材料

第一章电磁辐射与材料结构材料分析的重要性（材料性能主要取决于其化学成分、物相组成以及微观组织）电磁辐射的本质；物质波均具有波粒二象性。电磁波在真空中以光速传播;（要求会判断某些实验现象属于波动性还是粒子性、会计算光子能量；会计算电子波长）电子量子数、光谱项；基态、激发、电离、能级跃迁、辐射与无辐射跃迁；分子能级包含电子能级、振动能级和转动能级。基元、点阵概念；晶胞选取的原则、晶系、点阵类型；晶向指数的晶面指数概念；干涉指数与密勒指数的区别；倒易点阵与真空间点阵的关系；第二章电磁辐射与材料的相互作用辐射的吸收、发射、散射（本质、过程）。一次光子和二次光子的区别；特征谱（常见特征谱有哪些，与材料的什么因素有关，能体现材料的什么信息？）光谱选律共振线、灵敏线等概念。俄歇电子及其标识X射线产生原理及其谱线特征、X射线的称谓和标识。第三章粒子(束)与材料的相互作用电子散射相关概念。电子与固体作用产生的信号（特点和用途）；第五、七章衍射分析衍射波的两个基本特征（决定因素）。布拉格方程，（公式中各参数意义以及布拉格方程的应用）；衍射矢量方程（与布拉格方程的区别）；衍射发生的充分必要条件；某些点阵结构因子的计算（要求会判断某晶面是否产生系统消光）；X射线衍射分析进行物相定性分析的基本原理和基本步骤第九、十章电子显微分析透射电子显微镜为何采用电子束作光源？有效放大倍数；透射电镜样品制备步骤（离子减薄）；明场像、暗场像及中心暗场像；质厚衬度和衍射衬度（如何形成以及其用途）电子衍射特点。电子与固体作用产生的信号（特点和用途）；要求会分析简单的断口形貌第十一章原子吸收光谱光吸收定律；原子吸收光谱法的基本原理；原子吸收分光光度计的主要构成部分及其作用。第十二章红外吸收光谱红外吸收光谱法的基本原理；要求会查找某特定频率区对应的可能存在官能团。第十五章色谱分析色谱法分类；气相色谱定性定量分析的依据第十七章热分析法常见的热分析法；热重法分析的基本原理第一章一电磁辐射与波粒二象性电磁辐射（光的波动性）：在空间传播的交变电磁场（电磁波）。振动波的区别。特点：不依赖物质(真空)存在；横波；同一介质中波速不变；真空光速极限(c3108m/s)。波动性体现：反射、折射、干涉、衍射、偏振等。主要物理量：波长（λ）：波在一个振动周期内传播的距离（nm）；波数（σ/k）：单位长度内波长的数目（1/λ）；频率（ν）：波在每秒钟内波振动的次数（Hz）；相位（φ）：波在任一时刻（或位置）的状态参数真空中的相互关系：c=微粒性：光子流，光电效应主要物理量：光子能量（E）、光子动量（p）波动性和微粒性的联系：E=hp=h/λh---普朗克常数，h=6.626×10-34J·s二电磁波谱将电磁波按波长（或频率）顺序排列即构成电磁波谱。分为三部分：(1)长波部分：射频波及微波，常称波谱。(2)中间部分：紫外线，可见光及红外线，常称光谱。(3)短波部分：X射线及射线(及宇宙射线)，常称射线谱名称频率(MHz)产生机理射线3×1016~3×1012核反应X射线3×1014~3×1010内层电子跃迁紫外线3×1010~7.5×108外层电子跃迁可见光7.5×108~4.0×108外层电子跃迁红外线4.0×108~6.0×106分子振动能级跃迁远红外6.0×106~105分子转动能级跃迁微波105~102分子转动能级跃迁射频102~0.1电子自旋，核自旋射线3×1016~3×1012MHz，核反应裂变射线，频率大，波长短，按理应该传播近，伤害小？？但事实并非如此！！(课本第二页)三物质波实物粒子：静止质量m0不为0的物质颗粒。德布罗意假设：运动的实物微粒物体也具有波粒二象性：=h/p=h/mvh,普朗克常数，6.626×10-34J·s电子波(运动电子束)波长：由：mv2/2=eV，得：v=2eV/m。因此：=h/2emVe=1.6×10-19C(电荷),mm0=9.11×10-31kg(电子质量),因此：=1.225/V(单位：nm)第二节材料结构基础(一)材料一般指固态物质(固体)，当然这不是绝对。材料分类？？由于固体中原子的键合方式不同，形成三种形态：(1)分子态：以独立的分子形态存在(如高分子材料)。(2)晶态(晶体)：结构基元在三维空间有规则排列(如NaCl，单晶硅、金属等)。(3)非晶态：结构基元的排列没有明确的规则(如玻璃)。非晶当前研究比较火！！一原子能态及其表征原子结构与电子量子数原子结构：由原子核和绕核运动的电子组成；每一个核外电子都具有确定的运动状态(原子轨道)，相应地具有确定的能量；电子的运动状态改变时，能量值发生跳变(量子化)。能级图：按一定比例以一定高度的水平线代表一定的能量(能级)，并把电子各个运动状态的能量按大小顺序由下往上排列而构成的梯级图形。n，l，m量子数描述核外电子运动状态。原子基态、激发、能级跃迁及电离基态：原子处于能量最低的状态（稳态）；激发态：原子中的一个或几个电子由基态所处能级跃迁到高能级上，是高能态。(10-8-10-10s)激发：原子由基态转变为激发态的过程；激发能：激发所需要的能量，以电子伏特（eV）表示。其大小是电子被激发前（低）后（高）所处能级之差。电子跃迁（能级跃迁）：原子中的电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁。(两种形式)辐射跃迁：跃迁过程中电子的多余能量（或需要的能量）以电磁辐射的方式放出（或吸收）的跃迁。无辐射跃迁：跃迁过程中电子多余能量（或需要的能量）不以电磁辐射的方式放出（或吸收），而转化为热能等形式的跃迁。电离：原子中的电子获得足够的能量脱离原子核束缚，产生电离。电离能（电位）：原子电离所需的能量，eV原子第一次失去一个电子，称为一次电离；第二次失去一个电子，称为二次电离；依次类推二、分子运动与能态分子总能量与能级结构可近似认为分子总能量E是由各核外电子轨道运动能量Ee、原子或原子团相对振动能量Ev以及分子绕其质心转动能量Er的叠加。E=Ee+Ev+Er这些能量均是量子化的，所以分子能级也是由这些能量相应的能级构成：振动与转动均导致能级分裂（若干个振动能级与转动能级的组合）。三、固体的能态结构1、能带的形成多个原子接近形成晶体时，将发生原子轨道的交叠，并产生能级分裂现象。N个原子中原先能量值相同的能级将分裂成N个能量不同的能级，但级差极小，可视为连续分布而形成有一定宽度的能带。原子的电子能级示意图无外磁+1/2-1/2+1/2-1/+1/2-1/2+1/2-1/2+1/2能带的形成示意图（一般晶体的能带宽度ΔEg约为几个到十几个eV）：2能带结构的基本类型及相关概念(1)能带沿用能级分裂前的原子能级名称命名，如：2p能带，3s能带，…(2)原子不同能级分裂形成的能带之间可能存在间隙，称为禁带；禁带宽度叫能隙。能带与能带之间也可能发生重叠。(3)与原子基态价电子能级相应的能带叫价带，高于价带的能带叫导带。(4)由于原子核的强烈吸引和外层电子的屏蔽作用，原子的内层电子轨道几乎不交叠，故内层能级(芯能级)保持孤立原子特征。(5)能带中所有能级都被电子填满则称为满带。(6)能带中各能级均无电子则称为空带。(7)费米能级（Ef）：绝对零度时，电子占据的最高能级。绝缘体、半导体和导体的能带特征：(1)绝缘体：价带为满带，价带与最底空带(导带)之间的禁带宽度较宽(3~6eV)。(2)半导体：与绝缘体相似，只是禁带宽度较窄(0.1~2eV)。(3)导体：价带未被电子填满，或虽被电子填满但与另一相邻空带紧密相接(或重叠)。固体能带结构基本类型示意图选取晶胞的原则：1)单元应能充分表示出晶体的对称性；2)满足1）的条件下，三条相交棱边尽量相等；3)满足1）与2）的条件下，三棱边的夹角尽可能是直角；4)满足以上的条件下体积最小。遵循该原则所具有的点阵类型只有：7类晶系共14种晶胞类型7种晶系十四种布拉菲点阵结构特征7种晶系十四种布拉菲点阵结构特征3、晶体结构与空间点阵基元：晶体中所有化学组成相同、排列取向相同、周围环境相同的基本单位。晶体结构：基元和空间点阵间的关系：晶体结构＝空间点阵+基元4、晶向指数与晶面指数晶体中由原子组成的直线（原子列）和平面（原子面）分别称为晶向和晶面（分别对应于点阵中的阵点列与面）。表示晶向和晶面的空间取向（方位）的指数分别为晶向指数和晶面指数。国际通用密勒表示法，故又统称密勒指数。密勒(W.H.Miller)—英国晶体学家晶系点阵常数关系和特点点阵名称阵点坐标三斜(triclinic)abc90o简单三斜[0,0,0]单斜(monoclinic)abc==90o简单单斜底心单斜[0,0,0][0,0,0][1/2,1/2,0]斜方（正交）(orthorhombic)abc===90o简单斜方体心斜方底心斜方面心斜方[0,0,0][0,0,0][1/2,1/2,1/2][0,0,0][1/2,1/2,0][0,0,0][1/2,1/2,0][1/2,0,1/2][0,1/2,1/2]四方（正方）(tetragonal)a=bc===90o简单四方体心四方[0,0,0][0,0,0][1/2,1/2,1/2]立方(cubic)a=b=c===90o简单立方体心立方面心立方[0,0,0][0,0,0][1/2,1/2,1/2][0,0,0][1/2,1/2,0][1/2,0,1/2][0,1/2,1/2]三方（菱方）(rhombohedral)a=b=c==90o简单三方[0,0,0]六方(hexagonal)a=b=dc(a=bc)==90o=120o简单六方[0,0,0]（1）晶向指数标识：晶向指数用记号[uvw]表示。确定晶向指数的步骤（略）空间所有相互平行（方向一致）的晶列，其晶向指数相同，称之为晶向组。即同一[uvw]表示的是同一晶向组内的所有晶向。将晶体中方位不同但原子排列状况相同的所有晶向组合称为一个晶向族。用uvw表示。例：立方系100（2）晶面指数标识：晶面指数用记号（hkl）表示。确定晶面指数的具体步骤（略）：同理，（hkl）表示的是空间所有相互平行（方向一致）的晶面，其晶面指数相同，称之为晶面组。即同一（hkl）表示的是同一晶面组内的所有晶面。将晶体中方位不同但原子排列状况相同的所有晶面组合称为一个晶面族。用{hkl}表示。立方系中，凡指数相同的晶向与晶面均相互垂直，如[110]（110），[101]（101）等。干涉指数提出的意义：干涉指数概念的建立是出于衍射分析等工作的实际需要，它使许多问题的解决得以简化。干涉指数标识：晶面间距dhkl，晶面指数（hkl）；晶面间距dhkl/n，晶面指数(nhnknl)或n(hkl)。标识:（HKL）——干涉指数。面间距dhkl/n标识为dHKLn=1时,干涉指数就是晶面指数。意味着只以晶面空间方位来标识晶面。兰色晶面截距的倒数为010，面指数为（010）；中间插入黄色晶面，其截距的倒数为020，化为互质数则面指数仍为（010）。若考虑晶面间距的区别（不化为互质数），则标识为（020），此即为干涉指数。∴干涉指数是对晶向方位与晶面间距的标识。晶面间距标识：指数为（hkl）的晶面组其晶面间距表示为：dhkl问题：在（hkl）晶面组同一方向上，若晶面间距为dhkl/n（n为任意整数）的晶面组如何标识（若n取2）？干涉指数与晶面指数的区别：（HKL)=(nhnknl)=n(hkl),由此可知：干涉指数可以看成是带有公约数的晶面指数。即广义的晶面指数。将干涉指数按比例化为互质整数时(n=1)，不论晶面间距如何，干涉指数均还原为晶面指数(hkl)。干涉指数表示的晶面不一定真有结构基元存在。引入干涉指数的概念是为了简化实际工作过程(如简化布拉格方程；建立倒易阵点与正点阵晶面的对应关系等)。第二章电磁辐射与材料的相互作用一、辐射的吸收与发射1.辐射的吸收与吸收光