倒易平面称为（uvw） 0*零层倒易平面。
11、第二章：辐射的吸收：辐射通过物质时，某些频率的辐射被组成物质的粒子（原子、离子或分子等）选择性地吸收，从而使辐射强度减弱的现象。实质在于辐射使物质粒子发生由低能级(一般为基态) 向高能级(激发态)的能级跃迁。辐射能量被吸收的程度(吸光度 A)与光的频率 或者波长 的关系曲线称为吸收光谱。通过对材料的吸收光谱分析，可以掌握材料的成份。辐射的发射：物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。实质在于辐射跃迁，即当物质的粒子吸收能量被激发至高能态(E 2)后，瞬间（经过短时间停留 10-810-4s）返回基态或低能态(E 1)，多余的能量以电磁辐射的形式释放出来。物质激发的方式分为两类：非电磁辐射激发(非光激
12、发) 和电磁辐射激发(光激发)。非电磁辐射激发：热激发、电激发等。电磁辐射激发又称为光致发光。一次光子 、二次光子（荧光或磷光） 。荧光：吸收一次光子与发射二次光子之间延误时间短(10-810-4s) ；磷光：延误时间较长(10-410s) 。物质粒子发射辐射的强度(能量) 对 或 的分布称为发射光谱。光致发光者，则称为荧光或磷光光谱。不同物质粒子也具有各自的特征发射光谱。按辐射与物质相互作用的性质：吸收光谱、发射光谱、散射光谱(拉曼散射谱) 。按发生作用的物质微粒不同：原子光谱、分子光谱等。按强度对波长的分布(曲线)特点：线光谱、带光谱、连续光谱。辐射的散射：指电磁辐射(与物质发生相互作用)
13、 部分偏离原入射方向而分散传播的现象。散射基元：物质中与入射的辐射即入射线相互作用而致其散射的基本单元。散射基元是实物粒子，可能是分子、原子中的电子等，取决于物质结构及入射线波长大小等因素。分子散射：瑞利散射：（弹性） 、拉曼散射：（非弹性）拉曼散射谱：反斯托克斯线、斯托克斯线拉曼散射产生的实质在于入射光子与分子作用时分子的振动能级或转动能级跃迁。晶体中的电子散射：相干散射（经典散射或汤姆逊散射） 、非相干散射（康普顿-吴有训效应、康普顿散射、量子散射 ）光电离是指入射光子能量(h)足够大时，使原子或分子产生电离的现象，其过程可表示为：M+hM +e 式中：M原子或分子；M +离子；e自由电子
14、。光电子产额随入射光子能量的变化关系称为物质的光电子能谱。原子光谱：基于自由原子外层电子跃迁产生的光谱。通常包括：原子吸收光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱。X 射线荧光谱：原子内层电子跃迁。莫斯堡尔谱： 射线与原子核作用共振线:电子在基态与任一激发态之间直接跃迁所产生的谱线主共振线或第一共振线:基态与最低激发态之间跃迁产生的谱线。灵敏线:原子光谱中最容易产生的谱线。离子也产生吸收与发射光谱。原子产生的光谱线叫原子线。离子产生的叫离子线。自由原子受单色光(a)激发，外层电子由基态或低能态跃迁至高能态，短暂停留(约 10-8s)后，又跃回基态并发射辐射即为原子荧光。原子荧光是光致发光现象。分子光谱
15、是由分子能级跃迁而产生的光谱，材料分析中应用的分子光谱有：分子吸收光谱、分子荧光光谱、分子磷光光谱。分子吸收的辐射谱域与分子跃迁能级的能量差相对应，可分为紫外（吸收）光谱、可见(吸收) 光谱、红外(吸收)光谱和远红外(吸收)光谱俄歇电子的产生俄歇效应 ：X 射线激发固体中原子内层电子使原子电离，原子在发射光电子的同时内层出现空位，此时原子(实际是离子 )处于激发态，将发生较外层电子向空位跃迁以降低原子能量的过程，此过程可称为退激发或去激发过程。退激发过程有两种互相竞争的方式，即发射特征 X 射线或发射俄歇电子。俄歇电子能谱以俄歇电子强度密度( 电子数)N(E) 或其微分 dN(E)/dE为纵坐
16、标，以电子能量(E)为横坐标，即俄歇能谱是俄歇电子产额对其能量的分布。第三章：入射电子（又称为初始或一次电子）照射固体时与固体中粒子的相互作用包括：（1）入射电子的散射；（2）入射电子对固体的激发；（3）受激发粒子在固体中的传播。能量为 E0 的入射离子轰击固体时，直接或间接地迫使固体表面许多原子运动，这种过程称为级联碰撞。当表面原子获得足够的动量和能量背离表面运动时，就引起表面粒子（原子、离子、原子团等）的发射，这种现象称为溅射。第四章：材料现代分析方法是关于材料的成分、结构、微观形貌与缺陷等的现代分析、测试技术及其有关理论基础的学科。分类：基于电磁辐射及运动粒子束与物质的相互作用：光谱分析、电子能
