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1、XRD:1. X射线产生机理:(1)连续X射线的产生:任何高速运动的带电粒子突然减速时,都会产生电磁辐射。 在X射线管中,从阴极发出的带负电荷的电子在高电压的作用下以极大的速度向阳 极运动,当撞到阳极突然减速,其大部分动能变为热能都损耗掉了,而一部分动能以电磁辐 射一X射线的形式放射出来。 由于撞到阳极上的电子极多,碰撞的时间、次数及其他条件各不相同,导致产生的 X射线具有不同波长,即构成连续X射线谱。(2)特征X射线:根本原因是原子内层电子的跃迁。 阴极发出的热电子在高电压作用下高速撞击阳极; 若管电压超过某一临界值Vk,电子的动能(eVk)就大到足以将阳极物质原子中的 K层电子撞击出来,于
2、是在K层形成一个空位,这一过程称为激发。Vk称为K系激发电压。 按照能量最低原理,电子具有尽量往低能级跑的趋势。当K层出现空位后,L、M、 N外层电子就会跃入此空位,同时将它们多余的能量以X射线光子的形式释放出来。 K 系:L, M, N, .一- K,产生 Ka、Kr .,标识 X 射线 L系:M, N, O,.一L,产生La?Lp.标识X射线,特征X射线谱M系:N, O, .一一M,产生Ma.标识X射线特征谱Moseley定律1 = a (Z-以)2Z:原子序数,a、a:常数人2. X射线与物质相互作用的三个效应(1)光电效应当X射线的波长足够短时,X射线光子的能量就足够大,以至能把原子中
3、处于某一能级 上的电子打出来,X射线光子本身被吸收,它的能量传给该电子,使之成为具有一定能量的光电子,并使原 子处于高能的激发态。(2)荧光效应 外层电子填补空位将多余能量AE辐射次级特征X射线,由X射线激发出的X射线 称为荧光X射线。 衍射工作中,荧光X射线增加衍射花样背影,是有害因素 荧光X射线的波长只取决于物质中原子的种类(由Moseley定律决定),利用荧光X 射线的波长和强度,可确定物质元素的组分及含量,这是X射线荧光分析的基本原理。(3)俄歇效应俄歇效应是外层电子跃迁到空位时将多余能量AE激发另一个核外电子,使之脱离原 子。这样脱离的电子称为俄歇电子。3. 衍射理论(1)衍射几何条
4、件:Bragg公式+光学反射定律=Bragg定律Bragg公式:2 d Sin 0 = n入n整数,称为衍射级数d晶面间距,与晶体结构有关0 Bragg角或半衍射角2。衍射角(入射线与衍射线夹角)厂八 1 + cos2 20F 2 Prsin2 0 cos 0光学反射定律:当一束X射线照射到晶体上时,发生镜面反射散射线、入射线与晶面法线共 面,且在法线两侧散射线与晶面的交角等于入射线与晶面的交角。A(B) - e-2m Vii e23 . 1/ 匕丛思掘虹1 R V 20,e SA(0) =F、P、0分别为结构因数、重复因数、布拉格角4应用V式中符号意义:材料研究中的一些常规分析测试中的主要应
5、用方面:/。:摊胞参析测定度,为非偏振光入:入射乂的波长;大小、应力和应变测定观察晶体缺陷、研究晶体完整性R:(单晶材料:判断晶体对对称牌晶体取向方位、*观察晶体.TEM体积;号工作原理:为电子的电荷、质量;光速;0,F,P分别为布拉格角:、电结构因数、子重复因数;聚光镜会聚后,均匀地照射S试样上的某一待观察的微小区域上。和体积;(2)透射电子作为成像信号:电子束与试样作用,试样很薄一透射电子其强度分布房0)羊的形分别为、吸收因数、温度因数;(3)透射出的电子经一系列透镜放大投射到荧光屏上。(4) 荧光屏把电子强度分布转变为可见光强度分布图像(阴极射线发光过程)工作过程概括:电子枪发出电子束一
6、经会聚透镜会聚一照射并穿透试样一经物 镜成像一中间镜投影镜放大一电子显微像(屏或底片)2. 应用在无机材料中的应用:(1)纳米材料:确定粉末颗粒的外形轮廓、轮廓清晰度、颗粒尺寸大小和厚薄、粒度分布和聚焦或准叠状态(2)薄膜形貌:表面形貌及结构(3)陶瓷材料:研究陶瓷材料晶粒、晶界及断口形貌(4)晶体缺陷观察:晶界位错及其他界面,表面结构的TEM观察,在高压电镜中晶体缺 陷的动态观察和晶体缺陷的精细结构研究(5)静态及晶格结构的确定3. 影响因素(1)试样SEM1工作原理:(1)电子枪一电子束(交叉斑为电子源)一聚焦一微细电子束(一定能量、束流强度、束 斑直径);(2)在试样表面扫描(时间、空间
7、顺序栅网式扫描)(3)产生二次电子、背散射电子、吸收电子、特征X射线及其它物理信号;(3)探测器收集背散射电子、二次电子等信号一电讯号一视频放大一显像管成像。2.应用(1) 粉末颗粒观察:确定粉末颗粒的外形轮廓、轮廓清晰度、颗粒尺寸大小和厚薄、粒度 分布和聚焦或准叠状态(2) 薄膜形貌观察(3) 陶瓷断口形貌观察(4) 缺陷观察DSC1. 工作原理功率补偿型DSC :在试样和参比物容器下各装有一组补偿。当出现温差(AT)时:试样吸热,补偿放大器使试样热丝电流增大;至八T=0试样放热,则使参比物热丝电流增大,至AT=0。DSC常与DTA组装在一起,用更换样品杆和增加功率补偿单元达到既可作DSC,
8、又可作DTA。2. 应用(1) 玻璃化转变温度的测定(2) 熔融和结晶温度的测定(3) 确定水在化合物中的存在状态(4) 转变点的测定(5) 洁净度的测定(6) 二元相图的测绘3. 影响因素(1) 试样特性:样品用量、粒度、试样几何形状(2) 实验条件:升温速率、气体性质IR1工作原理物质因受光的作用,引起分子或原子基团的共振,从而产生对光的吸收。如果将透过物质的光辐射用单色器加以色散,使波长按长短依次排列,同时测量在不同 波长处的辐射强度,得到的是振动光谱,又叫吸收光谱。(1) 如果用的光源是红外光波,即0.761000 rm,就是红外吸收光谱。(2) 如果用的是强单色光,例如激光,产生的是
9、激光拉曼光谱。2应用无机:(1)物质化学组成的分析: 定性分析:根据谱的吸收频率的位置和形状来判断定未知物; 定量分析:按其吸收的强度来测定它们的含量。(2)作分子结构的基础研究:测定分子的键长、键角大小,并推断分子的立体构型;或根 据所得的力常数,间接得知化学键的强弱;也可以从正则振动频率来计算热力学函数等。3. 影响因素(1) 试样制备:纯度、稳定性、含水量(2) 测试条件对红外光谱的影响:1) 物理状态:对基团的吸收频率影响较小,但对峰的形状有很大的影响。气态一一峰宽且矮,小分子物质有可能具有精细结构;液态吸收带变窄,峰位稍有移动;固态吸收带更复杂,峰形更尖锐。2)溶剂的影响(极性和氢键的形成)3)溶液的浓度与温度4)样品的浓度和厚度5)仪器的性能6)样品表面反射的影响