材料近代分析測試方法

1、一章X衍射復(fù)習(xí)1、X射線的產(chǎn)生極其分類。X射線的產(chǎn)生：一真空二極管，發(fā)射電子的燈絲是陰極， 阻礙電子運(yùn)動(dòng)的金屬靶為陽極。在管子兩極間加上高電壓，使陽極發(fā)射出的電子流高速撞擊金屬陽極靶，產(chǎn)生X射線。產(chǎn)生條件：要有產(chǎn)生電子的電子源（如加熱鎢絲發(fā)射熱電子）；要有自由電子撞擊靶子，如陽極靶，用以產(chǎn)生X射 線；要有施加在陰極和陽極之間的高壓，用以加速自由電子 朝陽極靶方向加速運(yùn)動(dòng)，如高壓發(fā)生器；將陰極陽極封閉在 大于0.001 Pa的高真空中，保持兩極純潔，促使加速電子無 阻礙的撞擊到陽極靶上。分類:軟X射線：波長為0.05-0.25nm的射線，穿透能力較弱，X射線衍射分析中常用。硬X射線;波長為0.0

2、05-0.01nm甚至更短的射線，材料探 傷中用。2、布拉格公式。布拉格定律：當(dāng)X射線照射晶體時(shí)，只有相鄰面網(wǎng)間散射的X射線光程差為波長的整數(shù)倍時(shí)，才能產(chǎn)生干涉加強(qiáng)， 形成衍射線，反之不能。布拉格公式：2dsin e =n入（2 e入射線與衍射線間的夾角，即衍射角；）布拉格定律是 X射線在晶體中產(chǎn)生衍射必須滿足的條件，它反映了衍射方向（e表示）與晶體結(jié)構(gòu)（d表示）間 的關(guān)系。3、PDF卡片：粉末衍射卡片， 又稱ASTM或JCPDS卡片，每張卡片記錄著一種結(jié)晶物質(zhì)的粉末衍射數(shù)據(jù)。4、物相定性分析的主要依據(jù)是什么?在一定波長的X射線照射下，每種晶體物質(zhì)都給出自己特有的衍射花樣，多相試樣的衍射花樣只

3、是由它所含物質(zhì)的 衍射花樣機(jī)械疊加而成。二章透射電鏡復(fù)習(xí)1、TEM的主要結(jié)構(gòu)，按從上到下列出主要部件1）電子光學(xué)系統(tǒng)-照明系統(tǒng)、圖像系統(tǒng)、圖像觀察和記 錄系統(tǒng)。2）真空系統(tǒng)3）電源和控制系統(tǒng) 幾何像差（包括球差和像散）和色差產(chǎn)生原因，消除辦法:球差即球面像差，由于電磁透鏡的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域 對電子的折射能力不符合預(yù)定的規(guī)律而造成的?？梢酝ㄟ^減小Cs值和縮小孔徑角（TEM的球差系數(shù)）來 控制像差是由于電磁透鏡磁場是理想的旋轉(zhuǎn)對稱磁場而引起 的像差。引入一個(gè)消像散器來實(shí)現(xiàn)。色差是由于入射電子波長（或能量）的非單一性造成的、采取穩(wěn)定加速電壓的辦法可以有效的較小色差；適當(dāng)調(diào)配透鏡極性；卡斯汀速度過濾

4、器。2、為什么高分辨率電鏡要使用比普通電鏡更短的短磁透鏡作物鏡?高分辨率電鏡要比普通電鏡分辨率高。為了提高放大倍數(shù)，需要短焦距的電磁透鏡。透鏡的光焦度1/f與磁場強(qiáng)度H2成正比。較短的f可以提高NA，使極限分辨率更小。3、為什么選區(qū)光闌放在“像平面”上?電子束照射到待研究的視場內(nèi)；防止光闌受到污染；將選區(qū)位于像平面的附近，通過一次放大像的范圍來限制試樣 成像或產(chǎn)生電子衍射的范圍。4、什么是景深和焦深?景深：固定像點(diǎn)，物面軸向移動(dòng)人任能保持清晰的范圍。焦深：固定物點(diǎn)，像面軸向移動(dòng)人任能保持清晰的范圍。三章 掃描電子顯微鏡及電子探針1、電子束入射固體樣品表明會(huì)激發(fā)哪些信號(hào)？它們有哪些特點(diǎn)及用途?1

5、）二次電子：能量較低，在電場作用下可呈曲線運(yùn)動(dòng)翻越障礙進(jìn)入檢測器，因而能使樣品表面凹凸的各個(gè)部分都 能清晰成像。與試樣表面的幾何形狀、 物理和化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。特點(diǎn)：樣品表面形貌敏感；空間分辨率高；信號(hào)收集效率高，是掃描電鏡呈現(xiàn)的主要手段。2）背散射電子（BE）:通常能量較高，基本上不受電場的作用而直接進(jìn)入檢測器。強(qiáng)度與試樣表面形貌和組成元 素有關(guān)，度樣品物質(zhì)的原子序數(shù)敏感分辨率和信號(hào)收集效率 較低（二次電子和背散射電子是 SEM用于成像的信號(hào)）3）吸收電子（AE）：與入射電子強(qiáng)度和試樣的原子序數(shù)、入射電子的入射角、試樣的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。利用測量吸 收電子產(chǎn)生的電流，既可以成像，又可以活得不同元素的

6、定 性分布情況，它被廣泛用于掃描電鏡和電子探針特點(diǎn)：隨著原子序數(shù)的增大，背散射電子增多，吸收電子較少；吸收電流圖像的襯度正好與背散射 電子圖像相反。4）特征X射線：以輻射形式放出，產(chǎn)生特征X射線。個(gè)元素都有自己的特征 X射線，可以用來進(jìn)行微區(qū)成分分析 和晶體結(jié)構(gòu)研究。5）俄歇電子（AUE）：每一種元素都有自己的特征俄歇能譜用途：設(shè)和分析輕元素和超輕元素；適合表面薄層分析（v1nm）（如滲氮問題）6）透射電子（TE）：如果試樣只有10-20nm的厚度，透射電子主要由彈性散射電子組成，成像清晰。如果試樣較厚，則透射電子有相當(dāng)部分是非彈性散射電子，能量低于E0， 切實(shí)變量，經(jīng)過磁透鏡后，由于色差，影

7、響了成像清晰度。特點(diǎn)：質(zhì)厚襯度效應(yīng)；衍射效應(yīng)；衍襯效7）感應(yīng)電導(dǎo)：在電子束作用下，由于試樣中電子電離和電荷積累，試樣的局部電導(dǎo)率發(fā)生變化。用來研究半 導(dǎo)體。8）（陰極發(fā)光）各種元素具有各自特征顏色的熒光，因此可做光譜分析。大多數(shù)陰極材料對雜質(zhì)十分敏感，因此 可用來感應(yīng)雜質(zhì)。各種物理信號(hào)產(chǎn)生的深度和廣度: 俄歇電子v1nm;二次電子10nm ;背散射電子10nm ; x射線1um四章熱分析技術(shù)1、差熱分析是在程序控溫條件下，測量樣品坩堝與【參比】坩堝間的溫度差與溫度的關(guān)系的方法。2、同步熱分析技術(shù)可以通過一次測試分別同時(shí)提供【DTA】-TG或【DSD】-TG兩組信號(hào)。3、差示掃描量熱分析是在程序

8、控溫條件下，測量輸入到物質(zhì)與參比物的功率差與溫度的關(guān)系的方法，其縱坐標(biāo) 單位為【mw 或 mw/mg】4、硅酸鹽類樣品在進(jìn)行熱分析時(shí)， 不能選用【剛玉】材質(zhì)的樣品坩堝5、差示掃描量熱分析根據(jù)所用測量方法的不同，可以分類為熱流型 DSC與【功率補(bǔ)償】型 DSC。6、與差熱分析（DTA ）的不同，差示掃描量熱分析（DSC）既可以用于定性分析，又可以用于【定量】分析。7、差熱分析（DTA ）需要【溫度】校正，但不需要靈敏度校正& TG熱失重曲線的標(biāo)注常常需要參照DTG曲線，DTG曲線上一個(gè)谷代表一個(gè)失重階段，而拐點(diǎn)溫度顯示的是【失重】最快的溫度。9、物質(zhì)的膨脹系數(shù)可以分為線膨脹系數(shù)和【體】膨脹系數(shù)1

9、0、熱膨脹系數(shù)是衡量 【熱穩(wěn)定性】的一個(gè)重要指標(biāo)。名詞解釋:熱重分析（TG）:在程序控溫條件下，測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度的關(guān)系的方法。差熱分析（DTA）：在程序控溫條件下，測量物質(zhì)與參比物的溫度差與溫度的關(guān)系的方法。差示掃描量熱分析（DSC）:在程序控溫條件下，測量輸入到物質(zhì)與參比物的功率差與溫度的關(guān)系的方法。（純度越高，熔點(diǎn)越高，熔融峰越尖銳。材料不純導(dǎo)致熔點(diǎn)下降。）熱膨脹分析（TD）：在程序控溫條件下， 測定試樣尺寸變化與溫度或時(shí)間的關(guān)系的方法。問答題 1、DTA、DSC的優(yōu)缺點(diǎn)及其物理意義（縱坐標(biāo)）？DSC是在控制溫度變化情況下，以溫度（或時(shí)間）為橫坐標(biāo)，以樣品與參比物間溫差為0所需供給的熱

10、量為縱坐標(biāo)所得的掃描曲線。DTA是測量物質(zhì)與參比物的T差與T的關(guān)系，縱坐標(biāo)是物質(zhì)與參比物的溫度差。DTA只能定性或半定量，但測溫范圍打。而DSC由于試樣的熱量變化隨時(shí)間可得到補(bǔ)償，試樣與參比物的T始終相等，避免了參比物與 試樣間的熱傳遞，故儀器反應(yīng)靈敏，分辨率高，重現(xiàn)性好。2、DSC的分類及優(yōu)缺點(diǎn)?熱流型DSC和功率補(bǔ)償性DSC 熱流型:優(yōu)點(diǎn)：精確的溫度控制和測量更快響應(yīng)時(shí)間和冷卻溫度，高分辨率。缺點(diǎn)：使用溫度較低功率補(bǔ)償型:優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高;缺點(diǎn)：使用溫度低。3、DTA和DSC儀器校正中的差別DTA :溫度和靈敏度的校正DSC :只有靈敏度的校正。4、DSC和DTA測定原理的不同。DSC是在控

11、制溫度變化情況下，以溫度（或時(shí)間）為橫坐標(biāo)，以樣品與參比物間溫差為0所需供給的熱量為縱 坐標(biāo)所得的掃描曲線。DTA是測量物質(zhì)與參比物的 T差與T 的關(guān)系，而 DSC是保持T=0，測定H-T的掛席。兩者最大 的差別是DTA只能定性或半定量，而 DSC的結(jié)果可用于定 量分析。DTA在試樣發(fā)生熱效應(yīng)是， 試樣的實(shí)際溫度已不是 程序升溫時(shí)所控制的溫度（如升溫時(shí)試樣由于放熱而一度加 速升溫）。而DSC由于試樣的熱量變化隨時(shí)可得到補(bǔ)償，試 樣與參比物的溫度始終相等，避免了參比物與試樣之間的熱 傳遞，故儀器的反應(yīng)靈敏，分辨率高，重現(xiàn)性好。5、DTA存在的兩個(gè)缺點(diǎn): 1）試樣在產(chǎn)生熱效應(yīng)時(shí)，升溫速率是非線性的

12、，從而使校正系數(shù) K值變化。難以進(jìn)行定量； 2）試樣產(chǎn)生熱效 應(yīng)時(shí)，由于與參比物、環(huán)境的溫度有較大差異，三者間會(huì)發(fā) 生熱交換，降低了對熱效應(yīng)測量的靈敏度和精確度。6、功率補(bǔ)償型 DSC 一起的主要特點(diǎn)?1）試樣與參比物分別具有獨(dú)立的加熱器和傳感器，整個(gè)儀器由于兩套控制電路進(jìn)行監(jiān)控。一套控制溫度，使試 樣和參比物以預(yù)定的速率升溫，另一套用來補(bǔ)償二者間的溫 度差。2）無論式樣產(chǎn)生任何熱效應(yīng)，試樣和參比物都處于動(dòng)態(tài)零位平衡狀態(tài)，即二者間的溫度差T等于0.這是DTA 和DSC最本質(zhì)的區(qū)別。7、DTG曲線體現(xiàn)的物理意義及其相對于TG曲線的優(yōu)點(diǎn)DTG曲線表示的物質(zhì)在加熱過程中質(zhì)量隨時(shí)間的變化率（失重速率）

13、與溫度（或時(shí)間）的關(guān)系。相對于TG曲線的優(yōu)點(diǎn):1）能準(zhǔn)確反映出起始反映溫度Ti，最大反應(yīng)速率溫度Te和Tf。更能清楚地區(qū)分相繼發(fā)生的熱重變化反應(yīng)，DTG比TG分辨率更高。DTG曲線峰的面積精確對應(yīng)著變化 了的樣品重量。較 TG能更精確地進(jìn)行定量分析。能更方便地為反應(yīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算提供反應(yīng)速率（dw/dt）數(shù)據(jù)。DTG與DTA具有可比性，通過比較，能判斷出是重量變化引起的峰 還是熱量變化引起的峰。 TG對此無能無力。綜合熱分析對物化反應(yīng)判斷:1）吸熱+失重：物質(zhì)脫水或分解過程2）放熱+增重：物質(zhì)氧化3）吸熱+V變+m不變：晶型變化4）放熱+V變：新晶型形成5）無R效應(yīng)+V變：燒結(jié)9、坩堝類型，分別試

14、用與那種材料的測試?主要有：鋁、不銹鋼、鉑等金屬材料和石英、氧化鋁氧化鈹?shù)确墙饘俨牧稀Ｎ逭录t外1、了解紅外光譜的定義概念、表示方法、和作用?紅外光譜又稱分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，屬分子吸收光譜。樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收其中 頻率的輻射，分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化，使分子 基團(tuán)從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，相應(yīng)于這些區(qū)域的透射光強(qiáng)減 弱，記錄百分透過率 T%寸波長（或波數(shù)）的曲線，即紅外光譜。主要用于化合物鑒定及分子結(jié)構(gòu)表征，亦可用于定量分析。2.紅外光譜法與 X射線衍射分析法比較，在應(yīng)用上 有何不同?X 射線衍射：研究晶體結(jié)構(gòu)，不同晶體具有不同衍射圖紅外吸收光譜分析法：利用分子中基團(tuán)吸

15、收紅外光產(chǎn)生的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)吸收光譜進(jìn)行定量和物質(zhì)成分結(jié)構(gòu)分析的方 法。3 、紅外光的分區(qū)，產(chǎn)生紅外吸收的條件?近紅外（泛頻）（0.75-0.25微米）-倍頻;分子中紅外（振動(dòng)區(qū)）（2.5-25微米）4000-200cm-1振動(dòng)區(qū)（常用區(qū)）這是我們通常說的紅外光譜:遠(yuǎn)紅外（轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)）（25-1000微米）一一分子轉(zhuǎn)動(dòng);條件:1 ）紅外輻射光子的能量應(yīng)與分子振動(dòng)能級躍遷所需能量相等。2 ）輻射與物質(zhì)之間必須有相互作用（偶極距有變化）4. 偶極矩的概念，為什么單原子分子和結(jié)構(gòu)對稱的雙 原子分子（如Q）無紅外活性?正、負(fù)電荷中心間的距離r和電荷中心所帶電量q的乘積，叫做偶極矩u=r X q。它是一個(gè)矢量，

16、方向規(guī)定為從正 電荷中心指向負(fù)電荷中心。沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性5.解釋什么叫紅外非活性振動(dòng)?如果分子中某因此，當(dāng)一定頻率的紅外光照射分子時(shí)，個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率和它一致，二者就會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)光的能量通過分子偶極矩的變化而傳遞給分子，這個(gè)基團(tuán)就吸收一定頻率的紅外光，產(chǎn)生振動(dòng)躍遷。*對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：2、Q、Cl 2等。非對稱分子：有偶極矩，有紅外活性。有對稱結(jié)構(gòu)分子中，有些振動(dòng)過程中分子的偶極矩變化等于零，不顯示紅外吸收，稱為紅外非活性振動(dòng)6.多原子分子的振動(dòng)類型有哪些?伸縮振動(dòng)原子沿鍵軸方向伸縮，鍵長變化，但鍵角不變的振動(dòng)。變形振動(dòng)6 :鍵

17、角發(fā)生周期性變化， 但鍵長不變的振動(dòng)，又稱彎曲振動(dòng)或變角振動(dòng)。7.分子的運(yùn)動(dòng)自由度、分子的振動(dòng)自由度及理論紅外 吸收峰數(shù)的關(guān)系，以 HC和CO分子為例進(jìn)行說明。設(shè)分子的原子數(shù)為n,則總自由度3n =平動(dòng)自由度+轉(zhuǎn)動(dòng)自由度+振動(dòng)自由度非線型分子：n個(gè)原子應(yīng)該有3n個(gè)自由度，但有3個(gè)平動(dòng)和3個(gè)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，理論振動(dòng)數(shù)=3n-6個(gè)；如：HC分子，其 振動(dòng)數(shù)為3X 3-6= 3個(gè)線型分子：n個(gè)原子應(yīng)該有3n個(gè)自由度，但有3個(gè)平動(dòng)和2個(gè)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，理論振動(dòng)數(shù)=3n-5個(gè)。女口： CQ分子，理 論振動(dòng)數(shù)為3X 3-5= 48. 基頻峰：分子吸收光子后從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)吸收峰（S T V 1）。倍

18、頻峰：指十0TV 2的振動(dòng)吸收帶，出現(xiàn)在強(qiáng)的基頻峰的大約2倍處（實(shí)際比兩倍低）。一般為弱吸收峰?？冢呼?基伸縮振動(dòng)頻率在 1715cm-1左右，在3400cm-1附近有倍頻峰，通常與羥基的伸縮振動(dòng)吸收峰重疊。泛頻峰：分子吸收光子后，同時(shí)發(fā)生頻率為的躍遷，此時(shí)產(chǎn)生的躍遷為 卄2的譜峰。特征峰：當(dāng)吸收峰與發(fā)射峰相重疊時(shí)產(chǎn)生的峰V 1- V 29. 通過紅外光譜圖中吸收峰的哪些特征可以了解物 質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分及含量方面的信息?O基頻吸收帶一般較強(qiáng)，而泛頻吸收帶較弱。O分子的對稱性越低，基頻振動(dòng)過程中偶極矩的變化越大，其對應(yīng)的峰強(qiáng)度也越大。tt分子或基團(tuán)的濃度影響吸收峰強(qiáng)度，濃度越高，吸收強(qiáng)度就越大。O反

19、對稱伸縮振動(dòng)的強(qiáng)度大于對稱伸縮振動(dòng)的強(qiáng)度，伸縮振動(dòng)的強(qiáng)度大于變形振動(dòng)的強(qiáng)度。10. 紅外光譜儀有哪兩大類型？哪種類型儀器性能更 好，主要表現(xiàn)在哪些方面?）色散型分光光度計(jì)：棱鏡和光柵2 ）傅立葉變換紅外光譜儀：干涉分光色散型的紅外光譜儀不足之處:1）需采用狹縫，光能量受到限制;）掃描速度慢，不適于動(dòng)態(tài)分析及和其它儀器聯(lián)用;）不適于過強(qiáng)或過弱的吸收信號(hào)的分析。傅立葉變換紅外光譜儀不需要分光，故沒有單色器。傅立葉優(yōu)點(diǎn):棱武IR的分辨率在1 Oftftctti-W為士敦皿（1）具有很高分碎=i光欄式IR的分辨率在10驅(qū)就丄時(shí)為+2伽I轉(zhuǎn)立葉變換IR的分辨率在整個(gè)光iS范圍達(dá)到氐波數(shù)度離二可達(dá)（光程差

20、可稱確測量）S描速度快:可內(nèi)完成全諂掃描何跟蹤分析化學(xué)反應(yīng)和結(jié)絢變化）(4)魚壁IR儀測*范圍為4000-2（Kknri FT IR只要改變分光器和光源可測*OOOOT Ocnr(5)能輸岀大丁 FTIR無獲能量輸出大；同時(shí)光譜萱復(fù)性好可多次掃描博立葉變換紅外光譜儀.尤其適合于分析散射大的樣a（如含養(yǎng)黒標(biāo)膠）也可以分析徹量樣品傅立葉變換紅外光譜儀.尤其適合于分析散射大的樣品（如含炭黨膠）也可以分析微量樣品.11.用粉末壓片法制樣時(shí)，哪些因素會(huì)對紅外譜圖的 質(zhì)量有影響？顆粒大?。簶悠穼t外光的散射作用是隨顆粒增大而增強(qiáng)。當(dāng)顆粒大干紅外輻射波長時(shí)，散射作用很強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)至光譜圖變形，即吸收帶減少（合并）及強(qiáng)度減弱。因此，必須使礦物顆粒小于紅外輻射的最短波長(2分散介質(zhì)：KBr的化學(xué)活性較大，當(dāng)它與化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的礦物樣品一起研磨時(shí)，可與樣品發(fā)生反應(yīng)，使所 測光譜變?yōu)榉磻?yīng)產(chǎn)物的光譜。 這種現(xiàn)象在某些硫酸鹽及 氯化物礦物的KBr壓片中表現(xiàn)比較明顯。1 大氣水：KBr極易吸水，在樣品光譜中常出現(xiàn)3400cm不要及1600cm1左右的水吸收帶， 解釋譜圖時(shí)要注意， 誤認(rèn)為是樣品含的結(jié)晶水。樣品數(shù)量：樣品數(shù)量過多或過少，