现代材料研究方法透射题草稿

第二部分电子显微分析一、电子光学1、电子波特征，与可见光有何异同?2、电磁透镜的像差（球差；色差；像散；如何产生，如何消除和减少）球差即球面像差，是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的，其中离开透镜主轴较远的电子比主轴附近的电子折射程度过大。

用小孔径成像时可使球差明显减小。

像散是由于电磁透镜的轴向磁场非旋转对称引起。

透镜磁场不对称，可能是由于极靴被污染，或极靴的机械不对称性，或极靴材料各项磁导率差异引起。

象散可由附加磁场的电磁消象散器来校正。

色差是由入射电子的波长或能量的非单一性造成的。

稳定加速电压和透镜电流可减小色差。

3、电磁透镜的分辨率、景深和焦长（与可见光），影响因素电磁透镜的分辨率主要由衍射效应和像差来决定。

（1）已知衍射效应对分辨率的影响（2）像差对分辨的影响。

像差决定的分辨率主要是由球差决定的。

景深：当像平面固定时(像距不变),能维持物像清晰的范围内,允许物平面(样品)沿透镜主轴移动的最大距离。

焦长：固定样品的条件下（物距不变），象平面沿透镜主轴移动时仍能保持物像清晰的距离范围，用D L表示。

二、透射电子显微镜1、透射及扫描电镜成像系统组成及成像过程（关系）扫描电镜成像原理：在扫描电镜中，电子枪发射出来的电子束，一般经过三个电磁透镜聚焦后，形成直径为0.02~20μm的电子束。

末级透镜（也称物镜，但它不起放大作用，仍是一个会聚透镜）上部的扫描线圈能使电子束在试样表面上作光栅状扫描。

通常所用的扫描电镜图象有二次电子象和背散射电子象。

2、光阑（位置、作用）光栏控制透镜成像的分辨率、焦深和景深以及图像的衬度、电子能量损失谱的采集角度、电子衍射图的角分辨率等等。

防止照明系统中其它的辐照以保护样品等3、电子衍射与x衍射有何异同电子衍射与X射线衍射相比的优点：1.电子衍射能在同一试样上将形貌观察与结构分析结合起来。

2.电子波长短，单晶的电子衍射花样婉如晶体的倒易点阵的一个二维截面在底片上放大投影，从底片上的电子衍射花样可以直观地辨认出一些晶体的结构和有关取向关系，使晶体结构的研究比X射线简单。

可编辑修改精选全文完整版习题1-1 试计算当管电压为50kV时，X射线管中电子击靶时的速度与动能，以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大能量是多少？1-2 分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？（1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射；（2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射；（3）用CuKαX射线激发CuLα荧光辐射。

1-3 X射线实验室用防护铅屏，其厚度通常至少为1mm，试计算这种铅屏对CuKα、M oKα辐射的透射因子（I投射/I入射）各为多少？1-4 试计算含w c=0.8%，w Cr=4%，w w=18%的高速钢对MoKɑ辐射的质量吸收系数。

1-5 欲使钼靶X射线管发射的X射线能激发放置在光束中的铜样品发射K系荧光辐射，问需加的最低的管压值是多少？所发射出的荧光辐射波长是多少？2-1试画出下列晶向及晶面（均属立方晶系）：[111]，[121]，[221]，（010），（110），（123），（121）。

2-2 下面是某立方晶系物质的几个面间距，试将它们按大小次序重新排列。

（312），（100），（200），（311），（121），（111），（210），（220），（130），（030），（221），（110）。

2-3 当X射线在原子列中衍射时，相邻原子散射线在某个方向上的程差若不为波长的整数倍，则此方向必然不存在衍射线，这是为什么？2-4 当波长为λ的X射线照射到晶体并出现衍射线时，相邻两个（hkl）反射线的程差是多少？相邻两个（HKL）发射线的程差又是多少？2-5 画出Fe2B在平行于（010）上的部分倒易点。

Fe2B属正方晶系，点阵参数a=b=5.10Å，c=4.24Å。

2-6 判别下列哪些晶面属于[111]晶带：（110），（231），（231），（211），（101），（133），（112），（132），（011），（212）。

2-7 试计算（311）及（132）的共同晶带轴。

现代材料分析方法试题及答案现代材料分析方法试题及答案Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】《现代材料分析方法》期末试卷1一、单项选择题（每题 2 分，共 10 分）1．成分和价键分析手段包括【 b 】（a）WDS、能谱仪（EDS）和 XRD （b）WDS、EDS 和 XPS （c）TEM、WDS 和 XPS （d）XRD、FTIR 和 Raman2．分子结构分析手段包括【 a 】（a）拉曼光谱（Raman）、核磁共振（NMR）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）（b）NMR、FTIR 和 WDS（c）SEM、TEM 和STEM（扫描透射电镜）（d）XRD、FTIR 和 Raman3．表面形貌分析的手段包括【 d 】（a）X 射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM） (b) SEM 和透射电镜（TEM）(c) 波谱仪（WDS）和 X 射线光电子谱仪（XPS） (d) 扫描隧道显微镜（STM）和SEM4．透射电镜的两种主要功能：【 b 】（a）表面形貌和晶体结构（b）内部组织和晶体结构（c）表面形貌和成分价键（d）内部组织和成分价键5．下列谱图所代表的化合物中含有的基团包括：【 c 】（a）–C-H、–OH 和–NH2 (b) –C-H、和–NH2,(c) –C-H、和-C=C- (d) –C-H、和 CO二、判断题（正确的打√，错误的打×，每题 2 分，共 10 分）1．透射电镜图像的衬度与样品成分无关。

（×）2．扫描电镜的二次电子像的分辨率比背散射电子像更高。

（√）3．透镜的数值孔径与折射率有关。

（√）4．放大倍数是判断显微镜性能的根本指标。

（×）5．在样品台转动的工作模式下，X射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角速度的二倍。

（√）三、简答题（每题 5 分，共 25 分）1. 扫描电镜的分辨率和哪些因素有关为什么和所用的信号种类和束斑尺寸有关，因为不同信号的扩展效应不同，例如二次电子产生的区域比背散射电子小。

材料研究方法（二）武汉科技大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.光学透镜成像的基础是光可以发生（）。

A:折射B:散射C:衍射D:反射答案:A2.照明光源的波长不单一造成的像差我们称为（）。

A:像散B:色差C:像差D:球差答案:B3.（）是由于透镜的远轴区与近轴区的磁场对电子的折射能力不同而造成的。

A:色差B:球差C:像散D:像差答案:B4.像散是由于透镜磁场的非旋转对称引起的。

（）A:对 B:错答案:A5.低能电子束波长比较长，不容易被磁场会聚（）A:对 B:错答案:B第二章测试1.透射电镜的分辨率主要取决于（）。

A:聚光镜B:物镜C:中间镜D:投影镜答案:B2.透射电子显微镜的成像系统中有（）A:样品架、聚光镜光阑、投影镜B:聚光镜、物镜、物镜光阑C:物镜光阑，投影镜、聚光镜D:物镜、中间镜、投影镜答案:D3.透射电子显微镜中的光阑有（）A:衍射光阑、聚焦光阑、发散光阑B:物镜光阑、投影镜光阑、发散光阑C:物镜光阑、聚光镜光阑、选区光阑D:中间镜光阑、投影镜光阑、衍射光阑答案:C4.透射电子显微镜操作的过程中，将中间镜的物平面和物镜的像平面重合，就是成像操作。

（）A:错 B:对答案:B5.透射电子显微镜不需要在高真空下工作。

（）A:错 B:对答案:A第三章测试1.共带轴的晶面在倒空间中的阵点是（）A:共点B:无规则C:共面D:共线答案:C2.正空间中孪晶点阵与基体点阵存在对称关系，其倒空间点阵（）A:不存在晶面对称关系B:存在同样的镜面对称关系C:存在镜面对称关系，但对称性质发生改变D:完全重合答案:B3.单晶体的电子衍射花样本质上是（）A:垂直于电子束入射方向的零层倒易阵点上的阵点在荧光屏上的投影B:平行于电子束入射方向的零层倒易阵点上的阵点在荧光屏上的投影C:垂直于电子束入射方向的+1层倒易阵点上的阵点在荧光屏上的投影D:平行于电子束入射方向的-1层倒易阵点上的阵点在荧光屏上的投影答案:A4.一个体心立方晶体，下面哪个衍射斑点( )不消光。

8. 什么是弱束暗场像？与中心暗场像有何不同？试用Ewald图解说明。

答：弱束暗场像是通过入射束倾斜，使偏离布拉格条件较远的一个衍射束通过物镜光阑，透射束和其他衍射束都被挡掉，利用透过物镜光阑的强度较弱的衍射束成像。

与中心暗场像不同的是，中心暗场像是在双光束的条件下用的成像条件成像，即除直射束外只有一个强的衍射束，而弱束暗场像是在双光阑条件下的g/3g的成像条件成像，采用很大的偏离参量s。

中心暗场像的成像衍射束严格满足布拉格条件，衍射强度较强，而弱束暗场像利用偏离布拉格条件较远的衍射束成像，衍射束强度很弱。

采用弱束暗场像，完整区域的衍射束强度极弱，而在缺陷附近的极小区域内发生较强的反射，形成高分辨率的缺陷图像。

图：PPT透射电子显微技术1页10. 透射电子显微成像中，层错、反相畴界、畴界、孪晶界、晶界等衍衬像有何异同？用什么办法及根据什么特征才能将它们区分开来？答：由于层错区域衍射波振幅一般与无层错区域衍射波振幅不同，则层错区和与相邻区域形成了不同的衬度，相应地出现均匀的亮线和暗线，由于层错两侧的区域晶体结构和位相相同，故所有亮线和暗线的衬度分别相同。

层错衍衬像表现为平行于层错面迹线的明暗相间的等间距条纹。

孪晶界和晶界两侧的晶体由于位向不同，或者还由于点阵类型不同，一边的晶体处于双光束条件时，另一边的衍射条件不可能是完全相同的，也可能是处于无强衍射的情况，就相当于出现等厚条纹，所以他们的衍衬像都是间距不等的明暗相间的条纹，不同的是孪晶界是一条直线，而晶界不是直线。

反相畴界的衍衬像是曲折的带状条纹将晶粒分隔成许多形状不规则的小区域。

层错条纹平行线直线间距相等反相畴界非平行线非直线间距不等孪晶界条纹平行线直线间距不等晶界条纹平行线非直线间距不等11.什么是透射电子显微像中的质厚衬度、衍射衬度和相位衬度。

形成衍射衬度像和相位衬度像时，物镜在聚焦方面有何不同？为什么？答：质厚衬度：入射电子透过非晶样品时，由于样品不同微区间存在原子序数或厚度的差异，导致透过不同区域落在像平面上的电子数不同，对应各个区域的图像的明暗不同，形成的衬度。

填空题(每空1分)1.当X 射线管电压超过临界电压就可以产生 连续谱X 射线和 特征谱 X 射线。

2. 点阵常数测定过程中需要确定峰位，确定峰位的常用方法有峰顶法 、 切线法 、半高宽法，和抛物线拟合法 。

3. 经过厚度为H 的物质后，X 射线的强度为 H H m e I I ρμ-=0 。

4. X 射线扫描仪中的常规测量中的实验参数包括狭缝宽度、扫描速度和 时间常数 。

5. 磁透镜的物距L 1，相距L 2和焦距f 三者之间的关系为 。

6. 透射电镜样品制备各方法主要有复型法、和薄膜法，其中复型样品制备中塑料-碳二的复型优于碳一的 复型是由于 其制备过程不损坏金相试样表面，重复性好，供观察的第二级复型一碳膜导电导热性好， 在电子束照射下较为稳定 。

7. 差热分析曲线总的峰高表示 试样和 参比物 之间的最大温差，即从封顶到该峰所在基线碱的垂直距离。

8. 第一类应力导致X 射线衍射线位移，第二类应力导致X 射线衍射线线形变化，第三类应力导致X 射线衍射线 强度降低。

9. 红外光谱法定量分析的具体方法主要有 标准法 、吸光度比法 和 补偿法 共同组成。

10.单晶体电子衍射花样是规则的衍射斑点组成。

11. 大量实验证明，X 射线具有波动性和微粒性 的双重性，即波粒二象性。

12. 布拉格方程式衍射分析中最基本的公式，其应用主要集中在 结构分析 和成分分析两个方面。

13.由于X 射线的发展，相继产生了X 射线透射学 、 X 射线衍射学 和 X 射线光谱学 等三个学科。

14.提高透镜分辨率的本领 波长 ， 介质 和 孔径半角 。

15. 电磁透镜的几何像差包括 球差和 像散，而电子束波长的稳定性决定的像差为色差 。

16. 透射电镜主要有电子光学系统、电源控制系统和 真空系统构成。

17. 非弹性散射机制主要有 单电子激发 、 等离子激发 、和 声子激发 。

18. 透射电镜的主要性能指标分辨本领、 放大倍数 、和 加速电压 。

材料研究方法（王培铭，许乾慰）第二章光学显微分析2什么是贝克线？此移动规律如何？有什么作用？贝克线：在轮廓附近可以看到一条比较明亮的细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条较亮的细线称为贝克线。

提升镜筒，贝克线向折射率大的介质移动。

可以比较相邻两晶体折射率的相对大小3什么是晶体的糙面、突起、闪突起？决定晶体糙面和突起等级的因素是什么？在但偏光镜下观察晶体表面时，可发现某些晶体表面较为光滑，某些晶体表面显得粗糙呈麻点状，这种现象称为糙面；某些晶体显得高些某些晶体显得低平一些，这种现象称为突起；双折射率很大的晶体，在单偏光镜下，旋转物台，突起高低发生明显变化，这种现象称为闪突起因素是周围树胶折射率的不同引起的4什么叫干涉色？影响晶体干涉色的因素有那些？有七种单色光的明暗条纹相互叠加而形成的光程差相对应的特殊混合色，称为干涉色，他是有白光干涉而成。

第一是光程差第二是光片厚度第三是双折射率的大小11 如何提高光学显微镜分析的分辨能力？第一：波长更短的照明光源第二：选用折射率大的材料12 阐述光学显微分析用光片制备方法1 取样：取样应该具有代表性，不仅包括研究的对象而且包括研究的特殊条件2 镶嵌：对于一些形状特殊或尺寸细小而不宜握持的样品，需进行样品镶嵌。

3磨光：去除取样时引入的样品表层损伤，获得平整光滑的样品表面4抛光：去除细磨痕，以获得平滑无疵的镜面并去除样品表层，得以观察样品的显微组织 5浸蚀：清晰的看到样品的显微结构13分析近场光学显微分析的原理及与传统光学显微分析技术的异同原理：用纳米局域光源在纳米尺度的近场距离内照明样品，然后由光电接收器接受这些信号，再借助计算机才能把来自样品各点的局域光信号勾画出样品的图像。

异同：照明光源的尺度和照明方法：传统光学显微镜用扩展光源在远场照明样品，近场光学显微镜是用纳米局域光源在纳米尺度的近场距离内照明样品；成像方法：传统光学显微镜可以用肉眼或成像仪器直接观察或放大了的物体图像。

材料研究方法作业题目及答案（全）此版本为老师布置的所有题目及答案。

答案内容参考了PPT、书以及其他版本的答案，并对某些部分做出了较大改动。

仅作复习参考！刘学良老师部分第3章X射线衍射分析1、X射线的波长范围大致为多少？X射线产生的基本原理及X射线管的基本结构。

1】X射线的波长范围：X射线是一种波长为10-2~102Å的电磁波，介于紫外线和γ射线之间。

2】X射线产生的基本原理：凡是高速运动的电子流或其他高能辐射流（γ射线、X射线、中子流等）被突然减速时均能产生X射线。

3】X射线管的基本结构：X射线管的本质是一个真空二极管，基本结构包括：①一个热阴极——绕成螺线形钨丝②一个阳极——铜质底座上镶以阳极靶材料，如W、Ag、Mo、Cu、Ni、Co、Fe、Cr等，产生不同特征的X射线③窗口——用对X射线吸收极少的材料，如Be、Al、轻质玻璃等制成。

④管内高真空10-7Toor2、X射线谱的基本类型及其特点。

X射线强度I随波长λ的变化曲线称为X射线谱，其基本类型有：①连续X射线（白色X射线）——特点：1】由连续的各种波长组成；2】强度随波长连续变化②特征X射线（标识X射线）——特点：1】波长一定、强度很大2】只有当管电压超过V k（激发电压）时才会产生3】与X射线管的工作条件无关，只取决于光管阳极靶材料，不同的阳极靶材料具有特定的特征谱线3、描述X射线与物质的相互作用（俄歇效应与光电效应等）X射线透过物质后会变弱，这是由于入射X射线与物质相互作用的结果，作用过程会产生物理（如X射线的散射和吸收）、化学（破坏物质的化学键、促使新键形成）和生化过程（促进物质合成，导致新陈代谢发生变化）。

具体作用如下图所示：由图可见，当一束X射线通过物质时，其能量可分为三个部分：一部分被散射，一部分被吸收，其余部分则透过物质按方向继续传播。

其中：康普顿效应——散射光中除了有原波长λ0的X光外，还产生了波长λ>λ0的X光，其波长的增量随散射角的不同而变化俄歇效应——当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。

材料的现代研究方法
现代材料研究方法包括以下几个方面：
1. 材料表征方法：包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）等表征手段，用于分析材料的形貌、结构、晶体学等特征。

2. 热分析方法：包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）、热导率测量、热膨胀测量等，用于研究材料的热性质和相变过程。

3. 光谱学方法：包括红外光谱（IR）、拉曼光谱、紫外可见光谱（UV-Vis）、核磁共振（NMR）等方法，用于分析材料的化学组成和分子结构。

4. 表面分析方法：包括X射线光电子能谱（XPS）、扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）等技术，用于表征材料表面的化学组成和形貌。

5. 电化学方法：包括循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）等，用于研究材料的电化学性质和电化学反应过程。

6. 计算模拟方法：包括分子动力学模拟（MD）、密度泛函理论（DFT）等计算方法，用于预测材料的性质、模拟材料的结构和动力学过程。

这些现代研究方法互相结合，可以全面了解材料的结构、性质和功能，为材料科学的发展提供重要的支持。