材料分析方法 第五章(3)

第一章 X 射线物理学基础一、X 射线产生的主要装置和条件 主要装置：阳极靶材、阴极灯丝条件：a. 大量自由电子；b. 定向高速运动；c. 运动路径上遇到障碍（靶材）二、短波限一个电子在与阳极靶撞击时，把全部能量给予一个光子，这就是一个光量子所能获得的最大能量，即：h c/λ=eU ，此时光量子的波长即为短波限λSWL 。

三、连续X 射线（强度公式）大量电子在与靶材碰撞的过程中，能量不断减小，光子所获得的能量也不断减小，形成了一系列由短波限λSWL 向长波方向发展的连续波谱。

连续谱强度21iZU K I四、特征X 射线（莫塞莱定律）当X 射线管两端的电压增高到某一特定值U k 时，在连续谱的特定的波长位置上，会出现一系列强度很高，波长范围很窄的线状光谱，它们的波长对一定材料的阳极靶材有严格恒定的数值，此波长可作为阳极靶材的标志或特征，所以称为特征谱或标识谱。

莫塞莱定律：Z K 21) U - U ( i K I m n 3 （Un 为临界激发电压，原子序数Z 越大，Un 越大）五、X 射线吸收（透射）公式——（质量吸收系数：单质、化合物（固溶体、混合物）） 单质 m tm m e I eI I 00化合物ni i mim w 1六、光电效应、荧光辐射、俄歇效应光电效应：当入射X 射线光量子能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能时，电子易获得能量从内层逸出，成为自由电子，称为光电子，这种光子击出电子的现象称为光电效应。

荧光辐射：因光电效应处于相应的激发态的原子，将随之发生如前所述的外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出特征X 射线，称X 射线激发产生的特征辐射为二次特征辐射，称这种光致发光的现象为荧光效应。

俄歇效应：原子K 层电子被击出后， L 层一个电子跃入 K 层填补空位，而另一个L 层电子获得能量逸出原子成为俄歇电子，称这种一个K 层空位被两个 L 层空位代替的过程为俄歇效应。

光电效应——光电子荧光辐射——荧光X 射线（二次X 射线） 俄歇效应——俄歇电子七、吸收限及其两个应用：滤波片的选择、靶材的选择吸收限：欲激发原子产生K、L、M等线系的荧光辐射，入射X 射线光量子的能量必须大于或至少等于从原子中击出一个K、L、M层电子所需的能量W K、W L、W M，如，W K= h K = hc / K，式中， K、 K是产生K系荧光辐射时，入射X射线须具有的频率和波长的临界值。

第一章X射线物理学基础1.连续X射线:从某一短波限λSWL开始，直至波长等于无穷大λ∞的一系列波长。

(这种谱用于X射线衍射分析的劳埃法）2.特征X射线:具有一定波长的特强X射线,叠加于连续X射线谱上。

（这种谱用于X射线衍射分析的德拜法）3.特征X射线的产生机理: X射线管中高速电子流轰击阳极,若管电压超过某一临界值，电子的动能足以将阳极中原子的____内层电子_____轰击出来。

这种被激发的原子，在电子跃迁时会辐射光子。

它们是一组能量一定的射线,构成___特征X射线__。

这种谱适用于X射线衍射分析的____德拜____法。

4.波长与强度成反比。

5.当U/Uk=（3—5）Uk时，I特/I连获得最大值.（降低连续X射线,提高特征X射线的方法）6.荧光辐射:由入射X射线所激发出来的特征X射线.入射能量束的粒子与和物质原子中电子相互作用碰撞，当粒子能量足够大就能激出的内层电子,同时原子外层向内层空位跃迁，辐射出一定的特征荧光射线，被称为荧光辐射。

7.光电效应：当入射光子的能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能时，此光子就很容易被电子吸收，获得能量的电子从内层溢出，成为自由电子，即光电子,原子则处于相应的激发态，这种原子被入射光子电离的现象即光电效应。

（应用于重元素的成分分析）8.俄歇效应：原子中一个K层电子被入射光子击出后，L层一个电子跃入K层填补空位,此时多余的能量不以辐射X光子的方式放出，而是另一个L层电子获得能量跃出吸收体，这样的一个K层空位被两个L层空位代替的过程称俄歇效应。

(应用于表层轻元素的成分分析)9.相干散射:X射线与物质原子内层电子相撞，入射光子的能量全部转给相撞电子,在X射线电场作用下,产生强迫振动，电子成为新电磁波源，向四周辐射与入射光子等波长的电磁波。

10.非相干散射：入射线与束缚较弱的外层电子或自由电子作用，电子获一部分动能成为反冲电子，入射线失去部分能量，改变了波长，沿与入射方向成一定角度的方向辐射。

复 习 的 重 点 及 思 考 题第一章 X 射线的性质X 射线产生的基本原理。

● X 射线的本质―――电磁波 、 高能粒子 、 物质● X 射线谱――管电压、电流对谱的影响、短波限的意义等● 高能电子与物质相互作用可产生哪两种X 射线？产生的机理？连续X 射线：当高速运动的电子(带电粒子)与原子核内电场作用而减速时会产生电磁辐射,这种辐射所产生的X 射线波长是连续的,故称之为～特征(标识)X 射线：由原子内层电子跃迁所产生的X 射线叫做特征X 射线。

X 射线与物质的相互作用● 两类散射的性质● 吸收与吸收系数意义及基本计算● 二次特征辐射（X 射线荧光）、饿歇效应产生的机理与条件二次特征辐射（X 射线荧光）：由X 射线所激发出的二次特征X 射线叫X 射线荧光。

俄歇电子：俄歇电子的产生过程是当原子内层的一个电子被电离后，处于激发态的电子将产生跃迁，多余的能量以无辐射的形式传给另一层的电子，并将它激发出来。

这种效应称为俄歇效应。

● 选靶的意义与作用第二章 X 射线的方向晶体几何学基础● 晶体的定义、空间点阵的构建、七大晶系尤其是立方晶系的点阵几种类型 在自然界中，其结构有一定的规律性的物质通常称之为晶体● 晶向指数、晶面指数（密勒指数）定义、表示方法，在空间点阵中的互对应 ● 晶带、晶带轴、晶带定律，立方晶系的晶面间距表达式● 倒易点阵定义、倒易矢量的性质● 厄瓦尔德作图法及其表述，它与布拉格方程的等同性证明(a) 以λ1= 为半径作一球； (b) 将球心置于衍射晶面与入射线的交点。

(c) 初基入射矢量由球心指向倒易阵点的原点。

(d) 落在球面上的倒易点即是可能产生反射的晶面。

(e) 由球心到该倒易点的矢量即为衍射矢量。

布拉格方程● 布拉格方程的导出、各项参数的意义，作为产生衍射的必要条件的含义。

布拉格方程只是确定了衍射的方向,在复杂点阵晶脆中不同位置原子的相同方向衍射线,因彼此间有确定的位相关系而相互干涉,使得某些晶面的布拉格反射消失即出现结构消光,因此产生衍射的充要条件是满足布拉格方程的同时结构因子不为零● 干涉指数引入的意义，与晶面指数（密勒指数）的关系干涉指数 HKL 与 Miller 指数 hkl 之间的关系有 ：H= nh , K = nk , L = nl 不同点：（1）密勒指数是实际晶面的指数，而干涉晶面指数不一定；（2）干涉指数HKL 与晶面指数( Miller 指数) hkl 之间的明显差别是：干涉指数中有公约数，而晶面指数只能是互质的整数。

第一章材料的电子结构与物理性能1. 1.主量子数n (n =1、2、3、4……)主量子数确定核外电子离原子核的远近和能级的高低。

2.次量子数l (l = 0、1、2、3……)次量子数反映的是电子轨道的形状。

在由主量子数n确定的同一主壳层上的电子的能量有差异，可分成若干个能量水平不同的亚壳层，其数目随主量子数而定，习惯上以s、p、d、f 表示。

3.磁量子数m (m = 0、±1、±2、±3……)磁量子数表示电子云在空间的伸展方向，它确定轨道的空间取向。

4.自旋量子数ms (ms = +1/2、-1/2)自旋量子数表示在每个状态下可以存在自旋方向相反的两个电子。

2. 三个基本原理：泡利不相容原理在一个原子中不可能存在四个量子数完全相同（即运动状态完全相同）的两个电子。

或者，在同一个原子中，最多只能有两个电子处在同样能量状态的轨道中，而且这两个电子的自旋方向必定相反。

最低能量原理电子总是优先占据能量低的轨道，使系统处于最低的能量状态。

最多轨道规则（洪特规则）相同能量的轨道（也称等价轨道）上分布的电子将尽可能分占不同的轨道，而且自旋方向相同。

作为洪特规则的特例，对于角量子数相同的轨道，当电子层结构为全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的。

即：全充满: p 6或d 10或f 14 ；半充满: p 3或d 5或f 7 ；全空: p 0或d 0或f 0 。

3.能带的形成p10：各个原子的能级因电子云的重叠产生分裂现象。

能级分裂后，其最高和最低能级之间的能量差只有几十个eV。

电子的能量或能级几乎就是连续变化的，于是形成了能带。

能带之间也存在着一些无电子能级的能量区域，称为禁带或能隙。

4．金属的能带结构重要概念：满带：被电子填满的能带。

空带：没有被电子填充的能带。

价带：被价电子占据的能量最高的能带。

导带：价带以上的空带。

5.6. 金属的电阻率与温度的关系一般而言，金属的电阻率与温度的关系是线性的，且具有正的温度系数，即随着温度上升，电阻率增加。