材料现代分析方法试题(1-10)有答案.pdf

材料现代分析方法试题 1 材料学院 材料科学与工程 专业 年级 班级 材料现代分析方法 课程 2 0 0 2 0 0 学年 第 学期（）卷 期末考试题（1 2 0 分钟）考生姓名 学 号 考试时间 题 号题 号 得得 分 分 分 数分 数 主考教师：主考教师：阅卷教师：阅卷教师：一、基本概念题（共 1 0 题，每题 5 分）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？2 下列哪些晶面属于11晶带？（1）、（1）、（231）、（211）、（101）、（01）、（13），（0），（1 2），（1 2），（0 1），（212），为什么？3 多重性因子的物理意义是什么？某立方晶系晶体，其 1 0 0 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？4 在一块冷轧钢板中可能存在哪几种内应力？它们的衍射谱有什么特点？5透射电镜主要由几大系统构成?各系统之间关系如何?6透射电镜中有哪些主要光阑?分别安装在什么位置?其作用如何?7 什么是消光距离?影响晶体消光距离的主要物性参数和外界条件是什么?8 倒易点阵与正点阵之间关系如何?画出 fcc 和 bcc 晶体的倒易点阵，并标出基本矢量 a*,b*,c*。9红外测试样品需尽可能把游离水驱除干净。含游离水样品的红外谱图中在哪两个波数范围会出现吸收峰?1 0一种化合物含有两个基团与各含一个基团的两种化合物的混合物，其红外谱图有大的差别吗？为什么？一种化合物含有两个基团与各含一个基团的两种化合物的混合物，其红外谱图有大的差别吗？为什么？二、综合及分析题（共 5 题，每题 1 0 分）1 决定 X 射线强度的关系式是，试说明式中各参数的物理意义?2 比较物相定量分析的外标法、内标法、K 值法、直接比较法和全谱拟合法的优缺点？3请导出电子衍射的基本公式，解释其物理意义，并阐述倒易点阵与电子衍射图之间有何对应关系?解释为何对称入射(B/uvw)时，即只有倒易点阵原点在爱瓦尔德球面上，也能得到除中心斑点以外的一系列衍射斑点?4 单晶电子衍射花样的标定有哪几种方法？图 1 是某低碳钢基体铁素体相的电子衍射花样，请以尝试尝试校核法校核法为例，说明进行该电子衍射花样标定的过程与步骤。图 1 某低碳钢基体铁素体相的电子衍射花样 5 分别指出谱图中标记的各吸收峰所对应的基团及振动?材料现代分析方法试题 1（参考答案）一、基本概念题（共 1 0 题，每题 5 分）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？答：X 射线的本质是一种横电磁波？伦琴首先发现了 X 射线，劳厄揭示了 X 射线的本质？2 下列哪些晶面属于11晶带？（1）、（1）、（231）、（211）、（101）、（01）、（13），（0），（1 2），（1 2），（0 1），（212），为什么？答：（0）（1）、（211）、（1 2）、（01）、（0 1）晶面属于11晶带，因为它们符合晶带定律：hu+kv+lw=0。3 多重性因子的物理意义是什么？某立方晶系晶体，其 1 0 0 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？答：多重性因子的物理意义是等同晶面个数对衍射强度的影响因数叫作多重性因子。某立方晶系晶体，其100的多重性因子是 6？如该晶体转变为四方晶系多重性因子是 4；这个晶面族的多重性因子会随对称性不同而改变。4 在一块冷轧钢板中可能存在哪几种内应力？它们的衍射谱有什么特点？答：在一块冷轧钢板中可能存在三种内应力，它们是：第一类内应力是在物体较大范围内或许多晶粒范围内存在并保持平衡的应力。称之为宏观应力。它能使衍射线产生位移。第二类应力是在一个或少数晶粒范围内存在并保持平衡的内应力。它一般能使衍射峰宽化。第三类应力是在若干原子范围存在并保持平衡的内应力。它能使衍射线减弱。5透射电镜主要由几大系统构成?各系统之间关系如何?答：四大系统:电子光学系统,真空系统,供电控制系统,附加仪器系统。其中电子光学系统是其核心。其他系统为辅助系统。6透射电镜中有哪些主要光阑?分别安装在什么位置?其作用如何?答：主要有三种光阑：聚光镜光阑。在双聚光镜系统中,该光阑装在第二聚光镜下方。作用:限制照明孔径角。物镜光阑。安装在物镜后焦面。作用:提高像衬度；减小孔径角，从而减小像差；进行暗场成像。选区光阑:放在物镜的像平面位置。作用:对样品进行微区衍射分析。7 什么是消光距离?影响晶体消光距离的主要物性参数和外界条件是什么?答：消光距离:由于透射波和衍射波强烈的动力学相互作用结果，使 I0和 I g在晶体深度方向上发生周期性的振荡，此振荡的深度周期叫消光距离。影响因素:晶胞体积,结构因子,B r a g g 角,电子波长。8 倒易点阵与正点阵之间关系如何?画出 fcc 和 bcc 晶体的倒易点阵，并标出基本矢量 a*,b*,c*。答：倒易点阵与正点阵互为倒易。9 红外测试样品需尽可能把游离水驱除干净。含游离水样品的红外谱图中在哪两个波数范围会出现吸收峰?答:把样品放入 1 1 0 烘箱中干燥至少 2小时，并抽真空；含游离水样品的红外谱图在 3 0 0 0-3 8 0 0 c m-1 1 5 9 0-1 6 9 0 c m-1 存在吸收峰。1 0 一种化合物含有两个基团与各含一个基团的两种化合物的混合物，其红外谱图有大的差别吗？为什么？答：若该化合物中的两个基团是孤立的，通常两种测试样品的红外谱图没有大的差别，因此测试红外光谱时应尽可能把样品的各组份完全分离后测试。二、综合及分析题（共 5 题，每题 1 0 分）1 决定 X 射线强度的关系式是，试说明式中各参数的物理意义?答：I0为入射 X 射线的强度；为入射 X 射线的波长 R 为试样到观测点之间的距离；V 为被照射晶体的体积 Vc 为单位晶胞体积 P 为多重性因子，表示等晶面个数对衍射强度的影响因子；F 为结构因子，反映晶体结构中原子位置、种类和个数对晶面的影响因子；()为角因子，反映样品中参与衍射的晶粒大小，晶粒数目和衍射线位置对衍射强度的影响；A()为吸收因子，圆筒状试样的吸收因子与布拉格角、试样的线吸收系数l和试样圆柱体的半径有关；平板状试样吸收因子与有关，而与角无关。表示温度因子。2 比较物相定量分析的外标法、内标法、K 值法、直接比较法和全谱拟合法的优缺点？答：外标法外标法就是待测物相的纯物质作为标样以不同的质量比例另外进行标定，并作曲线图。外标法适合于特定两相混合物的定量分析，尤其是同质多相（同素异构体）混合物的定量分析。内标法内标法是在待测试样中掺入一定量试样中没有的纯物质作为标准进行定量分析，其目的是为了消除基体效应。内标法最大的特点是通过加入内标来消除基体效应的影响，它的原理简单，容易理解。但它也是要作标准曲线，在实践起来有一定的困难。K 值法值法是内标法延伸。K 值法同样要在样品中加入标准物质作为内标，人们经常也称之为清洗剂。K 值法不作标准曲线，而是选用刚玉 Al2O3作为标准物质，并在 JCPDS 卡片中，进行参比强度比较，K 值法是一种较常用的定量分析方法。直接比较法直接比较法通过将待测相与试样中存在的另一个相的衍射峰进行对比，求得其含量的。直接法好处在于它不要纯物质作标准曲线，也不要标准物质，它适合于金属样品的定量测量。以上四种方法都可能存在因择优取向造成强度问题。Rietveld 全谱拟合定量分析方法全谱拟合定量分析方法。通过计算机对试样图谱每个衍射峰的形状和宽度，进行函数模拟。全谱拟合定量分析方法，可避免择优取向，获得高分辨高准确的数字粉末衍射图谱，是目前 X 射线衍射定量分析精度最高的方法。不足之处是：必须配有相应软件的衍射仪。3请导出电子衍射的基本公式，解释其物理意义，并阐述倒易点阵与电子衍射图之间有何对应关系?解释为何对称入射(B/uvw)时，即只有倒易点阵原点在爱瓦尔德球面上，也能得到除中心斑点以外的一系列衍射斑点?答：（1）由以下的电子衍射图可见 2 很小，一般为 1 20 （）由 代入上式 即 ，L 为相机裘度 这就是电子衍射的基本公式。令 一定义为电子衍射相机常数 （2）、在 0*附近的低指数倒易阵点附近范围，反射球面十分接近一个平面，且衍射角度非常小 0 时产生电子衍射的厄瓦尔德球构图。8 请说明层错的一般衬度特征。9 若只含碳氢两种元素的一种不饱和有机物有三个双键，如何用一种光谱来确定其双键可能的排列类型？1 0 红外谱图在 2 1 0 0-2 4 0 0 c m-1有吸收峰，则可能含有几种什么基团？二、综合及分析题（共 5 题，每题 1 0 分）1试从入射光束、样品形状、成相原理、衍射线记录、衍射花样、样品吸收与衍射强度（公式）、衍射装备及应用等方面比较衍射仪法与德拜的异同点。2试述 X 射线衍射物相分析步骤？及其鉴定时应注意问题？3菊池线产生的原因是什么？表现出什么样的几何特征？请画出不同取向条件下发生菊池线衍射和斑点衍射的厄瓦尔德球构图，以及菊池线对与衍射斑点的相对位置图。4已知衍衬动力学理论的衍射强度表达式为 式中，其中 s 为偏移参量，g为消光距离，请讨论等厚消光与等倾消光现象，并与运动学理论比较。5推断谱图中可能含有什么基团?材料现代分析方法试题 5（参考答案）一、基本概念题（共 1 0 题，每题 5 分）1 若 X 射线管的额定功率为 1.5 k W，在管电压为 3 5 k V 时，容许的最大电流是多少？答：1.5kW/35kV=0.043A 2 证明（）、（）、（）、（0 1）、（1 2）晶面属于 1 1 1 晶带。答：根据晶带定律公式 Hu+Kv+Lw=0 计算（）晶面：11+1+01=11+0=0（）晶面：11+1+11=12+1=0（）晶面：1+21+11=（3）+2+1=0（0 1）晶面：01+1+11=0+（1）+1=0（1 2）晶面：11+1+12=1+（3）+2=0 因此，经上五个晶面属于 1 1 1 晶带。3 当 X射线在原子例上发射时，相邻原子散射线在某个方向上的波程差若不为波长的整数倍，则此方向上必然不存在放射，为什么？答：因为 X 射线在原子上发射的强度非常弱，需通过波程差为波长的整数倍而产生干涉加强后才可能有反射线存在，而干涉加强的条件之一必须存在波程差，且波程差需等于其波长的整数倍，不为波长的整数倍方向上必然不存在反射。4 某一粉末相上背射区线条与透射区线条比较起来，其较高抑或较低？相应的 d 较大还是较小？答：背射区线条与透射区线条比较较高，d 较小。产生衍射线必须符合布拉格方程 2dsin=，对于背射区属于 2高角度区，根据 d=/2sin，越大 d 越小。5 已知 Cu3Au 为面心立方结构，可以以有序和无序两种结构存在，请画出其有序和无序结构001晶带的电子衍射花样，并标定出其指数。答：如图所示：6 （1）试说明电子束入射固体样品表面激发的主要信号、主要特点和用途。（2）扫描电镜的分辨率受哪些因素影响?给出典型信号成像的分辨率，并说明原因。（3）二次电子（SE）信号主要用于分析样品表面形貌，说明其衬度形成原理。（4）用二次电子像和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处?答：（1）背散射电子:能量高；来自样品表面几百 n m 深度范围；其产额随原子序数增大而增多.用作形貌分析、成分分析以及结构分析。二次电子:能量较低；来自表层 5 1 0 n m 深度范围；对样品表面状态十分敏感.不能进行成分分析.主要用于分析样品表面形貌。吸收电子:其衬度恰好和 S E 或 B E 信号调制图像衬度相反;与背散射电子的衬度互补.吸收电子能产生原子序数衬度，即可用来进行定性的微区成分分析.透射电子：透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结构决定.可进行微区成分分析.特征 X 射线:用特征值进行成分分析，来自样品较深的区域 俄歇电子:各元素的俄歇电子能量值低；来自样品表面 1 2 n m 范围。适合做表面分析.（2）影响因素:电子束束斑大小,检测信号类型,检测部位原子序数.信 号 二次电子 背散射电子 吸收电子 特征X 射线 俄歇电子 分辨率 5 1 0 5 0 2 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 5 1 0 入射电子在被样品吸收或散射出样品表面之前将在这个体积中活动。对轻元素，电子束与样品作用产生一个滴状作用体积。A E 和 S E 因其本身能量较低，平均自由和平度很短，因此，俄歇电子的激发表层深度：0.5 2 n m，激发二次电子的层深：5 1 0 n m，在这个浅层范围，入射电子不发生横向扩展，因此，A E 和 S E 只能在与束斑直径相当的园柱体内被激发出来，因为束斑直径就是一个成象检测单元的大小，所以它们的分辨率就相当于束斑直径。B E 在较深的扩展体积内弹射出，其分辨率大为降低。X 射线在更深、更为扩展后的体积内激发，那么其分辨率比 B E 更低。因为 S E或 A E信号的分辨率最高，因此，S E M的分辨率是指二次电子像的分辨率。对重元素样品，作用体积为“半球状”，因此分辨率较低，B E和 S E分辨率差明显变小。（3）成像原理为：二次电子产额对微区表面的几何形状十分敏感。如图所示，随入射束与试样表面法线夹角增大，二次电子产额增大。因为电子束穿入样品激发二次电子的有效深度增加了，使表面 5-1 0 n m 作用体积内逸出表面的二次电子数量增多。（4）都可用于表面形貌分析，但 B E 还可用于结构和成分分析 用 B E 进行形貌分析时，其分辨率远比 S E 像低。B E能量高，以直线轨迹逸出样品表面，对于背向检测器的样品表面，因检测器无法收集到 B E而变成一片阴影，因此，其图象衬度很强，衬度太大会失去细节的层次，不利于分析。因此，B E形貌分析效果远不及 S E，故一般不用 B E 信号。7 何为偏离参量 S？试分别画出 s+g =s-g，s+g =0 以及 s+g 0 时产生电子衍射的厄瓦尔德球构图。答：偏离矢量:偏离时，倒易杆中心至爱瓦尔德球面交截点的距离 下图为 s =0，s 0 三种情况下的爱瓦尔德球图。8 请说明层错的一般衬度特征。答：层错衬度的一般特征：1）平行于薄膜表面的层错衬度特征为，在衍衬像中有层错区域和无层错区域将出现不同的亮度，层错区域将显示为均匀的亮区或暗区。2）倾斜于薄膜表面的层错，其衬度特征为层错区域出现平行的条纹衬度。3）层错的明场像，外侧条纹衬度相对于中心对称，当时，明场像外侧条纹为亮衬度，当时，外侧条纹是暗的；而暗场像外侧条纹相对于中心不对称，外侧条纹一亮一暗。4）下表面处层错条纹的衬度明暗场像互补，而上表面处的条纹衬度明暗场不反转。9 若只含碳氢两种元素的一种不饱和有机物有三个双键，如何用一种光谱来确定其双键可能的排列类型？答：三个双键共轭、两个共轭和三个双键孤立三种状况，其紫外光谱吸收蜂分别在 1 7 7 n m,2 1 0-2 3 0 n m,2 6 0 n m，由于三类物质紫外吸收峰存在很大差别，容易确定其实际的双键排列类型。1 0 红外谱图在 2 1 0 0-2 4 0 0 c m-1有吸收峰，则可能含有几种什么基团？答：碳碳或碳氮三键和各种累积双键、B-H 和 Si-H 等。二、综合及分析题（共 5 题，每题 1 0 分）1试从入射光束、样品形状、成相原理、衍射线记录、衍射花样、样品吸收与衍射强度（公式）、衍射装备及应用等方面比较衍射仪法与德拜的异同点。答：入射 X 射线的光束：都为单色的特征 X 射线，都有光栏调节光束。不同：衍射仪法：采用一定发散度的入射线，且聚焦半径随 2变化，德拜法：通过进光管限制入射线的发散度。试样形状：衍射仪法为平板状，德拜法为细圆柱状。试样吸收：衍射仪法吸收时间短，德拜法吸收时间长，约为 1020h。记录方式：衍射仪法采用计数率仪作图，与计算机连接可实现自动记录和衅谱处理，德拜法采用环带形底片成相，而且它们的强度（I）对（2）的分布（I-2曲线）也不同，衍射仪图谱中强度或直接测量精度高，且可获得绝对强度；衍射装备：衍射仪结构复杂成本高，德拜法结构简单造价低；应用：衍射仪与计算机连接，通过许多软件可获得各种信息而得到广泛应用。2试述 X 射线衍射物相分析步骤？及其鉴定时应注意问题？答：单相物质定性分析的基本步骤是：（1）计算或查找出衍射图谱上每根峰的 d 值与 I 值；（2）利用 I 值最大的三根强线的对应 d 值查找索引，找出基本符合的物相名称及卡片号；（3）将实测的 d、I 值与卡片上的数据一一对照，若基本符合，就可定为该物相。鉴定时应注意的问题：（1）d 的数据比 I/I0数据重要。（2）低角度线的数据比高角度线的数据重要。（3）强线比弱线重要，特别要重视 d 值大的强线。（4）应重视特征线。（5）应尽可能地先利用其他分析、鉴定手段，初步确定出样品可能是什么物相，将它局限于一定的范围内。3菊池线产生的原因是什么？表现出什么样的几何特征？请画出不同取向条件下发生菊池线衍射和斑点衍射的厄瓦尔德球构图，以及菊池线对与衍射斑点的相对位置图。答（1）原因：非弹性散射的电子发生弹性相干散射的结果。（2）菊池线对的几何特征：菊池线对间距等于相应衍射斑点到中心斑点的距离；菊池线对的中线可视为是(h k l)晶面与底片的交线；线对公垂线与相应的斑点坐标矢量平行；菊池线对在衍射图中的位置对样品晶体的取向非常敏感；对称入射，即 B/u v w 时，线对对称分布于中心斑点两侧；双光束条件，即 s=0，亮线通过(h k l)斑点，暗线通过中心斑点；S+g 0 时，菊池线对分布于中心斑点的同一侧；S+g 0 时，菊池线对分布于中心斑点的两侧。如图所示：4已知衍衬动力学理论的衍射强度表达式为 式中，其中 s 为偏移参量，g为消光距离，请讨论等厚消光与等倾消光现象，并与运动学理论比较。答：等厚条纹：等厚条纹：当 S C 时 式（4-1）可改写为 显然，当 t =n/s（n 为整数）时，I g =0 当 t =(n +1/2)/s 时,用 I g 随 t 周期性振荡这一运动学结果，定性解释以下两种衍衬现象。晶体样品契形边缘处出现的厚度消光条纹，也叫等厚消光条纹。晶体中倾斜晶界的晶界条纹 利用等厚消光条纹的根数以及所选用的反射对应的消光距离，可近似计算样品的厚度，等倾条纹：等倾条纹：当 t c 时,式（4-1）可改写为 5推断谱图中可能含有什么基团?答：（1）存在苯环，因为 3000-3100，1450-1600 之间多个吸收峰，以及 600-1000存在定位峰，1660-2000 存在泛频峰；（2）存在烷基，因为 2800-3000 和 1350-1500都存在吸收峰；（2）存在醛基，因为 2700 附近有醛基的特征吸收和略低于 1700存在 C=O 吸收峰，此羰基可能与双键或孤对电子共轭而吸收往低波数移动。材料现代分析方法试题 6 材料学院 材料科学与工程 专业 年级 班级 材料现代分析方法 课程 2 0 0 2 0 0 学年 第 学期（）卷 期末考试题（1 2 0 分钟）考生姓名 学 号 考试时间 题 号题 号 得得 分 分 分 数分 数 主考教师：主考教师：阅卷教师：阅卷教师：.一、基本概念题（共 1 0 题，每题 5 分）1 试述获取衍射花样的三种基本方法及其用途？2 试述布拉格公式 2 d H K L s i n=中各参数的含义，以及该公式有哪些应用？3试述罗伦兹三种几何因子各表示什么？4在一块冷轧钢板中可能存在哪几种内应力？它们的衍射谱有什么特点？5设uvw是(hkl)的法线，用正、倒空间的变换矩阵写出它们之间的指数互换关系。6给出简单立方、面心立方、体心立方以及密排六方晶体结构电子衍射发生消光的晶面指数规律。7假定需要衍射分析的区域属于未知相，但根据样品的条件可以分析其为可能的几种结构之一，试根据你的理解给出衍射图标定的一般步骤。8衍衬运动学的基本假设及其意义是什么?怎样做才能满足或接近基本假设?9如何用红外光谱跟踪二氧化硅湿凝胶变为干凝胶的过程？1 0 如何进行紫外光谱的定量分析？二、综合及分析题（共 5 题，每题 1 0 分）1 多晶体衍射的积分强度表示什么？今有一张用 C u K摄得的钨（体心立方）的德拜图相，试计算出头 4 根线的相对积分强度（不计算 A（）和 e -2 M，以最强线的强度为 1 0 0）。头 4 根线的值如下：线 条 1 20.20 2 29.20 3 36.70 4 43.60 2 物相定量分析的原理是什么？试述用 K 值法进行物相定量分析的过程。3 请导出电子衍射的基本公式，解释其物理意义，并阐述倒易点阵与电子衍射图之间有何对应关系?解释为何对称入射(B/uvw)时，即只有倒易点阵原点在爱瓦尔德球面上，也能得到除中心斑点以外的一系列衍射斑点?4 如果将作为位错消光的有效判据，那么，在进行位错 Burgers矢量测定时，只要找到产生该位错消光的两个操作反射 g1 和 g2，即可确定，请分析为什么？5 分别指出谱图中标记的各吸收峰所对应的基团及振动?材料现代分析方法试题 6（参考答案）一、基本概念题（共 1 0 题，每题 5 分）1 试述获取衍射花样的三种基本方法及其用途？答：获取衍射花样的三种基本方法是劳埃法、旋转晶体法和粉末法。劳埃法主要用于分析晶体的对称性和进行晶体定向；旋转晶体法主要用于研究晶体结构；粉末法主要用于物相分析。2 试述布拉格公式 2 d H K L s i n=中各参数的含义，以及该公式有哪些应用？答：dHKL表示HKL晶面的面网间距，角表示掠过角或布拉格角，即入射 X 射线或衍射线与面网间的夹角，表示入射 X 射线的波长。该公式有二个方面用途：（1）已知晶体的 d 值。通过测量，求特征 X 射线的，并通过判断产生特征 X 射线的元素。这主要应用于 X 射线荧光光谱仪和电子探针中。（2）已知入射 X 射线的波长，通过测量，求晶面间距。并通过晶面间距，测定晶体结构或进行物相分析。3试述罗伦兹三种几何因子各表示什么？答：洛伦兹因数第一种几何因子是表示样品中参与衍射的晶粒大小晶粒大小对衍射强度的影响。，第二种几何因子是表示样品中参与衍射的晶粒的数目晶粒的数目对衍射强度的影响，第三种几何因子是表示样品中衍射线位置衍射线位置对衍射强度的影响。4在一块冷轧钢板中可能存在哪几种内应力？它们的衍射谱有什么特点？答：在一块冷轧钢板中可能存在三种内应力，它们是：第一类内应力是在物体较大范围内或许多晶粒范围内存在并保持平衡的应力。称之为宏观应力。它能使衍射线产生位移。第二类应力是在一个或少数晶粒范围内存在并保持平衡的内应力。它一般能使衍射峰宽化。第三类应力是在若干原子范围存在并保持平衡的内应力。它能使衍射线减弱。5设uvw是(hkl)的法线，用正、倒空间的变换矩阵写出它们之间的指数互换关系。答：uvwGuvw 其中，6给出简单立方、面心立方、体心立方以及密排六方晶体结构电子衍射发生消光的晶面指数规律。答：常见晶体的结构消光规律 简单立方 对指数没有限制（不会产生结构消光）f.c.c h.k.L.奇偶混合 b.c.c h+k+L=奇数 h.c.p h+2k=3n,同时 L=奇数 体心四方 h+k+L=奇数 7假定需要衍射分析的区域属于未知相，但根据样品的条件可以分析其为可能的几种结构之一，试根据你的理解给出衍射图标定的一般步骤。答：（1）测定低指数斑点的 R 值。应在几个不同的方位摄取衍射花样，保证能测出最前面的 8 个 R 值。（2）根据 R，计算出各个对应得到 d 值。（3）查 JCPDS（ASTM）卡片和各 d 值都相符的物相即为待测的晶体。如果电子衍射的精度有限，有可能出现几张卡片上 d 值均和测定的 d 值相近，此时，应根据待测晶体的其它信息，例如化学成分等来排除不可能出现的物相。8衍衬运动学的基本假设及其意义是什么?怎样做才能满足或接近基本假设?答：（1）、忽略样品对电子束的吸收和多重散射。（2）、不考虑衍射束和透射束间的交互作用。即对衬度有贡献的衍射束，其强度相对于入射束强度是非常小的。（3）、双光束近似意味着：a)存在一个 S 值；b)具有互补性 基本假设：（4）柱体近似。试样下表面某点所产生的衍射束强度近似为以该点为中心的一个小柱体衍射束的强度，柱体与柱体间互不干扰。9如何用红外光谱跟踪二氧化硅湿凝胶变为干凝胶的过程？答：可采用在线跟踪测试，分别测试不同时间样品的红外谱图；其次，若变化过程很慢，可采用不同时间取样来测试，综合图谱以获得跟踪结果。1 0 如何进行紫外光谱的定量分析？答：首先确定定量时的紫外吸收峰波长，然后需要配制一系列不同浓度的标准溶液并测定其吸光度数据，获得工作曲线。测试待测样品获得吸光度数据，对比工作曲线计算得到待测样品的浓度。二、综合及分析题（共 5 题，每题 1 0 分）1 多晶体衍射的积分强度表示什么？今有一张用 C u K摄得的钨（体心立方）的德拜图相，试计算出头 4 根线的相对积分强度（不计算 A（）和 e -2 M，以最强线的强度为 1 0 0）。头 4 根线的值如下：线 条 1 20.20 2 29.20 3 36.70 4 43.60 答：多晶体衍射的积分强度表示晶体结构与实验条件对衍射强度影响的总和。即：查附录 F（P314），可知：20.20 =14.12 29.20 =6.135 36.70 =3.777 43.60 =2.911 不考虑 A（）、e-2M、P 和 I1=100 I2=6.135/14.12=43.45 I3=3.777/14.12=26.75 I4=2.911/14.12=20.62 头 4 根线的相对积分强度分别为 100、43.45、26.75、20.62。2 物相定量分析的原理是什么？试述用 K 值法进行物相定量分析的过程。答：X 射线定量分析的任务是：在定性分析的基础上，测定多相混合物中各相的含量。定量分析的基本原理是物质的衍射强度与参与衍射的该物质的体积成正比。K 值法是内标法延伸。从内标法我们知道，通过加入内标可消除基体效应的影响。K 值法同样要在样品中加入标准物质作为内标，人们经常也称之为清洗剂。K 值法不须作标准曲线得出而能求得 K 值。1）对待测的样品。找到待测相和标准相的纯物质，配二者含量为 1：1 混合样，并用实验测定二者某一对衍射线的强度，它们的强度比 Kis。2）在待测样品中掺入一定量 wS的标准物质。并测定混合样中二个相的同一对衍射线的强度 Ii/IS。3）代入上一公式求出待测相 i 在混合样中的含量 wi。4）求 i 相有原始样品中的含量 Wi 由于 JCPDS 卡片中已选用刚玉 Al2O3作为标准物质。测定许多物质与刚玉以 1：1 比例混合后，二者最强衍射峰之间的比值。因此可选用刚玉作为标准物质，得出二者强峰的强度比，查 JCPDS 卡片计算可求得。3 请导出电子衍射的基本公式，解释其物理意义，并阐述倒易点阵与电子衍射图之间有何对应关系?解释为何对称入射(B/uvw)时，即只有倒易点阵原点在爱瓦尔德球面上，也能得到除中心斑点以外的一系列衍射斑点?答：（1）由以下的电子衍射图可见 2很小，一般为 1 20 （）由 代入上式 即 ，L 为相机裘度 以上就是电子衍射的基本公式。令 一定义为电子衍射相机常数 把电子衍射基本公式写成矢量表达式 （2）、在 0*附近的低指数倒易阵点附近范围，反射球面十分接近一个平面，且衍射角度非常小 Z 样品 X 射线管靶材的发射谱稍大于被照射试样的吸收谱，或 X 射线管靶材的发射谱大大小于被照射试样的吸收谱。在进行衍射分析时，总希望试样对 X 射线应尽可能少被吸收，获得高的衍射强度和低的背底。2 叙述 X射线物相分析的基本原理，试比较衍射仪法与德拜法的优缺点？叙述 X 射线物相分析的基本原理，试比较衍射仪法与德拜法的优缺点？答：X 射线物相分析的基本原理是每一种结晶物质都有自己独特的晶体结构，即特定点阵类型、晶胞大小、原子的数目和原子在晶胞中的排列等。因此，从布拉格公式和强度公式知道，当 X 射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，衍射花样的特征可以用各个反射晶面的晶面间距值 d 和反射线的强度 I 来表征。其中晶面网间距值 d 与晶胞的形状和大小有关，相对强度 I 则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。通过与衍射分析标准数据比较鉴定物相。与照相法相比，衍射仪法的优缺点。（1）简便快速：衍射仪法都采用自动记录，不需底片安装、冲洗、晾干等手续。可在强度分布曲线图上直接测量 2和 I 值，比在底片上测量方便得多。衍射仪法扫描所需的时间短于照相曝光时间。一个物相分析样品只需约 15 分钟即可扫描完毕。此外，衍射仪还可以根据需要有选择地扫描某个小范围，可大大缩短扫描时间。（2）分辨能力强：由于测角仪圆半径一般为 185mm 远大于德拜相机的半径（57.3/2mm），因而衍射法的分辨能力比照相法强得多。如当用 CuKa 辐射时，从 230o 左右开始，K双重线即能分开；而在德拜照相中 2小于 90时 K双重线不能分开。（3）直接获得强度数据：不仅可以得出相对强度，还可测定绝对强度。由照相底片上直接得到的是黑度，需要换算后才得出强度，而且不可能获得绝对强度值。（4）低角度区的 2测量范围大：测角仪在接近 2=0附近的禁区范围要比照相机的盲区小。一般测角仪的禁区范围约为 23（如果使用小角散射测角仪则更可小到 20.50.6），而直径 573mm 的德拜相机的盲区，一般为 28。这相当于使用 CuK辐射时，衍射仪可以测得面网间距 d 最大达3nmA 的反射（用小角散射测角仪可达 1000nm），而一般德拜相机只能记录 d值在 1nm 以内的反射。（5）样品用量大：衍射仪法所需的样品数量比常用的德拜照相法要多得多。后者一般有 510mg 样品就足够了，最少甚至可以少到不足 lmg。在衍射仪法中，如果要求能够产生最大的衍射强度，一般约需有 0.5g 以上的样品；即使采用薄层样品，样品需要量也在 100mg 左右。（6）设备较复杂，成本高。显然，与照相法相比，衍射仪有较多的优点，突出的是简便快速和精确度高，而且随着电子计算机配合衍射仪自动处理结果的技术日益普及，这方面的优点将更为突出。所以衍射仪技术目前已为国内外所广泛使用。但是它并不能完全取代照相法。特别是它所需样品的数量很少，这是一般的衍射仪法远不能及的。3（1）为什么 f.c.c.和 b.c.c.结构发生二次衍射时不产生额外的衍射斑点？（2）当两相共存且具有对称取向关系时，其一幅衍射花样中常常出现许多斑点群，这时，可能怀疑其为二次衍射，请问应该如何鉴定其为二次衍射。答：（1）对于 bcc 结构 F0 的条件：h +k+l=偶数 若（h1k1l1）和（h2k2l2）之间发生二次衍射，二次衍射斑点（h3k3l3）=（h1k1l1）+（h2k2l2）h3+k3+l3=偶数（h3k3l3）本身 F h3k3l3 0，即应该出现的。即不会出现多余的斑点，仅是斑点强度发生了变化。对于 fcc 结构 F0 的条件是：h,k,l 全奇数或全偶数（h3k3l3）=（h1k1l1）+（h2k2l2）显然 h3、k3、l3 为全奇数或全偶数，本身是存在的。因此，不会出现多余的斑点，仅是斑点强度发生了变化。4 说明孪晶与层错的衬度特征，并用各自的衬度形成原理加以解释。答：孪晶的衬度特征是：孪晶的衬度是平直的，有时存在台阶，且晶界两侧的晶粒通常显示不同的衬度，在倾斜的晶界上可以观察到等厚条纹。层错的衬度是电子束穿过层错区时电子波发生位相改变造成的。其一般特征是：1）平行于薄膜表面的层错衬度特征为，在衍衬像中有层错区域和无层错区域将出现不同的亮度，层错区域将显示为均匀的亮区或暗区。2）倾斜于薄膜表面的层错，其衬度特征为层错区域出现平行的条纹衬度。3）层错的明场像，外侧条纹衬度相对于中心对称，当时，明场像外侧条纹为亮衬度，当时，外侧条纹是暗的；而暗场像外侧条纹相对于中心不对称，外侧条纹一亮一暗。4）下表面处层错条纹的衬度明暗场像互补，而上表面处的条纹衬度明暗场不反转。5 分别指出谱图中标记的各吸收峰所对应的基团?答：3 2 5 0 含氢键的 O-H.伸缩振动，2 8 2 0 可能是醛的 C-H，1 6 9 0 对应C=O 但共轭存在，3 1 2 0 和1 2 0 0 分别是芳香族C-H 和酚C-O 吸收带，1 6 0 0&1 5 0 0 -芳香核，7 8 0 和 7 2 0 对应定位取代基。材料现代分析方法试题 8 材料学院 材料科学与工程 专业 年级 班级 材料现代分析方法 课程 2 0 0 2 0 0 学年 第 学期（）卷 期末考试题（1 2 0 分钟）考生姓名 学 号 考试时间 题 号题 号 得得 分 分 分 数分 数 主考教师：主考教师：阅卷教师：阅卷教师：.一、基本概念题（共 1 0 题，每题 5 分）1 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？2 总结简单点阵、体心点阵和面心点阵衍射线的系统消光规律。3 某一粉末相上背射区线条与透射区线条比较起来，其较高抑或较低？相应的 d 较大还是较小？4 物相定性分析的原理是什么？对食盐进行化学分析与物相定性分析，所得信息有何不同？5 分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响。6 分析电子衍射与 x 射线衍射有何异同?7 衍衬运动学的基本假设及其意义是什么?怎样做才能满足或接近基本假 设?8 产生电子衍射的必要条件与充分条件是什么？9 为什么紫外光谱定量分析的准确度比红外光谱高很多？1 0 你如何用学过的光谱来分析确定乙炔是否已经聚合成了聚乙炔？二、综合及分析题（共 5 题，每题 10 分）1决定 X 射线强度的关系式是，试说明式中各参数的物理意义?2 衍射仪测量在入射光束、试样形状、试样吸收以及衍射线记录等方面与德拜法有何不同？3 请导出电子衍射的基本公式，解释其物理意义，并阐述倒易点阵与电子衍射图的关系及其原因。比较与 X 射线衍射的异同点。4 说明孪晶与层错的衬度特征，并用各自的衬度形成原理加以解释。5 分别指出谱图中标记的各吸收峰所对应的基团?材料现代分析方法试题 8（参考答案）一、基本概念题（共 1 0 题，每题 5 分）1 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？答：衍射线在空间的方位主要取决于晶体的面网间距，或者晶胞的大小。衍射线的强度主要取决于晶体中原子的种类和它们在晶胞中的相对位置。2 总结简单点阵、体心点阵和面心点阵衍射线的系统消光规律。答：简单点阵不存在系统消光，体心点阵衍射线的系统消光规律是(h+k+l)偶数时出现反射，(h+k+l)奇数时消光。面心点阵衍射线的系统消光规律是 h,k,l 全奇或全偶出现反射，h,k,l 有奇有偶时消光。答：简单点阵不存在系统消光，体心点阵衍射线的系统消光规律是(h+k+l)偶数时出现反射，(h+k+l)奇数时消光。面心点阵衍射线的系统消光规律是 h,k,l 全奇或全偶出现反射，h,k,l 有奇有偶时消光。3 某一粉末相上背射区线条与透射区线条比较起来，其较高抑或较低？相应的 d 较大还是较小？答：背射区线条与透射区线条比较较高，d 较小。产生衍射线必须符合布拉格方程 2dsin=，对于背射区属于 2高角度区，根据 d=/2sin，越大 d 越小。4 物相定性分析的原理是什么？对食盐进行化学分析与物相定性分析，所得信息有何不同？答：物相定性分析的原理是根据每一种结晶物质都有自己独特的晶体结构，即特定点阵类型、晶胞大小、原子的数目和原子在晶胞中的排列等。因此，从布拉格公式和强度公式知道，当 X 射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，它们的特征可以用各个反射晶面的晶面间距值 d 和反射线的强度来表征。其中晶面网间距值 d 与晶胞的形状和大小有关，相对强度 I 则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。这些衍射花样有两个用途：一是可以用来测定晶体的结构，这是比较复杂的。二是用来测定物相，所以，任何一种结晶物质的衍射数据 d和I 是其晶体结构的必然反映，因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相，这个过程比较简单。分析的思路将样品的衍