材料分析测试方法课件

材料分析测试方法10级绪论

本课程是一门试验方法课，主要介绍X射线衍射分析的基本原理、实验方法及应用，扫描电镜、透射电镜显微分析的基本原理、方法及应用。目录第一篇材料X射线衍射分析第1章X射线的物理学基础第2章X射线衍射方向第3章X射线衍射强度第4章多晶体X射线衍射分析方法第5章物相分析及点阵参数精确测定第6章宏观残余应力的测定第7章多晶体结构的测定第二篇材料电子显微分析第8章扫描电子显微镜第9章透射电子显微镜参考文献第一章X射线的物理学基础

引言第一节X射线的性质第二节X射线的产生及X射线谱第三节X射线与物质的相互作用引言1、1895年德国物理学家伦琴发现了X射线。（这种射线：肉眼看不到，可使底片感光，有很强的穿透力，当时不了解这种辐射的性质）

2、1912年劳厄及合作者进一步推动了X射线的发展。（硫酸铜单晶衍射实验）3、劳厄衍射实验后，X射线学出现两个新的分支：一是波长已知，根据衍射花样研究与结构和结构变化相关的各种问题（X射线衍射学）；二是分光晶体结构已知，根据衍射花样测定物质发出X射线的波长和强度，来研究物质的原子结构和成分（X射线光谱学）。

一天晚上伦琴很晚也没回家，他的妻子来实验室看他，于是他的妻子便成了在那不明辐射作用下在照相底片上留下痕迹的第一人。

当时伦琴要求他的妻子用手捂住照相底片。当显影后，夫妻俩在底片上看见了手指骨头和结婚戒指的影象。

指环第一节X射线的性质X射线是波长为0.01～10nm范围的电磁波，它与可见光红外线、宇宙射线等相类似。它在电磁波谱中的位置如图1-1X射线的性质①波动性②粒子性以一定的频率和波长在空间传播由大量的不连续粒子流组成图1-1电磁波谱X射线用数学式子表示波函数：式中：y:所研究的位置离光源的距离；

t:时间；λ:波长；T：周期；φ：初位相角；c：光速；ε0：真空介电常数在X射线分析中我们记录的是电场强度矢量E引起的物理效应，因此只讨论E的变化，不考虑磁场强度矢量H的响。

电场强度E随X射线传播时间或传播距离的变化呈周期性波动。波动振幅为A0（或E0），如图1－2所示。

一束沿y轴方向传播的波长为λ的X射线波方程如下：式中：A0:电场强度振幅；ν:频率（c/λ）;c：光速;t:时间；φ：初位相角图1-2E的变化

（a）x一定时，E随t的变化；（b）t一定时，E随x的变化

X射线的强度用波动的观点描述：

单位时间内通过垂直于X射线传播方向的单位截面上的能量的大小。

强度与振幅A的平方成正比。I∝X射线的强度用粒子性的观点描述：

单位时间内通过垂直于传播方向单位面积光量子数与光量子能量的乘积。

波粒二象性是X射线的客观属性：

波动性反映在物质运动的连续性，在传播过程中可发生干涉、衍射等现象。粒子性特征突出表现在物质的相互作用和能量的相互交换。第二节X射线的产生及X射线谱2.1X射线的产生2.2X射线谱图1-4X射线接收方向焦点的形状和尺寸是X射线管的重要特性之一。①希望有较小的焦点，可提高分辨率。②希望有较强的X射线强度，可缩短曝光时间。

2.2X射线谱X射线谱是指X射线强度随波长变化的关系曲线X射线谱①连续X射线谱②特征X射线谱波长连续变化的X射线组成一定波长的若干X射线叠加在连续X射线谱上构成①连续X射线谱图1-5所示的曲线是管电流恒定，管电压从5kV逐渐增加到25kV钼钯X射线管中发出的X射线谱。图1-5连续X射线谱①曲线均有一个最短波长限λ0和最大强度点所对应的波长λm②恒定管电流，逐渐升高电压，λ0和λm均向短波方向移动。③当电压增加时，各个波长所对应的强度增加，曲线下所围的面积增加。②特征X射线谱图1-6钼靶X射线管在某电压下产生的特征谱线①当电压升高到一定值时，在某些特定的波长处，强度急剧增加。②继续升高电压，峰尖所对应的波长不变，强度增加图1-5所示的曲线是管电流恒定，管电压升高到一程度，除产生连续谱外，还产生少量强谱线，它们就是特征X射线谱。莫塞莱定律——莫塞莱定律式中：K、σ为常数莫塞莱定律说明：标识X射线的波长取决于物质的原子序数。不同的物质原子序数不同，标识X射线的波长不同，一种物质有它自己的标识X射线的波长。物质对X射线的散射主要是电子与X射线的相互作用的结果。3.1X射线的衍射X射线散射①相干散射②非相干散射入射X射线与物质中原子核束缚较紧的的电子相互作用所产生的衍射效应入射X射线与物质中原子核束缚较松的的电子相互作用所产生的衍射效应物质对X射线的散射主要是电子与X射线的相互作用的结果。3.2X射线的吸收3.3吸收限的应用第2章X射线衍射方向

引言第一节倒易点阵第二节布拉格方程第三节X射线衍射方法引言

X射线衍射分析是以X射线在晶体中的衍射现象作为基础的，衍射可归结为两个方面，即衍射方向及衍射强度。本章介绍的布拉格方程是阐明衍射方向的基本理论，而倒易点阵与受瓦尔德图解是解决衍射方向的工具。第一节倒易点阵

倒易点阵是晶体学中极为重要的概念，也是衍射理论的基础。

晶体点阵：－－实空间由晶体的周期性直接抽象出的