第一章材料辐射与材料结构

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电磁辐射与材料结构

奇数
1，2，3….
奇数或偶数 1/2；3/2；5/2….
1.2.4 固体的能带结构
1.能带的形成
量子力学计算表明，晶
体中若有N个原子，由于各原子
间的相互作用，对应于原来孤立
原子的每一个能级,在晶体中变
成了N条靠得很近的能级,称为能
带
。
从STM得到的硅晶体表面的原子结构图
能带的宽度记作E ，数量级为 E～eV。若N = 1023,则能带中两能级的间距约10-23eV。一般规律：
等．
主要物理参数有：波长(λ)或波数(σ或K)、频率(v)及相位(φ)
电磁波在真空中的传播速度(c)称光速，它与波长和频率满足关系
v c (c 3108 m / s) （1-1）
现．
电磁波同时具有微粒性，即电磁波是由光子所组成的光子流．电磁波与物质相互作用，如光电效应等现象是其微粒性的表
描述电磁波微粒性的主要物理参数有：光子能量(E)和光子动量(p)等。
在于其振动能量是量子化的．按量子理论的推导，
有
1
Ev
(V
)hv 2
（1-13）
式中：Ev——分子振动能； V——振动量子数，V可取值0，1，2，…；
h ——普朗克常数．
(2)多原子分子的振动
多原子分子振动可分为伸缩振动与变形振动两类。
伸缩振动是指原子沿键轴方向的周期性(往复) 运动；振动时键长变化而键角不变(双原子振动即为伸缩振动)。
2．分子轨道与电子能级
按分子轨道理论，原子形成分子后，电子不再定域在个别原子内，而是在遍及整个分子范围内运动；
每个电子都可看作是在原子核和其余电子共同提供的势场作用下在各自的轨道(称为分子轨道)上运动。

材料科学基础第1章材料的结构

材料科学基础第1章材料的结构陶瓷材料是一类无机非金属材料，它具有特殊的结构与性能。

在材料科学中，陶瓷材料可分为传统陶瓷和新结构陶瓷两类。

本节将重点介绍新结构陶瓷的结构与性能。

新结构陶瓷是近年来发展起来的一类新型陶瓷材料，它们具有优异的力学性能、磨损性能、热性能和化学稳定性，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子信息等领域。

新结构陶瓷的结构分为晶体结构陶瓷和非晶体结构陶瓷两种。

晶体结构陶瓷:晶体结构陶瓷的特点是具有明确的晶体结构，并且具有良好的晶体结构稳定性。

其中，最重要的晶体结构陶瓷有高温超导体、氮化硼陶瓷、磷酸盐陶瓷等。

1.高温超导体：高温超导体是指在接近室温时表现出超导性能的一类材料。

高温超导体的晶体结构由层状结构及细微结构组成。

其中，层状结构由大量原子或离子层排列而成，具有非常低的电阻和特殊的能带结构，使得电流可以无阻碍地通过。

这种结构使得高温超导体具有很高的临界温度和良好的超导性能。

2.氮化硼陶瓷：氮化硼陶瓷具有非常高的硬度和优异的耐磨性能。

它的晶体结构为六方晶系，硼原子和氮原子在晶体结构中呈六角形密堆结构，形成了一种非常稳定的结构。

这种结构使得氮化硼具有很高的硬度和较低的导电性能。

3.磷酸盐陶瓷：磷酸盐陶瓷具有较好的生物相容性和化学稳定性，被广泛应用于生物医学领域。

它的晶体结构由磷酸盐阴离子和金属阳离子组成，形成了一种不规则的半晶体结构。

这种结构使得磷酸盐陶瓷具有良好的生物相容性和化学稳定性。

非晶体结构陶瓷:非晶体结构陶瓷的特点是没有明确的晶体结构，而是呈无序的非晶态结构。

其中，最重要的非晶体结构陶瓷有石墨烯陶瓷、玻璃陶瓷等。

1.石墨烯陶瓷：石墨烯陶瓷是一种由石墨烯和陶瓷相结合形成的复合材料。

它具有石墨烯的高电导率和陶瓷的高温稳定性，具有优异的力学性能和热性能。

石墨烯陶瓷的结构为石墨烯片层与陶瓷相之间的堆叠结构。

2.玻璃陶瓷：玻璃陶瓷是一种半晶体材料，同时具有玻璃和陶瓷的特性。

它的结构为非晶态结构和晶体结构的混合体。

电磁辐射与材料结构

37
电磁辐射与材料结构
原子核自旋量子数与原子的质量数及原子序数的关系
质量数偶数奇数奇数偶数
原子序数偶数奇或偶数
自旋量子数(I) 0 1/2
核磁共振信号无有有有
原子核举例
12C 、16O 、32S 6 8 16 1H 、13C 、19F 、15N 、 1 6 9 7 31P 15 17O 、33S 8 16 2H 、14N 1 7
2s 1s 1原子 2原子 N原子
2s 1s
39
第一章
电磁辐射与材料结构
固体的能带结构能带基本概念采用能级分裂前的原子能级名称命名禁带：能带之间的间隙；能隙：禁带之间的宽度(可以为 0) 价带：与能级分裂前的原子基态价电子能级相应的能带导带：与能级分裂前的原子激发态能级相应的能带原子内层能级（也叫芯能级）仍旧保持孤立原子特征电子在能带的各个能级中的分布遵从能量最小、泡利不相容原理
电
子电子量子数 4. 自旋量子数 s ：决定电子的自旋角动量绝对值|Ms|的大小 s数值 5.自旋量子数 ms：决定自旋角动量 MS Z = mS h /2π ：的电子电子旋的数
17
1/2 量Msz
的
ms 数值+1/2 -1/2
的量的
量旋
第一章
电磁辐射与材料结构
原子结构与电子量子数原子的电子能级示意图
ms 能量En
z 2 me 4 13 . 6 z 2 En = − 2 = − ( ev ) 2 2 2 n 8ε 0 h n
n
1
1
2
3
…
电子能量电子子电子能量 n 2 n 的电子 n 1 2 3 4 5 ...... 电子 K L M N O ......

放射物理与防护全套ppt课件

56
57
3）管电压的影响：在相同mAs同种靶物质的条件下， X线的量与管电压的n次方成正比。
58
3、X线的质 X线的质又称线质，它表示X线的硬度，即穿透物质本领的大小。X线质完全由光子能量决定，而与光子个数无关。在实际应用中是以管电压和滤过情况来反映 X 线的质。这是因为管电压高、激发的X线光子能量大，即线质硬；滤过板厚，连续谱中低能成分被吸收的多，透过滤过板的高能成分增加，使 X线束的线质变硬。在滤过情况一定时，常用管电压的千伏值来粗略描述X线的质。在工作中描述X线质除千伏值外，还用半价层、半值深度等物理量来表示X线质。
34
2、激发高速电子通过物质时，作用于轨道电子，轨道电子获得能量从低能态轨道跃迁到高能态轨道，这种现象称为激发。此时原子处于受激态，不稳定。当该电子退激时（跃迁），获得的能量将以光能或热能的形式释出。外层轨道电子受激退激时产生热能，内层轨道电子受激退激时产生射线。
35
3、散射电子受到物质原子核库仑电场的作用而发生方向偏折，称散射。散射对测量及防护都有一定程度的影响。
38
下图是使用钨靶 X 线管，管电流保持不变，将管电压从 20KV 逐步增加到 50KV ，同时测量各波段的相对强度而绘制成的 X 线谱。
39
2、连续X线的最短波长、最强波长、平均波长及最大光子能量。
40
最短波长：
41
42
最强波长：
λ
最强
= 1.5 λ
min
平均波长 λ 平均 = 2.5λ
放射物理与防护
Radiological Physics and Radiation Protection
1
第一章物质结构一、原子的基本状况

辐射剂量与防护(B5标准)详解

核辐射剂量与防护（内部教材）张丽娇编目录目录 (I)绪论 (1)第一章辐射的基础知识 (7)第一节物质结构 (7)1.1. 原子结构 (7)1.2. 射线与辐射 (10)第二节射线与物质相互作用 (16)2.1. 带电粒子与物质相互作用 (16)2.2. γ射线与物质相互作用 (17)2.3. 中子与物质相互作用 (19)第三节辐射防护中常用的物理量 (21)3.1. 描述辐射场的量 (21)3.2. 相互作用系数 (24)3.3. 辐射剂量学中使用的量 (29)3.4. 辐射防护中使用的量 (40)第二章辐射对人体的影响和防护标准 (47)第一节放射性来源 (48)1.1. 天然放射性 (48)1.2. 人工放射性 (50)第二节辐射的生物效应 (53)2.1. 基础知识 (53)2.2. 几种电离辐射的相对危害性 (56)2.3. 辐射的生物效应 (57)2.4. 影响辐射生物效应的因素 (61)第三节辐射防护的目的、原则和标准 (64)3.1. 辐射防护的目的 (64)3.2. 辐射防护原则 (65)3.3. 辐射防护标准 (66)第三章外照射的防护 (75)第一节外照射防护的基本方法 (75)1.1. 时间防护 (76)1.2. 距离防护 (76)1.3. 屏蔽 (76)第二节X或Γ射线的外照射防护 (77)2.1. X、γ射线剂量计算 (77)2.2. X、γ射线在物质中的减弱规律 (83)2.3. X、γ射线的屏蔽计算 (88)2.4. 屏蔽X或γ射线的常用材料 (102)第三节Β射线的外照射防护 (103)3.1. β射线的剂量计算 (103)3.2. β射线的轫致辐射的剂量计算 (105)3.3. β射线的屏蔽计算 (107)第四节中子的外照射防护 (110)4.1. 中子的剂量计算 (110)4.2. 中子的屏蔽计算 (112)4.3. 屏蔽中子的常用材料 (117)第五节外照射防护中的几个特殊问题 (119)5.1. 屋顶厚度的计算 (119)5.2. 迷道和门窗问题 (122)5.3. 通风问题 (124)5.4. 安全连锁系统 (124)第四章内照射的防护 (127)第一节概述 (127)1.1. 内照射的特点 (127)4.2. 内、外照射防护的不同思路 (128)4.3. 放射性物质进入人体的途径 (128)第二节内照射限值 (132)2.1. 次级限值 (132)2.2. 导出限值 (135)第三节内照射防护 (136)3.1. 开放型放射性工作场所的分级、分区及其主要防护要求 (137)3.2. 个人防护措施 (141)第五章辐射防护监测 (143)第一节监测特点和分类 (143)第二节个人剂量监测 (144)2.1. 外照射个人剂量监测 (144)2.2. 体内污染的个人剂量监测 (147)第三节工作场所监测 (149)3.1. 外照射监测 (149)3.2. 表面污染监测 (150)3.3. 空气污染监测 (152)第四节环境监测 (154)4.1. 本底调查 (155)4.2. 常规监测 (155)4.3. 应急监测 (156)4.4. 环境监测的质量保证 (156)附表1 γ射线在某些元素和材料中的质量减弱系数、质量能量转移系数和质量能量吸收系数 (158)附表2 中子在某些物质中的比释动能因子 (161)附表3 各向同性γ点源的照射量积累因子 (165)附表4 各向同性点源γ射线减弱倍数所需的水屏蔽层厚度 (168)附表5 各向同性点源γ射线减弱倍数所需的混凝土屏蔽层厚度 (172)附表6 各向同性点源γ射线减弱倍数所需的铁屏蔽层厚度 (176)附表7 各向同性点源γ射线减弱倍数所需的铅屏蔽层厚度 (180)附表8 加速器X射线减弱倍数所需的混凝土屏蔽层厚度 (184)附图1~10 (186)绪论一、核科学技术的应用20世纪是一个科技成果丰硕的世纪，其伟大科技成果之一是人们打开了核科学技术利用的大门。

材料结构表征重点知识总结

第一章，绪论材料研究的四大要素：材料的固有性质，材料的结构，材料的使用使用性能。

材料的固有性质大都取决于物质的电子结构，原子结构和化学键结构。

电磁辐射与材料结构详解

速度v/(m.s-1) 5.9×105 5.9×106 1.9×107 5.9×107 1.4×103 2.4×102 30 1.0×103
波长λ/pm 1200 120 37 12 72 12
1.1×10-22 6.6×10-23
第二节材料结构基础
第二节材料结构基础(一)
一、原子能态及其表征
n、l、m共同表征了电子的轨道运动,而s与ms则是电子自旋运动的表征。s表征自旋运动角动量的大小,s=1/2。 ms取值为±1/2,表明电子自旋只有两个方向。
根据5（4）个量子数的取值规则，则每一电子层中可
容纳的电子总数为2n2
原子核外电子排布
部分元素核外电子排布
材料
电子结构
碱金属Na

1s22s22p63s1
且其变化是不连续的即量子化的,常用能级(图)形象化地进行表示。
量子数
• 核外电子的运动状态由n(主量子数)、l(角量子数)、m(磁量子数)、s(自旋量子数)、ms(自旋磁量子数) 5个量子数表征，也相应表征了电子的能量状态(能级结构)。
主量子数n值相同的原子轨道归并称为同一“电子层”。对应于n=1,2,3,4,5,…的电子层,常用K,L,M,N,O,…表示.
• 多电子原子：电子与电子相互作用等复杂情况 • 量子理论：
轨道-轨道相互作用(各电子轨道角动量之间的作用)、自旋-自旋相互作用(各电子自旋角动量之间的作用) 自旋-轨道相互作用(指电子自旋角动量与其轨道角动量的
作用,单电子原子中也存在此作用) • 轨道-轨道及自旋-自旋作用合称为剩余相互作用,进而通
磁量子数m ：
表示原子轨道在空间的取向，数值可以是0，1，2，....l，对于某个运动状态，可以有2l+1个磁量子数。例如l＝1，m 可以为 0，1三个不同的取向，用px, py, pz表示。 l＝2, m

第一章材料辐射与材料结构

塞曼分裂

当有外磁场存在时，光谱支项将进一步分裂为能量差异更小的若干能级（此种现象称塞曼分裂）。其分裂情况取决于MJ，每一分裂能级对应于MJ的一个取值，分裂能级的个数则为 MJ可能取值的个数。
19

原子的电子排布中凡充满壳层s2、p6、 d10、 f14 等的总轨道角动量量子数L、总自旋角动量量子数S、总轨道磁量子数 ML、总自旋磁量子数Ms都为零，发生跃迁的也往往是外层电子，所以，考虑光谱项时只需考虑开壳层上的电子。
图1-2 23PJ谱项及其分裂示意图
试练习本章习题1-3
27
3. 原子基态、激发、电离及能级跃迁

复习并掌握这些基本概念的含义。
通常，原子核外电子遵从能量最低原理、包利（Pauli）不相容原理和洪特（ Hund ）规则，分布于各个能级上，此时原子处于能量最低状态，称之为基态。原子中的一个或几个电子由基态所处能级跃迁到高能级上，这时的原子状态称激发态，是高能态；而原子由基态转变为激发态的过程称为激发。激发需要能量，此能量称为激发能，常以电子伏特（eV）表示，称为激发电位。激发能的大小应等于电子被激发后所处（高）能级与激发前所处能级（能量）之差。
12

n、l、m对核外电子状态的表征意义
13
原子的电子能级示意图
14
2．原子能态与原子量子数

多电子原子中，存在着电子与电子相互作用等复杂情况，量子理论将这些复杂作用分解为：轨道-轨道相互作用：各电子轨道角动量之间的作用自旋-自旋相互作用：各电子自旋角动量之间的作用自旋-轨道相互作用：指电子自旋角动量与其轨道角动量的作用（单电子原子中也存在此作用）并将轨道-轨道及自旋-自旋作用合称为剩余相互作用，进而通过对各角动量进行加和组合的过程（称为偶合）获得表征原子整体运动状态与能态的原子量子数。

核材料导论第1章概述

最令人头痛的便是钚239。钚是燃料棒主要的构成物质。这个放射性元素毒性十分的强烈。它能通过呼吸传播，因而引发肺癌。
七、核辐射的防护核辐射与防护
防辐射的原则:
• 当需要对辐射进行防护的时候，有三个重要的原则，就是时间、距离和屏蔽。 • 接受辐射的时间越短，离辐射的距离越远，接受的剂量就越少。
核辐射
常用辐射单位
活度居里(Ci) 贝克[勒尔 ](Bq) 库伦/千克 (C/kg) 戈[瑞](Gy) 1Ci=3.7×1010Bq
照射量
伦琴(R)
1R=2.58×10-4/kg
吸收剂量
拉德(rad)
1Gy=100rad
剂量当量
雷姆(rem)
希[弗](Sv)
1Sv=100rem
核辐射
常用辐射单位
基本粒子表
上夸克反上夸克下夸克反奇夸克反下夸克粲夸克反顶夸克
夸克
费米子轻子
反粲夸克底夸克
奇夸克
反底夸克
顶夸克
电子
反 τ子
正电子
电子中微子
μ子
反电子中微子
反 μ子
τ子
μ子中微反μ子中子微子
τ子中微子
玻色子规范玻色子光子
反τ子中微子
胶子 W玻色子 Z玻色子
核辐射与防护

核辐射会引起哪些伤害?
核辐射与防护

损伤躯体细胞，导致人体器官组织发生疾病，最终可能导致人体死亡。导致遗传基因发生突变。短时间内大剂量电离辐射引起的放射性损伤，称急性放射病较长时间超过允许剂量的辐射损伤，称慢性放射病。
核辐射与防护

【学习课件】第一章_材料的结构

24
面心立方晶格
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25
面心立方晶格的参数
完整版ppt
26
面心立方晶格
晶格常数：a
原子半径：r 2 a
4 原子个数：4 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等
完整版ppt
27
⑶ 密排六方晶格
完整版ppt
28
密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
组成合金的元素可以是
黄铜
全部是金属，也可是金
属与非金属。
组成合金的元素相互作
用可形成不同的相。
Al-Cu两相合金
完整版ppt
49
所谓相是指金属或合金中凡成分单相
合金
相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。显微组织实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。根据结构特点不同，固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。
下晶体和非晶体可互相转化。
金属的结构
完整版ppt
晶态
非晶态
SiO2的结构
2
2、晶格与晶胞 ⑴ 晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成。
龙村人龙村吧茶馆杂事
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3
⑵ 晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。
完整版ppt
4
⑶ 晶格常数：晶
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密
三种常见晶格的密底面对角线
排六
排面和密排方向
六方底面
方晶
格
体
面
心
心
立
立
方
方
晶
晶
格

材料分析测试方法试题及答案

第一章电磁辐射与材料结构一、名词、术语、概念波数，分子振动，伸缩振动，变形振动（或弯曲振动、变角振动），干涉指数，晶带，原子轨道磁矩，电子自旋磁矩，原子核磁矩。

二、填空1、电磁波谱可分为3个部分：①长波部分，包括( )与( )，有时习惯上称此部分为( )。

②中间部分，包括( )、( )和( )，统称为( )。

③短波部分，包括( )和( )（以及宇宙射线），此部分可称( )。

答案：无线电波（射频波），微波，波谱，红外线，可见光，紫外线，光学光谱，X射线，射线，射线谱。

2、原子中电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁均称为( )跃迁或( )跃迁。

答案：电子，能级。

3、电子由高能级向低能级的跃迁可分为两种方式：跃迁过程中多余的能量即跃迁前后能量差以电磁辐射的方式放出，称之为( )跃迁；若多余的能量转化为热能等形式，则称之为( )跃迁。

答案：辐射，无辐射。

4、分子的运动很复杂，一般可近似认为分子总能量（E）由分子中各( )，( )及( )组成。

答案：电子能量，振动能量，转动能量。

5、分子振动可分为( )振动与( )振动两类。

答案：伸缩，变形（或叫弯曲，变角）。

6、分子的伸缩振动可分为( )和( )。

答案：对称伸缩振动，不对称伸缩振动（或叫反对称伸缩振动）。

7、平面多原子（三原子及以上）分子的弯曲振动一般可分为( )和( )。

答案：面内弯曲振动，面外弯曲振动。

8、干涉指数是对晶面( )与晶面( )的标识，而晶面指数只标识晶面的（）。

答案：空间方位，间距，空间方位。

9、晶面间距分别为d110／2，d110/3的晶面，其干涉指数分别为( )和( )。

答案：220，330。

10、倒易矢量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)之晶面间距d HKL的( )。

答案：倒数（或1/d HKL）。

11、萤石（CaF2）的（220）面的晶面间距d220=0.193nm，其倒易矢量r*220（）于正点阵中的（220）面，长度r*220=（）。

超构材料及新颖电磁辐射

目录分析
在现代科学技术的浪潮中，超构材料作为一个前沿且充满活力的研究领域，正日益受到广泛。而《超构材料及新颖电磁辐射》这本书，正是对这一领域进行深入研究与探讨的集大成之作。本书不仅系统地介绍了超构材料的基本概念、性质和应用，还深入剖析了新颖电磁辐射的相关理论和技术。本书将从目录的角度，对这本书进行简要的分析。
以上就是我从《超构材料及新颖电磁辐射》这本书中摘录的一些精彩内容。这些摘录不仅展现了超构材料和新颖电磁辐射的学术价值和应用前景，更激发了我们对科技未来的无限期待。我相信，随着科学技术的不断进步和创新，超构材料和新颖电磁辐射这两个领域的研究将会取得更加辉煌的成就，为我们的生活带来更多惊喜和便利。
阅读《超构材料及新颖电磁辐射》这本书，让我对超构材料有了更深入的了解和认识。它不仅拓宽了我的知识视野，也让我对前沿科技领域产生了浓厚的兴趣。我相信，随着科技的不断发展，超构材料将会在更多领域展现出其独特的魅力和价值。未来，我期待看到更多关于超构材料的研究成果和应用案例，为我们的生活带来更多的便利和惊喜。
作者简介
作者简介
这是《超构材料及新颖电磁辐射》的读书笔记，暂无该书作者的介绍。
谢谢观看
在第二部分，目录转向了超构材料的性能表征。作者通过对超构材料的电磁响应、光学性质、力学特性等方面的深入探讨，展示了超构材料在不同领域的独特性能和应用潜力。这一部分不仅体现了超构材料的科学价值，也为其在实际应用中的广泛推广提供了理论支持。
目录的第三部分则着重于超构材料在电磁辐射方面的应用。作者详细介绍了超构材料在电磁波调控、隐身技术、天线设计等领域的应用案例，展示了超构材料在新颖电磁辐射方面的创新性和实用性。这一部分的内容不仅拓宽了读者的视野，也激发了读者对超构材料未来发展前景的期待。

材料分析测试方法试题及答案

材料分析测试方法试题及答案第一章电磁辐射与材料结构一、名词、术语、概念波数，分子振动，伸缩振动，变形振动（或弯曲振动、变角振动），干涉指数，晶带，原子轨道磁矩，电子自旋磁矩，原子核磁矩。

二、填空1、电磁波谱可分为3个部分：①长波部分，包括()与()，有时习惯上称此部分为()。

②中间部分，包括()、()和()，统称为()。

③短波部分，包括()和()（以及宇宙射线），此部分可称()。

答案：无线电波（射频波），微波，波谱，红外线，可见光，紫外线，光学光谱，某射线，射线，射线谱。

2、原子中电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁均称为()跃迁或()跃迁。

答案：电子，能级。

3、电子由高能级向低能级的跃迁可分为两种方式：跃迁过程中多余的能量即跃迁前后能量差以电磁辐射的方式放出，称之为()跃迁；若多余的能量转化为热能等形式，则称之为()跃迁。

答案：辐射，无辐射。

4、分子的运动很复杂，一般可近似认为分子总能量（E）由分子中各()，()及()组成。

答案：电子能量，振动能量，转动能量。

5、分子振动可分为()振动与()振动两类。

答案：伸缩，变形（或叫弯曲，变角）。

6、分子的伸缩振动可分为()和()。

答案：对称伸缩振动，不对称伸缩振动（或叫反对称伸缩振动）。

7、平面多原子（三原子及以上）分子的弯曲振动一般可分为()和()。

答案：面内弯曲振动，面外弯曲振动。

8、干涉指数是对晶面()与晶面()的标识，而晶面指数只标识晶面的（）。

答案：空间方位，间距，空间方位。

9、晶面间距分别为d110／2，d110/3的晶面，其干涉指数分别为()和()。

答案：220，330。

10、倒易矢量r某HKL的基本性质：r某HKL垂直于正点阵中相应的（HKL）晶面，其长度r某HKL等于(HKL)之晶面间距dHKL的()。

答案：倒数（或1/dHKL）。

11、萤石（CaF2）的（220）面的晶面间距d220=0.193nm，其倒易矢量r某220（）于正点阵中的（220）面，长度r某220=（）。

材料分析测试技术左演声课后答案

第一章电磁辐射与材料结构一、教材习题1-1 计算下列电磁辐射的有关参数：（1）波数为3030cm -1的芳烃红外吸收峰的波长（μm ）；答：已知波数ν=3030cm -1根据波数ν与波长λ的关系)μm (10000)cm (1λν=-可得：波长μm 3.3μm 3030100001≈==νλ（2）5m 波长射频辐射的频率（MHz ）；解：波长λ与频率ν的关系为λνc=已知波长λ=5m ，光速c ≈3×108m/s ，1s -1=1Hz则频率MHz 6010605/103168=⨯=⨯=-s msm ν （3）588.995nm 钠线相应的光子能量（eV ）。

答：光子的能量计算公式为λνchh E ==已知波长λ=588.995nm=5.88995⨯10-7m ，普朗克常数h ＝6.626×10-34J ⋅s ，光速c ≈3×108m/s ，1eV=1.602×10-19J 则光子的能量（eV ）计算如下：eVeV J ms m s J E 107.210602.110375.3 10375.31088995.5/10310626.61919197834≈⨯⨯=⨯=⨯⨯⨯⋅⨯=-----1-3 某原子的一个光谱项为45F J ，试用能级示意图表示其光谱支项与塞曼能级。

答：对于光谱项45F J ，n =4，L =3，M =5；S =2(M =2S +1=5)，则J =5，4，3，2，1，当J=5，M J=0，±1，±2，···±5；……J=1，M J=0，±1。

光谱项为45F J的能级示意图如下图：1-4辨析原子轨道磁矩、电子自旋磁矩与原子核磁矩的概念。

答：原子轨道磁矩是指原子中电子绕核旋转的轨道运动产生的磁矩；电子自旋磁矩是指电子自旋运动产生的磁矩；原子核磁矩是指原子中的原子核自旋运动产生的磁矩。

材料分析方法第一章晶体学基础

A2
B2
A3
0
1/2
1
y
x
◆结论：若仅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 ◆若要考虑二者晶面间距的不同，则分别用 (020) 和 (010) 标识，此即干涉指数．
z d010 d010/2 B1 A1 A3
A2
B2
0
1/2
1
3.晶体结构与空间点阵 ◆将空间点阵的阵点复原为结构基元，便得到晶体结构，即：晶体结构 = 空间点阵 + 结构基元．
NaCl结构
+
面心F点阵
0,0,0 1/2,0,0
=
Na+ Cl结构基元
◆注意：虽然空间点阵只有14种，但由于结构基元是无穷尽的，因而晶体结构也是无限的 (同一点阵因结构基元不同形成多种结构)。
a* a
a* ┴ b, a* ┴ c, b* ┴ a, b* ┴ c, c* ┴ a, c* ┴ b, ∴ a*//(b×c)， a*= K(b×c) b*//(c×a)， b*= K(c×a) c*//(a×b)， c*= K(a×b) 又∵ a*· a = K(b×c)· a=1 而(b×c)· a 为正点阵晶胞体积V ∴ a*· a = KV = 1 ∴ K = 1/V
a
A
o b
y
x
(4) 将倒数按比例化为互质的整数, 并加圆括号: (111)
例2: 求点阵面 MSR的密勒指数
步骤如下:
(1) 建立坐标系 (2)截距 x=1/4, y=2/3, z=1/2 (3)倒数: 1/x = 4, 1/y =3/2, 1/z =2 (4)将倒数乘公因子2, 化为最小整数 (5)加圆括号: (834)

材料结构的基本知识优秀课件

测得的性能数据亦不同这种性质称晶体的各向异性。各向同性——非晶体在各个方向上的原子排列可视为相同，沿任何方向测得的性能是一致的，表现为各向同性。
（1）泡利不相容原理一个原子中不可能存在有四个量子数完全相同的两个电子。（2）最低能量原理电子总是优先占据能量低的轨道，使系统处于最低的能量状态。
二、元素周期表及性能的周期性变化
原子周期律——早在1869年，俄国化学家已发现了元素性质是按原子相对质量的增加而程周期性的变化。这正是由于原子核外电子的排列是随原子序数的增加呈周期性变化。族——周期表上竖的各列。同一族元素具有相同的外壳层电子数，同一族元素具有非常相似的化学性能。
一、一次键
离子键——当两类原子结合时，金属原子的外层电子很可能转移到非金属原子外壳层上，使两者都得到稳定的电子结构，从而降低体系的能量，此时金属原子和非金属原子分别形成正离子和负离子，正负离子间相互吸引，使原子结合在一起，这就是离子键。（如NaCl）
共价键——价电子数为4或5个的ⅣA、 ⅤA族元素，离子化比较困难，在这种情况下，相邻原子间可以共同组成一个新的电子轨道，由两个原子中各有一个电子共用，利用共享电子对来达到稳定的电子结构。这就是共价键。金属键——金属原子很容易失去外壳层电子而具有稳定的电子壳层，形成带正电的阳离子，由正离子和自由电子之间
2、力学性能结合键是影响弹性模量的主要因素。
结合键能越大，弹性模量越大，材料的强度越大。
第三节原子排列方式
一、晶体与非晶体晶体中原子的排列是有序的，即原
子按某种特定方式在三维空间内呈周期性规则重复排列。而非晶体内部原子的排列是无序的。这种排列上的差异造成性能上的不同：各向异性——晶体由于其空间不同方向上的原子排列不同，沿着不同方向上所

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15
偶合方式
J-J偶合：当剩余相互作用小于自旋-轨道相互作用时，先考虑后者的偶合（适用于重元素原子）。 L-S偶合：当剩余相互作用大于自旋-轨道相互作用时，先考虑前者的偶合[适用于轻元素和中等元素（Z<40）的原子]。 L-S偶合可记为（s1，s2，…）（l1，l2，…）=（S，L）=J （1-9） P 此式表示将各电子自旋角动量（Ps1 ， s2 ，…）与各 P 电子轨道角动量（ Pl1 ，l2 ，…）分别加和（矢量和），获得原子的总自旋角动量PS与总轨道角动量PL，然后再由PS与PL合成总（自旋-轨道）角动量PJ（即 PJ=PS+PL）。
图1-2 23PJ谱项及其分裂示意图
试练习本章习题1-3
27
3. 原子基态、激发、电离及能级跃迁

复习并掌握这些基本概念的含义。
通常，原子核外电子遵从能量最低原理、包利（Pauli）不相容原理和洪特（Hund）规则，分布于各个能级上，此时原子处于能量最低状态，称之为基态。原子中的一个或几个电子由基态所处能级跃迁到高能级上，这时的原子状态称激发态，是高能态；而原子由基态转变为激发态的过程称为激发。激发需要能量，此能量称为激发能，常以电子伏特（eV）表示，称为激发电位。激发能的大小应等于电子被激发后所处（高）能级与激发前所处能级（能量）之差。
10
一、原子能态及其表征
1．原子结构与电子量子数 2．原子能态与原子量子数
与原子光谱有关的结构知识
3．原子基态、激发、电离及能级跃迁
11
1．原子结构与电子量子数

原子由原子核和绕核运动的电子组成。一般近似认为核外电子在各自的轨道上运动并用 “电子层”形象化描述电子的分布状况。核外电子的运动状态由n(主量子数)、l(角量子数)、m(磁量子数)、s(自旋量子数)和ms(自旋磁量子数)表征。 5个量子数也相应表征了电子的能量状态(能级结构)。
一般可近似认为，分子总能量（E）： E= Ee+Ev+Er （1-10）
Ee——电子运动能（主要指核外电子） Ev——分子振动能 Er——分子转动能
32
紫外可见吸收光谱
红外光谱拉曼光谱
对应于紫外可见区域红外区域
A、B-电子能级
V、V-振动能级 J、J-转动能级
（双原子）分子能级（结构）示意图
34

电子的分子轨道运动能量与参与组合的原子轨道能量及它们的重叠程度有关。分子中的电子在其电子能级中的分布也遵从能量最低原理与包利不相容原理。
O2分子电子能级示意图带“*”者为反键轨道(如2s*) 无“*”者为成健轨道(如2s)
35

3. 分子的振动与振动能级
（1）双原子分子的振动（2）多原子分子的振动
S：总自旋。其值为各价电子自旋s(其
1 值为 2
)的矢量和。
Smax = ΣSi
当电子数为偶数时，S取零或者整数，0,1,2，… 当电子数为奇数时，S取半整数，1/2，3/2…
如：P3组态： Smax＝3/2
J：内量子数。其值为各个价电子组合得到的总角量子数 L与总自旋 S的矢量和。 J 的取值范围： L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S J 的取值个数：
若L≥S，则J有(2S+1)个值；
若L＜S，则J有(2L+1)个值。
例：根据原子的电子构型求光谱项。 1. 钠原子基态和激发态。解：(1)钠原子基态 (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
原子实：包括原子核和其它全充满壳层（闭合壳层）中的电子。
光学电子：填充在未充满壳层中的电子。
例如：单价电子
个值。

MJ称总磁量子数，表征PJ沿外磁场方向分量的大小， MJ取值为：0，1，2，…，J（当J为整数时）或 1/2，3/2，…，J（当J为半整数时）。
17
光谱项

用n（主量子数）、S、L、J、MJ等量子数表征原子能态，则原子能级由符号nMLJ表示，称为光谱项。
符号中，对应于L＝0，1，2，3，4…，常用大写字母 S、P、D、F、G等表示。
12

n、l、m对核外电子状态的表征意义
13
原子的电子能级示意图
14
2．原子能态与原子量子数

多电子原子中，存在着电子与电子相互作用等复杂情况，量子理论将这些复杂作用分解为：轨道-轨道相互作用：各电子轨道角动量之间的作用自旋-自旋相互作用：各电子自旋角动量之间的作用自旋-轨道相互作用：指电子自旋角动量与其轨道角动量的作用（单电子原子中也存在此作用）并将轨道-轨道及自旋-自旋作用合称为剩余相互作用，进而通过对各角动量进行加和组合的过程（称为偶合）获得表征原子整体运动状态与能态的原子量子数。
29

原子中的电子获得足够的能量就会脱离原子核的束缚，产生电离。

使原子电离所需的能量称之为电离能，常以电子伏特
表示，称为电离电位。原子失去一个电子，称为一次电离。再次电离使原子再失去一个电子，称为二次电离。三次电离等依次类推。
30

二、分子运动与能态
与分子光谱有关的结构知识
光谱项nMLJ 对应于L＝0，1，2，3，4…，常用
大写字母S、P、D、F、G等表示。 L≥S时，M=2S+1；L<S时，M=2L+1。 J为正整数或半整数，取值为：L+S， L+S-1，L+S-2，…，L-S，若 L≥S，则J有2S+1个值，若L＜S，则J有2L+1个值。 MJ取值为：0，1，2，…，J（当J 为整数时）或1/2，3/2，…，J （当J为半整数时）。
L：总角量子数，其数值为外层价电
子角量子数 l 的矢量和，即
Lmax = Σli
L的取值范围： 0, 1, 2, 3, …, Lmax 相应的符号为：S, P, D, F，… 写出外层电子排布，将 l 加和。
如：P3组态： l1＝ l2 ＝ l3＝ 1,
可能的取值：0, 1, 2, 3
Lmax＝3
或
Na: 3s1----(3s1,4s,5s….)-(3p,4p,5p…)-(3d,4d,5d…)… a) S=+1/2; L=l=0; J=[L+S, L-S]=1/2 3S1/2
b) S=+1/2; L=l=1; J=[L+S, L-S]=3/2, 1/2
32P1/2，32P3/2 c) S=+1/2; L=l=2; J=[L+S, L-S]=5/2, 3/2 32D3/2, 32D5/2
v
2eV m
代入德布罗意物质波公式，得

h 2em V
将电子电荷e＝1.60×10-19C、电子质量mm0=9.11×1031kg及h值代入上式，得

1.225 V
式中，以nm为单位，V以V单位。
不同加速电压下电子波的波长（经相对论校正）
1nm=10Å
9
第二节材料结构基础一、原子能态及其表征二、分子运动与能态三、原子的磁矩和原子核自旋四、固体的能带结构五、晶体结构
=c（光速）

微粒性：电磁波是由光子所组成的光子流。描述电磁波微粒性的主要物理参数有：光子能量（E）和光子动量（p）等。
3

波动性与微粒性的关系： E=h（=hc/ ） P=h/

等式左边与右边分别为表示电磁波微粒性与波动性的参数
4
二、电磁波谱
将电磁波按波长（或频率）顺序排列即构成电磁波谱。

16

按L-S偶合，得到S、L、J、MJ等表征原子运动状态的原子量子数。

S称总自旋量子数，表征PS的大小。
L称总（轨道）角量子数，表征PL的大小。 J称内量子数（或总量子数），表征PJ的大小；J为正整数或半整数，取值为：L+S，L+S-1，L+S-2，…， L-S，若L≥S，则J有2S+1个值，若L＜S，则J有2L+1
28
Байду номын сангаас

原子激发态是不稳定态，大约只能存在10-8s~10-10s，
电子将随即返回基态。

原子中电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁均称为电子跃迁或能级跃迁。电子由高能级向低能级的跃迁可分为两种方式：辐射跃迁和无辐射跃迁

跃迁过程中多余的能量即跃迁前后能量差以电磁辐射
的方式放出，称之为辐射跃迁；若多余的能量转化为热能等形式，则称之为无辐射跃迁。
5
③短波部分（高能部分），包括X射线和射线（以及宇宙射线），此部分可称射线谱。 ②中间部分，包括紫外线、可见光和红外线（红外光），统称为光学光谱，一般所谓光谱仅指此部分而言。
①长波部分（低能部分），包括射频波（无线电波）与微波，有时习惯上称此部分为波谱。
6
三、物质波

运动实物粒子也具有波粒二象性，称为物质波或德布罗意波，如电子波、中子波等。德布罗意关系式
33
2. 分子轨道与电子能级

分子轨道理论
分子轨道可近似用原子轨道的线性组合表示。
分子轨道可分为：成键轨道：自旋反向的未成对电子配对形成，比参与组合的原子轨道能量低反键轨道：自旋同向的未成对电子配对形成，比参与组合的原子轨道能量高

根据分子轨道沿键轴的分布特点（由形成分子轨道的原子轨道重叠方式所决定），将其分为轨道（轨道上相应的电子及成键作用称电子与键）和轨道（相应的电子与键）等。
光谱支项

M表示光谱项多重性（称谱线多重性符号），即表示 n与L一定的光谱项可产生M个能量稍有不同的分裂能级（每一分裂能级称为一个光谱支项），此种能级分裂取决于J，每一个光谱支项对应于J的一个确定取值，而M则为J的可能取值的个数,

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