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常见材料的散射原理
常见材料的散射原理,我概括如下:
1. 散射的基本概念
当光子传播中遇到不均匀的介质时,会发生方向改变的现象,这就是散射。
根据散射前后光子能量是否改变,可以分为弹性散射和非弹性散射。
2. 导致散射的微观机制
(1)电子云震荡:光子与原子的电子云相互作用,使电子云产生震荡,然后重新发射光子。
(2)光子与phonon相互作用:光子可以吸收或激发晶格振动子(phonon),产生能量交换引起散射。
(3)缺陷散射:材料内部的点缺陷、线缺陷、面缺陷等会造成局部电子密度或晶格常数变化,引起散射。
3. 常见材料的散射特性
(1)金属:主要机制是电子云的集体震荡,属于弹性散射。
(2)半导体:含有大量的电子和空穴,发生电子跃迁吸收光子能量,产生非弹性散射。
(3)白色材料:包含大量界面和空气孔,光入射时在界面折射导致全方向散射。
(4)涂料:含有TiO2、SiO2等颗粒,产生强的缺陷散射。
4. 影响散射效果的因素
散射效果与入射光波长、材料组分和状态、粒径尺寸、表面处理以及缺陷类型等参数有关。
控制这些因素可以优化所需的散射效果。
5. 散射机制在应用中的作用
(1)白炽灯利用烧蚀产生散射提高发光效率。
(2)乳白塑料中添加TiO2 粒子,利用其强散射作用增加透光率。
(3)气凝胶利用缺陷造成的Rayleigh散射产生蓝天效应。
(4)生物组织的散射特性可用于医学光学成像和检测。
综上所述,不同材料的散射机制各不相同,但都可用于特定应用,需要根据使用目的进行设计与控制。
近代物理实验报告指导教师：得分：实验时间：2010 年 3 月31 日，第五周，周三，第5-8 节实验者：班级材料0705 学号200767025 姓名童凌炜同组者：班级材料0705 学号200767007 姓名车宏龙实验地点：综合楼507实验条件：室内温度℃，相对湿度%，室内气压实验题目：验证快速电子的相对论效应实验仪器：（注明规格和型号）本实验的装置主要由以下部分组成：β放射源；半圆聚焦β磁谱仪；真空室；NaI闪烁探头；高压电源；放大器；多道脉冲幅度分析器；微机与数据处理软件；γ放射源（各部如下图所示）1. β放射源β-28.6aβ-64.1h本实验中选用90Sr-90Yβ放射源，其衰变链为：90Sr 90Y 90Zr2. 半圆聚焦β磁谱仪β源射出的高速β例子经过准直后垂直射入一均匀磁场中， 粒子因受到与运动方向垂直的洛仑兹力作用而做圆周运动。
粒子做圆周运动的方程为：B e dtdp⨯-=ν 而将这个微分式逆推， 可以得到粒子运动的动量表达式：eB x eBR p ⋅∆==21R 为粒子运动的轨道半径。
这样， 有放射源射出的不同动量的β粒子， 经过磁场后， 其出射位置各不相同。
因此在不同的地方探测到β粒子的动量， 再由探测器测得该处电子的动能， 便可以将同一状态下电子的动量和动能进行比较。
3. 真空室真空室的作用是为了出去空气对β粒子运动的影响。
但实验中由于密封真空室的塑料薄膜存在， 会致使电子穿过是动能严重损失， 因而需要进行动能修正。
实验中仅对粒子进行一次动能修正。
4. NaI 探测器NaI 探测器主要由NaI 闪烁晶体和光电倍增管以及相应的电子线路构成。
当射线进入闪烁体时， 在某一点产生次级电子， 随后这个电子在光电倍增管的级联放大作用下产生大量的电子， 这些电子会在阳极负载上建立起电信号， 并由电路将电信号传输到电子学仪器中去。
5. 高压电源、 线性放大器、 多道脉冲幅度分析器高压电源和线性放大器为探头提供其工作时所需的高压和低压电源； 并将接受探头传输过来的包含入射粒子能量信息的电脉冲信号放大； 将放大信号传输给脉冲分析器。
了解电子的波粒二象性微观世界的奇妙之谜电子作为微观世界的基本粒子之一，具有波粒二象性，这是一个令人着迷的奇妙之谜。
通过深入了解电子的波粒二象性，我们可以更好地理解微观世界的行为规律和量子力学的基本原理。
一、电子的波粒二象性简介波粒二象性是指在一些实验中，电子既表现出像波一样的特性，又表现出像粒子一样的特性。
根据波粒二象性，电子既有波动性，也有粒子性。
二、电子的波动性实验证明，电子具有波动性。
比如，电子在通过狭缝时会发生干涉和衍射现象，这与光的波动性类似。
干涉和衍射实验结果的分析表明，电子的波动性与其波长有关，波长与动量成反比关系。
例如，一个低速运动的电子的波长远远大于一个高速运动的电子。
这说明电子具有波动性，在一定的条件下表现出了干涉和衍射现象。
三、电子的粒子性同时，电子也具有粒子性。
在一些实验中，电子表现出像粒子一样的特性，如离子化实验、散射实验等。
在这些实验中，电子的位置和运动速度成为了关键参数，而波动性则处于次要地位。
四、电子波粒二象性的意义波粒二象性是对物质本质的深入认识，它揭示了微观世界的非经典行为规律，对量子力学的发展产生了重要影响。
波粒二象性的研究不仅深化了人们对电子这一基本粒子的认识，也为我们理解其他粒子和微观世界的行为提供了重要的启示。
五、波粒二象性的应用波粒二象性的认识不仅在理论物理学领域具有重要意义，也在实际应用中发挥着重要作用。
1. 电子显微镜电子显微镜是基于电子的波动性原理，通过电子束的干涉和衍射来观察物质的微观结构。
相比传统光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和更强的穿透能力，可以观察到更微小的物体和更细微的结构。
2. 量子力学波粒二象性的研究为量子力学的建立和发展提供了理论基础。
量子力学是描述微观世界行为的物理学理论，它改变了传统物理学的观念和计算方法。
量子力学的应用广泛，包括原子核物理、固体物理、光学等领域。
六、总结电子的波粒二象性是微观世界的一个奇妙之谜。
通过深入研究电子的波动性和粒子性，我们可以更好地理解微观世界的行为规律和量子力学的基本原理。
x射线产生的基本原理X射线是一种电磁波，其产生原理基于高速电子的停滞和能量转移过程。
下面将详细介绍X射线的产生原理。
1.高速电子束的产生X射线的产生要依靠高速电子束。
最常见的方法是通过电子加速器（如电子线性加速器或环形加速器）加速电子。
这些电子往往具有较高的能量，以至于在与物质相互作用时可以产生辐射。
2.电子束与目标物的相互作用当高速电子束与物质（通常是金属）相互作用时，会发生两种主要的相互作用过程：（1）电子的散射：高速电子与原子的外层电子进行碰撞，导致电子的运动方向和能量发生变化，这个过程称为电子的散射。
电子的散射会导致电子束损失能量、偏转或改变方向。
（2）电子的停滞：当高速电子与物质中的原子进行相互作用时，电子可以通过与原子的电子作用而失去能量。
在这个过程中，电子会被原子的靶层内的电子吸收，继而把能量转移给靶层的电子。
这种能量转移的结果是靶层的电子从低能量层跃迁到外层，形成一个空据态。
3.X射线的产生当高速电子束与物质中的原子发生相互作用时，原子内部的电子会被激发到一个高能级，形成一个空据态。
这个空据态是不稳定的，被占据的外层电子会从高能级回到低能级，释放出能量。
这个能量以电磁波的形式发出，即X射线。
4.X射线的特性与能量X射线的特性与能量与电子束的能量、物质的特性以及产生X射线所使用的方法都有关系。
（1）连续谱与特征谱：当电子束与物质相互作用时，发出的X射线可以分为连续谱和特征谱两种。
连续谱是由电子在物质中失去能量时产生的，其能量范围连续分布；而特征谱是由于电子与物质原子内部的电子相互作用而产生的，具有特定的能量。
（2）能量与穿透力：X射线的能量决定其穿透物质的能力。
较高能量的X射线可以穿透较厚的物质（如金属），而较低能量的X射线则会被物质吸收或发生散射。
（3）X射线光谱：通过调节加速电压或改变靶物质，可以改变产生X 射线的能量和光谱分布，以满足不同的应用需求。
总结：X射线的产生基于高速电子束与物质的相互作用。
晶体中的散射（几率）、迁移率与温度的关系载流子的散射：我们所说的载流子散射就是晶体中周期场的偏离，包括两种散射，即电离杂质散射和晶格振动散射。
一、电离杂质散射定义：载流子受到电离杂质中心库仑作用引起运动方向的变化。
特点：(1)散射几率P 是各向异性的。
(2)散射几率P 和杂质浓度大体成正比，和能量的3/2 次方成反比；由于能量与温度成正比，因此在温度较低时，电离杂质有较强的散射作用，此时迁移率由电离杂质散射决定，由公式μ = eτ/m 得到μ∝T 3/2二、晶格散射格波：晶格原子的本征运动称为格波。
在金刚石和闪锌矿结构的半导体中，每个原胞有两个原子对应同一个q 值（q 表示格波的波矢，方向是波传播的方向，大小等于2π/λ）有六种振动方式：三个声学波和三个光学波。
声学波：长波极限下，同一原胞两个不等价原子振动方向相同。
光学波：长波极限下，同一原胞两个不等价原子振动方向相反。
声子：格波能量量子化，引入“声子”表示晶格振动能量量子化的单元，即晶格振动能量的量子。
晶格散射对迁移率的影响：对于Si，Ge 等半导体只考虑纵声学波对电子的散射。
计算表明：纵声学波晶格散射的散射几率和温度的2/3 次方成正比，与电离杂质散射相反。
所以，有μ ∝T -3/2三、同时存在几种散射机制在同时存在几种散射机制时，总的散射几率应为各散射几率之和，由前面的分析可以得到：P=PI+PL其中PI 和PL 代表电离杂质散射几率和纵声学波散射几率； 对迁移率则有L I μμμ1+=11其中μI , μL 分别表示电离杂质散射和晶格散射单独起作用时的迁移率.由于μI ∝T 3/ 2μL ∝T −3/ 2故：（1）低温时，迁移率μ 正比于温度的3/2 次方，此时μ≈μI ∝T 3/ 2；（2）温度高时，迁移率μ 反比于温度的3/2 次方, 此时μ≈μL ∝T −3/ 2 ;四、正向导通压降决定于势垒高度。
势垒高度本身就由金半功函数差决定。
散射的原理散射是一种物理现象，当光线或其他波在传播过程中遇到不同介质的边界或不均匀介质时，会发生方向的改变。
散射现象广泛存在于自然界和人类生活中，例如太阳光穿过云层后的散射、声波在大气中的传播、雷达信号的散射等。
本文将介绍散射的基本原理及其在不同领域中的应用。
散射的基本原理是波在介质中传播时与介质中的微粒（如气体中的分子、液体中的分子或固体中的晶格等）发生相互作用，从而改变波的传播方向。
根据散射体的尺寸和波长的比值，散射可以分为光学尺度的散射和微观尺度的散射。
光学尺度的散射是指波长远大于散射体尺寸的散射现象，而微观尺度的散射则是指波长与散射体尺寸相当的散射现象。
在光学尺度下，散射的强度与波长的四次方成反比，这就是为什么天空在晴朗时是蓝色的原因。
太阳光穿过大气层时，与大气中的气体分子发生散射，由于蓝光的波长比红光短，所以蓝光更容易被散射，而红光则相对不易被散射，因此我们在白天看到的天空是蓝色的。
而在日落时分，太阳光经过更长的传播距离，蓝光已经被大气中的散射所消耗，只剩下红光能够到达地面，所以天空会呈现出红色或橙色。
在微观尺度下，散射的强度与散射体的形状、大小和折射率都有关。
例如，红外线在大气中的散射主要由大气中的水汽和二氧化碳引起，而雷达信号在大气中的散射则主要由大气中的气体分子引起。
在医学影像学中，X射线在人体组织中的散射也是影响影像质量的重要因素之一。
除了在自然界中的应用外，散射现象还被广泛应用于工程技术和科学研究中。
例如，声纳技术利用声波在水中的传播和散射来探测水下目标；激光散射技术被用于测量微粒的大小和浓度；散射光谱学则可以用来分析物质的成分和结构。
总之，散射是一种普遍存在的物理现象，它在自然界、工程技术和科学研究中都有着重要的应用。
通过对散射现象的深入研究和理解，我们可以更好地利用散射现象来解决实际问题，推动科学技术的发展。
希望本文能够帮助读者对散射的原理有一个清晰的认识，并对散射在各个领域中的应用有所了解。
扫描电子显微镜开展的核心任务，是追求对各种固体材料外表的高分辨形貌观察。
形貌图像采用二次电子信号进展成像，图像分辨率和放大倍数连续可调，大景深，立体感强是其根本特色。
然而实现扫描电镜的商品化，从扫描电镜发明和开展历史上看，自1935年Knoll研究二次发射现象，偶然观察到靶材的形状，到1965年商品化扫描电镜的推出，经历了30年。
这期间对于扫描电镜成像信号的认识和利用是一个不断探索的试验研究过程。
对成像信号进展深入研究，不断改良仪器性能，最后对成像信号理论有了全面认识，改良提升了了关键技术，图像分辨率有了显著提高，扫描电镜才得以以商品化的形式突飞猛进的开展。
通过不断对电子光学电子枪，电磁透镜，以与信号探测与成像信号系统的改良，扫描电镜的分辨率虽然已经达到了很高水平，但距离电子光波的分辨率限度，还有非常大的开展空间。
2010年报道，科学家已经研制出可以用在场发射电子枪上的六硼化镧针尖，据科学家介绍，这有望使得扫描电镜分辨能力有一个飞跃性提高。
如果说对于电子束样品作用区发射信号的本质认识，开展和完善了扫描电镜性能和附属装置和装备。
那么对于扫描电镜电镜应用者，对于不同信号与物质信息相互机制的深入认识，也是非常必要。
扫描电子显微镜分析系统结构一、二次电子与成像机制原理定义：从样品中出射的能量小于50ev的电子。
成因：二次电子是由于高能束电子与弱结合的导带电子相互作用的结果，这个相互作用的过程制造成几个电子伏的能量转移给导带电子，所引起的二次电子能量分布，在3-5ev处有一个数量峰值，当能量增加时，分布陡降。
二次电子的出射深度：5-50nm二次电子产额δ= Ise/Ibeam1)、二次电子的产额与样品外表几何形貌〔电子束入射角度〕关系二次电子逃逸深度d与电子束产生二次电子的路程δ 〔θ〕∝δ 0 /cosθδ 0为θ=0°时二次电子产额，为常数；θ为入射电子与样品外表法线之间的夹角，θ角越大，二次电子产额越高，这说明二次电子对样品外表状态非常敏感。
电子在晶体中的行为和散射随着科技的不断进步，电子在晶体中的行为和散射成为了物理学和材料科学的重要研究领域之一。
晶体是由原子、分子或离子以特定排列方式组成的固体材料，具有周期性结构。
在晶体中，电子能够通过晶格的空隙移动，并参与材料的导电和光学特性。
在晶体中的行为，电子可以被看作是微小的粒子。
根据量子力学的原理，它们的运动是不确定的，而且受到波动性的影响。
因此，电子在晶体中的行为通常被描述为波动性和粒子性的混合。
波动性使得电子能够表现出干涉和衍射现象，而粒子性则决定了它们的质量和动量。
电子在晶体中的行为还受到了晶格的影响。
晶格是由周期性排列的原子或离子构成的，它们之间通过化学键相互连接。
晶格的存在导致了电子在晶体中的能带结构。
能带是能量-动量关系的图像，描述了电子在晶体中的能量状态。
晶体中的能带可以分为价带和导带。
价带是由处于较低能量状态的电子占据的，而导带则是由处于较高能量状态的电子可访问的。
两者之间存在一个带隙，这是一个禁止电子占据的能量范围。
电子的散射是指电子在晶体中遇到原子或离子时发生的反射或散射现象。
这种散射可以通过布拉格散射理论来解释。
根据布拉格散射理论，当入射电子波与晶体中的原子或离子相互作用时，它们会被散射到不同的方向。
这种散射会导致干涉现象，从而产生衍射图样。
通过分析衍射图样，可以得到有关晶格的信息，如晶体的结构和晶格常数。
电子在晶体中的散射还可以通过电子显微术进行研究。
电子显微术是一种使用电子束探测样品表面的技术，它能够提供有关材料结构和化学成分的高分辨率图像。
常见的电子显微术包括扫描电子显微镜和透射电子显微镜。
这些技术可以帮助科学家观察和分析晶体中的电子行为和散射现象，从而深入了解材料的性质和行为。
电子在晶体中的行为和散射在材料科学和电子学领域具有广泛的应用。
通过研究电子在晶体中的行为，人们能够开发出新型的功能材料和器件，如半导体和光电子器件。
了解电子散射现象也有助于改善材料的性能，提高器件的效率。
