現(xiàn)代測試與分析

現(xiàn)代測試分析技術(shù)

課程內(nèi)容X射線衍射分析電子顯微分析熱分析基本原理和方法及應(yīng)用

第一部分

X射線衍射分析一、X射線物理學(xué)基礎(chǔ)1.X射線的發(fā)現(xiàn)2.X射線的本質(zhì)

波長很短的電磁波

3.X射線的特性波動性

=c/(nm)（0.001~10nm)X射線晶體結(jié)構(gòu)分析0.25~0.05nm微粒性能量：

=h=hc/

動量：p=mc=h/4.X射線強(qiáng)度在單位時間內(nèi)，通過垂直于傳播方向的單位截面的能量大小5.X射線譜X射線產(chǎn)生連續(xù)X射線譜特征X射線譜

特征X射線譜的頻率和波長只取決于陽極靶物質(zhì)，它是物質(zhì)的固有特征。（1/

）1/2=c(z-)（莫塞萊定律）6.X射線與物質(zhì)的相互作用(1)X射線的散射相干散射（經(jīng)典散射）非相干散射（量子散射）（康-吳效應(yīng)）相干散射是X射線在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)(2)X射線的吸收（真吸收）

X射線能量在通過物質(zhì)時轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥芰抗怆娦?yīng)與熒光（二次）特征輻射俄歇效應(yīng)(3)X射線的衰減

X射線透過物質(zhì)時，產(chǎn)生散射和真吸收（多數(shù)情況下是主要的）強(qiáng)度將被衰減。

l為線吸收系數(shù)（表征沿穿越方向單位長度上X射線強(qiáng)度衰減的程度，它與X射線的波長、吸收物質(zhì)及其物理狀態(tài)有關(guān)）

質(zhì)量吸收系數(shù)單質(zhì)元素

—吸收體物質(zhì)的密度

m—質(zhì)量吸收系數(shù)（cm2?g-1),表示單位重量物質(zhì)對X射線的吸收程度，對于波長一定的X射線和一定物質(zhì)，其為一定值。幾種元素組成:

式中Wi—各元素重量百分?jǐn)?shù)實(shí)驗(yàn)公式：

式中k—常數(shù)；

—波長；

z—原子序數(shù)但在光電效應(yīng)發(fā)生處，m突增7.X射線的安全防護(hù)安全劑量重金屬鉛可強(qiáng)烈吸收X射線

二、X射線衍射的基本原理和方法1.X射線衍射的實(shí)質(zhì)大量的原子相干散射波互相干涉的結(jié)果2.衍射花樣的特征衍射方向：衍射線在空間的分布規(guī)律由晶胞的大小、形狀和位向決定衍射線強(qiáng)度：取決于原子種類及原子在晶胞中的位置3.布拉格方程

—入射X射線波長;2—衍射角;d—晶面間距X射線衍射與可見光反射主要區(qū)別：所有原子散射波干涉的結(jié)果；在若干個特殊角度可見；

X射線衍射強(qiáng)度很小。布拉格方程的應(yīng)用已知d，測，計算，確定靶材組成元素、含量——X射線光譜分析；已知，測，計算d，確定晶體周期結(jié)構(gòu)——晶體結(jié)構(gòu)分析4.衍射方向與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系如簡單立方：簡單四方晶系：衍射線分布規(guī)律由晶胞的形狀和大小決定5.X射線衍射強(qiáng)度X射線衍射強(qiáng)度：單位時間內(nèi)通過與衍射方向相垂直的單位面積上的X射線光量子數(shù)目多晶體積分強(qiáng)度F2HKL—結(jié)構(gòu)因素；Phkl—多重性因素；

()—角因素；

e-2M—溫度因素；R（

)—吸收因素F2hkl—結(jié)構(gòu)因數(shù)，反映一個晶胞中各原子散射波的合成強(qiáng)度，即晶胞的散射能力；反映了晶胞中原子種類、原子數(shù)目及原子位置對（HKL)晶面衍射方向上衍射強(qiáng)度的影響

晶體結(jié)構(gòu)與消光規(guī)律晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)消光（FHKL=0）條件簡單主體無結(jié)構(gòu)消光體心立方H+K+L=奇數(shù)面心立方H、K、L奇偶混合體心正方H+K+L=奇數(shù)金剛石立方（Ge、Si）H、K、L奇偶混合，或H、K、L全偶但H+K+L

4n密排六方（

-T、Zr、Mg等』H+2K=3n及L=奇數(shù)6.X射線衍射方法德拜法德拜－謝樂法照相法聚焦法多晶體衍射方法針孔法衍射儀法勞埃（Laue）法單晶體衍射方法周轉(zhuǎn)晶體法四圓衍射儀三、物相分析1.物相定性分析鑒別待測樣由哪些物相組成（1）原理物相—晶體結(jié)構(gòu)—X射線衍射花樣多相物質(zhì)的衍射花樣是各相衍射花樣的機(jī)械疊加，彼此獨(dú)立無關(guān)（2）方法攝取X射線衍射花樣計算各反射面的面間距，測量衍射線的強(qiáng)度查索引與PDF卡片比較當(dāng)找出第一物相后，可將其剔除，并將留下線條的強(qiáng)度重新歸一化，再檢索2.物相定量分析確定物質(zhì)(樣品)中各組成相的相對含量。（1）原理：設(shè)樣品中任意一相為j，密度j，其某(HKL)衍射線強(qiáng)度為Ij，其重量分?jǐn)?shù)為

wj

，樣品(混合物)質(zhì)量吸收系數(shù)為

m；定量分析的基本依據(jù)是：（2）方法外標(biāo)法(單線條法)內(nèi)標(biāo)法4.K值法（基體沖洗法）直接比較法X射線分析方法在材料學(xué)領(lǐng)域的其它應(yīng)用固溶分析：確定固溶類型，測定溶質(zhì)含量等。晶粒大小測定測定晶粒的平均大小。應(yīng)力測定測定宏觀、微觀和局域的內(nèi)應(yīng)力及原子間結(jié)合力晶體取向測定

第二部分

電子顯微分析

主要內(nèi)容透射電子顯微鏡（TransmissionElectronMicroscope,TEM)掃描電子顯微鏡(ScanningElectronMicroscope,SEM)電子探針顯微分析儀(ElectronProbeMicroanalyzer,EPMA)其它顯微分析方法簡介

X射線衍射儀電子探針儀掃描電鏡X射線二次電子入射電子背散射電子陰極熒光吸收電子俄歇電子試樣透射電子俄歇電子能譜透射電子顯微鏡電子與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的信息及相應(yīng)儀器掃描電子顯微鏡1.基本原理入射電子束→細(xì)聚焦電子束→

在樣品上作光柵掃描→激發(fā)各種物理信號→電信號→顯象管柵極調(diào)制顯象管亮度掃描線圈與顯象管偏轉(zhuǎn)線圈電流同步→試樣每點(diǎn)上信息強(qiáng)度與熒光屏相應(yīng)點(diǎn)亮度對應(yīng)電子束逐點(diǎn)掃描→熒光屏逐點(diǎn)成像2.結(jié)構(gòu)3.主要性能放大倍數(shù)分辨率主要決定于入射電子束直徑電子束在樣品中的擴(kuò)散效應(yīng)4.掃描電鏡像襯度二次電子像表面形貌襯度背反射電子像成分襯度形貌襯度5.樣品制備6.SEM在材料研究中的應(yīng)用1.斷口分析(1)沿晶斷口（2）韌窩斷口（3）解理斷口（4）纖維增強(qiáng)復(fù)合材料斷口2.形貌觀察（1）燒結(jié)體燒結(jié)自然表面觀察（2）金相表面組織觀察3.動態(tài)觀察Flowerwithabugwithnofixation(BSE)

Penicillium

oryzaewithoutfixati