材料研究方法-EM-第二章

材料科学研究方法知到章节测试答案智慧树2023年最新青岛理工大学第一章测试1.材料的性能（力学性能和物理性能）是由其内部的微观组织结构决定的。

不同材料固然具有不用性能，同种成分的材料具有不同结构时，也具有不同的性能。

参考答案:对2.材料的四面体：合成/制备；性质；结构/成分；使用性能参考答案:对3.材料的组织形貌是指不同层次材料的相分布、形状、大小、数量等各种晶粒的组合特征。

可分为表面形貌和内部组织形貌两种。

参考答案:对4.材料的组织形貌分析借助各种显微技术探索材料的微观结构。

主要包括（）等。

参考答案:光学显微;透射电子显微;扫描电子显微;扫描隧道显微5.主要的晶体物相分析方法有 X 射线衍射(XRD)、电子衍射(ED)、及中子衍射(ND)，其共同的原理是利用电磁波或运动电子束、中子束等与材料内部规则排列的原子作用产生相干散射，获得材料内部原子排列的信息，从而重组出物质的结构。

参考答案:对6.在化学成分相同的情況下，晶体结构不同或局部点阵常数的改变不会引起材料性能的变化。

参考答案:错7.在材料的结构测定中，X 射线衍射分析仍是最主要的方法。

参考答案:对8.中子受物质中原子核散射，所以轻重原子对中子的散射能力差别比较小，中子衍射有利于测定轻原子的位置。

参考答案:对9.成分谱分析用于材料的化学成分分析，包括主要化学成分及少量杂质元素，主要基于其它物理性质或电化学性质与材料的特征关系而建立。

成分谱种类很多，有（）等参考答案:原子吸收光谱、质谱;热谱;光谱;色谱10.近二三十年，材料测试手段呈现出如下的发展趋势：参考答案:制样手段个性化;从静态研究材料结构性能向动态研究材料形成过程发展;测试设备大型化、精密化和高科技化;多种手段联合使用第二章测试1.X射线在穿透物质后衰减，除主要部分是由于真吸收消耗于光电效应和热效应外，还有一部分是偏离原来的方向，即发生了（）。

参考答案:散射2.特征X射线谱：当入射波增大到与阳极靶相适应的强度时，会在连续谱上出现一系列强度高、范围窄的线状谱线，这些谱线都是与特定的物质有严格恒定的关系，因此称为特征X射线谱。

材料研究方法1.如何理解材料研究方法的综合应用，为什么有时必须应用多种测试方法才能解决问题？解答：不论哪一种研究方法都有其相应的应用领域，即在应用上有一定的局限性。

而作为材料基本研究内容的材料结构与性能往往随时间与外界环境的变化而变化，是十分复杂的，单凭一种仪器分析方法难以确定，一般要综合运用多种测试手段在不同层次和不同侧面对材料进行分析描述，这些方法相互补充，互相验证，从而得到较为准确和全面的结论。

所以在材料的研究领域中，经常涉及到多种测试方法的综合运用。

2、何谓化学位移？它有什么重要性？影响化学位移的因素有哪些？答：某一质子吸收峰出现的位置与标准物质质子吸收峰出现的位置之间的差异称为该质子的化学位移。

它是分析分子中各类氢原子所处位置的重要依据。

影响化学位移的因素有：原子与分子的磁屏蔽、诱导效应、共轭效应、磁各向异性效应、范德华效应、氢键效应、溶剂效应、介质磁化率效应、顺磁效应。

1、什么是弛豫？答：由于核磁共振中氢核发生共振时吸收的能量是很小的，因而跃迁到高能态的氢核不可能通过发射谱线的形式失去能量而返回到低能态，这种由高能态回复到低能态而不发射原来所吸收的能量的过程称为弛豫过程2、产生红外吸收的原因是什么？阐述分子振动的形式原因：（1）辐射具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量，分子中某个基团的的振动频率和红外辐射的频率一致就满足了（2）辐射与物质之间有相互作用，分子的偶极距必须发生变化的振动，分子振动的形式：1．伸缩振动2．面外变形振动8、简述热重分析的特点和影响因素。

答：热重分析的特点：热重分析就是在程序控制温度下测量获得物质的质量与温度关系的一种技术。

其特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。

影响因素：1）热重曲线的基线漂移：基线漂移是指试样没有变化而记录曲线却指示出有质量变化的现象，它造成试样失重或增重的假象。

这种漂移主要与加热炉内气体的浮力效应和对流影响、Knudsen力及温度与静电对天平机构等的作用紧密相关。

光学显微镜的局限性（Abbe 原理） 电子的波长与加速电压 静电透镜与磁透镜基本原理 电磁透镜的光学特征 TEM 基本构造 TEM 的样品制备 TEM 的合轴操作光学显微镜的局限性（Abbe 原理）眼睛能分辨1/60度视角的物体，相当于明视距离下的0.1mm 目标。

Abbe 1870年证明：显微镜的分辨极限取决于光源波长的大小。

O 1O 2dL B 2B 1Md强度D图（a）点O 1 、O 2 形成两个Airy斑；图（b）是强度分布。

（a）（b）由于衍射效应，点光源成像为Airy 斑（中央亮斑与周围明暗相间圆环构成，84%的强度集中于中央亮斑）当两个点光源相互靠近，其两个像—Airy 斑亦相互靠近；当斑中心O 1、O 2间距等于Airy 斑半径时，刚好能分辨出是两个斑，此时点光源距离d 为分辨本领。

两个Airy斑明显可分辨出。

两个Airy斑刚好可分辨出。

两个Airy斑分辨不出。

I0.81IAbbe 原理d = 0.61λ/ ( n *sin α)λ：入射波波长n ：介质的折射系数α：孔径角n *sin α：数值孔径小λ+ 大α（不能大于900） 空气（n=1）+ α=900，d = 0.61λ高折射介质（松柏油n=1.515），d = λ/3紫色光光源（λ=450 nm ），d=150 nm ，有效放大倍率1K 。

可见光的波长条件下，最大限度只能分辨200nm 。

提高透镜的分辨本领：增大数值孔径困难且有限，唯有寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题。

要求波长短，能聚焦成像的光波。

X 射线和γ射线？比可见光波长更短的有：1）紫外线——会被物体强烈的吸收；2）X 射线——无法使其会聚；3）电子波根据德布罗意物质波的假设，即电子具有微粒性，也具有波动性。

电子波mvh =λ 电子的波长与加速电压λ= h / ( m V)½m V 2= e U加速电压与电子波长的关系λ= ( 150 / U )1/2考虑快速电子的相对论修正：m = m 0/ [ 1 –(V/ c)2] ½得到：λ= [ 150 / U ( 1 + 0.9788 * 10 -6U ) ]1/2加速电压(kV) 电子波长(Å) 相对论修正后的电子波长(Å)1 0.3878 0.387610 0.1226 0.122050 0.0548 0.0536100 0.0388 0.03701000 0.0123 0.0087加速电压和电子波长的关系为电子透镜1）电子可以凭借轴对称的非均匀电场、磁场的力，使其会聚或发散，从而达到成象的目的。

本书介绍了材料研究常用的分析测试方法，包括X射线衍射分析、电子衍射分析、电子显微分析、热分析、光谱分析、核磁共振分析、色谱分析、质谱分析、穆尔斯堡谱仪分析以及这些方法在材料测试中的综合应用。

本书着重论述分析测试方法的基本原理、样品制备及应用，内容力求简明实用，具有适应口径宽的教学特点，并尽可能展现*的分析测试方法，如环境扫描电镜何原子力显微镜等。

[1-2]目录前言第1章绪论1．1材料研究的意义和内容1．2材料结构和研究方法的分类第2章光学显微分析2．1概述2．2晶体光学基础2．3光学显微分析方法2．4特殊光学显微分析法2．5光学显微分析样品的制备2．6光学显微分析技术的突破——近场光学显微镜2．7光学显微分析在材料科学中的应用第3章x射线衍射分析3．1x射线的物理基础3．2x射线衍射原理3．3x射线衍射束的强度3．4实验方法及样品制备3．5x射线粉末衍射物相定性分析3．6x射线物相定量分析3．7晶体结构分析3．8x射线衍射技术在其他方面的应用第4章电子显微分析4．1概述4．2透射电镜4．3扫描电镜4．4电子探针仪4．5电镜的近期发展4．6电子光学表面分析仪第5章热分析5．1概述5．2热分析技术的分类5．3差热分析5．4差示扫描量热分析法5．5热重分析5．6热膨胀和热机械分析5．7热分析技术的应用5．8热分析技术的发展趋势第6章光谱分析6．1吸收光谱分类及基本原理6．2紫外光谱6．3红外吸收光谱分析6．4激光拉曼散射光谱法第7章核磁共振分析7．1概述7．2核磁共振的基本原理7．3质子的化学位移7．4自旋偶合7．5核磁共振的信号强度7．6图谱解释7．7构造和样品制备7．8nmr技术的进展7．9核磁共振谱在材料分析研究中的应用第8章质谱分析8．1概述8．2质谱技术基本原理-8．3离子的类型8．4质谱定性分析及图谱解析8．5质谱定量分析8．6气相色谱一质谱联用技术8．7质谱分析在材料研究中的应用第9章材料测试方法的综合应用9．1材料结构的测试9．2材料显微术及其样品制备方法的选择9．3材料形成过程研究9．4材料剖析主要参考文献。

第二章　材料近代研究方法的物理基础本章主要内容提要第一节　散射作用　一、弹性散射二、非弹性散射三、散射引起的后果及其应用第二节　溅射作用　一、溅射种类二、溅射参量第三节　吸收与衰减作用第四节　粒子与材料相互作用及其在研究方法上的应用一、粒子与材料相互作用产生二次信息总结二、不同入射粒子产生的信息在材料研究中应用Ernest Rutherford著名物理学家1871年出生于New Zealand1908年获Nobel化学奖Ernest Rutherford (1871-1937) "for his investigations into thedisintegration of the elements, and thechemistry of radioactive substances"Director of Cambridge University‘sCavendish Laboratory from 19191911年Rutherford和他的合作者，在Cambridge University‘s Cavendish Laboratory用α粒子轰击金箔，观察到背散射现象，证明了原子核的存在，建立了原子的有核模型揭开了人类认识微观世界的序幕，开创了人工方法加速带电粒子来揭示物质微观世界的新纪元，成为研究微观世界的主要研究手段，也是材料近代研究实验方法的基础尽管近代材料研究方法和仪器繁多，层出不穷，但它们有着一些共性的物理原理：基于外场（光、热、电、磁、声、……）与物质的相互作用¾散射作用¾溅射作用¾吸收与衰减作用¾沟道与阻塞效应基于Rutherford弹性散射而建立的材料研究方法主要有：低能电子衍射（LEED）；低能电子显微镜（LEEM）；反射高能电子衍射（RHEED）；光电子发射显微技术（PEEM）；扫描电镜（SEM）；透射电镜（TEM）；能量分析电镜（EAEM）；高分辨电镜（HREM）；X射线衍射（XRD）；X射线光电子衍射（XPD）；俄歇电子衍射（AED）；中子衍射（ND）；场离子显微镜（FIM）；扫描隧道显微镜（STM）；原子力显微镜（AFM）；离子散射谱（ISS）；卢瑟福背散射谱（RBS）；……二、非弹性散射事实上，入射粒子与靶相互作用而产生的Rutherford散射是几率小得多的次要散射过程。

材料研究方法材料研究方法是指在材料领域中，通过一系列科学化和系统化的研究手段和方法，对材料性能、结构、组成、制备工艺和应用等进行深入研究的过程。

一、实验研究方法实验研究是材料研究中最为常用和基础的方法之一。

通过对材料样品进行一系列的实验操作和观测，得到材料的性能参数、物理性质或化学组成等数据。

比较常见的实验研究方法有：材料制备实验、物理性能测试、化学分析、显微观察、力学性能测试等。

二、理论计算方法理论计算方法是通过构建数学模型和物理模型，运用数学和物理原理进行计算和模拟，预测材料的性能和行为。

常见的理论计算方法有：密度泛函理论(DFT)、分子动力学模拟(MD)、量子化学计算、材料力学计算等。

通过理论计算方法，可以揭示材料的微观原子组成、晶体结构、能带结构等信息。

三、表征分析方法表征分析方法是对材料进行结构和性能分析的一种手段。

通过一系列的仪器设备和技术手段，对材料的形貌、结构组成、力学性能等进行直接观测和分析。

常见的表征分析方法有：扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)等。

四、统计分析方法统计分析方法是对实验数据和结果进行统计学处理和分析的方法。

通过统计学的方法，对数据进行整理、分组、计算，得到数据的平均值、标准差、相关性等。

常见的统计分析方法有：方差分析(ANOVA)、回归分析、相关性分析、主成分分析等。

统计分析方法可以揭示数据背后的规律和规律。

五、仿真模拟方法仿真模拟方法是通过数值计算和模拟，对材料的性能和行为进行模拟和预测的方法。

通过数值模型的构建和计算机程序的编写，可以模拟和预测材料在不同条件下的性能和行为。

常见的仿真模拟方法有：有限元分析(FEA)、计算流体力学(CFD)、分子动力学模拟(MD)等。

通过仿真模拟方法，可以预测材料的性能和行为，优化材料设计和制备工艺。

在材料研究中，常常需要综合运用多种方法进行综合研究。