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1章 X衍射复习1、 X射线的产生极其分类。
X 射线的产生：一真空二极管，发射电子的灯丝是阴极，阻碍电子运动的金属靶为阳极。
在管子两极间加上高电压，使阳极发射出的电子流高速撞击金属阳极靶，产生X射线。
产生条件：要有产生电子的电子源（如加热钨丝发射热电子）；要有自由电子撞击靶子，如阳极靶，用以产生X射线；要有施加在阴极和阳极之间的高压，用以加速自由电子朝阳极靶方向加速运动，如高压发生器；将阴极阳极封闭在大于0.001Pa的高真空中，保持两极纯洁，促使加速电子无阻碍的撞击到阳极靶上。
分类：软X射线：波长为0.05--0.25nm的射线，穿透能力较弱，X射线衍射分析中常用。
硬X射线;波长为0.005--0.01nm甚至更短的射线，材料探伤中用。
2、布拉格公式。
布拉格定律：当X射线照射晶体时，只有相邻面网间散射的X射线光程差为波长的整数倍时，才能产生干涉加强，形成衍射线，反之不能。
布拉格公式：2dsinθ=nλ（2θ入射线与衍射线间的夹角，即衍射角；）布拉格定律是X射线在晶体中产生衍射必须满足的条件，它反映了衍射方向（θ表示）与晶体结构（d表示）间的关系。
3、PDF卡片：粉末衍射卡片，又称ASTM或JCPDS卡片，每张卡片记录着一种结晶物质的粉末衍射数据。
4、物相定性分析的主要依据是什么？在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有的衍射花样，多相试样的衍射花样只是由它所含物质的衍射花样机械叠加而成。
2章透射电镜复习1、TEM的主要结构，按从上到下列出主要部件1）电子光学系统--照明系统、图像系统、图像观察和记录系统。
2）真空系统3）电源和控制系统几何像差（包括球差和像散）和色差产生原因，消除办法：球差即球面像差，由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律而造成的。
可以通过减小Cs值和缩小孔径角（TEM的球差系数）来控制像差是由于电磁透镜磁场是理想的旋转对称磁场而引起的像差。
1. 假定粉末衍射仪的衍射仪圆的半径R=185mm ，试求半衍射角θ分别为0°、45°、90°时的聚焦圆半径。
并用厄瓦尔德图解说明粉末衍射仪的工作原理。
解：当半衍射角θ分别为0°时、聚焦圆半径为无穷大；当半衍射角θ分别为45°时、聚焦圆半径即为衍射仪的半径的22倍，即130.795mm 。
当半衍射角θ分别为90°时、聚焦圆半径即为衍射仪的半径的一半，即92.5mm 。
2. 铜为面心立方点阵，a=0.3615nm ，今用CrK α（λ=0.209nm ）摄照周转晶体相，X 射线垂直于[001]。
试用厄瓦尔德图解法原理判断下列晶面有无可能参与衍射：（001）、（200）、（220）、（031）、（420）。
解：作图入射波矢K=1/λ=1/0.209=4.785nm-1铜面心立方点阵对应的导点阵的晶胞参数a*=1/0.3615=2.766nm-1用CrKα摄照周转晶体相，当X射线垂直于[001]，其对应的厄瓦尔德图解如上图所示。
倒格点（001）、（200）、（220）、（031）、（420）分别对应相应正点阵中同指数的晶面（衍射面）。
在转晶法中，确定倒格点是否能落在反射球上时，将反射球固定而转动倒点阵的情况与倒点阵固定而转动反射球的情况是一致的。
只要以上倒格点能落在反射球绕[001]*旋转一周所扫过的三维区域中，这些倒格点就能在晶体转动到合适的一个角度时落在反射球球面上，对应的正点阵中的晶面（衍射面）此时就能够产生衍射。
（200）、（220）、（031）晶面可以参与衍射，而（001）、（420）不能参与衍射。
3. 用Cr Kα线辐射α-Fe多晶试样，问最多可能得到几条衍射线？（α-Fe属于立方晶系，点阵常数a = 2.8664Å，Cr Kα辐射的波长λ = 2.2909Å）解：只有面间距d≥λ/2的晶面族才有可能产生衍射线，立方晶系的面间距公式为：d = a / (H2 + K2 + L2)1/2依题意：a / (H2 + K2 + L2)1/2≥λ/2 ，即H2 + K2 + L2≤ (2a/λ)2将a = 2.8664Å及λ = 2.2909Å代入上式，得H2 + K2 + L2≤ 6.3因H、K、L都为整数，所以这里只取整数，α-Fe多晶试样中满足衍射条件的晶面族有（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）、（2 0 0）、（2 1 0）、（2 1 1），因此用Cr Kα线辐射α-Fe多晶试样最多只可能得到6条衍射线。
1.X射线产生的基本条件包括：产生自由电子的电子源、设置自由电子撞击靶、用以电子加速、的高压、高真空环境。
2..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，这整个过程将产生光电子和俄歇电子。
3.结构因子表征了晶胞内原子的种类,原子的个数、原子的位置对衍射强度的影响。
4.X射线在晶体中产生衍射的充分必要条件是：满足布拉格方程和结构因子FHKL≠0.5.德拜法衍射花样的测量主要是测量衍射线条的相对位置和相对强度，然后在计算出 角和晶面间距。
6.银的X射线光电子能谱的存在Ag 4s峰、Ag 3p峰、Ag 3s峰、Ag 3d峰四个特征峰，其中强度最大的峰是Ag 3d峰7.原子力显微镜中利用斥力与吸引力的方式发展出三种接触模式、非接触模式和轻敲模式操作模式。
8.XPS光电子能谱图中通常会出现X射线卫星峰、能量损失峰、自旋轨道分裂峰、俄歇电子峰和振离和振激峰等5种伴峰。
9.俄歇电子能谱谱线KL1L2,K表示空穴所在壳层L1表示填充空穴电子所在壳层L2_表示俄歇电子所在壳层10.X射线衍射仪由X射线发生器、X射线测角仪、辐射探测器和辐射探测电路4个基本部分组成，现代X射线衍射仪还配有控制操作和运行软件的计算机系统。
11.球差即球面像差，是由于电磁透镜的近轴区域磁场与远轴区域磁场对电子的折射能力不符合预定的规律造成的；像散是由透镜磁场的非旋转对称引起的；色差是由于入射电子的波长或能量不同或变化所造成的。
12.透射电镜主要由电子光学系统、供电控制系统、真空系统三部分组成。
13.利用电磁线圈激磁的电磁透镜，通过调节激磁电流可以很方便地调节磁场强度，从而调节焦距。
14.原子力显微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）最大的差别在于并非利用电子隧道效应，而是检测原子之间的相互作用力等来呈现样品的表面特性。
15.核磁共振的化学位移是由于核外电子的屏蔽效应而造成的,化学位移值是以标准物质（TMS）为相对标准得到的。
材料近代物理测试方法第一部分表面分析技术第1章表面分析技术概论第2章俄歇电子能谱第3章 X射线光电子谱第4章二次离子质谱第5章低能电子衍射第6章低能离子散射第7章原子探针场离子显微镜第8章扫描隧道显微镜一、概述一般用途，应用实例，样品，局限性分析时间，与其它技术的对照二、基本原理三、离子散射谱仪1、离子枪，2、能量分析器3、可调样品架，4、真空系统5、离子流检测系统四、ISS信息性质的进一步认识1、峰的位置2、半高峰宽和质量分辨率3、定量分析五、应用实例l、ISS用于研究合金表面成分2、ISS用于吸附层的研究第5章低能离子散射一、概述离子散射术(简称ISS)又称低能离子散射术(LEISS)，由Smith在1967年所首次提出，其原理如图所示。
用低能(几千电子伏以下)惰性气体离子与样品表面原子进行弹性碰撞。
根据弹性散射理论，散射离子的能量分布和角分布与表面原子的原子量有确定关系。
在一定角度用能量分析器即可测得表面元素组分及表面结构信息。
这是一种重要的表面分析手段。
ISS的特点是：(1)信息来自最表层，且能探测表面结构；(2)不同元素灵敏度变化范围在一个量级以内；(3)对表面损伤很小，是一种准无损分析；(4)谱峰有一定宽度，质量分辨高不高；(5)定量分析有一定困难；(6)检测灵敏度在10-3量级；(7)常与其它表面分析技术结合，可共用离子枪、能量分析器等，成为一种很有特色的分析手段。
一般用途(1) 鉴别固体表面元素；(2) 半定量测定表面元素的原子浓度。
应用实例(1) 鉴别表面锈蚀物和腐蚀物；(2) 通过惰性气体离子溅射测定成分深度分布和膜厚度；(3) 研究合金及化合物组分在表面上的偏析；(4) 用18O研究氧化；(5) 确定超薄层覆盖层的范围；(6) 研究吸附层的解析；(7) 鉴别极性晶体的晶面。
样品形态：粉末状固体或具有平的固体表面(金属、陶瓷、矿石、腐蚀物、薄膜等)。
尺寸：平直表面样品或颗粒汾末样品最大尺寸是2×1×0.5cm，最小尺寸由探针束的尺寸决定，一般是0.05cm。
高分子近代测试分析技术摘要高分子材料在现代工业和科学研究中起着重要的作用，因此，对于高分子材料的测试分析技术的发展具有重要意义。
本文将介绍几种近代高分子测试分析技术的原理和应用，包括光谱分析、热分析和力学测试等。
这些技术可以用于高分子材料的成分分析、结构表征、性能测试以及质量控制等方面。
1. 光谱分析技术光谱分析技术是一种常见的高分子材料测试分析技术，包括紫外可见光谱（UV-Vis）、红外光谱（IR）和核磁共振（NMR）等。
这些技术能够提供高分子材料的成分分析和结构表征的信息。
1.1 紫外可见光谱（UV-Vis）紫外可见光谱是一种用于分析高分子材料的吸收光谱的方法。
通过测量样品在紫外或可见光区域的吸光度，可以得到样品的吸收光谱图，进而了解其电子结构和π-π*跃迁等信息。
1.2 红外光谱（IR）红外光谱是一种用于分析高分子材料的振动光谱的方法。
高分子材料中的化学键和分子结构会引起特定的振动，通过测量样品在红外区域的吸光度，可以获得样品的红外光谱图，进而分析其分子结构和官能团等信息。
1.3 核磁共振（NMR）核磁共振是一种用于分析高分子材料的核磁共振光谱的方法。
通过测量样品中核自旋的共振现象，可以得到样品的核磁共振光谱图，从而分析样品的分子结构和官能团等信息。
2. 热分析技术热分析技术是一种用于测试高分子材料热性能的方法，包括热重分析（TGA）和差示扫描量热（DSC）等。
这些技术可以用于研究高分子材料的热降解和热稳定性等。
2.1 热重分析（TGA）热重分析是一种通过测量高分子材料在加热过程中质量的变化来研究其热性能的方法。
通过记录样品质量随温度变化的曲线，可以推断高分子材料的热分解温度和热稳定性等信息。
2.2 差示扫描量热（DSC）差示扫描量热是一种通过测量高分子材料在加热或冷却过程中释放或吸收的热量来研究其热性能的方法。
通过记录样品温度随时间变化的曲线，可以获得高分子材料的熔融温度、玻璃转变温度和热焓等信息。
⾼分⼦近代测试聚合物测试考试热分析部分1、下图为某⼀复合材料的热失重曲线，请从图中指出该复合材料的主要配⽅组成。
答：上图表明挥发物（增塑剂）的质量分数为19.8%，聚合物的质量分数为43.3%，炭⿊为34.5%，灰分为2.4%。
2简要说明TG.DTG.DTA.DSC的原理,在他们的热谱中,纵坐标和横坐标各代表什么?答：TG：热重分析法为使样品处于⼀定的温度程序（升/降/恒温）控制下，观察样品的质量随温度或时间的变化过程。
热谱中纵坐标为质量保持率，横坐标为时间或温度。
DTG：微商热重法是TG对温度或时间的⼀阶导数。
热谱图中纵坐标为质量变化率，横坐标为温度或时间。
DTA：热差分析法是把试样和参考试样同置于相同的加热或冷却的条件下，观察随温度或时间变化，它们之间的温差与温度间的关系的⼀种技术。
其纵坐标为样品与参考试样的温差，横坐标为温度或时间。
DSC：差⽰扫描量热法是使试样与参考试样绝热分离，分别输⼊能量，测量使两者温差为0时需的能量差△E与温度的关系。
纵坐标代表能量差△W或功率变化率dw/dt和热焓变化率dH/dt,横坐标为温差△T3应⽤DTA或DSC如何测定⾼分⼦材料的玻璃化转变温度Tg。
答：聚合物随温度升⾼，当达到Tg时在DTA或DSC曲线上会显⽰出拐弯的变化。
在测定Tg时由于开始温度很难准确地确定，⼀般要以拐弯处的外延线与基线交点作为Tg的值。
4如何应⽤DTA或DSC研究某⼆元聚合物共混物样品中两种聚合物的相容性，并画出⽰意图。
答：聚合物共混的相容性往往⽤Tg测定来研究，相容性好的的两聚合物的Tg在共混物中表⽰出相互靠近或称⼀个统⼀的Tg。
相反，不相容的两聚合物的Tg在共混后仍表现出远离的Tg。
（图见⽼师课件）对于结晶型聚合物，若相容性好，混炼均匀，分散性好，则其结晶度降低较⼤。
相反，不相容或混炼不均匀⽽造成互相分散性差的对结晶度影响较⼩。
即可以通过结晶度的变化⼤⼩推断两者的相容性，5为考察PET（聚对苯⼆甲酸⼄⼆醇酯）与EV A（⼄烯-醋酸⼄烯共聚物）共混体系的相容性，采⽤⼀种热分析⽅法测定了不同⽐例共混体系的玻璃化转变温度Tg、冷结晶温度Tc和结晶熔融温度Tm，以及热焓变化等热性能，结果见下表所⽰。
期末考试试卷课程名称：材料现代分析技术 闭卷 A 卷 120分钟一、选择题（每小题2分，共20分）1、下列材料现代分析方法中能进行局部点的微结构分析的是（ ）A ）X 射线衍射分析B ）扫描电子显微镜C ）透射电子显微镜D ）热重分析法 2、X 射线衍射分析是近代材料微观结构与缺陷分析必不可少的重要手段之一，以下哪个选项不是X 射线衍射分析的应用 （ ）A ）晶体结构研究 B) 物相分析 C ）精细结构研究 D ）表面元素分析 3、X 射线管所产生的特征谱的波长受以下哪种因素所影响（ ）A ）管电压 B) 管电流 C ）阳极靶材的原子序数 D ）电子电荷4、利用吸收限两边吸收系数相差十分悬殊的特点，可制作X 射线滤波片，滤波片材料是根据靶材元素确定的，根据滤波片材料选择规律，当阳极靶材料为元素Mo 时，选择的滤波片材料应该是下列选项中的（ ）A ）FeB ）CoC ）NiD ）Zr5、X 射线衍射定量分析中，如待测样品中含有多个物相，各相的质量吸收系数又不同，常常采用下列哪种方法（ ）A ）外标法B ）内标法C ）参比强度法D ）直接对比法6、透射电子显微镜成像系统中通常包含三级放大系统，下列选项中不是其三级放大系统的是（ ）A ）物镜B ）中间镜C ）目镜D ）投影镜7、利用透射电子显微镜观察纳米二氧化钛形态，通常采用下列哪种制样方法（ ）A ）支持膜法 B) 超薄切片法 C ）复型法 D ）晶体减薄法8、扫描电子显微镜观察中，二次电子像的衬度主要受以下哪个因素所影响（ ）A ）形貌B ）成分C ）电压D ）电磁9、采用X 光电子能谱分析Be 的化学状态，根据影响其化学位移的规律，下列选项中Be 的1s 电子结合能排列正确的是（ ）A ）BeO > BeF 2 > Be B) BeF 2 > Be > BeO C) BeF 2 > BeO > Be D) Be > BeF 2 > BeO 10、根据差热曲线方程，为了提高仪器的检测灵敏度，采用如下哪种方法（ ）二、填空题（每空1分，共20分） 1、X 射线管发出的X 射线，其波长并不相同，根据其波长变化的特点可分为 和 。
第三章热分析
第一节概述
1．热分析是测量物质某一物性参数与温度关系的一类方法的统称。
热分析的记录称为曲线。
测量物质在加热或冷却过程中发生的各种物理、化学变化的方法可分为两大类，即测定加热或冷却过程中物质本身发生变化的方法及测定加热过程中从物质中产生的气体，推知物质变化的方法。
2．物质的物理量随温度的变化有能量、质量、尺寸、结构等的变化，其测定方法亦各异。
理解以下一些测定物质的物理量随温度的变化的方法。
（1）测定能量变化的方法有：
①差热分析：是把试样和参比物（热中性体）置于相等的温度条件下，测定两者的温度差对温度或时间作图的方法。
记录称为差热曲线。
差热曲线的纵轴表示温度差、横轴表示温度（）或时间（）。
曲线向下是吸热反应，向上是放热反应。
②示差扫描量热法：是把试样和参比物置于相等的温度条件下，在程序控温下，测定试样与参比物的温度差保持为零时，所需要的能量对温度或时间作图的方法。
记录称为示差扫描量热曲线。
纵轴表示单位时间所加的热量。
（2）测量质量变化的方法有：
①热重法：是把试样置于程序可控的加热或冷却环境中，测定试样的质量变化对温度或时间作图的方法。
记录称为热重曲线。
纵轴表示试样质量的变化。
②微商热重法：是把热重曲线对温度或时间进行一次微商。
记录称为微商热重曲线。
（3）测定尺寸变化的方法有：
①热膨胀法：是在程序控温环境中测定试样尺寸变化对温度或时间作图的一种方法。
纵轴表示试样尺寸的变化（膨胀或收缩）。
记录称为热膨胀曲线。
②微商热膨胀法：是把热膨胀曲线对温度或时间进行一次微商。
其记录称为微商热膨胀曲线。
③示差热膨胀法：是在程序控温环境中，准确测定棒状试样与基准物质石英自由端位置之间的尺寸差对温度或时间作图的方法。
记录称为示差热膨胀曲线。
以上各种方法均是随着试样温度程序式的变化，追踪试样本身物理量的变化，从而测定物质结构变化和反应状态。
第二节差热分析
1．差热分析方法较能精确的测定和记录一些物质在加热过程中发生的失水、分解、相变、氧化还原、升华、熔融、晶格破坏和重建，以及物质间的相互作用等一系列的物理化学现象，并借以判定物质的组成及反应机理。
差热分析的基本原理是：由于试样在加热或冷却过程中产生的热变化而导致试样和参比物间产生温度差，这个温度差由置于两者中的热电偶反应出来。
差热电偶的闭合回路中的电动势的大小主要取决于试样本身的热特性，通过信号放大系统和记录仪记下的差热曲线，便能如实地反应出试样本身的特性。
因此，对差热曲线的判读，有可能达到物相鉴定的目的。
（见教材图3-2 差热分析原理）。
2．差热分析实验中对试样和参比物准备及装填、升温速率的要求：
（1）参比物应符合如下要求：①整个测温范围内无热反应；②比热和导热性能与试样相近；
③粒度与试样相近（通过100-300目筛的粉末）。
常用的参比物为α-Al2O3（经1720K煅烧过的高纯氧化铝粉，全部是α型氧化铝晶体）。
（2）试样应：①粉末试样的粒度均通过100-300目筛；聚合物应切成碎块或薄片；纤维状试样应切成小段或制成球粒状；金属试样应加工成小圆片或小块等；②为使试样的导热性能
与参比物相近，常在试样中添加适量的参比物使试样稀释；③尽可能使试样与参比物有相近的装填密度。
（3）升温速率的选择主要依据试样和试样容器的热容及导热性能来确定。
常用的升温速率为1-10℃/min。
3．差热曲线的判读就是对差热分析的结果作出合理的解释。
正确判读差热分析曲线。
首先应明确试样加热（或冷却）过程中产生的热效应与差热曲线形态的对应关系；其次是差热曲线形态与试样本征热特性的对应关系；第三要排除外界因素对差热曲线形态的影响。
4．差热曲线上转变点的确定。
反应温度的起始点的确定、反应终点的确定（外推法）。
峰值温度点既不表示反应的最大速度，也不表示放热（或吸热）过程的完成。
反应峰两边基线高度不同说明试样经过热反应后，物质成分或结构发生了变化，热容也随之发生了变化。
（见教材图3-5 外推法确定差热曲线上的转变点）。
5．热反应速度的判定：差热曲线的峰形与试样性质、实验条件等密切相关。
同一试样，在给定的升温速率下，峰形可表征其热反应速度的变化。
峰形陡，热反应速度快；峰形平缓，热反应速度慢。
6．影响差热曲线的因素：
（1）内因：指试样本身的热特性。
①晶体结构的影响（以含不同形式水的物质的差热分析为例）。
（见教材图3-7 三种类型含水化合物差热曲线示例）。
②阳离子电负性、离子半径及电价的影响。
③氢氧离子浓度的影响。
（2）外因：由仪器结构、操作及实验条件等所引起。
①加热速度。
（升温速度快，峰形尖锐狭长；升温速度慢，峰形宽而平。
）
②试样的形状、称量及装填。
③压力和气氛的影响。
（压力对热反应中体积变化很小的试样影响较小，对于体积变化明显的试样影响很大。
）
④试样粒度的影响。
第三节热重分析
1．热重分析的基本原理：许多物质在加热或冷却过程中除产生热效应外，往往有质量的变化，其变化的大小及出现的温度与物质的化学组成和结构密切相关。
因此，利用加热或冷却过程中物质质量变化的特点，可以区别和鉴定不同的物质。
这种方法就叫热重法。
把试样的质量作为时间或温度的函数记录下来，得到的曲线称为热重曲线。
热重曲线的纵轴方向表示试样质量的变化（试样失重的百分数或试样余重的百分数），横轴表示时间或温度。
2．热重分析通常有两种方法，即静法和动法。
静法是把试样在各给定温度下加热至恒重，然后按质量温度变化作图。
动法是在加热过程中连续升温和称重，按质量温度变化作图。
静法的优点是精度较高，能记录微小的失重变化；缺点是操作繁复，时间较长。
动法的优点是能自动记录，可与差热分析法紧密配合，有利于对比分析。
缺点是对微小的质量变化灵敏度较低。
3．热重分析仪分为热天平式和弹簧秤式两种。
