北京化工大學2004——2005學年第 1 學期
《 材料科學研究方法》期末考試試卷(a卷)
班級姓名學號： 分數：
一、名詞解釋（每題2分，共10分）
x射線的標識譜：當加於x射線管兩端的電壓增高到與陽極靶材相應的某一特定值uk時，在連續譜的某些特定的波長位置上，會出現一系列強度很高、波長範圍很窄的線狀光譜，它們的波長對一定材料的陽極靶材有嚴格恆定的數值，此波長可作為陽極靶材的標誌或特徵。
空間點陣：晶體是由原子在三維空間中規則排列而成的。在研究晶體結構時，一般只抽象出其重複規律。這種抽象的圖形即為空間點陣。
殘餘應力：指產生應力的各種因素不復存在時，由於形變和體積變化不均勻而存留在物體內部並自身保持平衡的應力。
分辨本領：是指成像物體(試樣)上能分辨出來的兩個物點間的最小距離。
熱分析法：利用熱效應來研究材料的轉變和反應等。
二、選擇題（每題只選乙個答案，每題1.5分，共30分）
1.當乙個k層電子被激發而形成空位時，乙個m層電子填補k空位，產生的特徵x射線稱 ② 射線。
①kα ②kβ ③mα ④mβ
2.電子束與固體相互作用一般不會產生 ④ 。
①二次電子與俄歇電子 ②二次電子與透射電子
③特徵x射線與俄歇電子 ④二次電子與二次離子。
3.電子探針微區分析的區域大小為 ② 。
①mm級 ②μm級 ③ nm級 ④原子級
4.掃瞄電鏡的放大倍數取決於 ③ 。
①電磁透鏡的放大率 ②電磁透鏡的磁場強度
③電子束掃瞄區域與螢光屏顯示區域的比值 ④二次電子產生效率
5.掃瞄電鏡與透射電鏡相比具有 ① 的優點。
①景深大，放大倍數高 ②樣品無須導電
③景深大，樣品製備方便 ④對晶體缺陷解析度高
6.x射線光電子能譜儀的工作原理是 ② 。
①用x射線照射樣品，分析產生的電子強度
②用x射線照射樣品，分析產生的電子能力
③用電子束射樣品，分析產生的特徵x線強度
④用電子束射樣品，分析產生的特徵x線能力
7.x射線光電子能譜適用於進行 ③ 分析。
①材料化學成分的精確定量 ②材料內部原子結構與排列
③材料的化學組成與化學狀態 ④材料的表面微觀形貌
8.透射電鏡一般不具備 ② 的功能。
①樣品表面形貌分析 ②樣品具體結構分析
③樣品內部晶體缺陷分析 ④非導電樣品分析
9.當波長為λ的x射線作用於試樣吸收體時，有
①物質的原子序越大，對x射線的吸收能力越強，
②物質的原子序越小，對x射線的吸收能力越強，
③物質的原子序越大，對x射線的吸收能力越弱，
④物質的原子序越小，對x射線的吸收能力越強。
10.當乙個k層電子被入射光量子擊出後，所產生的乙個k層空位被兩個l層空位代替，此時躍出的l層電子稱為 ② 。
①二次電子 ②俄歇電子 ③反衝電子 ④光電子。
11.x射線在穿透物質後強度衰減，除大部分是因其吸收外，還有一部分是 ① 。
①散射 ②透射 ③光電效應 ④熱效應
12.巨集觀應力的x射線衍射效應使衍射線 ① 。
①位移 ②線形的變化 ③強度降低 ④消失
13.在入射電子作用下被轟擊出來並離開樣品表面的樣品的核外電子叫做 ② 。
1 背散射電子 ②二次電子 ③俄歇電子 ④吸收電子
14.電子探針顯微分析對樣品的損傷程度為 ① 。
①無損傷 ②損傷嚴重 ③損傷輕 ④損傷適中。
15.俄歇電子逸出試樣表面深度範圍是 ① 。
①0.1~1nm ②1~10nm ③10~100nm ④0.1μm~1μm
16.掃瞄隧道顯微鏡的橫向解析度可達 ① 。
①0.1nm ②0.3~0.5nm ③1~3nm ④6~10nm
17.x射線光電子能譜儀的英文簡稱為xps，亦可簡稱為 ① 。
①esca ②xrd ③xaes ④s-exafs
18.在熱分析中，dsc曲線和dta線形狀相似，當物體吸熱時，有 ② 。
①dsc曲線和dta曲線均為上凸峰 ②dsc曲線為上凸峰，dta曲線為下凹峰
③dsc曲線和dta曲線均為下凹峰 ④dsc曲線為下凹峰，dta曲線為上凸峰
19.正常情況下，彈性範圍內金屬材料受力作用時，材料的導電性能發生變化，其規律是
①承受單向拉應力時，材料電阻率下降 ②承受單向壓應力時，材料電阻率上公升
③承受單向拉應力，材料導電性下降 ④承受單向壓應力，材料導電性上公升。
20.當一原子中的乙個電子層被排滿時，這個電子層的磁矩總和為 ① 。
①零 ②原子層所有電子層磁矩之和 ③電子層的磁矩與原子核磁矩之和
④等於最外層電子磁矩的和。
三、簡答題（每題5分，共30分）
1. 簡述用x射線衍射分析進行物相鑑定的原理與步驟。
原理：x射線衍射分析是以晶體結構為基礎的。每種結晶物質都有其特點的結構引數，包括點陣型別、單胞大小、單胞中原子的數目及其位置等，而這些引數在x射線衍射花樣中均有反映。
物質的衍射花樣是唯一的，某種物質的多晶體衍射線條的數目、位置以及其強度，是該物質的特徵，因而可以成為鑑別物相的標誌。
步驟：用x射線衍射分析儀獲得待測樣品的衍射資訊，即對應各衍射峰的d、i數字，並按面間距遞減的d系列及對應的i/i1排列，然後按照如下程式進行鑑定：
1）從前反射區（2θ＜90℃）中選取強度最大的三根衍射線，並使其d值按照強度遞減的次序排列，又將其餘線條之值按照強度遞減的次序列於三強線之後。
2）從hanawalt索引中找到對應的d1（最強線的面間距）組。
3）按次強線的面間距d2找到接近的幾行。在同一組中，各行系按d2遞減順序安排。
4）檢查這幾行資料其d1是否與實驗值很接近。得到肯定之後再依次查對第三強線、第
四、第五直至第八強線，並從中找出最可能的物相及其卡片號。
5）從檔案中抽出卡片，將實驗所得d及i/i1與卡片上的資料詳細對照，如果對應得很好，物相鑑定即告完成。
6）如果待測數列中第三個d值在索引各行均找不到對應，說明該衍射花樣的最強線與次強線並不屬於同一物相，必須從待測花樣中選取下一根線作為次強線，並重複3）～5）的檢索程式。
7）當找出第一物相之後，可將其線條剔出，並將殘餘線條的強度歸一化，再按照程式1）～5）檢索其它物相，直至所有物相均被檢出為止。
2. 試比較非晶態物質與結晶系物質結構主要特徵及其用x射線衍射譜峰異同點。
在結構上，非晶態物質最主要的特徵為短程有序、長程無序；而晶態物質最主要的特徵是長、短程都有序。非晶態的短程有序只是在最近鄰關係上與晶態類似，而在次近鄰關係上就有明顯的差別。與晶體結構不同，非晶態物質不存在結構週期性，不存在晶態結構中的點陣、點陣引數等概念。
在衍射圖上：非晶態物質的衍射圖由少數漫散的峰組成；而晶態物質的衍射圖則由許多尖銳峰組成。
3. 試比較透射電子顯微鏡與掃瞄電子顯微鏡像原理的異同點？
相同點：均是利用電子束與固體樣品作用時產生的訊號，並按電子光學成像原理來對樣品進行分析的。
不同點：透射電子顯微鏡是靠電磁透鏡放大成像的，而描電子顯微鏡成像原理以類似電視攝影顯像的方式，利用細聚焦電子束在樣品表面掃瞄時激發出來的各種物理訊號來調製成像的。另外透射電子顯微鏡是一種高放大倍數的光學顯微鏡，而掃瞄電子顯微鏡的景深遠比光學顯微鏡大，描電子顯微鏡可以用來進行顯微斷口分析。
4. 為什麼用x衍射法可以測量材料內應力？
內應力是指產生應力的各種因素不復存在時，由於形變和體積的變化不均勻而存在物體內部並自身保持平衡的應力。x射線衍射法通過測量彈性應變求得應力值，對理想的多晶體（晶粒細小均勻、無擇優取向），在無應力狀態下，不同方位的同族晶面的面間距是相等的，而受到一定的巨集觀應力時，不同晶粒的同族晶面的面間距隨晶面方位及應力的大小發生有規律的變化。由布拉格方程2dsinθ=nλ可知，利用x射線衍射花樣可以求出晶面間距d ，從可測量材料內應力的φ及其變化。
5. 試舉一例說明熱分析在材料研究中的應用。
物資在加熱吸收熱量和冷卻時放出熱量，而有轉變和反應發生時，則加熱時會吸收額外的熱量，冷卻時放出額外的熱量，而產生熱效應。通過測量熱效應就可以研究材料的轉變和反應等。
例如用密度梯度法測量尼龍6的結晶度，再用dta或dsc方法測定其熵值。熔融熱對結晶度作圖為直線，然後便可以求出高聚物的結晶度。
6. 用能帶論的觀點解釋導體、半導體和絕緣體導電行為的區別。
能帶理論認為由於晶體中電子能級間的間隔小，所以能級的分布可以看成是準連續譜，或稱能帶，並認為金屬中有離子點陣所造成的、是呈週期變化的勢場存在。在能帶理論中能隙所對應的能帶稱禁帶，電子可以共存的能級所組成的能帶稱允帶，允帶中未被電子添滿的能級稱為導帶。如果允帶中的能級未被填滿，允帶之間沒有禁帶或允帶相互重疊，在外電場的作用下，電子很容易從乙個能級轉到另乙個能級上去而產生電流，有這種能帶結構的就是導體。
允帶中所有能級被電子填滿時，則稱為滿帶，若乙個滿帶上面的能帶完全是空的稱為空帶，在外電場的作用下電子很難跳過禁帶，有這種能帶結構的就是絕緣體。半導體的能帶結構與絕緣體相同，所不同的是它的禁帶比較窄，電子跳過禁帶不象絕緣體那末困難，而滿帶中的電子受熱運動的影響，能被激發跳過禁帶而進入上面的空帶，在外電場的作用下，空帶中的電子便產生電流。因而具有這種能帶結構的就是半導體。
四、論述題（每題10分，共20分）
1.結構因素公式為：
(1) 請說明式中每一項引數的意義。
(2) 利用上式分析單質元素的體心立方點陣的消光規律。（體心點陣原子座標為 （0，0，0）和（1/2，1/2，1/2））。
(1)為結構振幅，是乙個以電子散射能力為單位的，反映單胞散射能力參量。
為結構因素，表徵了單胞的衍射強度，反映了單胞中原子種類、原子數目及原子位置對晶面衍射方向上衍射強度的影響。
為原子散射因素
h、k、l為單胞的基本平移向量。
xj、yj、zj為原子的座標。
材料科學研究方法概述
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