现代材料分析技术材料分析部分课后答案

材料分析测试技术部分课后答案太原理工大学材料物理0901除夕月1-1计算0.071nm(MoKα)和0.154nm(CuKα)的X-射线的振动频率和能量。ν=c/λ=3*108/(0.071*10-9)=4.23*1018S-1E=hν=6.63*10-34*4.23*1018=2.8*10-15Jν=c/λ=3*108/(0.154*10-9)=1.95*1018S-1E=hν=6.63*10-34*2.8*1018=1.29*10-15J1-2计算当管电压为50kV时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能.E=eV=1.602*10-19*50*103=8.01*10-15Jλ=1.24/50=0.0248nmE=8.01*10-15J(全部转化为光子的能量)V=(2eV/m)1/2=(2*8.01*10-15/9.1*10-31)1/2=1.32*108m/s1-3分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？（1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射；（2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射；（3）用CuKαX射线激发CuLα荧光辐射。答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。最内层能量最低，向外能量依次增加。根据能量关系，M、K层之间的能量差大于L、K成之间的能量差，K、L层之间的能量差大于M、L层能量差。由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以Kß的能量大于Ka的能量，Ka能量大于La的能量。因此在不考虑能量损失的情况下：CuKa能激发CuKa荧光辐射；（能量相同）CuKß能激发CuKa荧光辐射；（KßKa）CuKa能激发CuLa荧光辐射；（Kala）1-4以铅为吸收体，利用MoKα、RhKα、AgKαX射线画图，用图解法证明式（1-16）的正确性。（铅对于上述Ⅹ射线的质量吸收系数分别为122.8，84.13，66.14cm2／g）。再由曲线求出铅对应于管电压为30kv条件下所发出的最短波长时质量吸收系数。解：查表得以铅为吸收体即Z=82Kαλ3λ3Z3μmMo0.7140.364200698122.8Rh0.6150.23312846984.13Ag0.5670.18210034966.14画以μm为纵坐标，以λ3Z3为横坐标曲线得K≈8.49×10-4，可见下图铅发射最短波长λ0＝1.24×103/V＝0.0413nmλ3Z3＝38.844×103μm=33cm3/g1-5.计算空气对CrKα的质量吸收系数和线吸收系数（假设空气中只有质量分数80％的氮和质量分数20％的氧，空气的密度为1.29×10-3g／cm3）。解：μm=0.8×27.7＋0.2×40.1=22.16+8.02=30.18（cm2/g）μ=μm×ρ=30.18×1.29×10-3=3.89×10-2cm-11-6.为使CuKα线的强度衰减1／2，需要多厚的Ni滤波片？（Ni的密度为8.90g／cm3）。1-7.CuKα1和CuKα2的强度比在入射时为2：1，利用算得的Ni滤波片之后其比值会有什么变化？解：设滤波片的厚度为t根据公式I/I0=e-Umρt；查表得铁对CuKα的μm＝49.3（cm2/g）,有：1/2=exp(-μmρt)即t=-(ln0.5)/μmρ=0.00158cm根据公式：μm=Kλ3Z3，CuKα1和CuKα2的波长分别为：0.154051和0.154433nm，所以μm=Kλ3Z3，分别为：49.18（cm2/g），49.56（cm2/g）Iα1/Iα2=2e-Umαρt/e-Umβρt=2×exp(-49.18×8.9×0.00158)/exp(-49.56×8.9×0.00158)=2.01答：滤波后的强度比约为2：1。1-8试计算Cu的K系激发电压。λ=0.154178nmE=hv=h*c/λ=6.626*10-34*2.998*108/（0.13802*10-9）=144.87＊1017JV=144.87*10-17/1.602*10-19=8984V2-2．将下面几个干涉面（属立方晶系）按面间距的大小排列。（123）、（100）、（002）、（131）、（121）、（210）、（110）、（212）、（030）、（130）答：由222lkhad计算得：晶面(123)(100)(002)(131)(121)(210)(110)(212)(030)(130)d(a*)0.267310.50.30150.40820.44720.70710.33330.33330.3162排序10139542668即(100)(110)(002)(210)(121)(212)=(030)(130)(131)(123)2-4．证实（011）、（121）、（123）属于[111]晶带。解：由晶带定律：0lwkvhu有：；）（；）（；012111301112110101)1(11即（011）、（121）、（123）属于[111]晶带。2.5晶面(110)、(311)、(132)是否属于同一晶带晶带轴是什么再指出属于这个。。。其他几个晶面。。（看上面的）2-7．当X射线在原子上发生散射时，相邻原子散射线在某个方向上的波程差若不为波长的整数倍，则此方向上必然不存在反射，为什么？答：因为X射线在原子上发射的强度非常弱，需通过波程差为波长的整数倍而产生干涉加强后才可能有反射线存在，而干涉加强的条件之一必须存在波程差，且波程差需等于其波长的整数倍，不为波长的整数倍方向上必然不存在反射。2-8什么叫干涉面当波长为λ的X射线在晶体上发生衍射时相邻两个hkl晶面衍射线的波程差是多少间距为d’的晶面对X射线的n级反射可以看作是间距为d’/n的晶面的一级反射这个面称为干涉面。当波长为λ的X射线照射到晶体上发生衍射相邻两个hkl晶面的波程差是nλ，相邻两个HKL晶面的波程差是λ。2-9准备摄照下面3种晶体粉末相，试预测出最初3根线条（2为最小的3根）的2和hkl，并按角度增大的顺序列出解：的波长为0.15418nm。（1）由简单立方，所以利用公式可知：当2取最小值时取最小值，即取得最小值。即：（hkl）分别为：（001），（011），（111）。将（hkl）分别代入公式中可得2分别为：29.780，42.619，52.857。（2）由简单正方，所以利用公式可知：当2取最小值时取最小值，即取得最小值。即：（hkl）分别为：（001），（010），（101）。将（hkl）分别代入公式中可得2分别为：29.780，45.343，55.194。（3）由简单正方，所以利用公式可知：当2取最小值时取最小值，即取得最小值。即：（hkl）分别为：（100），（001），（110）。将（hkl）分别代入公式中可得2分别为：29.780，45.343，42.619。按角度增大的顺序排列为：29.780，42.619，45.343。（100），（110），（001）。4-1用粉末相机得到了如下角度的谱线，试求出晶面间距（数字为θ角，所用射线为Cu）。解:由布拉格方程2dsinθ=λ可得：d=λ/2sinθ，且知所用Cu射线的波长为：λ=0.1542nmd=0.1542nm/2sin12.54°=0.3551nm,d=0.1542nm/2sin14.48°=0.3083nm,d=0.1542nm/2sin20.70°=0.2181nm,d=0.1542nm/2sin24.25°=0.1877nm,d=0.1542nm/2sin25.70°=0.1778nm,d=0.1542nm/2sin30.04°=0.1540nm,d=0.1542nm/2sin33.04°=0.1414nm,d=0.1542nm/2sin34.02°=0.1378nnm.4-6．衍射仪测量在入射光束、试样形状、试样吸收以及衍射线记录等方面与德拜法有何不同？测角仪在工作时,如试样表面转到与入射线成30°角时,计数管与入射线成多少度角？答：入射X射线的光束：都为单色的特征X射线，都有光栏调节光束。不同：衍射仪法是采用一定发散度的入射线，且聚焦半径随2θ变化，德拜法是通过进光管限制入射线的发散度。试样形状：衍射仪法为平板状，德拜法为细圆柱状。试样吸收：衍射仪法吸收时间短，德拜法吸收时间长，约为10~20h。记录方式：衍射仪法采用计数率仪作图，德拜法采用环带形底片成相，而且它们的强度（I）对（2θ）的分布（I-2θ曲线）也不同；测角仪在工作时,如试样表面转到与入射线成30°角时,计数管与入射线成60度角。因为工作时,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。4--8在德拜图形上获得某简单立方物质的如下四条谱线；所给出的均有Cu衍射的结果。以为外推函数，请用柯亨法计算晶格常数，精确到四位有效数字解：,+=1，可得下表：a3.230.08860.29770.49781.670.03470.20910.49860.930.02390.15470.49910.080.00200.04540.5001所以得：154.8213=6489A+231.114C①6.728=231.114A+14.093C②由1，2得A=0.01648，C=0.2071。又有,===0.59948-1背反射针孔相机和x射线衍射仪的x射线有效贯穿深度,哪个更大一些?衍射仪9-1、电子波有何特征？与可见光有何异同？答：·电子波特征：电子波属于物质波。电子波的波长取决于电子运动的速度和质量，=hmv若电子速度较低，则它的质量和静止质量相似；若电子速度具有极高，则必须经过相对论校正。·电子波和光波异同：不同：不能通过玻璃透镜会聚成像。但是轴对称的非均匀电场和磁场则可以让电子束折射，从而产生电子束的会聚与发散，达到成像的目的。电子波的波长较短，其波长取决于电子运动的速度和质量，电子波的波长要比可见光小5个数量级。另外，可见光为电磁波。相同：电子波与可见光都具有波粒二象性。9-2、分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响。聚焦原理：电子在磁场中运动，当电子运动方向与磁感应强度方向不平行时，将产生一个与运动方向垂直的力（洛仑兹力）使电子运动方向发生偏转。在一个电磁线圈中，当电子沿线圈轴线运动时，电子运动方向与磁感应强度方向一致，电子不受力，以直线运动通过线圈；当电子运动偏离轴线时，电子受磁场力的作用，运动方向发生偏转，最后会聚在轴线上的一点。电子运动的轨迹是一个圆锥螺旋曲线。右图短线圈磁场中的电子运动显示了电磁透镜聚焦成像的基本原理：结构的影响：1）增加极靴后的磁线圈内的磁场强度可以有效地集中在狭缝周围几毫米的范围内；2）电磁透镜中为了增强磁感应强度，通常将线圈置于一个由软磁材料（纯铁或低碳钢）制成的具有内环形间隙的壳子里，此时线圈的磁力线都集中在壳内，磁感应强度得以加强。狭缝的间隙越小，磁场强度越强，对电子的折射能力越大。3）改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜的焦距9--3、电磁透镜的像差是怎样产生的，如何消除和减少像差？像差有几何像差（球差、像散等）和色差球差是由于电磁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；为了减少由于球差的存在而引起的散焦斑，可以通过减小球差系数和缩小成像时的孔径半角来实现像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起的；透镜磁场不对称，可能是由于极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的材料材质不均匀以及极靴孔周围局部污染等原因导致的。像散可通过引入一个强度和方向都可以调节的矫正电磁消像散器来矫正色差是由于入射电子波长（或能量）不同造成的；使用薄试样和小孔径光阑将散射角大的非弹性散射电子挡掉，也可以采取稳定加速电压的方法来有效减小色差。9--4、说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么？如何提高电磁透镜分辨率？光学显微镜的分辨本领取决于照明光源的波长；球差是限制电磁透镜分辨本领的主要