材料研究方法课后习题答案jd7-4

§4-1 如何提高显微镜分辨本领，电子透镜的分辨本领受哪些条件的限制？
所谓分辨本领，是指显微镜能分辨的样品上两点间的最小距离。

通常，我们以物镜的分辨本领来定义显微镜的分辨本领。

确定光学透镜分辨本领d 0的公式为　
.
61.0sin 61.00N.A n d λαλ=⋅= 透镜的分辨本领主要取决于照明束波长λ。

电子透镜的分辨本领随加速电压的提高而提高。

透镜的实际分辨本领除了与衍射效应有关以外，还与透镜的像差有关。

对于光学透镜，已经可以采用凸透镜和凹透镜的组合等办法来矫正像差，使之对分辨本领的影响远远小于衍射效应的影响，但是电子透镜只有会聚透镜，没有发散透镜，所以至今还没有找到一种能矫正球差的办法。

这样，像差对电子透镜分辨本领的限制就不容忽略了。

像差分球差、像散、畸变等，其中，球差是限制电子透镜分辨本领最主要的因素。

材料分析方法课后习题答案材料分析方法课后习题答案材料分析方法是现代科学研究中非常重要的一门学科，它涉及到材料的组成、结构和性质等方面的研究。

在材料分析方法课程中，我们学习了各种分析方法的原理和应用。

下面，我将根据课后习题，对其中的几个问题进行解答，并对相关的知识进行深入的探讨。

1. 什么是材料分析方法？材料分析方法是指通过一系列的实验技术和仪器设备，对材料的组成、结构和性质进行研究和分析的一门学科。

它可以帮助科学家们了解材料的内部结构和性质，从而为材料的设计、制备和应用提供科学依据。

2. 材料分析方法的分类有哪些？材料分析方法可以根据所使用的原理和技术进行分类。

常见的分类包括：光学分析方法、电子显微镜分析方法、表面分析方法、热分析方法、光谱分析方法等。

每种分类又包含了许多具体的方法和技术。

3. 光学分析方法有哪些？光学分析方法是利用光学原理对材料进行分析的方法。

其中包括：光学显微镜、红外光谱、紫外可见光谱、拉曼光谱等。

这些方法可以用于观察材料的形貌、表面结构以及分子结构等。

4. 电子显微镜分析方法有哪些？电子显微镜分析方法是利用电子束与材料相互作用来对材料进行分析的方法。

常见的电子显微镜包括：扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。

它们可以提供高分辨率的图像，帮助研究人员观察材料的微观结构和成分。

5. 表面分析方法有哪些？表面分析方法是研究材料表面组成和性质的方法。

常见的表面分析方法包括：扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）等。

这些方法可以提供关于材料表面的化学成分、形貌和结构等信息。

6. 热分析方法有哪些？热分析方法是通过对材料在不同温度下的热性质变化进行研究的方法。

常见的热分析方法包括：差热分析（DSC）、热重分析（TGA）、热膨胀分析（TMA）等。

这些方法可以用于研究材料的热稳定性、热分解行为等。

7. 光谱分析方法有哪些？光谱分析方法是利用物质与辐射相互作用产生的光谱信息来研究材料的方法。

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。

§8-3 试简要阐述判断出分子离子峰方法。

在判断分子离子峰时可参考以下几个方面的规律和经验方法：（1）分子离子稳定性的一般规律分子离子的稳定性与分子结构有关。

碳数较多、碳链较长（也有例外）和有支链的分子，分裂几率较高，其分子离子的稳定性低；而具有π键的芳香族化合物和共轭烯烃分子，分子离子稳定，分子离子峰大。

（2）分子离子峰质量数的规律（氮规则）由C、H、O组成的有机化合物，分子离子峰的质量一定是偶数。

由C、H、O、N组成的化合物，含奇数个N，分子离子峰的质量是奇数，含偶数个N，分子离子峰的质量则是偶数。

凡不符合氮规则者，就不是分子离子峰。

（3）分子离子峰与邻近峰的质量差是否合理如有不合理的碎片峰，就不是分子离子峰。

例如分子离子不可能裂解出两个以上的氢原子和小于一个甲基的基团，故分子离子峰的左面，不可能出现比分子离子的质量小3-14个质量单位的峰；若出现质量差15或18，这是由于裂解出-CH3或一分子水，因此这些质量差都是合理的。

（4）在判断分子离子峰时，还应注意形成 M+1 或 M-1 峰的可能性。

（5）降低电子轰击源的能量，观察质谱峰的变化：在不能确定分子离子峰时，可以逐渐降低电子流的能量；使分子离子的裂解减少。

这时所有碎片离子峰的强度都会减小，但分子高子峰的相对强度会增加。

仔细观察质荷比最大的峰是否在所有的峰中最后消失。

最后消失的峰即为分子离子峰。

有机化合物的质谱分析，最常应用电子轰击源作离子源，但在应用这种离子源时，有的化合物仅出现很弱的，有时甚至不出现分子离子分子峰，这样就使质谱失去一个很重要的作用。

为了得到分子离子峰，可以改用其它一些离子源，如场致电离源、化学电离源等。

⾼分⼦材料研究⽅法作业及答案第⼀章《绪论》习题答案1. 材料的定义?答：⽤以制造有⽤的构件、器件或其它物品的物质。

也可以说是将原料通过物理或化学⽅法加⼯制成的⾦属、⽆机⾮⾦属、有机⾼分⼦和复合材料的固体物质。

它们⼀⽅⾯作为构件、器件或物品的原材料或半成品，如⾦属、有机⾼分⼦、⽊材、⼈造纤维、天然⽯材和某些玻璃等；另⼀⽅⾯可以在某些⼯艺中作为最终产品，如陶瓷和玻璃制品。

2. 材料与⼈类的关系?答：关系密切，⼈类进步的⾥程碑。

（1）当代⽂明的三⼤⽀柱：材料、信息与能源；（2）新技术⾰命的主要标志：新材料、信息技术和⽣物技术。

（3）⼈类⽂明进步的标志：⽯器、青铜器、铁器和蒸汽机时代。

3. 材料的使⽤性能、固有性质、结构组成和合成⽅法之间的关系？答：材料结构与性能的关系：材料的性能是材料内部因素在⼀定的外部因素下的综合反映：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。

物质的组成与结构取决于材料的制备和使⽤条件。

4. ⾼分⼦材料研究⽅法的内容有哪些？答：材料结构研究的基本⽅法：任务有三个：成分分析、结构测定和形貌分析。

成分分析：光谱：红外：分析材料的主要基团；⾊谱：分析材料的组成特征；热谱：分析材料的热性能；质谱：分析化合物的分⼦量和元素组成。

结构测定：X-衍射：晶体结构。

举例：蒙脱⼟。

电⼦衍射：测定细微晶体的亚微⽶结构，来分析表⾯或涂层的结构。

中⼦衍射：测定材料的缺陷、空⽳等，还可研究⽣物⼤分⼦在空间的构型。

俄歇电⼦能谱：是⽤⼀束汇聚电⼦束，照射固体后在表⾯附近产⽣了⼆次电⼦。

由于俄歇电⼦在样品浅层表⾯逸出过程中没有能量的损耗，因此从特征能量可以确定样品的元素成分。

图像分析：扫描电镜：分析材料的表⾯形貌；透射电镜：分析材料的颗粒⼤⼩，晶体材料的缺陷等。

第⼆章《红外光谱》习题答案1. 红外光谱可分为哪⼏个区域，各区域的分⼦跃迁类型和适⽤范围?答：如下表格所⽰：近红外中红外远红外分⼦跃迁类型泛频，倍频分⼦振动和转动晶格振动和纯转动适⽤范围有机官能团定量分析分⼦结构分析和样品成分分析⽆机矿物和⾦属有机物2. 红外光谱吸收谱的位置和强度与相应化合物的结构有何关系?答：位置与化合物中的官能团的种类有关；强度与该官能团的数量有关。

材料分析⽅法课后习题答案第⼗四章1、波谱仪和能谱仪各有什么优缺点优点:1）能谱仪探测X射线的效率⾼。

2）在同⼀时间对分析点内所有元素X射线光⼦的能量进⾏测定和计数，在⼏分钟内可得到定性分析结果，⽽波谱仪只能逐个测量每种元素特征波长。

3）结构简单，稳定性和重现性都很好4）不必聚焦，对样品表⾯⽆特殊要求，适于粗糙表⾯分析。

缺点：1）分辨率低。

2）能谱仪只能分析原⼦序数⼤于11的元素；⽽波谱仪可测定原⼦序数从4到92间的所有元素。

3）能谱仪的Si(Li)探头必须保持在低温态，因此必须时时⽤液氮冷却。

分析钢中碳化物成分可⽤能谱仪；分析基体中碳含量可⽤波谱仪。

2、举例说明电⼦探针的三种⼯作⽅式（点、线、⾯）在显微成分分析中的应⽤。

答：(1)、定点分析：将电⼦束固定在要分析的微区上⽤波谱仪分析时，改变分光晶体和探测器的位置，即可得到分析点的X射线谱线；⽤能谱仪分析时，⼏分钟内即可直接从荧光屏（或计算机）上得到微区内全部元素的谱线。

(2)、线分析：将谱仪（波、能）固定在所要测量的某⼀元素特征X射线信号（波长或能量）的位置把电⼦束沿着指定的⽅向作直线轨迹扫描，便可得到这⼀元素沿直线的浓度分布情况。

改变位置可得到另⼀元素的浓度分布情况。

(3)、⾯分析：电⼦束在样品表⾯作光栅扫描，将谱仪（波、能）固定在所要测量的某⼀元素特征X射线信号（波长或能量）的位置，此时，在荧光屏上得到该元素的⾯分布图像。

改变位置可得到另⼀元素的浓度分布情况。

也是⽤X射线调制图像的⽅法。

3、要在观察断⼝形貌的同时，分析断⼝上粒状夹杂物的化学成分，选⽤什么仪器⽤怎样的操作⽅式进⾏具体分析答：（1）若观察断⼝形貌，⽤扫描电⼦显微镜来观察：⽽要分析夹杂物的化学成分，得选⽤能谱仪来分析其化学成分。

(2)A、⽤扫描电镜的断⼝分析观察其断⼝形貌：a、沿晶断⼝分析：靠近⼆次电⼦检测器的断裂⾯亮度⼤，背⾯则暗，故短裤呈冰糖块状或呈⽯块状。

沿晶断⼝属于脆性断裂，断⼝上午塑性变形迹象。

同济大学材料学院材料学专业——2007年真题及解析科目一：代码：821 科目名称：材料研究方法北京万学教育科技有限公司考试年份：2007招生专业：材料学研究方向：01高性能水泥基材料02智能材料03新型建筑材料04生态环境材料05无机功能材料06高分子功能材料07高分子材料改性08生物医用材料09金属功能材料10纳米材料11材料体系分析与建模方法一、真题1．电子束轰击到固体样品表面会产生哪些主要物理信号？研究材料的表面形貌一般收集哪种物理信号？并说明其衬度原理研究材料表面元素分原布状况应收集哪些信息，并收明其衬度理。

2．简述DSC的种类和定量热分析原理，举例说明其在材料研究领域的应用。

3．请详述电子衍射和X射线衍射的异同点。

4．请说述电子探针中波谱的原理和应用，并简述波谱与能谱在应用方面的异同。

5．写出布拉格方程，分析物质产生X衍射的充要条件，简述X射线粉末衍射物相鉴定过程。

请说明样品制备对物相鉴定的影响。

6．简述特征X射线的产生，性质和应用。

7．简述红外光谱用于分子结构分析的基础，说明其应用。

8．采用何种手段可以研究高分子材料的结晶。

9．聚合物的填充改性及共混是高分子材料改的常用手段，如何研究无机填充材料在高聚物基体中的分布情况？如何研究共混物中各相的形态？第 1 页共10 页10．核磁共振谱中不同质子产生不同化学位移的根本原因是什么？化学位移的主要影响因素有哪些？核磁共振谱中的信号强度可以提供何种信息？11．请详细描述金相试样的制备过程，并画出碳马氏体和高碳马氏体的组织示意图，解释其区别。

12．举例说明透射电镜在金属材料研究方面的应用，说明其原理。

13．制备金属材料透射电子显微镜试样时一般采用双喷法制样，请详述其原理。

14．请详述多晶，非晶，纳米晶体材料在透射电子显微镜选区稍微图像中的区别。

15．拟定方案，解决玻璃体内夹杂物的鉴定。

16．采用合适的现代技术表征法分析硅酸盐水泥水化进程，请简要评述你给出的方法。

材料研究方法课后习题答案第一章绪论1. 材料时如何分类的？材料的结构层次有哪些？答：材料按化学组成和结构分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料材料的结构层次有：微观结构、亚微观结构、显微结构、宏观结构。

2.材料研究的主要任务和对象是什么？有哪些相应的研究方法？答：任务：研究、制造和合理使用各类材料。

研究对象：材料的组成、结构和性能。

研究方法：图像分析法、非图形分析法：衍射法、成分谱分析。

成分谱分析法：光谱、色谱、热谱等；光谱包括：紫外、红外、拉曼、荧光；色谱包括：气相、液相、凝胶色谱等；热谱包括：DSC、DTA等。

3.材料研究方法是如何分类的？如何理解现代研究方法的重要性？答：按研究仪器测试的信息形式分为图像分析法和非图形分析法；按工作原理，前者为显微术，后者为衍射法和成分谱分析。

重要性：1）理论：新材料的结构鉴定分析；2）实际应用需要：配方剖析、质量控制、事故分析等。

第二章光学显微分析1.区分晶体的颜色、多色性及吸收性，为何非均质体矿物晶体具有多色性？答：颜色：晶体对白光中七色光波选择吸收的结果。

多色性：由于光波和晶体中的振动方向不同，使晶体颜色发生改变的现象。

吸收性：颜色深浅发生改变的现象称为吸收性。

光波射入非均质矿物晶体时，振动方向是不同的，折射率也是不同的，因此体现了多色性。

2.什么是贝克线？其移动规律如何？有什么作用？答：在两个折射率不同的物质接触处，可以看到比较黑暗的边缘，称为晶体的轮廓。

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。

移动规律：提升镜筒，贝克线向折射率答的介质移动。

作用：根据贝克线的移动规律，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？答：糙面：在单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，好像粗糙皮革一样这种现象称为糙面。

材料研究方法习题答案光学显微分析1.如何提高光学显微分析的分辨能力？①选择更短的波长,如紫外光、X射线、电子束等；②采用折射率很高的材料,如采用浸油显微镜；③增大显微镜的孔径角,如采用复合透镜以加大显微镜物镜的孔径角。

2.阐述光学显微镜分析用光片制备方法。

（1）取样：光片的取样部分应具有代表性，包含研究对象并满足特定要求；（2）镶嵌：对一些形状特殊尺寸细小而不易握持的样品需进行镶嵌；（3）磨光：去除样品表面损伤，获得光滑样品表面；（4）抛光：去除细磨痕以获得无暇镜面，并去除变形层；（5）浸蚀：使不同组织，不同相位晶粒以及晶粒内部与晶界处各受到不同程度浸蚀，形成差别，从而清晰的显示出材料的内部组织。

3.电磁波谱的主要参数波普区波长范围波数/cm-1频率/MHZ光子能量/ev 域Y射线0.5~140pm2×1010~7×1076×1014~2×1012 2.5×106~8.3×103 X射线10-3~10nm106~10103×1010~3×1014 1.2×106~1.24×102紫外光10~400nm106~2.5×1043×1010~7.5×108124~3.1可见光400~750nm 2.5×104~1.3×1047.5×108~4×108 3.1~1.65近外光730~3.1×106nm 1.4×104~3.2 4.1×108~9.7×104 1.7~4×10-4微波 3.1×106~3.1×109nm0.0032~3.2 97~9.7×1044×10-4~4×10-7射频1~1000m10-5~0.010.3~300 1.2×10-9~1.24×10-6（1）σ=1/λ=1/（0.5×10-10）=2×1010cm-1 σ=1/λ=1/（140×10-10）=7×107cm-1 （2）σ=1/λ=1/（10-3×10-7）=1×1010cm-1 σ=1/λ=1/（10×10-7）=1×106cm-1v=c/λ=(3×108) /（10-3×10-9）×106=3×1014 MHZ、v=c/λ=(3×108) /（10×10-9）×106=3×1010MHZE=1240/λ=1240/10-3=1.2×106ev E=1240/λ=1240/10=1.24×102ev（3）λ=c/v =(3×108) /（3×1010×106）=10-8m=10nmλ=c/v =(3×108) /（7.5×108×106）=4×10-6m=400nmσ=1/λ=1/(10-6)=106cm-1 σ=1/λ=1/（400×10-5)=2.5×104cm-1E=1240/λ=1240/10=124ev E=1240/λ=1240/400=3.1ev （4）σ=1/λ=1/（400×10-7）=2.5×104cm-1 σ=1/λ=1/（750×10-7）=1.3×104cm-1 v=c/λ=(3×108) /（400×10-9）=7.5×1014HZ =7.5×108MHZv=c/λ=(3×108) /（750×10-9）=4×1014HZ=4×108MHZE=1240/λ=1240/400=3.1ev E=1240/λ=1240/750=1.65ev（5）v=c/λ=(3×108) /（730×10-9）=4.1×1014HZ =4.1×108MHZv=c/λ=(3×108) /（3.1×106×10-9）=9.7×1010HZ =9.7×104MHZλ=hc/ E =1240/E=1240/1.7=730nm λ=hc/ E =1240/E=1240/4×10-4=3.1×106nmσ=1/λ=1/(730×10-7）=1.4×104cm-1 σ=1/λ=1/(3.1×106×10-7）=3.2cm-1(6)λ=hc/ E =1240/E=1240/4×10-4 =3.1×106nmλ=hc/ E =1240/E=1240/4×10-7 =3.1×109nmσ=1/λ=1/（3.1×106×10-7）=3.2cm-1 σ=1/λ=1/（3.1×109×10-7）=0.0032cm-1 v=c/λ=(3×108) /（3.1×106×10-9）=9.7×1010HZ =9.7×104MHZv=c/λ=(3×108) /（3.1×109×10-9）=9.7×107HZ =97MHZ（7）σ=1/λ=1/100=0.01cm-1 σ=1/λ=1/1000×102=10-5cm-1v=c/λ=(3×108) /1 =3×108HZ =300MHZv=c/λ=(3×108) /1000=3×105HZ =0.3MHZE=1240/λ=1240/10-6=1.24×10-6ev E=1240/λ=1240/（1000×10-6）=1.24×10-9evX射线衍射分析1.试述X射线的定义、性质，连续X射线和特征X射线的产生、特点。

第］章1、 材'料是如何分类的？材料的结构层次有哪些？答：材料按化学组成和结构分为：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料：按性能特征分为：结构材料、功能材料；按川途分为：建筑材料、航空材料、电子材料、半导体材料、生物材料、医川材料。

材料的结构层次有：微观结构、亚微观结构、显微结构、宏观结构。

2、 材料研究的主要任务和对象是什么，有哪些相应的研究方法？答：任务：材料研究应着垂于探索制备过程前后和使川过程中的物质变化规律，也就是在此基础上探明材料的 组成（结构）、合成（工艺过程）、性能和效能及其Z 间的相互关系，或者说找出经一定工艺流程获得的材料的组 成（结构）对于材料性能与川途的影响规律，以达到对材料优化设计的口的，从而将经验性工艺逐步纳入材料科 学与工程的轨道.研究对象和相应方法见书第三页表格。

3、 材料研究方法是如何分类的？如何理解现代研究方法的重要性？答：按研究仪器测试的信息形式分为图像分析法和非图像分析法；按工作原理，前者为显微术，后者为衍 射法和成分谱分析。

第2章1、简述现代材料研究的主X 射线实验方法在材料研究屮有那些主要应川？ 答：现代材料研究的主X 射线实验方法在材料研究中主要佇以下儿种应丿山（1） X 射线物相定性分析：用于确定物质中的物相组成（2） X 射线物相定量分析：用于测定某物相在物质中的含量（3） X 射线晶体结构分析：用于推断测定晶体的结构 2、试推导Bragg 方程，并对方程中的主要参数的范围确定进行讨论. 答：见书第97页。

1 X 射线衍射试'验主要有那些方法，他们各有哪些应用，方法及研究对象.答:方法及样晶的制备简单，所以，在科学研究和实际生产中的应川不可缺少；而劳厄法和转晶法主要应川于单晶 体的研究，特别是在晶体结构的分析中必不可少，在某种场合下是无法替代的。

第3章1、如何提高显微镜分辨本领，电子透镜的分辨本领受哪些条件的限制？答：分辨木领：指显微镜能分辨的样需上两点间的最小距离；以物镜的分辨木领来定义显微镜的分辨木领。