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材料分析方法第一章射线的性质优秀课件

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材料分析方法第3版周玉出版社配套PPT课件第1章机械工业出版社

材料分析方法第3版周玉出版社配套PPT课件第1章机械工业出版社

第十章 电子衍射
第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析
第十二章 高分辨透射电子显微术
第十ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ章 扫描电子显微镜
第十四章 电子背散射衍射分析技术
第十五章 电子探针显微分析
第十六章 其他显微分析方法
2
绪论
本课程的特点：以分析仪器和实验技术为基础
本课程的内容主要包括：X射线衍射仪、电子显微镜等分 析仪器的结构与工作原理、及与此相关的材料微观组织结 构和微区成分的分析方法原理及其应用
L、 M、N、顺序递增
16
第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱 在莫塞莱定律 (1-6)式中，
K2
me 4
8 02h3c
1 n22
1 n12
R
1 n22
1 n12
其中R 称为里德伯常数，R = 1.0974107m-1；n1和n2是电子 跃迁前后壳层的主量子数，如 K 层 n =1，L 层n =2，M层 n =3等，…
X射线具有波粒二相性，因其波 长较短，其粒子性较为突出，即 可以把X射线看成是一束具有一 定能量的光量子流，
E = h = hc/
(1-2)
式中，h是普朗克常数；c是光速； 是X射线的频率， 是X射线的波长
7
第一节 X射线的性质
X射线穿过不同介质时，折射系数接近1，几乎不产生折射 现象
X射线肉眼不可见，但具有能使荧光物质发光、能使照相 底板感光、能使一些气体产生电离的现象
SWL= K /U
(1-5)
式中，K =1.24nmkV。而绝大部分电子到达阳极靶经多次碰
撞消耗其能量，因每次能量消耗不同而产生大于SWL的不同
波长的X射线，构成连续谱 13

XRD材料分析方法第一章 X射线的性质

XRD材料分析方法第一章 X射线的性质
X射线也是一种电磁波。 就其本质而言，它和一般 的可见光、红外线、紫外 线、γ射线、α射线以及 宇宙射线一样，都属于电 磁波（电磁辐射）。它是 一种人的肉眼看不见的射 线，但是可以穿过黑纸等 物质和使铂氰化钡荧光屏 发光。
二、X射线的波粒二象性
1、波动性
X射线的波长范围： 0.01~100 Å
2、阳极：又称为靶，是使高速运动的电子突然减 速并发射出X射线的地方。
最常用的靶材料有：Cr、Fe、Co、Ni、Cu、 Mo、W、Ag等。
3、窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地 方。
最常用的窗口材料有：金属铍，林德曼玻璃
4、焦斑（焦点）：是靶 面上被电子轰击的地 方， X射线就是从这 里发出的。其形状和 尺寸是由制成的灯丝 的形状和尺寸决定。
2、理论解释
1）运用经典理论解释
当X射线管中高速运动的电子到达靶的表面，突 然受到阻止时，产生了极大的加速度，按照经典 物理学理论，一个带有负电荷的电子受到这样一 种加速度时电子周围的电磁场将发生急剧的变化， 这样就要产生一个电磁波或电磁脉冲，由于很大 数量的电子射到靶面上的时间和条件不完全相同， 所产生的电磁波也不完全相同，这样的大量的电 磁波或电磁脉冲的总和，就形成了具有连续的各 种波长的X射线线谱。
• 阴极电子将自已的能量给予受激发的原子， 而使它的能量增高，原子处于激发状态。
• 如果K层电子被击出K层，称K激发，L层电 子被击出L层，称L激发，其余各层依此类 推。
• 处于激发状态的原子有自 发回到稳定状态的倾向， 此时外层电子将填充内层 空位，相应伴随着原子能 量的降低。原子从高能态 变成低能态时，多出的能 量以X射线形式辐射出来。 因物质一定，原子结构一 定，两特定能级间的能量 差一定，故辐射出的特征 X射波长一定。

材料分析方法-1-课件

材料分析方法-1-课件
X射线的穿透能力大，能穿透对可见光不透明的材料，特 别是波长在0.1nm以下的硬X射线
X射线照射到晶体物质时，将产生散射、干涉和衍射等现 象，与光线的绕射现象类似
X射线具有破坏杀死生物组织细胞的作用
27
第二节 X射线的产生及X射线谱
连续X射线和特征X射线
图1-2 X射线管结构示意图
图1-2所示的X射线管是产生 X射线的装置
SWL和强度最大值对应的波长m减小 当管电流 i 增大时，各波长X射线的强度均提高，但SWL
和m保持不变
随阳极靶材的原子序数Z 增大，连续X射线谱的强度提高，
但SWL和m保持不变
31
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱
连续谱强度分布曲线下的面积即为连续 X 射线谱的总 强度，其取决于X射线管U、i、Z 三个因素
不能给出所含元素的分布
10
绪论
四、X射线衍射与电子显微镜
1. X射线衍射（XRD, X-Ray Diffraction） XRD是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的 相组成、晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、 不同结构相的含量以及内应力的方法。
t-ZrO2 ZrSiO
4
Intensity
本教材主要内容
绪论 第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础 第二章 X射线衍射方向 第三章 X射线衍射强度 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定 第七章 多晶体织构的测定
1
本教材主要内容
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础
第九章 透射电子显微镜
1895年德国物理学家伦琴发现了 X射线，随后医学界将其 用于诊断和医疗，后来又用于金属材料和机械零件的探伤

第1章 X射线的性质 PPT课件

第1章 X射线的性质 PPT课件

25~30
Co
27 0.178892 0.179278 0.17902 0.162075 0.16081 7.71
30
Ni
28 0.165784 0.166169 0.16591 0.150010 0.14880 8.29
30~35
Cu 29 0.154051 0.154433 0.15418 0.139217 0.13804 8.86 35~40
吸收系数 μm ≈ Kλ 3Z2
吸 收 系 数
L k
波长
荧光辐射（二次X射线） 俄歇效应：
吸收限
激发（吸收）限与激发电压 λk＝12.4/vk
λk称为激发限，从X射线吸收的角 度讲又可称吸收限，Vk称 K系激发电 压。
（3）吸收限的应用 ① 滤波片的选择
I Hx
I0eHx
I e mHρx 0
Ix / I0
em ρx e141*0.1 *11.34
多元素物质（机械混合物、固溶体或化合物）: μm = w1μm1 + w2μm2 + …
式中： w1，w2…－各元素的重量百分数 μm1，μm2…—各元素的质量吸收系数
（2）吸收限
4、ｘ射线管发射连续Ｘ射线的效率比较低。
短波限0=?
hv<=最大的电子能量＝ｅＵ
hv＝ｈC / < = ｅＵ > =ｈC /ｅＵ=1.24/U (nm)= 0
2、特征/标识 X射线谱
特征X射线谱
eU
Kα
K
Kβ
L
M
特征X射线的产生
20.003kev
K
K1 2.869kev 2.630kev 2.525kev
非相干散射

第一章 X射线基本特性PPT课件

第一章 X射线基本特性PPT课件

电子在入射X射线电场作用下，产生强迫振动 每个受迫振动的电子成为新的电磁波源向空
间各个方向辐射与入射波同频率的电磁波
--------散射波
2021/3/6
上海应用技术学院材料学院
相干散射(Thomson散射)
散射波的波长与频率与入射 波相同，新的散射波之间可以发 生干涉作用
2021/3/6
上海应用技术学院材料学院
特征X射线谱：
具有一定波长的若干特强的X射线叠加 在强度连续光滑变化的连续X射线谱上
特征K、K X射线
2021/3/6
上海应用技术学院材料学院
特征K、K X射线产生的机理：
K系激发：K层电子被激出的过程 K系辐射：外层电子跃迁到K层上所辐射
出的特征X射线 K、K谱线：电子由LK，MK所引
起的K系辐射
张庆军主编 材料现代分析测试实验，化学
工业出版社，2006
2021/3/6
上海应用技术学院材料学院
第一篇 X射线衍射分析技术
2021/3/6
上海应用技术学院材料学院
X射线的发现
1895年11月8日(星期 五) ，伦琴给他妻子 Bertha拍的左手透视
片，手上戴有戒指。
1896年2月8日，X射线在美国首次用于临 床诊断
2021/3/6
上海应用技术学院材料学院
2021/3/6
图.日本理学D/max2200PC型X射线衍射仪
上海应用技术学院材料学院
1.2 X射线的产生
X光管结构示意图
2021/3/6
上海应用技术学院材料学院
2021/3/6
X射线管
上海应用技术学院材料学院
1.2 X射线的产生
阴极： 发射电子的地方，由绕成螺线形的钨丝 制成

射线的课件ppt

射线的课件ppt
射线的长度是起点和终点之间的直线距离。在几何学中，射线的长度是有限的，可以用实数表示。计 算射线长度的方法与计算线段长度的方法相同，可以使用勾股定理或三角函数等数学工具进行计算。
射线的夹角
总结词
射线的夹角是两条射线之间的角度。
详细描述
射线的夹角是两条射线在平面内所形成的角度。如果两条射线从一个共同点出发，它们 之间的夹角可以通过比较它们的方向来确定。夹角的大小可以用角度来表示，也可以用
弧度来表示。两条射线之间的夹角不会超过180度。
射线的应用
03
射线的几何起点和方向，可以无 限延伸。了解射线的定义、性质和表示方法是几何学的 基础。
02
射线的作图
通过给定的条件，如起点、方向或包含特定点，可以绘 制射线。掌握射线的作图方法是解决几何问题的关键。
射线在零件中的透射和散射，可以评估零件的质量和可靠性。
03
雷达测距
雷达通过向目标发射射线并测量反射回来的时间来计算目标距离。了解
射线的传播速度和雷达的工作原理对于雷达测距的精度至关重要。
04 射线与其他几何元素的关系
射线与线段的关系
射线是线段向一个方向无限延伸形成的图形，因此，射线可以看作是线段的延伸。
管理。
辐射测量
射线还可用于测量物质的物理性 质，如厚度、密度等。通过测量 射线在物质中的衰减或散射，可
以推断出物质的某些特性。
射线的工程应用
01
建筑学中的射线法
射线法是一种用于确定建筑空间几何特性的方法。通过射线法，可以检
测建筑物的尺寸、角度和距离等参数，确保建筑物的几何精度。
02
机械零件的检测
在机械工程中，射线可用于检测机械零件的内部结构和缺陷。通过分析

材料研究方法x射线物理基础PPT课件

材料研究方法x射线物理基础PPT课件

光电效应
第39页/共62页
光电效应
• 为产生K系荧光辐射 式中：VK—把K层电子击出的最小电压
c
h eVK
λK—把K层电子击出入射光最长波长
• 只有入射x-ray的λ≤λK时才能产生K系荧光辐射。
第40页/共62页
激发限与吸收限λK
hc eVK
1.24 VK
K (nm)
• 讨论光电效应产生的条件时，λK称K系激发限；讨论x-ray被物质吸收时，λK称 吸收限。
• 管电压增加到一定数值，电子脱离原轨道，体系处于不稳定的激发态。 • 电子从高能级向低能级的跃迁将以光子的形式辐射出标识x-ray谱。
第20页/共62页
标识x射线谱
hK WK WL hK hL
第21页/共62页
标识x射线谱
• k层电子被迁出的过程 叫k系激发，随之的电子 跃迁所引起的辐射为k系 辐射。 • Kα是由Kα1和Kα2两条 谱线组成，与原子能级 的精细结构有关。
俄歇效应
• 俄歇电子通常用参与过程的三个能级来命名。即：初态空位所在能级、向空 位作无辐射跃迁电子原在能级、发射电子原在能级。
• 例：K层电子被击出，L2层电子跳入K层空位，多余能量传递L3层电子。 俄歇电子表示为：KL2L3。
第45页/共62页
说明：
• 光电吸收指原子处于高能激发态。 （以光子激发原子所发生的激发过程） • 伴随光电吸收发生的有荧光x-ray和俄歇电子。（辐射跃迁和无辐射跃迁） • 通常荧光x-ray和俄歇电子是同时存在的。
1.2 x射线的产生
• 凡是高速运动的电子流或其它高能辐射流被突然减速时均能产生x-ray。 • 获得x射线必须具备的基本条件：
① 产生自由电子 ② 使电子作定向高速运动 ③ 突然止住电子

《材料分析测试方法》X射线的性质31页PPT

《材料分析测试方法》X射线的性质31页PPT
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
《材料分析测试方法》X射线的性质
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、律都是相互依存的。——伯克
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
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(1) X射线衍射仪（XRD， X-Ray diffraction） 用于物相(或说结构）分析 及其他 [ dɪ'frækʃn]
(2) 透射电镜（TEM， Transmission Electron Microscope）
物相分析，和微观形貌
[ˈmaɪkrəskəʊp]
(3) 扫描电镜 （SEM， Scanning Electron Microscope） 表面形貌
W Ag Mo
b. 短波限只与管电压有关， 不受其它因素影响。
λmin hc eV
（了解）推导：设管电压为V，电子电量e ，电场力做功，则 电子获得动能为eV，当这一能量完全转化为光子的能量时
h m ax
h
c m in
eV
ห้องสมุดไป่ตู้得：
min hc 1240 (nm) 为连续谱的短波极限波长
eV eV
材料分析方法第一章射线的性 质
绪论
材料内部的成份、结构直接决定着材料的性 能和应用。
如何判定材料的成份和结构是材料学领域的关 键问题。
问题1： 假如你有一块黄橙橙的矿石，你能判断是否
含有黄金吗？ 阿基米德方法？
问题2：你能区分不同结构的相同成分物质？
锅烟灰---C60
炭纳米管
金刚石
碳结构的变化
在本次课程学习的主要材料分析方法：
强度 （任意单位）
特 征 射 线 连续X射线
X
波长（Å）
35 KV的管压下，钼靶的X射线
一．连续X射线谱
●特点： ① 波长连续变化。 ② 有一个波长极限——短波限λmin。
●产生原因：高速运动的电子受阻而减速时产生的电磁辐射， 也叫轫致辐射。
• 电子加速后撞向阳极靶，大部分动能转化为热能，一 部分以x-ray释放。
§１－１ 引言
１．1895年，伦琴发现了一种穿透力很强的射线——
Ｘ射线
电子束
伦琴 W. K. Rontgen
第一张X光照片
伦琴于1901年获首届诺贝尔物理奖
２. 1912年劳厄（M.von Laue）发现通过晶体时产生衍
射现象, 证实了X射线的波动性
准直缝 晶体 X射线
劳厄斑
····
劳厄
§１－２ X射线的本质
X射线的本质: 波长很短的电磁波
●波长很短的电磁波 0.01~100Å 用于晶体分析的 λ= 0.5~2.5Å
●具有波粒二象性(实际上任何物质具波粒二象性） 波动性：以一定频率、波长在空间传播； 微粒性：以光子形式辐射和吸收时具有一定的
质量、能量和动量。
能量E h hc
其中：h为普朗克常数， h 6.626 1034 J s
行
物
相
分
析
单晶体衍射花样
TEM:
(1) 可形成衍射花样, 进行物相分析, 图c
(2) 可成像 图a, b
2nm
50 nm
扫描电微镜（SEM）
苍蝇的复眼扫 描电镜图像
第一部分 材料X射线衍射分析
X-ray Diffraction
常用来分析 物相、晶格参数，应力等
第一章 X射线的性质
本章要点：
1. X射线的本质：为电磁波，具有波粒子二象性 2. X射线管的主要构造 3. X射线连续谱的特征和 产生原因（及应用） 4. X射线特征谱产生过程、条件(难点) 、命名、莫塞莱定律（应用） 5. X射线与物质相互作用: 散射(相干与非相干)+
§ 1-３ X射线的产生及X 射线管
（1） X射线管的作用： 以高能电子打在靶材上产生X射线
（２）X射线管产生Ｘ射线的３条件： 1） 产生自由电子； 2） 电子作定向高速运动; 3）使电子止住或突然减速的 障碍物
（3）X射线管的结构：
阴极：发射电子。由钨丝制成，通电后，钨丝发热释放自由电子， 奔向阳极 。
+真吸收( 光电子，俄歇效应，荧光X 射线) + 透射
6. X射线透过的强度公式，质量吸收系数
7. 二次特征辐射、吸收限(或称激发限) 、及质量吸收系数曲线 8.吸收限在结构分析时的应用： 1) (了解）滤波：Z滤= Z靶－1 （Z靶＜40)；Z滤= Z靶－2 （Z靶＞=4
2)选靶材一般方法是:Z靶≤Z样+1
c为X射线的速度， c 2.998 108 m / s
例：求200 nm 的一个光子所具有的能量
c E h
6.626 1034 2.998 108 200 109
9.930 1019 (J )
（了解）附：电磁波谱
无线电波→微波→红外光→可见光→紫外光→X 射线→γ射线
能量 γ射线 核能级跃迁 X射线 原子内层电子的能级跃迁 紫外光 原子或分子外层电子的能级跃迁 可见光 原子或分子外层电子的能级跃迁 红外光 分子振动和转动能级的跃迁 微波 无线电波
阳极：亦称靶，是使电子突然减速并发射X射线。 通常的靶材有: Cu、Mo、Co 等 良好的循环水冷却，防止靶熔化
窗口：窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。通常用金属铍，
§ 1-４ X射线谱
X射线谱定义：X射线的强度--波长的关系曲线
X射线管发射出来的X射线 分为两种类型：
一．连续X射线谱
二．特征X射线谱
• 撞向阳极的电子目数很多，时间、条件不同，或多次 碰撞逐步减少其能量。
• 动能转换为x-ray的能量有多有少，射出x-ray的频率有 大有小，形成不同波长的x-ray，构成连续的谱线。
连续谱
I
短波极限波长λmin
a.对应着极少数电子只经过一 次碰撞，并且将全部能量eU 转化为一个光量子。
不同阳极
连续X射线谱的强度----两种计算方法：
1）光的强度决定于单位时间内通过单位面积的光 子数n和每个光子的能量
I nhν
2）或者：I- 曲线下的面积表示连续x-ray的总强度。 I连续＝ I () d 0
(4)波长分散谱仪—波谱仪WDS, Wavelength Dispersive Spectrometer
能量分散谱仪—能谱仪 EDS, Energy Dispersive Spectrometer
WDS, EDS—利用特征射线进行成分分析,
[spekˈtrɒmɪtə(r)]
EDS可作为两电镜的附件, 用于微区成份分析
高能电子束与固体样品作用时产生的信号和6大材料分析手段
高能电子
EDS/W DS
入射
样
衍射
品2
XRD
特征
扫描 二次电子
电镜
SE
背散射
M
电子
X射
样
线
品2
光电
XP
子
S
X射线
样
品2
荧光（二次特
样品1
征X射线
透射电子
（TEM）
X射线 荧光谱 分析
X射线衍射仪 (XRD)
透射电镜（TEM）
可
进
多晶体衍射花样