《材料结构表征及应用》思考题

第二章

1、什么是贝克线？其移动规律如何？有什么作用？

在两个折射率不同的物质接触处，可以看到比较黑暗的边缘，在这轮廓附近可以看到一条比较明亮的线细线，当升降镜筒时，亮线发生移动，这条明亮的细线称为贝克线。

贝克线的移动规律：提升镜筒，贝克线向折射率大的介质移动。

根据贝克线的移动，可以比较相邻两晶体折射率的相对大小。

2、单偏光镜和正交偏光镜有什么区别？单偏光下和正交偏光下分别可以观察哪些现象？

单偏光（仅使用下偏光）下可以观察晶体的形态、结晶习性、解理、颜色以及突起、糙面、多色性和吸收性，比较晶体的折光率（贝克线移动），用油浸法测定折光率等，对矿物鉴定十分重要。

正交偏光镜：联合使用上、下偏光镜，且两偏光镜的振动面处于互相垂直位置。可看到消光现象、球晶。

第三章

1. 电子透镜的分辨率受哪些条件的限制？

透镜的分辨率主要取决于照明束波长λ。其次还有透镜孔径半角和物

方介质折射率。

2. 透射电镜主要分为哪几部分？

电子光线系统（镜筒）、电源系统、真空系统和操作控制系统。

3. 透射电镜的成像原理是什么？

透射电镜，通常采用热阴极电子枪来获得电子束作为照明源。热阴极发射的电子，在阳极加速电压的作用下，高速穿过阳极孔，然后被聚光镜会聚成具有一定直径的束斑照到样品上。具有一定能量的电子束与样品发生作用，产生反映样品微区厚度、平均原子序数、晶体结构或位向差别的多种信息。透过样品的电子束强度，其取决于这些信息，经过物镜聚焦放大在其平面上形成一幅反映这些信息的透射电子像，经过中间镜和投影镜进一步放大，在荧光屏上得到三级放大的最终电子图像，还可将其记录在电子感光板或胶卷上。

4. 请概述透射电镜的制样方法。

支持膜法，复型法、晶体薄膜法和超薄切片法。

高分子材料必要时还需染色、刻蚀。

5. 扫描电镜的工作原理是什么？

由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过2～3个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子等。这些物理信号分别被相应的收集器接受，经放大器放大后，送到显像管的栅极上，用来同步地调制显像管的电子束强度，即显像管荧光屏上的亮度。由于供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也就是供

给阴极射线显像管的扫描线圈的电源，此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫描。因此，样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对应的。这样，在长余辉荧光屏上就形成一幅与样品表面特征相对应的画面——某种信息图，如二次电子像、背散射电子像等。画面上亮度的疏密程度表示该信息的强弱分布。

6. 扫描电镜成像的物理信号包括哪几种？

二次电子、背散射电子、吸收电子、X 射线、俄歇电子等

7. 相对于光学显微镜和透射电镜，扫描电镜各有哪些优点？

SEM的景深大、放大倍数连续调节范围大，分辨本领比较高、能配置各种附件，做表面成分分析及表层晶体学位向分析等

8. 为什么透射电镜的样品要求非常薄，而扫描电镜无此要求？

在透射电镜中，电子束是透过样品成像的，而电子束的穿透能力不大，这就要求试样制成很薄的薄膜样品。而扫描电镜是通过逐点扫描进行成像。

9. 能谱仪的工作方式包括哪些？

1)定点元素全分析(定性或定量)

2)线扫描分析

3)面扫描分析

第四章

1.连续X射线和特征X射线的产生、特点。

连续X射线：强度随着X射线管的管电压增加而增大，而最大强度

所对应的波长λmax变小，最短波长界限λ0减小。

特征X射线：强度大大超过连续谱线的强度并可叠加于连续谱线之

上，这些谱线不随X射线管的工作条件而变，只取决

于阳极靶物质。

2. X射线衍射原理。

X射线作为一电磁波投射到晶体中时，会受到晶体中原子的散射。由于原子在晶体中是周期排列，这些散射球面波间存在固定的位相关系，它们之间会产生干涉，结果导致在某些散射方向的球面波相互加强，而在某些方向上相互抵消，从而出现衍射现象。

3.布拉格方程的物理意义。

（1）结构分析：利用已知波长的特征X射线，通过测量角，

可以计算出晶面间距d；

（2）X射线光谱学：利用已知晶面间距d的晶体，通过测量角，

从而计算出未知X射线的波长。

4. X射线衍射实验方法。

粉末衍射法、劳厄法、转晶法

5.粉末衍射仪的工作方式、工作原理。

工作方式：（1）连续扫描—试样和探测器以1:2的角速度作匀速圆周运动，在转动过程中将探测器依次接收到的各晶面衍射信号输

入到记录系统或数据处理系统，获得的衍射图谱。

（2）步进扫描—试样每转动一定的角度Δθ即停止，在这期

间，探测器等后续设备开始工作，并以定标器记录测定在此

期间内衍射线的总计数，然后试样转动一定角度，重复测量，

输出结果。

工作原理：测试时试样和探测器分别以ωs和ωc的角速度转动，试样表面始终平分入射线和衍射线的夹角2θ，当2θ符合某晶面对

应的布拉格条件时，探测器计数管接收的衍射信号就是由晶

面平行于试样表面的晶粒所贡献。计数管在扫描中接收不同

角度下的衍射线，得到衍射图。

6. X射线粉末衍射法物相定性分析过程及注意的问题。

（1）对试样分析前，尽可能了解样品的来源、化学成分、工艺状况，仔细观察其外形、颜色等性质。

（2）尽可能将试样分离成单一物相后进行衍射分析。

（3）如试样为多物相化合物，为尽可能地避免衍射线的重叠，应提高粉末照相或衍射仪的分辨率。

（4）对于d值数据，在检索时只允许小数点后第二位才能出现偏差。（5）特别要重视低角度区域的衍射实验数据：在低角度区域，衍射所对应d值较大的晶面，不同晶体差别较大，衍射线相互重叠机会较小。（6）进行多物相混合试样检验时，力求全部数据能合理解释，但有时也会出现少数衍射线不能解释的情况，这可能由于混合物相中，某物相含量太少，只出现一、两条较强线，以致无法鉴定。

（7）在物相定性分析过程中，尽可能地与其它的相分析结合起来，互相配合，互相印证。

7.X射线粉末衍射仪法物相定量分析方法及其过程。

分析方法：内标法、外标法、K值法

分析过程：

（1）物相鉴定：对样品进行待测物相的定性分析。

（2）选择标样物相：标准物相必须理化性能稳定；与待测物相衍射线无干扰；在混合及制样时，不易引起晶体的择优取向。

（3）进行定标曲线的测定或K j s测定：选择的标准物相与纯的待测物相按要求制成混合试样，选定标准物相及待测物相的衍射线，分别测定其强度I s和I j，用I j/I s和纯相配比X j s获取定标曲线或K j s。

（4）测定试样中标准物相S的强度或测定按要求制备试样中的待检物相j及标样S物相指定衍射线强度。

（5）用所测定的数据，按各自的方法计算出待检物相的质量分数X j。

8.简述X射线实验方法在材料研究中有哪些主要应用。

（1）通过X射线衍射实验数据，根据衍射线的位置(θ角)，对每一条衍射线或衍射花样进行指标化，以确定晶体所属晶系，推算出单位晶胞的形状和大小；

（2）根据单位晶胞的形状和大小，晶体材料的化学成分及体积密度，计算每个单位晶胞的原子数；

（3）根据衍射线或衍射花样的强度，推断出各原子在单位晶胞中的位置。

9.Scherrer方程及其应用。

βhkl为衍射线半高宽（弧度），D hkl为垂直于反射面（hkl）晶粒平均尺度。

第五章

1. 简述差热分析的原理。

将差热电偶的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，就构成了差热分析的基本原理。

2. 影响差热分析的试样和实验条件因素包括哪些？

仪器方面因素：包括加热炉的形状和尺寸、坩埚材料及大小形状、热电偶性能及其位置、显示、记录系统精度等。

试样因素：包括试样的热容量、热导率和试样的纯度、结晶度以及试样的颗粒度、用量及装填密度、参比物的影响等。

实验条件：包括加热速度、气氛和压力等。

3. 为何DTA主要进行定性和半定量分析？DSC如何实现定量分析的？

在差热分析中，当试样发生热效应时，试样本身的升温速度是非线性的；升温速度始终处于变化中。在发生热效应时，试样与参比物及试样周围的环境有较大的温差，它们之间会进行热传递，降低了热效应测量的灵敏度和精确度。因此目前差热分析技术在大多数情况下只作定性分析（但在分析微量样品时，可进行半定量或定量分析）。

DSC通过对试样因热效应而发生的能量变化进行及时补偿，使得试样与参比物之间温度始终保持相同，无温差、无热传递，灵敏度和精度

大有提高，可进行定量分析。

4. 请阐述DSC技术的原理和特点。

DSC通过对试样因热效应而发生的能量变化进行及时补偿，使得试样与参比物之间温度始终保持相同，无温差、无热传递，灵敏度和精度大有提高,可进行定量分析

5. 掌握DTA、DSC分析样品要求和结果分析方法。

6. 简述热重分析的原理和影响因素。

原理：许多物质在加热或冷却过程中往往有质量变化，其变化的大小及出现的温度与物质的化学组成和结构密切相关。因此利用在加热和冷却过程中物质质量变化的特点，可以区别和鉴定不同的物质。

影响因素：仪器因素：测温热电偶、基线、试样支持器

试样因素：质量、粒度、物化性质、装填方式

实验条件：升温速率、气氛

7. 了解热分析技术在材料研究中的应用。

第六章

1. 了解各种波长的电磁波对原子（基团）作用及其相应的光谱分析手段。

紫外光的波长较短(一般指100～400 nm ),当它照射到分子上时，会引起分子中价电子能级的跃迁；

红外光的波长较长( 一般指2.5～25μm )，能量稍低，只能引起分子中成键原子的振动和转动能级的跃迁；

核磁共振波的能量更低(一般指60～250MHz，波长约10cm), 产生原子核自旋能级的跃迁。

2. 何谓发色基团和助色基团？

发色基团－能导致化合物在紫外及可见光区产生吸收的基团，不论是否显出颜色都称为发色基团。

助色基团－是指那些本身不会使化合物分子产生颜色或者在紫外及可见光区不产生吸收的基团，但这些基团与发色基团相连时却能使发色基团的吸收带波长移向长波，同时吸收强度增强。（p-π共轭）

3. 简述有机物在紫外光谱中吸收带的类型。

R吸收带，是n →π * 跃迁形成的吸收带

K吸收带，

B吸收带，芳香化合物及杂芳香化合物的特征谱带

E吸收带，芳香族化合物的特征谱带

4. 如何利用紫外光谱进行定量分析？

朗伯比尔定律、吸光度加和性

5. 红外吸收产生的条件。

（1）辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量：当一定频率（一定能量）的红外光照射分子时，分子中某个基团的振动频率和红外辐射的频率一致；

（2）辐射与物质之间有相互作用：分子必须有偶极矩的改变，即这种能量的转移是通过偶极距的变化来实现的。

6. 阐述分子振动的形式。

（1）伸缩振动

i 对称伸缩振动

ii 反对称伸缩振动

（2）变形或弯曲振动

i．面内变形振动

剪式振动

面内摇摆振动

ii．面外变形振动

面外摇摆振动

扭曲变形掘动

6. 阐述红外光谱吸收带强度的影响因素。

（1）外部因素

试样状态、测定条件和溶剂极性等外部因素都会引起频率位移。。

固体粉末样品折射率和粒度的影响：散射往往使谱图失真

（同一化合物的气态和液态光谱或液态和固态光谱有较大差异，气态水两个峰液态水三个峰）

（2）内部因素

诱导效应、共轭效应、氢键（力常数增大，频率增大）

7. 简述红外光谱样品的制备方法。

（1）固体试样：KBr压片法、薄膜法、石蜡糊法、溶液法

（2）气态试样：使用气体吸收池，先将吸收池内空气抽去；然后吸入被测试样

（3）液体和溶液试样：液膜法

9. 影响基团频率位移的因素包括哪些？

氢键：

伸缩振动：氢键越强，谱带越宽，吸收强度越大，

向低频方向位移也越大

弯曲振动：氢键引起谱带变窄，向高频方向位移。

10. 红外光谱中的特征频率区和指纹区。

特征频率区－基团的特征吸收大多集中在4000 ～1350cm-1 区域内；特征频率区可用于鉴定官能团，但很多情况下，一个官能团有好几种振动形式，而每一种红外活性振动般相应产生个收峰有时还能观测到泛频峰。用一组相关峰可更确定地鉴别官能团，这是红外光谱进行定性鉴定的重要原则。

指纹区－指1350～650cm-1 的低频区。指纹区的主要价值在于表示分子的特征，宜于用来与标准谱图（或已知物谱图）进行比较，以得出未知物与已知物结构是否相同的确切结论。

第七章

1. 根据ν0= γH0/ 2π ，可以说明什么问题?

（1）对于不同的原子核，由于磁旋比 不同，发生共振的条件不同即在相同的磁场中不同原子核发生共振时的频率各不相同，根据这一点可以鉴别各种元素及同位素。

（2）对于同一种核，γ 值一定。当外加磁场一定时，共振频率也一定；当磁场强度改变时，共振频率也随着改变。

2. 什么是驰豫？为什么NMR分析中固体试样一般先配成溶液？

核磁共振中氢核由高能态回复到低能态而不发射原来所吸收的能量的过程称为弛豫。

固体样品的t2很小，所以共振吸收峰的宽度很大，分辨率降低，有时甚至检测不到NMR的信号，所以在通常进行的NMR分析中固体试样应先配成溶液(也可做固体高分辨核磁)。

3. 何谓化学位移？它有什么重要性？影响化学位移的因素有哪些？

如果选定一种磁核的共振位置为参比，其他磁核的共振位置与此参比磁核的差值称为该磁核的化学位移。

在各种化合物分子中，与同一类基团相连的质子,它们都有大致相同的化学位移。

4. 何谓自旋偶合？自旋分裂？它们在NMR分析中有何重要作用？

在同一分子中，核自旋与核自旋间相互作用的现象叫做自旋偶合。

由自旋-自旋偶合产生谱线分裂的现象叫自旋分裂。

自旋-自旋裂分现象对结构分析非常有用，可鉴定分子中的基团及其排列次序。

5. NMR在材料分析研究中有哪些应用？

区分聚丙酸乙烯酯和聚丙烯酸乙酯、共聚物组成的测定