材料测试方法考试要点

1、第二章 X射线衍射分析：X射线的产生：X射线是由阴极发射出(热)电子，经几万伏高速电压加速，获得能量，运动速度很大， 这种高速电子去撞击阳极，而发射出X射线。产生X射线的条件：1：以某种方式得到一定量的自由电子；2：在高真空中，在高压电场的作用下迫 使这些电子作定向高速运动；3：在电子运动路径上设障碍物以急剧改变电子的运 动速度。X射线的本质：一种具有波粒二象性的电磁波。X射线与物质相互作用：一部分被散射，一部分被吸收，一部分透过物质继续沿原来的方向传播。 X射线照射固体物质(样品)，可能发生的相互作用主要有俄歇电子、相干非相 干散射X射线，光电子、反冲电子，荧光X射线布拉格公式：2dsin=

2、K，dn（/2），dHKL表示HKL 晶面的面网间距角表示掠过角或布拉格角， 即入射X射线或衍射线与面网间的夹角，表示入射X射线的波长。该公式有二方面用途： （1）已知晶体的d 值。通过测量，求特征X 射线的，并通过判断产生特征X 射线 的元素。这主要应用于X 射线荧光光谱仪和电子探针中。 （2）已知入射X 射线的波长， 通过测量，求晶面间距。并通过晶面间距，测定晶体结 构或进行物相分析。X射线衍射方法：1、单晶体衍射：照相法劳厄法转晶法魏森堡法 四圆衍射仪法 2、多晶体衍射：粉末照相法 粉末衍射仪法XRD基本原理：1、每一种晶体物质都有各自的晶体结构，当x射线穿过晶体时，每一种晶体物质都有

3、自己独特的衍射花纹。2、衍射花纹的特征可以用各个衍射面族的面间距d（与晶胞的 形状和大小有关）和衍射线的相对强度I/I0 （与粒子的种类及其在晶胞中的位置有关） 来表示。3、d和I/I0是晶体结构的必然反映，可根据它们来鉴别结晶物质的物相。X射线粉末衍射仪的构造：1.X射线发生系统 2.测角仪（核心部件）3.探测与记录系统 4.控制系统测角仪： 工作时，探测器与试样同时转动，但转动的角速度为2：1的比例关系。而且式样被照射面 总与聚焦圆相切样品的制备方法：（1）、粉末要细；（2）、要有代表; （3）、特殊样品的制备扫描方式：1、连续扫描 2、步进扫描衍射花样：3个基本要素： 衍射线的峰位； 线

4、形； 强度峰位确定：一、图形法：1、峰顶法 2、切线法3、半高宽中点法 4、7/8高度法 5、中点连线法 二、重心法。说明多晶、单晶及非晶衍射花样的特征：多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环单晶衍射花样是由排列得十分整齐的许多斑点所组成的非晶态物质的衍射花样只有一个漫散中心斑点物相分析方法：（定性分析和定量分析） 一、定性分析原理：任何结晶物质都有其特定的化学组成和结构参数（包括点阵类型、晶胞大小、 晶胞中质点的数目及坐标等）。当X 射线通过晶体时产生特定的衍射图形，对应一系列特 定的面间距d 和相对强度I / I1 值。 过程：1. 实验用粉末衍射仪法获取被测试样物相的衍射图谱。

5、2. 将实验得到样品的衍射图与已知物相在相同实验条件下的衍射图直接比较，根据峰 位、 相对强度、样品结构已知信息等判别待定物相。 3. 通过对所获衍射图谱的分析和计算，获得各衍射峰的2，各衍射峰对应的面间 距d 及各峰相对强度I/I0。在这几个数据中，要求对2和d值进行高精度 的测量计算， 而I/I0相对精度要求不高。目前，一般的衍射仪均由计算机直 接给出所测物相衍射线条的d值。 4. 由d，然后结合I/I0，及试样结构已知信息等，在汇编标准中用dI/I0 用 检索手册，根据需要使用字母检索、Hanawalt检索或Fink检索手册，查寻物相 PDF卡片号对照检索，定性识别物相。 5.若是多物相

6、分析，则在（3）步完成后，对剩余的衍射线重新根据相对强度排序，重 复 （3）步骤，直至全部衍射线能基本得到解释。 二、定量分析原理：根据X射线衍射强度公式，某一物相的相对含量的增加，其衍射线的强度亦随 之增加，所以通过衍射线强度的数值可以确定对应物相的相对含量。由于各个物相对X射线 的吸收影响不同，X射线衍射强度与该物相的相对含量之间不成线性比例关系，必须加以修正。 过程：书第三章 电子显微分析对电镜分辨本领起作用的是：球差、色差、象散、衍射效应球差：是由于电子透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的。象散：磁场不对称时，就出现象散。色差：是由于入射电子波的波长和能量发生一定的变化

7、所造成的。衍射效应：一、透射电镜（TEM）： 透射电镜定义：以波长极短的电子束作为照明源，用电子投透射聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍 数的电子光学仪器。 透射电镜构造：一、电子光学系统 （核心）： 1、照明系统（提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。 为满足明场和暗场成像需要，电子束可在2o3o范围内倾斜） 2、成像系统（由样品室、物镜、中间镜和投影镜组成。作用：安置样品，放大成像） 3、观察和记录系统（包括荧光屏和照相机构。） 二、真空系统：（为了保证电子在整个通道中只与试样发生相互作用，而不与空气分子 发生碰撞。） 三、电子系统(供电系统) ：(高压电源、透镜电源、真

8、空电源、辅助电源、安全系统、 总调压变压器) TEM的主要性能指标：(1)分辨率：是透射电镜的最主要的性能指标 (2)放大倍数 (3)加速电压 TEM应用：1、半导体器件结构2、纳米材料观察（Si纳米晶的原位观察）3、高分子材料研究 TEM工作原理: 电子枪发射的电子束在阳极加速电压作用下加速，经聚光镜会聚成平行电子束照明样 品，穿过样品的电子束携带样品本身的结构信息，经物镜、中间镜、投影镜接力聚焦 放大，以图像或衍射谱形式显示于荧光屏。 透射电镜的成像原理：透镜的成像作用可以分为两个过程： 1）平行电子束遭到物的散射作用而分裂成为各级衍射谱，即由物变换到衍射的过程； 2）各级衍射谱经过干涉重

9、新在像平面上会聚成物像点，即由衍射重新变换到物(像 是放大了的物)的过程。透射电子显微镜中，物镜、中间镜、投影镜，总的放大 倍数就是各个透镜倍率的乘积。 M = MO.Mi.MP 电子衍射和X 射线衍射共同点和不同点。相同点：1、电子衍射的原理和X 射线衍射相似，是以满足（或基本满足）布拉格方程作为产生衍射的必要条件。2、两种衍射技术得到的衍射花样在几何特征上也大致相似：多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环，单晶衍射花样由排列得十分整齐的许多斑点所组成，而非晶体物质的衍射花样只有一个漫散的中心斑点不同点：1、电子波的波长比X 射线短得多，在同样满足布拉格条件时，它的衍射角很小，约为1

10、0-2rad。而X 射线产生衍射时，其衍射角最大可接近90。2、在进行电子衍射操作时采用薄晶样品，薄样品的倒易阵点会沿着样品厚度方向延伸成杆状，因此，增加了倒易阵点和爱瓦尔德球相交截的机会，结果使略为偏离布格条件的电子束也能发生衍射。3、因为电子波的波长短，采用爱瓦德球图解时，反射球的半径很大，在衍射角较小的范围内反射球的球面可以近似地看成是一个平面，从而也可以认为电子衍射产生的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内。这个结果使晶体产生的衍射花样能比较直观地反映晶体内各4、原子对电子的散射能力远高于它对X 射线的散射能力（约高出四个数量级），故电子衍射束的强度较大，摄取衍射花样时曝光时间仅需数秒

11、钟。电子衍射适合对表层或薄膜样品的分析。5、 晶体样品的显微像与电子衍射花样结合，可以作选区电子衍射 透射电子显微分析样品要求：制备适合TEM观察的试样，厚度100-200 nm，甚至更薄 透射电子显微分析样品制备：1. 支持膜法（粉末试样） 2. 薄膜法（块状试样） 3. 复型法 衬度（contrast）定义：衬度是指图象上不同区域间明暗程度的差别。 衬度象：当电子逸出试样下表面时，由于试样对电子束的作用，使得透射到荧光屏上的强度是不均匀 的，这种强度不均匀的电子象称为衬度象。 透射电镜的四种衬度：1 、散射(质量厚度)衬度2、 衍射衬度 3、 相位差衬度 4、原子序数衬度 衬度成像原理与应

12、用：1、质厚衬度是由于样品不同微区间存在的原子序数或厚度的差异而形成的，适 用于对复型膜试样电子图象作出解释。晶体试样在进行电镜观察时，由于各处 晶体取向不同和(或)晶体结构不同，满足布拉格条件的程度不同，使得对应试 样下表面处有不同的衍射效果，从而在下表面形成一个随位置而异的衍射振幅 分布，这样形成的衬度，称为衍射衬度。衍衬技术被广泛应用于研究晶体缺陷。 如果透射束与衍射束可以重新组合，从而保持它们的振幅和位相，则可直接得 到产生衍射的那些晶面的晶格象，或者一个个原子的晶体结构象。这就是相位 衬度象，仅适于很薄的晶体试样(100Å)。 2、衍射衬度 明场像: 物镜光栏将衍射束挡掉，

13、只让透射束通过而得到图象衬度的方法称为明场成像，所得的图象 称为明场像。 透射电子成像，像清晰。 暗场像: 用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束，而只让一束强衍射束通过光栏参与成像的方法，称为 暗场成像，所得图象为暗场像。 散射电子成像，像有畸变、分辨率低。二、扫描电镜（SEM）： 扫描电镜的主要结构：1、电子光学系统：由电子枪，电磁透镜，物镜和样品室等部件组成 （作用：电子枪的作用是用来获得扫描电子束。） 2、扫描系统：由扫描 发生器和扫描线圈组成 （作用：使入射电子束在样品表面扫描，并使阴极射线显像管电子束在 荧光屏上作同步扫描 改变入射束在样品表面的扫描振幅，从而改变扫描像的放大倍数。） 3

14、、信号收集系统：它由闪烁体、光导管和光电倍增器组成。 （作用：检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，然后经视频放大作 为显像系统的调制信号。） 4、图象显示和记录系统：(作用：把信号收集系统输出的调制信号转换为在阴极 射线荧光屏上显示样品表面特征的扫描图像，供观察或者拍照。) 5、电源和真空系统;（真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作。） 扫描电镜工作原理: 由电子枪发射出来的电子束，经栅极聚焦后，在加速电压作用下，经过二至三个 电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成一个细的电子束聚焦在样品表面。 在末级透镜上边装有扫描线圈，在它的作用下使电子束在样品表面扫描。 SEM成像原理:S

15、EM是利用聚焦电子束在样品上扫描时激发的某种物理信号来调制一个同步扫描的显象 管在相应位置的亮度而成象的显微镜。 电子与样品发生的作用:产生背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、特征X射线、俄歇电子 SEM成像信号：1、二次电子：入射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子电离产生的电子， 称二次电子。 分辨率高 2、背散射电子：背散射电子是指入射电子与样品相互作用之后，再次逸出样品表面的 高能电子。 能量高、分辨率低 二次电子像和背散射电子像对比：二次电子像：分辨率高，立体感强，主要反映形貌特征 背散射电子像：分辨率低，立体感差，但既能反映形貌特征，又能定性探测元素分布。 扫描电镜的主

16、要性能与特点：1、放大倍率高（M=Ac/As）2、分辨率高（d0=dmin/M总）3、景深大（F d0/）4、保真度好5、样品制备简单 SEM应用：1、昆虫学研究中的应用；2、生物医学上的应用（染色体、SARS）； 3、材料研究中的应用 （抛光面、断口分析）；4、粉体形貌观察。 扫描电镜的图像缺陷：1、边缘效应；2、污染；3、荷电效应；4、损伤 扫描电镜分辨率制约因素有：1、入射电子束束斑直径（束斑直径越小，分辨率越高。） 2、入射电子束在样品中的扩展效应（与样品原子序数有关，轻元素样品， 梨形作用体积；重元素样品，半球形作用体积。） 3、信噪比三、电子探仪针电子探针仪原理：用细聚焦电子束入射

17、样品表面，激发出样品元素的特征X射线电子探针仪的构造：主要有柱体（镜筒）、x射线谱仪、记录显示系统 组成。波谱仪（WDS）的结构：由分光晶体、X射线探测器和相应的机械传动装置构成。波普仪工作原理：由布拉格定律，从试样中发出的特征x射线，经一定晶面间距的晶体分光，波长不 同的特征x射线将有不同的衍射角。连续改变，在与x射线入射方向呈2的位 置上测到不同波长的特征x射线信号。由莫塞莱定律可确定被测物质所含元素 。波普仪WDS特点：分析速度慢。分辨率高测量精度高。分析元素范围宽。样品表面要求平 整、光滑。能谱仪EDS的结构：由探针器、前置放大器、脉冲信号处理单元、模数转换器、多道分析器、小型计 算机

18、及显示记录系统组成能谱仪EDS的工作原理：每种元素都有特定的X射线特征波长，而特征波长的大小取决于能级跃迁过 程中释放出的特征能量ED，能谱仪就是利用不同元素X射线光子特征能量不 同来进行成分分析。能谱仪EDS特点：分析速度快；灵敏度高；分辨率较低： 130eV；分析元素范围：11Na92U； 对样品污染作用小；谱线的重复性好，适于粗糙表面成分分析；峰背比小，一 般为100，而波谱仪为1000探测器须在液氮温度下使用，维护费用高。电子探针仪的分析方法：1、定点定性分析2、定点定量分析3、线扫描分析4、面扫描分析。基本工作方式：1、定点元素全分析 2、线扫描分析 3、面扫描分析电子探针仪的应用：

19、(1) 组分不均匀合金试样的微区成分分析； (2) 扩散对试样中成分梯度的测定 (3) 相图低温等温截面的测定；(4) 金属半导体界面反应产物第四章 扫描探针显微分析一、原子力显微镜（AFM）：AFM原理：将一个对微弱力极敏感的弹性微悬臂一端固定。另一端的针尖与样品表面轻轻接触。当针尖 尖端原子与样品表面间存在极微弱的作用力(10-8-10-6N)时，微悬臂会发生微小的弹性形 变，针尖和样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系（遵循胡克定律）。AFM仪器构成：力检测部分、光学检测部分、反馈电子系统、压电扫描系统、计算机控制系统。AFM-成像原理：原子与原子之间的交互作用力因为彼此之间的距离的不同

20、而有所不同，其之间的能量 表示也会不同。AFM工作模式：1、接触模式：针尖始终向样品接触并简单地在表面上移动，针尖样品间的相互作用 力是互相接触原于的电子间存在的库仑排斥力，其大小通常为1081011N。 优点：1、图像稳定,分辨率高；2、是唯一能获得原子级成像的AFM；3、高的扫描速度 缺点：1、易损伤针尖及样品；2、只能在原子级光滑平面扫描 2、非接触模式：相互作用力是范德华吸引力，远小于排斥力. 优点：和样品间无直接接触的作用力，对样品无损伤 缺点：1、较之其他两种模式更低的水平分辨率；2、更慢的扫描速度；3、 通常只在极度憎水的表面，无流体吸附层时使用。 3、轻敲模式：其特点是扫描过程

21、中微悬臂也是振荡的并具有比非接触模式更大的振 幅(5100 nm)，针尖在振荡时间断地与样品接触。 优点：1、高的水平分辨率；2、消除水平剪切力；3、更低的作用力避免损 坏样品表面 缺点：1、但扫描速度较接触模式慢原子力显微镜的应用：金属、半导体材料、化学、纳米材料（纳米加工） 生命科学（用AFM观察DNA双螺旋结构、用AFM观察细胞生长） 微加工技术（用AFM观察集成电路的线路刻蚀情况）AFM的特点：优点：1.AFM技术的样品制备简单，甚至无需处理，对样品破坏性较其他生物 学常用技术(如电子显微镜)要小得多。 2.AFM能在多种环境(包括空气、液体和真空)中运作，生物分子可在其 生理条件下直

22、接成像，还能对活细胞进行实时动态观察。 3.AFM能提供生物分子和生物表面的分子/亚分子高分辨率三维图像。 4.AFM也能以纳米尺度的分辨率观察局部的电荷密度和物理特性，测量 生物大分子间(如受体和配体)的相互作用力。 5.AFM能对单个生物分子进行操纵，如可搬动原子、切割染色体、在细 胞膜上打空。 缺点: 1、受样品因素限制较大（不可避免） 2、针尖易磨钝&受污染（磨损无法修复；污染清洗困难） 3、针尖样品间作用力较小 4、成像范围小，速度慢 二、扫描探针显微镜扫描探针显微镜的原理：当探针与样品表面间距小到纳米级时，按照近代量子力学的观点， 由于探 针尖端的原子和样品表面的原子具有特

23、殊的作用力，并且该作用力随着距离的 变化非常显著。当探针在样品表面来回扫描的过程中，顺着样品表面的形状而 上下移动。独特的反馈系统始终保持探针的力和高度恒定，一束激光从悬臂梁 上反射到感知器，这样就能实时给出高度的偏移值。样品表面就能记录下来， 最终构建出三维的表面图扫描探针显微镜的特点：1. 分辨率高2、可实时地得到表面的三维图像。3、可以观察单个原子层的局 部表面结构。4、可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样品浸 在水和其它溶液中，不需要特别的制样技术，并且探测过程对样品无损伤。5、 配合扫描隧道谱，可以得到有关表面结构的信息，例如表面不同层次的态密度、 表面电子阱、电荷密度波

24、、表面势垒的变化和能隙结构等6、具有的设备相对 简单、体积小、价格便宜、对安装环境要求较低、对样品无特殊要求、制样容 易、检测快捷、操作简便等特点，同时SPM的日常维护和运行费用也十分低廉。扫描探针显微镜应用：1、呈现原子或分子的表面特性2、用于研究物质的动力学过程3、检测材料的性 能4、可以操纵和移动单个原子或分子5、失效分析6、生物应用7、硬盘检查三、扫描隧道显微镜(STM)：STM工作原理：扫描隧道显微镜的基本原理是将原子尺度尖锐的探针和被研究物质的表面作为两个电 极，当样品与针尖的距离非常接近(通常小于1nm) 时，在外加电场的作用下，电子会穿 过两个电极之间的势垒流向另一电极。STM

25、基本结构：隧道针尖、三维扫描控制器、减震系统、电子学控制系统STM的工作模式：1、恒电流模式：保持样品与探针间距Z不变，即隧道电流恒定的工作方式称为恒电流 模式。 优点：能测量表面较粗糙的样品。 缺点：是扫速较慢 2、恒高模式：对于起伏不大的样品表面，可以进行探针高度守恒扫描，而以隧道电 流的变化为信号来成像。 优点：扫速较快。 缺点：是只能在原子级光滑的平面扫描 STM的特点：优点：1.具有原子高分辩率。横向：0.1nm, 纵向：0.01nm。2.可实时得到在实空间中表 面的三维图像；3.可以观察单个原子层的局部表面结构。4.可在真空、大气、常温 等不同环境下工作，甚至水中也可以，而且对样品

26、无损。o5. 不仅可以观察还可以 搬动原子。 缺点：1、要求高：防震，高真空，防温度变化。2、电导率在10-9S/m以上的样品可以满 足常规STM测试的要求。如果样品的导电性很差。最好使用银或金导电胶将其固定， 并进行镀金处理。3、在恒流模式下，样品表面微粒之间的沟槽不能够准确探测。 恒高模式下，需采用非常尖锐的探针。影响分辨率和图像质量的因素：1、对针尖的要求：具有高的弯曲共振频率、针尖的尖端很尖(最好尖 端只有一个原子)、针尖的化学纯度高；2、压电陶瓷的精度要足够高；o 3、减震系统的减震效果要好，可采用各种减震系统的综合使用；4、 电子学控制系统的采集和反馈速度和质量；5、样品的导电性对

27、图像 也有一定的影响。6、各种参数的选择要合适。第五章 热分析： 热分析定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。一、热重法（TG）：是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。 热重法TG基本原理： 热重法TG曲线：TG曲线上质量基本不变的部分称平台，两平台之间的部分称为台阶。（形状） 影响热重法TG曲线的主要因素：1、仪器因素浮力、试样盘、挥发物的冷凝等； 2、实验条件升温速率、气氛等； 3、试样的影响试样质量、粒度等。 （1）升温速度：升温速度越快，温度滞后越严重。升温速度快，使曲线的分辨率下降，可能 会丢失某些中间产物的的信息。 （2）气氛影响

28、： （3）样品的粒度和用量：样品的粒度不宜太大、装填的紧密程度适中。 （4）试样皿（坩锅）：应注意试样皿对试样、中间产物和最终产物应是惰性的。 测样要求：试样为粉末样品，试样量要少，一般310 mg。粒度也是越细越好，尽可能 将试样铺平；如果粒度大，会使分解反应移向高温。 TGA的应用:（1）无机物、有机物及聚合物的热分解；（2）金属在高温下受各种气体的腐蚀过程；（3） 固态反应；（4）矿物的煅烧和冶炼；（5）液体的蒸馏和汽化；（6）煤、石油和木材的热解 过程；（7）含湿量、挥发物及灰分含量的测定；（8）升华过程；（9）脱水和吸湿；（10）爆 炸材料的研究；（11）反应动力学的研究；（12）发

29、现新化合物；（13）吸附和解吸；（14） 反应机制的研究。二、差热分析（DTA）:在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差（T ）与温度关系的一 种技术。 差热分析DTA的基本原理:将温差热电偶的一个热端插在被测试样中，另一个热端插在待测温度区间 内不发生热效应的参比物中，试样和参比物同时升温，测定升温过程中两者 温度差，构成了差热分析基本原理 差热分析DTA曲线: （形状） 差热分析DTA曲线的影响因素:内因：试样本身的性质（热特性） 外因： 仪器结构：加热炉形状、尺寸；坩埚材料、形状；热电偶位置、性能。 操作条件：加热速度；样品粒度、用量；压力、气氛。 差热分析DTA的应用:（1）

30、研究结晶转变、二级转变。（2） 追踪熔融、蒸发等相变过程。（3）用于 分解、氧化还原、固相反应等的研究。（4） 可用于部分化合物的鉴定。三、差示扫描量热（DSC）:在程序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技 术。 差示扫描量热DSC基本原理:1、热流式DSC原理：测得T，根据热流方程，将T换算成Q(热量差) 2、功率补偿式DSC原理： 差示扫描量热DSC曲线： 影响差示扫描量热DSC的因素：实验条件的影响（1）升温速率：复杂（2）气氛：峰温和热焓值 样品的影响（1）样品用量：不要过多（2）样品形态：粒度均匀（3）样 品热历史：将样品在玻璃化温度以上退火处理 差示扫描量热D

31、SC的应用:适合于研究伴随焓变或比热容变化的现象。1、焓变的测定2、纯度的测定3、 比热容的测定 4、玻璃化转变温度的测定 5、共混聚合物鉴定等等第六章 光谱分析： 蓝移：吸收峰向短波长方向移动 红移：吸收峰向长波长方向移动1、 紫外光谱 产生原理： 影响紫外光谱的因素：1）助色基的影响：使最大吸收向长波位移，颜色加深（助色效应）。 2）空间位阻效应的影响：共轭作用减弱 3）超共轭效应影响： 4）溶剂的影响： * 跃迁，溶剂极性增加，吸收红移。 n* 跃迁，溶剂极性增加，吸收蓝移。2、 红外光谱 光辐射分子振动能级跃迁红外光谱官能团分子结构 红外吸收光谱产生的条件：(1)辐射具有能满足物质产生

32、振动跃迁所需的能量（共振）； (2)辐射与物质间有相互作用（偶合） 影响红外光谱峰位变化的因素：1 内部因素(1)电子效应a诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动 (蓝移)； 给电子基团使吸收峰向低频方向移动(红移) b 共轭效应：电子云密度平均化键长平均化，使向吸收峰低频方向移动 c中介效应：孤对电子与多重键相连产生的p-共 轭，结果类似于共轭效应。 （2）氢键效应 (分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩 振动频率向低频方向移动。2 外部因素1）物质状态及制样方法:通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加。 2）溶剂效应:极性基团的伸缩振动频率通常随溶剂极性增加而

33、降低。3、 激光拉曼光谱: 原理： 拉曼光谱仪的结构主要包括光源、外光路、色散系统、接收系统、信息处理与显示等几部分 光的吸收定律：一、名词解释：1. 分辨率：是指成像物体上能分辨出的两个物点的最小距离2. 明场像：用另外的装置来移动物镜光阑，使得只有未散射的透射电子束通过他，其他衍射的电子束被光阑挡掉，由此得到的图像3. 质厚衬度：样品上的不同微区无论是质量还是厚度的差别，均可引起相应区域投射电子强度的改变，从而在图像上形成亮暗不同的区域这一现象叫质厚衬度效应4. 特征射线：是具有特定波长的X射线，也称单色X射线。5. 二次电子：是指被入射电子轰击出来的核外电子。6. 表面形貌衬度: 是由于

34、试样表面形貌差别而形成的衬度7.辐射的发射：指物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。 8.俄歇电子：X射线或电子束激发固体中原子内层电子使原子电离，此时原子(实际是离子)处于激发态，将发生较外层电子向空位跃迁以降低原子能量的过程，此过程发射的电子。9.背散射电子：入射电子与固体作用后又离开固体的电子。10.溅射：入射离子轰击固体时，当表面原子获得足够的动量和能量背离表面运动时，就引起表面粒子（原子、离子、原子团等）的发射，这种现象称为溅射。11.物相鉴定：指确定材料（样品）由哪些相组成。12.电子透镜：能使电子束聚焦的装置。13.质厚衬度：样品上的不同微区无论是质量还是厚度的差别，均可引起相应区域

35、透射电子强度的改变，从而在图像上形成亮暗不同的 区域，这一现象称为质厚衬度。14.蓝移：当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的最大吸收峰波长或位置（最大）向短波方向移动，这种现象称为蓝移（或紫移，或“向蓝”）。15.伸缩振动：键长变化而键角不变的振动，可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。16.差热分析：指在程序控制温度条件下，测量样品与参比物的温度差随温度或时间变化的函数关系的技术。二、填空题（共20分，每小题2分。）1电磁波谱可分为三个部分，即长波部分、中间部分和短波部分，其中中间部分包括（ 红外线 ）、（ 可见光 ）和（紫外线 ），统称为光学光谱。2光谱分析方法是基于电磁辐射与材料相互作

36、用产生的特征光谱波长与强度进行材料分析的方法。光谱按强度对波长的分布（曲线）特点（或按胶片记录的光谱表观形态）可分为（ 连续 ）光谱、（ 带状 ）光谱和（ 线状 ）光谱3类。3分子散射是入射线与线度即尺寸大小远小于其波长的分子或分子聚集体相互作用而产生的散射。分子散射包括（ 瑞利散射）与（拉曼散射 ）两种。4X射线照射固体物质(样品)，可能发生的相互作用主要有二次电子、背散射电子、特征X射线、俄歇电子、吸收电子、透射电子5多晶体（粉晶）X射线衍射分析的基本方法为（照相法）和（X射线衍射仪法）。6依据入射电子的能量大小，电子衍射可分为（ 高能 ）电子衍射和（ 低能 ）电子衍射。依据电子束是否穿透

37、样品，电子衍射可分为（ 投射式 ）电子衍射与（ 反射式 ）电子衍射。7衍射产生的充分必要条件是（(衍射矢量方程或其它等效形式)加|F|20）。8透射电镜的样品可分为（ 直接 ）样品和（ 间接 ）样品。9单晶电子衍射花样标定的主要方法有（尝试核算法 ）和（ 标准花样对照法）。10扫描隧道显微镜、透射电镜、X射线光电子能谱、差热分析的英文字母缩写分别是（ stm ）、（ tem ）、（ xps ）、（ DTA ）。11. X 射线衍射方法有 劳厄法 、转晶法 、粉晶法 和 衍射仪法 。 12. 扫描仪的工作方式有 连续扫描 和 步进扫描 两种。 13. 在 X 射线衍射物相分析中，粉末衍射卡组是由

38、 粉末衍射标准联合 委员会编制，称为 JCPDS 卡片，又称为 PDF 卡片。 14. 电磁透镜的像差有 球差 、色差 、 轴上像散 和 畸变 。 15. 透射电子显微镜的结构分为 光学成像系统、真空系统和 电气系统。 16. 影响差热曲线的因素有 升温速度 、 粒度和颗粒形状 、 装填密度 和 压力和气氛 。三、简答题1、为什么说扫描电镜的分辨率和信号的种类有关？试将各种信号的分辨率高低作一比较。答：扫描电镜的分辨率和信号的种类有关，这是因为不同信号的性质和来源不同，作用的深度和范围不同。主要信号图像分辨率的高低顺为：扫描透射电子像（与扫描电子束斑直径相当）³二次电子像（几nm，与

39、扫描电子束斑直径相当）>背散射电子像（50-200nm）>吸收电流像» 特征X射图像（100nm-1000nm）。2.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，选择什么仪器？简述具体的分析方法。答：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，应选用配置有波谱仪或能谱仪的扫描电镜。具体的操作分析方法是：先扫描不同放大倍数的二次电子像，观察断口的微观形貌特征，选择并圈定断口上的粒状夹杂物，然后用波谱仪或能谱仪定点分析其化学成分（确定元素的种类和含量）。3.简述影响红外吸收谱带的主要因素。答：红外吸收光谱峰位影响因素是多方面的。一个特定的基团或化学键只

40、有在和周围环境完全没有力学或电学偶合的情况下，它的键力常数k值才固定不变。一切能引起k值改变的因素都会影响峰位变化。归纳起来有：诱导效应、共轭效应、键应力的影响、氢键的影响、偶合效应、物态变化的影响等。4.透射电镜主要由几大系统构成? 各系统之间关系如何?答：四大系统:电子光学系统,真空系统,供电控制系统,附加仪器系统。其中电子光学系统是其核心。其他系统为辅助系统。5、电磁透镜的像差是怎样产生的，如何来消除或减小像差？解：电磁透镜的像差可以分为两类：几何像差和色差。几何像差是因为投射磁场几何形状上的缺陷造成的，色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。几何像差主要指球差和像散。球

41、差是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造成的，像散是由透镜磁场的非旋转对称引起的。消除或减小的方法：球差：减小孔径半角或缩小焦距均可减小球差，尤其小孔径半角可使球差明显减小。像散：引入一个强度和方向都可以调节的矫正磁场即消像散器予以补偿。色差：采用稳定加速电压的方法有效地较小色差。6、透射电镜主要由几大系统构成？各系统之间关系如何？解：透射电镜由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部分组成。电子光学系统通常称镜筒，是透射电子显微镜的核心，它的光路原理与透射光学显微镜十分相似。它分为三部分，即照明系统、成像系统和观察记录系统。7、照明系统的作用是什么？它应满足什

42、么要求？解：照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。其作用是提供一束高亮度、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。为满足明场像和暗场像需要，照明束可在 23范围内倾斜。8、成像系统的主要构成及其特点是什么？解：成像系统组要是由物镜、中间镜和投影镜组成。物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微镜图像或电子衍射花样。 1)物镜是采用强激磁、短焦距的透镜（f=13mm），它的放大倍数较高，一般为100300倍。 2)中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍透镜，可在020倍范围调节。当放大倍数大于1时，用来进一步放大物像；当放大倍数小于1时，用来缩小物镜像。 3)投影镜的作用是把中间镜放大

43、（或缩小）的像（或电子衍射花样）进一步放大，并投影到荧光屏上，它和物镜一样，是一个短焦距的强激磁透镜。投影镜的激磁电流是固定的，因为成像电子束进入投影镜时孔径角很小，因此它的景深和焦长都非常大。9.什么是衍射衬度?它与质厚衬度有什么区别?答：由于样品中不同位相的衍射条件不同而造成的衬度差别叫衍射衬度。 它与质厚衬度的区别：、质厚衬度是建立在原子对电子散射的理论基础上的，而衍射衬度则是利用电子通过不同位相晶粒是的衍射成像原理而获得的衬度，利用了布拉格衍射角。质厚衬度利用样品薄膜厚度的差别和平均原子序数的差别来获得衬度，而衍射衬度则是利用不同晶粒的警惕学位相不同来获得衬度。质厚衬度应用于非晶体复型

44、样品成像中，而衍射衬度则应用于晶体薄膜样品成像中。10、扫描电镜的成像原理与透时电镜有何不同？ 答：两者完全不同。投射电镜用电磁透镜放大成像，而扫描电镜则是以类似电视机摄影显像的方式， 利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出的各种物理信号来调制而成。11.二次电子像和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处? 答：相同处：均利用电子信号的强弱来行成形貌衬度不同处：1、背散射电子是在一个较大的作用体积内被入射电子激发出来的，成像单元较大，因 而分辨率较二次电子像低。 2、背散射电子能量较高，以直线逸出，因而样品背部的电子无法被检测到，成一片阴 影，衬度较大，无法分析细节；利用二次电子作

45、形貌分析时，可以利用在检测器收 集光栅上加上正电压来吸收较低能量的二次电子，使样品背部及凹坑等处逸出的电 子以弧线状运动轨迹被吸收，因而使图像层次增加，细节清晰。12、二次电子像景深很大，样品凹坑底部都能清楚地显示出来，从而使图像的立体感很强，其原因何在?用二次电子信号作形貌分析时，在检测器收集栅上加以一定大小的正电压（一般为250-500V）， 来吸引能量较低的二次电子，使它们以弧线路线进入闪烁体，这样在样品表面某些背向检测器或凹坑等 部位上逸出的二次电子也对成像有所贡献，图像景深增加，细节清楚。13.电子探针仪与扫描电镜有何异同？电子探针仪如何与扫拖电镜和透射电镜配合进行组织结构与微区化学

46、成分的同位分析？相同点：1两者镜筒和样品室无本质区别。 2都是利用电子束轰击固体样本产生的信号进行分析。不同点：1 电子探针检测的是特征X射线，扫描电镜可以检测多种信号，一般利用二次电子信号 进行形貌分析。 2 电子探针得到的是元素分布的图像，用于成分分析；扫描电镜得到的是表面形貌图像。 电子探针用来成分分析，透射电镜成像操作用来组织形貌分析，衍射操作用来晶体结 构分析，扫描电镜用来表面形貌分析。14、波谱仪和能谱仪各有什么缺点?能谱仪：1：能谱仪分辨率比波谱仪低，能谱仪给出的波峰比较宽，容易重叠。在一般情况下，Si（Li） 检测器的能量分辨率约为160eV，而波谱仪的能量分辨率可达5-10eV。2：能谱仪中因Si（Li）检测器的铍窗口限制了超轻元素X射线的测量，因此它只能分析原子系 数大于11的元素，而波谱仪可测定原子序数4-92之间所有的元素。3：能谱