远红外竹炭材料的应用及发展趋势
李文珠1章敏'闫国祺1张文标'程辉武2
(1浙江农林大学工程学院，浙江临安311300；2衢州民心炭业有限公司，浙江衢州324000) 摘要：结合红外线产生的机理，简述了远红外材料种类和应用、竹炭远红外材料的研究发展概况。为竹炭及其复合材料的远红外功能评价体系和性能检测标准的建立提供理论参考。
关键词：红外线；竹炭；复合材料；远红外功能；性能检测
1、远红外线产生机理
太阳光发射的能量包含紫外线(5%),可见光(40%)和红外线(55%)。红外光区又可分为：近红外(0.76?2.5 P m)、中红外(3?5 um)和远红外(8?14um)°红外线产生的机理是, 任何物体只要温度高于绝对温度零度C273C),它们的分子就有热运动，伴随着这种分子的热运动，物体就向外辐射波长不等的红外线。
根据基尔霍夫辐射定律可知，任何良好的辐射体必然是R好的吸收体。任何有温度的物体都会放射远红外线，如水、高分子物质、有机物质等受到远红外辐射时，都会吸收远红外线。远红外线产品基本波长的选择相当里要，使产品放射出来的波长与放射对象物体的吸收波长一致(即光谱匹配)，才能产生共振效应，这是产品好坏的关键所在。
人体体温大约在37°C左右，据维恩位移定律的关系式：X ni T=2.8976X 10-3m - K (其中入m为最大单色辐射力的波长，T为物体的绝对温度，K为常数)可知，人体所发射的热辐射的主波长在10um左右。也就是说8?14um与人体发出的红外线处于同一波段范围，易被人体吸收，对人体有远红外理疗保健作用"'％
电气石又称碧玺，结晶完好的电气石长期被作为宝石矿物加以利用。山于其固有的压电性、热释2远红外材料的应用
红外技术应用最早是20|廿：纪30年代，在美国得到迅速发展。到20他纪70年代后，在日本得到进一步的推广应用。近年来，随看红外技术的发展，开发能放射出特定波长远红外线的功能材料的研究逐渐成为热点，红外技术逐渐延伸到加热干燥、医疗保健、水处理和红外纺织等方面。
常用发生远红外线的材料有：生物炭(高温竹炭、备长炭、竹炭粉、竹炭纤维以及制品等)、电气石、远红外陶瓷及其制品等。主要远红外产品有远红外浴箱、远红外辐照器、远红外健身器、频谱治疗仪、能量康复器、远红外织物、远红外日用陶瓷、远红外化妆品、远红外保健膏等一系列远红外医疗保健产品⑶。
研究表明，具有远红外性能的物质主要是远红外陶瓷，具有远红外辐射性能的陶瓷粉体称为远红外陶瓷粉体⑴。远红外陶瓷材料已广泛用于工业、环保、健康等方而，产品涉及塑料、纺织、造纸、服装、医疗器械和陶瓷等领域。如红外陶瓷加热器可应用于许多行业的加热、干燥。远红外陶瓷材料还可以用于水净化处理，水是11 好的红外线吸收体，其吸收波段主要在5?m,远红外陶瓷材料在常温下具有较高的红外发射率，发射的红外线可以被水吸收，使水分子集团之间结合力较弱的分子间力被切断，大分子集团变成小分子集团，水的密度增加，活性提高，pH值提高，水呈弱碱性。各种远红外陶瓷材料也广泛用于生体保健，有外热源型，如红外理疗带、红外暧手炉、红外暖脚器等；还有无热源型，如红外护膝、红外床单、红外内衣、枕头等纺织品类。远红外陶瓷材料还用于燃油活化、绿色建材和伪装隐身技术等⑸。__________
基金项目：浙江省科技厅分析测试科技项目(2009F70029),国家农业成果转化项目(2010C20029) 作者简介：李文珠，高级实验师，从事木材科学与技术专业分析检测。E-mail: Iwz血https://www.doczj.com/doc/e214532472.html,。章敏，2008级木材科学与工程专业本科生；闫国祺，2010级木材科学与工程专'化研究生。
电性、红外辐射和诱生负离子的特性，电气石在新材料和环保领域具有广泛的应用前景，成为近年健康环保多功能材料的研究热点⑹。同济大学杨如增等对天然黑色电气石红外辐射特性研究表明，黑色电气石粉料具有较高的法向红外比辐射率值，与市场上远红外陶瓷粉料的发射率比较，平均约高出1%?2%, 50°C时法向比辐射率0.92?0.94二8】。
3、竹炭远红外研究现状
竹炭和电气石目前被认为是两种远红外比辐射率较高的天然材料，远红外发射率大多在0.85以上。远红外辐射竹炭及其复合材料就是以竹材经高温嘏烧得到能放射出特定波长远红外线的竹炭为原料制得了各种新产品0
2004年华东理工大学上海华力索菲科技有限公司研制出竹炭纤维，经国家权威部门检测，在人体正常波长范围内远红外辐射率和正常具有远红外功能纤维的辐射率相当，具有远红外保健功能。浙江纺织服装科技有限公司沈国先等，将竹炭加工成超细粉体，与高分子聚合物共混纺丝形成竹炭纤维，利用竹炭有较高的远红外发射率，开发了竹炭保健内衣、竹炭保健凉席、竹炭保健毯和竹炭保健床品等，将灰黑色的竹炭纤维混纺纱用在血料里层，与外层流行色纱线交织，使接近于体表的竹炭纤维能充分发挥保健效果I* Q ,1]0
台湾工业研究院（ITRI）和纺织研究院（TTRI）,利用竹炭的超强吸附性和远红外蓄热保暖等功能和作用，合作开发出系列竹炭纺织保健制品'⑵。
浙江大学郭兴忠，以竹炭和电气石为原料，采用机械共混及高温烧成制备了具有较高远红外比辐射率竹炭/电气石复合远红外材料'成。
利用竹炭的高吸附性吸湿除臭、阻隔有害电磁波、释放负离子、含远红外温热效果等功效，竹炭在纺织品中的开发应用，使传统纺织品档次提升，成为健康性功能产品口屯。
浙江农林大学张文标等进行了不同炭化温度竹炭、不同竹龄竹炭、竹炭复合物的红外发射率的研究，结果表明他们之间的发射率是有差异的I七
南京林业大学周建斌认为竹炭具有产生远红外线的功能，主要与竹炭本身所具有的接近于山五元环和六元环所组成的洋葱状富勒烯（C60）和展开碳纳米管结构和特殊孔隙结构形状有关，也与竹炭表面官能团产生的能及跃迁和分子的基I才I振动、分子转动及晶格振动有关U气发射率为89%,具有显著的远红外保健功效[,6J7J8\
电气石的远红外辐射率的测试，采用中国科学院上海技术物理所研制的IR-1型红外辐射测量仪测量，检测温度为25°Co用美国NICOLET公司生产的5DX傅立叶变换红外光谱仪及其光谱比辐射率测量附件进行电气石红外发射率研究[19^21]0
刘维度等对远红外陶瓷粉体的法向全辐射发射率的测试，采用法向全辐射发射率检定校准系统，按NIM-06-03-2000操作规范，测定远红外陶瓷粉体材料的法向全辐射发射率,用于标准黑体法向全辐射亮度比较方法测量；比较用红外辐射计响应波长范围为2-18 um,样品温度为80C,量值可溯源到常温黑体辐射标准。
5、竹炭远红外特性研究的展望
竹炭的远红外功能开发越来越广泛，但是目前还没有一种有效的竹炭远红外检测方法和评价体系，致使越来越多的商家夸大竹炭的远红外性能，蒙蔽消费者以攫取最大利润的情况时有发生。通过以上对红外线产生机理和竹炭远红外材料的应用概述，需要探寻一种标准的测试方法来检测竹炭远红外性能，得出一个确定的评价体系来衡量远红外功效提供理论参考。
竹炭远红外辐射率测量的精度和可?靠性与很多因素有关。从原料方面考虑有不同竹种、不同生产工艺、不同的表面状况和不同的颗粒度等因素；从测试条件和方法考虑有，不同的测试温度、不同的波长、不同的测试距离和不同的样品形状等。因此，必须对测量方法和影响因素做系统的对比分析，确定合理的测量参数，保证测量结果的精度和可靠性。
基于竹炭较高的远红外辐射率，进一步改进竹炭的加工处理技术，并开发功能型复合材料，使竹
炭及其产品同时具备抗菌、抗紫外线和释放负离子等功效，扩大竹炭的应用领域，提高产品的附加值。
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Application and Development of far infrared bamboo charcoal material LI Wen-Zhu1, ZHANG Min\ YAN Guo-qi\CHENG Hui-wu2
(LSchool of Engineering, Zhejiang Forestry university ,Li、nan 311300,Zhejiang,China; Min-xin bamboo charcoal Ltd. Corporation, Quzhou,
Zhejiang, China, 323400)
Abstract: Using the mechanism of IR generation, resume the type and application of far infrared materials and the research and development profiles of bamboo charcoal far infrared materials. Provide a theoretical reference for bamboo charcoal and its Composite materials' far-infrared functional evaluation system and performance testing standards established..
Keywords: Infrared; bamboo charcoal; composite materials; far infrared function; performance testing 4、远红外性能检测技术
根据红外轴射的特点，叩湿度愈高辐射的能量愈大，辐射的波长愈短，3OO-5OOK（ 27-227 °C）温度对应的峰值辐射波长在5.8-9.6U m之间，即对应的表面辐射能量主要在8-I4um波段光谱区。
台湾工业研究院（ITRI）曾对竹炭颗粒远红外辐射进行研究，发现在36笆下，竹炭颗粒粒径越小，远红外辐射率越高，粒径为35-46 uni的竹炭粉，远红外辐射率可高达0.85,而纳米级别的竹炭微粒远红外辐射率可超过0.9 4 * * * * * * [ll]o
浙江农林大学张文标等将竹炭样品经研磨粉碎过筛后，颗粒粒径为0.125?0.160mm,采用中国科学院上海技术物理研究所研制的IRE-2型红外辐射测量仪测量竹炭的比辐射率，竹炭具有较高的红外比辐
射率，在人体极为有利的远红外线的波长范围（8.00?14.00u m）内达到0.888?0.900,证明竹炭微粒的远红外辐射效应在人体保健方面将具有很大的应用价值⑴。
法向全辐射率是衡量物体向外辐射红外能量的能力。根据国家红外及工业电热产品质量监督检验中心提供的数据及测试标准，当4?16um波段的测试结果大于0.8,即法向辐射率大于0.8时，被测的产品就具有远红外发射功能。
参照中国标准化协会标准?CAS 115-2005保健功能纺织品》中远红外产品标准，测试竹炭中空涤纶混纺针织物远红外发射率，在25°C常温条件下，用1R-1型发射率测量仪测试织物远红外发射率，波长范围为8~14um,法向发射率为88.9%。在室温条件下长丝织物的远红外
材料分析测试技术 一、名词解释（共有20分，每小题2分。） 1. 辐射的发射：指物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。 2. 俄歇电子：X射线或电子束激发固体中原子内层电子使原子电离，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，此过程发射的电子。 3. 背散射电子：入射电子与固体作用后又离开固体的电子。 4. 溅射：入射离子轰击固体时，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。 5. 物相鉴定：指确定材料（样品）由哪些相组成。 6. 电子透镜：能使电子束聚焦的装置。 7. 质厚衬度：样品上的不同微区无论是质量还是厚度的差别，均可引起相应区域透射电子强度的改 变，从而在图像上形成亮暗不同的区域，这一现象称为质厚衬度。 8. 蓝移：当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的最大吸收峰波长或位置（?最大）向短波方 向移动，这种现象称为蓝移（或紫移，或“向蓝”）。 9. 伸缩振动：键长变化而键角不变的振动，可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。
10. 差热分析：指在程序控制温度条件下，测量样品与参比物的温度差随温度或时间变化的函数关系 的技术。 二、填空题（共20分，每小题2分。） 1. 电磁波谱可分为三个部分，即长波部分、中间部分和短波部分，其中中间部分包括（红外线）、 （可见光）和（紫外线），统称为光学光谱。 2. 光谱分析方法是基于电磁辐射与材料相互作用产生的特征光谱波长与强度进行材料分析的方法。 光谱按强度对波长的分布（曲线）特点（或按胶片记录的光谱表观形态）可分为（连续）光谱、（带状）光谱和（线状）光谱3类。 3. 分子散射是入射线与线度即尺寸大小远小于其波长的分子或分子聚集体相互作用而产生的散射。 分子散射包括（瑞利散射）与（拉曼散射）两种。 4. X射线照射固体物质(样品)，可能发生的相互作用主要有二次电子、背散射电子、特征X射线、俄 歇电子、吸收电子、透射电子 5. 多晶体（粉晶）X射线衍射分析的基本方法为（照相法）和（X射线衍射仪法）。 6. 依据入射电子的能量大小，电子衍射可分为（高能）电子衍射和（低能）电子衍射。依据 电子束是否穿透样品，电子衍射可分为（投射式）电子衍射与（反射式）电子衍射。
《材料现代分析测试技术》思考题 1.电子束与固体物质作用可以产生哪些主要的检测信号？这些信号产生的原理是什么？它们有哪些特点和用途？ (1)电子束与固体物质产生的检测信号有：特征X射线、阴极荧光、二次电子、背散射电子、俄歇电子、吸收电子等。 (2)信号产生的原理：电子束与物质电子和原子核形成的电场间相互作用。 (3)特征和用途： ①背散射电子：特点：电子能量较大，分辨率低。用途：确定晶体的取向，晶体间夹角，晶粒度及晶界类型，重位点阵晶界分布，织 构分析以及相鉴定等。 ②二次电子：特点：能量较低，分辨率高。用途：样品表面成像。 ③吸收电子：特点：被物质样品吸收，带负电。用途：样品吸收电子成像，定性微区成分分析。 ④透射电子：特点：穿透薄试样的入射电子。用途：微区成分分析和结构分析。 ⑤特征X射线：特点：实物性弱，具有特征能量和波长，并取决于被激发物质原子能及结构，是物质固有的特征。用途：微区元素定 性分析。 ⑥俄歇电子：特点：实物性强，具有特征能量。用途：表层化学成分分析。 ⑦阴极荧光：特点：能量小，可见光。用途：观察晶体内部缺陷。 ①电子散射：当高速运动的电子穿过固体物质时，会受到原子中的电子作用，或受到原子核及周围电子形成的库伦电场的作用，从而 改变了电子的运动方向的现象叫电子散射 ②相干弹性散射：一束单一波长的电子垂直穿透一晶体薄膜样品时，由于原子排列的规律性，入射电子波与各原子的弹性散射波不但 波长相同，而且有一定的相位关系，相互干涉。 ③不相干弹性散射：一束单一波长的电子垂直穿透一单一元素的非晶样品时，发生的相互无关的、随机的散射。 ④电子衍射的成像基础是弹性散射。 3.电子束与固体物质作用所产生的非弹性散射的作用机制有哪些？ 非弹性散射作用机制有：单电子激发、等离子激发、声子发射、轫致辐射 ①单电子激发：样品内的核外电子在收到入射电子轰击时，有可能被激发到较高的空能级甚至被电离，这叫单电子激发。 ②等离子激发：高能电子入射晶体时，会瞬时地破坏入射区域的电中性，引起价电子云的集体振荡，这叫等离子激发。 ③声子发射：入射电子激发或吸收声子后，使入射电子发生大角度散射，这叫声子发射。 ④轫致辐射：带负电的电子在受到减速作用的同时，在其周围的电磁场将发生急剧的变化，将产生一个电磁波脉冲，这种现象叫做轫 致辐射。 1）二次电子产生：单电子激发过程中，被入射电子轰击出来并离开样品原子的核外电子。应用：样品表面成像，显微组织观察，断口形貌观察等 2）背散射电子：受到原子核弹性与非弹性散射或与核外电子发生非弹性散射后被反射回来的入射电子。应用：确定晶体的取向，晶体间夹角，晶粒度及晶界类型，重位点阵晶界分布，织构分析以及相鉴定等。 3）成像的相同点：都能用于材料形貌分析成像的不同点：二次电子成像特点：（1）分辨率高（2）景深大，立体感强（3）主要反应形貌衬度。背散射电子成像特点：（1）分辨率低（2）背散射电子检测效率低，衬度小（3）主要反应原子序数衬度。 5.特征X射线是如何产生的，其波长和能量有什么特点，有哪些主要的应用？ 特征X-Ray产生：当入射电子激发试样原子的内层电子，使原子处于能量较高的不稳定的激发态状态，外层的电子会迅速填补到内层电子空位上，并辐射释放一种具有特征能量和波长的射线，使原子体系的能量降低、趋向较稳定状，这种射线即特征X射线。 波长的特点：不受管压、电流的影响，只决定于阳极靶材元素的原子序。 应用：物质样品微区元素定性分析
一、选择题（每题1分，共15分） 1、X射线衍射方法中，最常用的是（） A．劳厄法 B.粉末多晶法 C.转晶法 2、已知X射线定性分析中有三种索引，已知物质名称可以采用（） A.哈式无机相数值索引 B.无机相字母索引 C.芬克无机数值索引 3、电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中能用于测试1nm厚度表层成分分 析的信号是（） A. 背散射电子 B.俄歇电子 C.特征X射线 4、测定钢中的奥氏体含量，若采用定量X射线物相分析，常用的方法是（） A.外标法 B.内标法 C.直接比较法 D.K值法 5、下列分析方法中分辨率最高的是（） A.SEM B.TEM C. 特征X射线 6、表面形貌分析的手段包括（） A.SEM B.TEM C.WDS D. DSC 7、当X射线将某物质原子的K层电子打出去后，L层电子回迁K层，多余能量将 另一个L层电子打出核外，这整个过程将产生（） A.光电子 B.二次电子 C.俄歇电子 D.背散射电子 8、透射电镜的两种主要功能（） A.表面形貌和晶体结构 B.内部组织和晶体结构 C.表面形貌和成分价键 D.内部组织和成分价键 9、已知X射线光管是铜靶，应选择的滤波片材料是（） A.Co B.Ni C.Fe D.Zn 10、采用复型技术测得材料表面组织结构的式样为（） A.非晶体样品 B.金属样品 C.粉末样品 D.陶瓷样品 11、在电子探针分析方法中，把X射线谱仪固定在某一波长，使电子束在样品表面 扫描得到样品的形貌相和元素的成分分布像，这种分析方法是（）
A.点分析 B.线分析 C.面分析 12、下列分析测试方法中，能够进行结构分析的测试方法是（） A.XRD B.TEM C.SEM D.A+B 13、在X射线定量分析中，不需要做标准曲线的分析方法是（） A.外标法 B. 内标法 C. K值法 14、热分析技术不能测试的样品是（） A.固体 B.液体 C.气体 15、下列热分析技术中，（）是对样品池及参比池分别加热的测试方法 A.DTA B.DSC C.TGA 二、填空题（每空1分，共20分） 1、由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型，即和。 2、常见的几种电子衍射谱为单晶衍射谱、、、高级劳厄带斑 点、。 3、透射电镜的电子光学系统由、、和四部分组成 4、今天复型技术主要应用方法来截取第二相微小颗粒进行分析。 5、扫描电子显微镜经常用的电子信息是、和 6、德拜照相法中的底片安装方法有、和 7、产生衍射的必要条件是 8、倒易点阵的两个基本特征是和 9、透射电镜成像遵循原理 三、名词解释（每题5分，共20分） 1、X射线强度 2、结构因子 3、差热分析
一、X射线物相分析的基本原理与思路 在对材料的分析中我们大家可能比较熟悉对它化学成分的分析，如某一材料为Fe96.5%,C 0.4%,Ni1.8%或SiO2 61%, Al2O3 21%,CaO 10% ,FeO 4%等。这是材料成分的化学分析。 一个物相是由化学成分和晶体结构两部分所决定的。X射线的分析正是基于材料的晶体结构来测定物相的。 X射线物相分析的基本原理是什么呢？ 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。 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，分析的思路将样品的衍射花样与已知标准物质的衍射花样进行比较从中找出与其相同者即可。 X射线物相分析方法有： 定性分析——只确定样品的物相是什么？ 包括单相定性分析和多相定性分析定量分析——不仅确定物相的种类还要分析物相的含量。 二、单相定性分析 利用X射线进行物相定性分析的一般步骤为: ①用某一种实验方法获得待测试样的衍射花样； ②计算并列出衍射花样中各衍射线的d值和相应的相对强度I值； ③参考对比已知的资料鉴定出试样的物相。 1、标准物质的粉末衍射卡片 标准物质的X射线衍射数据是X射线物相鉴定的基础。为此，人们将世界上的成千上万种结晶物质进行衍射或照相，将它们的衍射花样收集起来。由于底片和衍射图都难以保存，并且由于各人的实验的条件不同（如所使用的X射线波长不同），衍射花样的形态也有所不同，难以进行比较。因此，通常国际上统一将这些衍射花样经过计算，换算成衍射线的面网间距d值和强度I，制成卡片进行保存。
《材料分析测试技术》试卷（答案） 一、填空题：（20分，每空一分） 1. X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。 2. X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X射线、和热。 3. 德拜照相法中的底片安装方法有：正装、反装和偏装三种。 4. X射线物相分析方法分：定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。 5. 透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。 6. 今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。 7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。 8. 扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。 二、选择题：（8分，每题一分） 1. X射线衍射方法中最常用的方法是（ b ）。 a．劳厄法；b．粉末多晶法；c．周转晶体法。 2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是（b）。 a．Co ；b. Ni ；c. Fe。 3. X射线物相定性分析方法中有三种索引，如果已知物质名时可以采用（c ）。 a．哈氏无机数值索引；b. 芬克无机数值索引；c. 戴维无机字母索引。4. 能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是（b）。 a．第二聚光镜光阑；b. 物镜光阑；c. 选区光阑。 5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是（ b ）。 a．球差；b. 像散；c. 色差。 6. 可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是（a）。 a．高阶劳厄斑点；b. 超结构斑点；c. 二次衍射斑点。 7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nm厚表层成分的信号是（b）。 a．背散射电子；b.俄歇电子；c. 特征X射线。 8. 中心暗场像的成像操作方法是（c）。 a．以物镜光栏套住透射斑；b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。 三、问答题：（24分，每题8分） 1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么 答：X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小 适中，在1um-5um之间；其次粉末不能有应力和织构；最后是样品有一 个最佳厚度（t =
《材料分析测试技术》试卷（答案) 一、填空题：(20分，每空一分) 1．X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。 2．X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X 射线、和热。 3．德拜照相法中的底片安装方法有: 正装、反装和偏装三种。 4. X射线物相分析方法分: 定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。 5．透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。 6.今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。 7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。 ８．扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。 二、选择题:（8分，每题一分） 1.X射线衍射方法中最常用的方法是( b ）。 a．劳厄法；b．粉末多晶法;ｃ.周转晶体法。 2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是(b)。 ａ．Co;b. Nｉ;c.Fe。 3.X射线物相定性分析方法中有三种索引,如果已知物质名时可以采用( c )。 a．哈氏无机数值索引;b. 芬克无机数值索引；ｃ. 戴维无机字母索引。 4.能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是(b)。 a．第二聚光镜光阑；b．物镜光阑;c. 选区光阑。 5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是( b )。 a.球差; b. 像散; c. 色差。 6．可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是( a)。 ａ．高阶劳厄斑点；ｂ．超结构斑点;c. 二次衍射斑点。 7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nｍ厚表层成分的信号是（b)。 a.背散射电子; b.俄歇电子；ｃ. 特征Ｘ射线。 8. 中心暗场像的成像操作方法是（ｃ)。 a．以物镜光栏套住透射斑;b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。 三、问答题：(2４分,每题8分） 1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么？ 答: X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小适 中,在1ｕｍ－5uｍ之间;其次粉末不能有应力和织构;最后是样品有一个 最佳厚度(t =
第一章 1．什么是连续X射线谱？为什么存在短波限λ0？ 答：对X射线管施加不同的电压，再用适当的方法去测量由X射线管发出的X射线的波长和强度，便会得到X射线强度与波长的关系曲线，称之为X射线谱。在管电压很低，小于20kv时的曲线是连续的，称之为连续谱。大量能量为eV的自由电子与靶的原子整体碰撞时，由于到达靶的时间和条件不同，绝大多数电子要经过多次碰撞，于是产生一系列能量为hv的光子序列，形成连续的X射线谱，按照量子理论观点，当能量为eV的电子与靶的原子整体碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射出去，在极限情况下，极少数的电子在一次碰撞中将全部的能量一次性转化为一个光量子，这个光量子具有最高的能量和最短的波长，即λ0。 2.什么是特征X射线？它产生的机理是什么？为什么存在激发电压Vk？ 答：当X射线管电压超过某个临界值时，在连续谱的某个波长处出现强度峰，峰窄而尖锐，这些谱线之改变强度，而峰位置所对应的波长不便，即波长只与靶的原子序数有关，与电压无关，因为这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征，故称为特征X射线，由特征X射线构成的X射线谱叫做特征X射线谱。 它的产生是与阳极靶物质的原子结构紧密相关当外来的高速粒子（电子或光子）的动能足够大时，可以将壳层中的某个电子击出，或击到原子系统之外，击出原子内部的电子形成逸出电子，或使这个电子填补到未满的高能级上。于是在原来位置出现空位，原子系统处于激发态，高能级的电子越迁到该空位处，同时将多余的能量e=hv=hc/λ释放出来，变成光电子而成为德特征X射线。 由于阴极射来的电子欲击出靶材的原子内层电子，比如k层电子，必须使其动能大于k 层电子与原子核的结合能Ek或k层的逸出功Wk。即有eV k=1/2mv2〉-Ek=Wk，故存在阴极电子击出靶材原子k电子所需要的临界激发电压Vk。 3、X射线与物质有哪些互相作用？ 答;X射线的散射：相干散射，非相干散射 X射线的吸收：二次特征辐射（当入射X射线的能量足够大时，会产生二次荧光辐射）； 光电效应：这种以光子激发原子所产生的激发和辐射过程；俄歇效应：当内层电子被击出成为光电子，高能级电子越迁进入低能级空位，同时产生能量激发高层点成为光电子。 4、线吸收系数μl和质量吸收系数μm的含义 答：线吸收系数μl：在X射线的传播方向上，单位长度的X射线强度衰减程度[cm-1]（强度为I的入射X射线在均匀物质内部通过时，强度的衰减率与在物质内通过的距离x成正步-dI/I=μdx，强度的衰减与物质内通过的距离x成正比）。与物质种类、密度、波长有关。质量吸收系数μm：他的物理意义是单位重量物质对X射线的衰减量，μ/P=μm[cm2/g]与物质密度和物质状态无关，而与物质原子序数Z和μm=kλ3Z3，X射线波长有关。 5、什么是吸收限？为什么存在吸收限？ 答：1）当入射光子能量hv刚好击出吸收体的k层电子，其对应的λk为击出电子所需要的入射光的最长波长，在光电效应产生的条件时，λk称为k系激发限，若讨论X射线的被物质吸收时，λk又称为吸收限。 当入射X射线，刚好λ=λk时，入射X射线被强烈的吸收。当能量增加，即入射λ〉λk时，吸收程度小。
现代材料测试技术 作业
第一章X射线衍射分析 一、填空题 1、X射线从本质上说，和无线电波、可见光、γ射线一样，也是一种。 2、尽管衍射花样可以千变万化，但是它们的基本要素只有三个：即、、。 3、在X射线衍射仪法中，对X射线光源要有一个基本的要求，简单地说，对光源的基本要求是、、。 4、利用吸收限两边相差十分悬殊的特点，可制作滤波片。 5、测量X射线衍射线峰位的方法有六种，它们分别是、、 、、、。 6、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是、 、。 7、特征X射线产生的根本原因是。 8、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是、 和字顺索引。 9、X射线衍射仪探测器的扫描方式可分、、三种。 10、实验证明，X射线管阳极靶发射出的X射线谱可分为两类：和 11、当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为。 12、用于X射线衍射仪的探测器主要有、、、，其中和应 用较为普遍。 13、X射线在近代科学和工艺上的应用主要有、、三个方面 14、X射线管阳极靶发射出的X射线谱分为两类、。 15、当X射线照射到物体上时，一部分光子由于和原子碰撞而改变了前进的方向，造成散射线；另一部分光子可能被原子吸收，产生；再有部分光子的能量可能在与原子碰撞过程中传递给了原子，成为。 二、名词解释 X-射线的吸收、连续x射线谱、特征x射线谱、相干散射、非相干散射、荧光辐射、光电效应、俄歇电子、质量吸收系数、吸收限、X-射线的衰减 三、问答与计算 1、某晶体粉末样品的XRD数据如下，请按Hanawalt法和Fink法分别列出其所有可能的检索组。 2、产生特征X射线的根本原因是什么？ 3、简述特征X-射线谱的特点。 4、推导布拉格公式，画出示意图。 5、回答X射线连续光谱产生的机理。
机械工程测试技术基础(第三版)试卷集. 一、填空题 １、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是连续的。 ２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差ζx2的关系是￠x2=H x2+óx2。 ３、测试信号调理电路主要有电桥、放大、调制解调电路。 ４、测试系统的静态特性指标有非线性度、灵敏度、回程误差。５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的斜率。 ６、传感器按信号变换特性可分为组合型、一体型。 ７、当Δó〈〈ó0时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S 趋于定值。 ８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合相邻相反、相对相同的变化，才能使输出有最大值。 10、系统动态特性在时域可用传递函数来描述，在复数域可用频率函数来描述，在频域可用脉冲响应来描述。 11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对差模信号有放大作用。 12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在分布电容。 13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其频率与输入的控制电压成线性关系。 14、调频波的解调又称鉴频，其解调电路称为鉴频器。 15、滤波器的通频带宽和响应时间成反比关系。 16、滤波器的频率分辨力主要由其带宽决定。 17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝1。 18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1）串联而成（f c2> f c1）。 19、测试系统的线性度和滞后度是由系统误差引起的；而重复性误差是
由 随机 误差引起的。 ７、信号分析的过程主要包括： 信号加工 、 信号变换 。 ９、在数据采集系统中，常采用 程序控制 放大器。 10、根据载波受调制的参数的不同，调制可分为 调频 、 调幅 、 调相 。 16、用滤波的方法从信号提取的频率成分越窄，即带宽越小，需要的时间就越 长 。 17、如信号的自相关函数为Acos ωη，则其均方值Ψx 2= A 。 18、低通滤波器对阶跃响应的建立时间T e 带宽B 成 反比 、，或者说它们之间的乘机是 常数 。 ８、信号程选择性 决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力 １、周期信号的频谱是 离散 的，而非周期信号的频谱是连续的。 2、周期信号可按三角函数分解成下列形式： ) cos cos ()(001 0t n b t n a a t x n n n ωω++ =∑∞ = ， ; sin )(;cos )(; )(2 /2 /022 /2/022 /2/1 0? ?? ---= = =T T T n T T T n T T T tdt n t x b tdt n t x a dt t x a ωω 8．周期信号()x t 的傅氏三角级数展开式中：n a 表示 余弦分量的幅值 ，n b 表示 正弦分量的幅值 ，0a 表示直流分量。 3、使信号中特定的频率成分通过，而衰减其他频率成分的电路称 滤波器 。 4、信号可分为确定性信号和 随机信号 ，也可分为模拟信号和 数字信号 。 5、滤波器的品质因素Q 与带宽B 的关系是 f Q B = 。 6、金属应变片是根据 应变效应 原理工作的。 7、当把石英等晶体置于电场中，其几何尺寸将发生变化，这种由于外电场作用 导致物质机械变形的现象称为 逆电压效应 。 8、矩形窗函数的频谱是 sin c 或sinx/x 函数。 9、两个时域函数1()x t 、2()x t 的卷积定义为 12()()x t x t d ττ-? 。
材料分析测试技术部分课后答案 太原理工大学材料物理0901 除夕月 1-1 计算0.071nm(MoKα)和0.154nm(CuKα)的X-射线的振动频率和能量。 ν=c/λ=3*108/(0.071*10-9)=4.23*1018S-1 E=hν=6.63*10-34*4.23*1018=2.8*10-15 J ν=c/λ=3*108/(0. 154*10-9)=1.95*1018S-1 E=hν=6.63*10-34*2.8*1018=1.29*10-15 J 1-2 计算当管电压为50kV时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能. E=eV=1.602*10-19*50*103=8.01*10-15 J λ=1.24/50=0.0248 nm E=8.01*10-15 J(全部转化为光子的能量) V=(2eV/m)1/2=(2*8.01*10-15/9.1*10-31)1/2=1.32*108m/s 1-3分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？ （1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射； （2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射；
（3）用CuKαX射线激发CuLα荧光辐射。 答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。最内层能量最低，向外能量依次增加。 根据能量关系，M、K层之间的能量差大于L、K成之间的能量差，K、L层之间的能量差大于M、L层能量差。由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以K?的能量大于Ka 的能量，Ka能量大于La的能量。 因此在不考虑能量损失的情况下： CuKa能激发CuKa荧光辐射；（能量相同） CuK?能激发CuKa荧光辐射；（K?>Ka） CuKa能激发CuLa荧光辐射；（Ka>la） 1-4 以铅为吸收体，利用MoKα、RhKα、AgKαX射线画图，用图解法证明式（1-16）的正确性。（铅对于上述Ⅹ射线的质量吸收系数分别为122.8，84.13，66.14 cm2／g）。再由曲线求出铅对应于管电压为30 kv条件下所发出的最短波长时质量吸收系数。 解：查表得 以铅为吸收体即Z=82 Kαλ 3 λ3Z3 μm Mo 0.714 0.364 200698 122.8 Rh 0.615 0.233 128469 84.13 Ag 0.567 0.182 100349 66.14 画以μm为纵坐标，以λ3Z3为横坐标曲线得K≈8.49×10-4，可见下图 铅发射最短波长λ0＝1.24×103/V＝0.0413nm λ3Z3＝38.844×103 μm = 33 cm3/g 1-5. 计算空气对CrKα的质量吸收系数和线吸收系数（假设空气中只有质量分数80％的氮和质量分数20％的氧，空气的密度为1.29×10-3g／cm3）。 解：μm=0.8×27.7＋0.2×40.1=22.16+8.02=30.18（cm2/g） μ=μm×ρ=30.18×1.29×10-3=3.89×10-2 cm-1 1-6. 为使CuKα线的强度衰减1／2，需要多厚的Ni滤波片？（Ni的密度为8.90g／cm3）。1-7. CuKα1和CuKα2的强度比在入射时为2：1，利用算得的Ni滤波片之后其比值会有什么变化？ 解：设滤波片的厚度为t 根据公式I/ I0=e-Umρt；查表得铁对CuKα的μm＝49.3（cm2/g）,有：1/2=exp(-μmρt) 即t=-(ln0.5)/ μmρ=0.00158cm 根据公式：μm=Kλ3Z3，CuKα1和CuKα2的波长分别为：0.154051和0.154433nm ，所以μm=K
材料分析测试技术复习参考资料（注：所有的标题都是按老师所给的“重点”的标题，） 第一章x射线的性质 射线的本质：X射线属电磁波或电磁辐射，同时具有波动性和粒子性特征，波长较为可见光短，约与晶体的晶格常数为同一数量级，在10-8cm左右。其波动性表现为以一定的频率和波长在空间传播；粒子性表现为由大量的不连续的粒子流构成。 2，X射线的产生条件：a产生自由电子；b使电子做定向高速运动；c在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物。 3，对X射线管施加不同的电压，再用适当的方法去测量由X射线管发出的X射线的波长和强度，便会得到X射线强度与波长的关系曲线，称为X射线谱。在管电压很低，小于某一值（Mo阳极X射线管小于20KV）时，曲线变化时连续变化的，称为连续谱。在各种管压下的连续谱都存在一个最短的波长值λo，称为短波限，在高速电子打到阳极靶上时，某些电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子，这个光量子便具有最高的能量和最短的波长，这波长即为λo。λo=V。 4，特征X射线谱： 概念：在连续X射线谱上，当电压继续升高，大于某个临界值时，突然在连续谱的某个波长处出现强度峰，峰窄而尖锐，改变管电流、管电压，这些谱线只改变强度而峰的位置所对应的波长不变，即波长只与靶的原子序数有关，与电压无关。因这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征、所以叫特征x射线，
由特征X射线构成的x射线谱叫特征x射线谱，而产生特征X射线的最低电压叫激发电压。 产生：当外来的高速度粒子(电子或光子)的动aE足够大时，可以将壳层中某个电子击出去，或击到原于系统之外，或使这个电子填到未满的高能级上。于是在原来位置出现空位，原子的系统能量因此而升高，处于激发态。这种激发态是不稳定的，势必自发地向低能态转化，使原子系统能量重新降低而趋于稳定。这一转化是由较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁的方式完成的，电子由高能级向低能级跃迁的过程中，有能量降低，降低的能量以光量子的形式释放出来形成光子能量，对于原子序数为Z的确定的物质来说，各原子能级的能量是固有的，所以．光子能量是固有的，λ也是固有的。即特征X射线波长为一固定值。 能量：若为K层向L层跃迁，则能量为： 各个系的概念：原于处于激发态后，外层电子使争相向内层跃迁，同时辐射出特征x射线。我们定义把K层电子被击出的过程叫K系激发，随之的电子跃迁所引起的辐射叫K系辐射，同理，把L层电子被击出的过程叫L系激发，随之的电子跃迁所引起的辐射叫L系辐射，依次类推。我们再按电子跃迁时所跨越的能级数目的不同把同一辐射线系分成几类，对跨 越I，2，3．．个能级所引起的辐射分别标以α、β、γ等符号。电子由L—K，M—K跃迁(分别跨越1、2个能级)所引起的K系辐射定义为Kα，Kβ谱线；同理，由M—L，N—L电子跃迁将辐射出L系的Lα，Lβ谱线，以此类推还有M线系等。 莫赛莱定律：特征X射线谱的频率或波长只取决于阳极靶物质的原子能级结构，
山东科技大学2010—2011学年第二学期 《材料分析测试技术》考试试卷（A卷）答案及评分标准 一、选择题（每空1分，共15分） 1-5、BBBCB 6-10、ACBCA 11-15、CDCCB 二、填空题（每空1分，共20分） 1、连续X射线和特征X射线。 2、多晶电子衍射谱、多次衍射谱、菊池线。 3、光学系统、样品室、放大系统、供电和真空系统 4、萃取复型 5、二次电子和背散射电子、吸收电子、特征X射线（任填3个） 6、正装法、反装法（倒装法）、45℃法（不规则法） 7、满足布拉格定律 8、H（hkl）垂直于正点阵（hkl）面；H（hkl）=1/d（hkl） 9、阿贝成像原理 三、名词解释（每题5分，共20分） 1、X射线的强度 X射线的强度是指行垂直X射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。常用的单位是J/cm2.s。 2、结构因子 结构因子是指一个单胞对X射线的散射强度，由于衍射强度正比于结构因子模的平方，消光即相当于衍射线没有强度，因此可通过结构因子是否为0来研究消光规律 3、差热分析 在程序控制温度条件下，测量样品与参比的基准物质之间的温度差与温度关系的一种热分析方法。 4、衍射衬度 衍射衬度是指试样中由于各处晶体取向不同和（或）晶体结构不同，满足布拉格条件的程度不同，使得对应式样下表面处有不同的衍射效果，从而在下表面形成一个随位置而异的衍射振幅分布而形成的衬度，它是由于晶体取向差异和（或）晶体结构造成的。 四、简答题（每题5分，共20分） 1、阐述特征X射线产生的物理机制 答当外来电子动能足够大时，可将原子内层（K壳层）中某个电子击出去，于是在原来的位置出现空位，原子系统的能量因此而升高，处于激发态，为使系统能量趋于稳定，由外层电子向内层跃迁。由于外层电子能量高于内层电子能量，在跃迁过程中，其剩余能量就要释放出来，形成特征X 射线。 2、简述扫描电镜的结构。 扫描电镜包括以下几个部分： （1）电子光学系统由电子抢、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成。 （2）信号收集和显示系统 二次电子和背反射电子收集器是扫描电镜中最主要的信号检测器。
材料分析测试技术复习参考资料 1、透射电子显微镜 其分辨率达10-1 nm ,扫描电子显微镜 其分辨率为Inmo 透射电子显微镜放大倍数大。 第一章x 射线的性质 2、X 射线的本质：X 射线属电磁波或电磁辐射，同时具有波动性和粒子性特征，波长较为可见光短，约与 晶体的晶格常数为同 一数量级，在 10-8cm 左右。其波动性表现为以一定的频率和波长在空间传播；粒子性 表现为由大量的不连续的粒子流构成。 即电磁波。 3、 X 射线的产生条件：a 产生自由电子；b 使电子做定向高速运动；c 在电子运动的路径上设置使其突然减 速的障碍物。X 射 线管的主要构造：阴极、阳极、窗口 。 4、 对X 射线管施加不同的电压，再用适当的方法去测量由 X 射线管发出的X 射线的波长和强度，便会得到 X 射线强度与波长的关系曲线，称为 X 射线谱。在管电压很低，小于某一值（ Mo 阳极X 射线管小于20KV ） 时，曲线变化时连续变化的，称为 连续谱。在各种管压下的连续谱都存在一个最短的波长值入 o ,称为短波 限，在高速电子打到阳极靶上时，某些电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子，这个光量 子便具有最高的能量和最短的波长，这波长即为入 0。入o=1.24/V 。 5、 X 射线谱分连续X 射线谱和特征X 射线谱。 * 6、特征X 射线谱： 概念：在连续X 射线谱上，当电压继续升高，大于某个临界值时，突然在连续谱的某个波长处出现强度峰， 峰窄而尖锐，改变管电流、管电压，这些谱线只改变强度而峰的位置所对应的波长不变，即波长只与靶的 原子序数有关，与电压无关。因这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征、所以叫特征 x 射线，由特 征X 射线构成的x 射线谱叫特征x 射线谱，而产生特征 X 射线的最低电压叫激发电压。 产生：当外来的高速度粒子（电子或光子）的动aE 足够大时，可以将壳层中某个电子击出去，或击到原于系 统之外，或使这个电子填到未满的高能级上。于是在原来位置出现空位，原子的系统能量因此而升高，处 于激发态。这种激发态是不稳定的，势必自发地向低能态转化，使原子系统能量重新降低而趋于稳定。这 一转化是由较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁的方式完成的，电子由高能级向低能级跃迁的过程中， 有能量降低，降低的能量以光量子的形式释放出来形成光子能量，对于原子序数为 各原子能级的能量是固有的，所以?光子能量是固有的，入也是固有的。即特征 能量：若为K 层向L 层跃迁，则能量为： &口 = Av = hcfX 各个系的概念：原于处于激发态后，外层电子使争相向内层跃迁，同时辐射出特征 x 射线。我们定义把 K 层电子被击出的过程叫 K 系激发，随之的电子跃迁所引起的辐射叫 K 系辐射，同理，把 L 层电子被击出的 过程叫L 系激发，随之的电子跃迁所引起的辐射叫 L 系辐射，依次类推。我们再按电子跃迁时所跨越的能 级数目的不同把同一辐射线系分成几类，对跨 越I , 2, 3..个能级所引起的辐射分别标以a 、B 、丫等符号。电子由 L —K , M — K 跃迁（分别跨越1、2个 能级）所引起的K 系辐射定义为K a, K B 谱线；同理，由 M- L , N — L 电子跃迁将辐射出 L 系的L a, L p 谱 线，以此类推还有 M 线系等。 7、X 射线与物质的相互作用： 散射、吸收、透射。X 射线的散射有相干散射和非相干散射。 第二章X 衍射的方向 1,相干条件：两相干光满足频率相同、振动方向相同、相位差恒定（即n 的整数倍）或波程差是波长的整 数倍。 & X 衍射和布拉格方程 波在传播过程中，在波程差为波长整数倍的方向发生波的叠加，波的振幅得到最大程度的加强，称 为衍射，对应的方向为衍射方向，而为半整数的方向，波的振幅得到最大程度的抵消。 Z 的确定的物质来说, X 射线波长为一固定值。
《机械工程测试技术基础》课后答案 章节测试题 第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来 传输的。这些物理量就是 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 为独立变量；而信号的频域描述，以 为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特 点： ， ， 。 4、 非周期信号包括 信号和 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 、 、 。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 对称，虚频谱（相频谱）总是 对 称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数???≥<=T t T t t t x ||0 ||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为121 )(+=ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和222 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的 总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、 和 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 （二）选择题 1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡
《近代材料测试方法》复习题 1．材料微观结构和成分分析可以分为哪几个层次？分别可以用什么方法分析？ 答：化学成分分析、晶体结构分析和显微结构分析 化学成分分析——常规方法（平均成分）：湿化学法、光谱分析法 ——先进方法（种类、浓度、价态、分布）：X射线荧光光谱、电子探针、 光电子能谱、俄歇电子能谱 晶体结构分析：X射线衍射、电子衍射 显微结构分析：光学显微镜、透射电子显微镜、扫面电子显微镜、扫面隧道显微镜、原 子力显微镜、场离子显微镜 2．X射线与物质相互作用有哪些现象和规律？利用这些现象和规律可以进行哪些科学研究工作，有哪些实际应用？ 答：除贯穿部分的光束外，射线能量损失在与物质作用过程之中，基本上可以归为两大类：一部 分可能变成次级或更高次的X射线，即所谓荧光X射线，同时，激发出光电子或俄歇电子。另一部分消耗在X射线的散射之中，包括相干散射和非相干散射。此外，它还能变成热量逸出。 （1）现象/现象：散射X射线（想干、非相干）、荧光X射线、透射X射线、俄歇效 应、光电子、热能 （2）①光电效应：当入射X射线光子能量等于某一阈值，可击出原子内层电子，产 生光电效应。
应用：光电效应产生光电子，是X射线光电子能谱分析的技术基础。光电效应 使原子产生空位后的退激发过程产生俄歇电子或X射线荧光辐射是 X射线激发俄歇能谱分析和X射线荧光分析方法的技术基础。 ②二次特征辐射（X射线荧光辐射）：当高能X射线光子击出被照射物质原子的 内层电子后，较外层电子填其空位而产生了次生特征X射线（称二次特征辐射）。 应用：X射线被物质散射时，产生两种现象：相干散射和非相干散射。相干散射 是X射线衍射分析方法的基础。 3．电子与物质相互作用有哪些现象和规律？利用这些现象和规律可以进行哪些科学研究工作，有哪些实际应用？ 答：当电子束入射到固体样品时，入射电子和样品物质将发生强烈的相互作用，发生弹性散射和非弹性散射。伴随着散射过程，相互作用的区域中将产生多种与样品性质有关的物理信息。 （1）现象/规律：二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子、俄歇电子、特征X射 线 （2）获得不同的显微图像或有关试样化学成分和电子结构的谱学信息 4．光电效应、荧光辐射、特征辐射、俄歇效应，荧光产率与俄歇电子产率。 特征X射线产生机理。 光电效应：当入射X射线光子能量等于某一阈值，可击出原子内层电子，产生光电效应。 荧光辐射：被打掉了内层电子的受激原子，将发生外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出波长严格一定的特征X射线。这种利用X射线激发而产生的特征辐射为二次特
名词解释 1.确定性信号：能用数学关系式表达的信号。 2.信号的时域描述及信号频域描述的定义？ 信号的时域描述：直接检测到或记录到的信号一般是随时间变化的物理量，称为信号的时域描述； 把时域描述的信号进行变换，转换成各个频率对应的幅值、相位，称为信号的频域描述。 3.频谱分析：从时域数学表达式转换为频域表达式。 4.非确定性信号：又称为随机信号，是无法用明确的数学表达式表达的信号。 5.谐波性：每条谱线只出现在基波频率的整数倍频率上 6.灵敏度：表征测试系统对输入信号变化的一种反应能力 7.校准曲线：通常用实验方法求得装置输入输出关系曲线，把此曲线叫校准曲线。 8.最小二乘法确定拟合直线：就是该直线与校准曲线间的偏差Bi的平方和ΣBi2为最小.求出斜率S。 9.不失真测试：在测试过程中采取相应的技术手段，使测试系统的输出信号能够真实、准确地反映出被测对象的信息。 10.直线确定拟合直线：用一条通过测量范围的上下端点的直线来表示拟合直线。 11.漂移：测试系统在输入不变的条件下，输出随时间而变化的趋势。 12.系统误差：在相同测试条件下，多次测量同一被测量时，测量误
差的大小和符号保持不变或按一定的函数规律变化的误差，服从确定的分布规律。 13.传感器：工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或其他种量值输出的器件，称为传感器 14.压阻效应：单晶半导体材料在沿某一轴向受到外力作用时其电阻率发生变化的现象。 15.压电效应：某些晶体材料，在沿着某一方向施加外力而使之变形时，内部就会产生电荷；当外力去掉之后，电荷也随之消失，这种现象称为正压电效应。 16.热电效应：将两种不同的导体A和B连接起来，组成一个闭合回路，当导体A、B两个接点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流。 17.接触电势：设导体A、B的自由电子浓度分别为nA、nB，且nA>nB，则导体A将失去电子带正电，B得到电子带负电，在接触处形成了电位差，即接触电动势。 18.温差电势：在一个均匀的导体材料中，如果其两端的温度不等，则在导体内也会产生电动势，这种电动势称为温差电动势。 19.绝对湿度：单位体积气体中所含水蒸气的质量定义为绝对湿度。 20.相对湿度：某一温度下的水蒸气压与该温度下的饱和水蒸气压之比定义为相对湿度。 21.湿敏特性：在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化。