Cr靶（220）反射，sinθ=λ/2d=0.5963，符合上述条件；如用Fe靶（220）反射，sinθ=λ/2d=0.5042，不符合上述条件，因此只能选用Cr靶。 同理：Fe靶（331）反射，sinθ=λ/2d=0.7770，符合上述条件。 对于GaAs，晶胞参数a=5.653
Fe靶（331）反射，sinθ=λ/2d=0.7464，符合上述条件。 对于LiF，晶胞参数a=4.01
Cr靶（220）反射，sinθ=λ/2d=0.8075，符合上述条件。
第四章作业
1、 同步辐射光源的特点是什么？
（1）高强度,更确切讲是高亮度,同步辐射X 射线亮度比60 kW旋转阳极X 射线源所发出的特征辐射的亮度分别高出3～6个量级。
（2）宽而连续分布的谱范围，波谱的分布跨越了从红外→可见光→紫外→软X射线→硬X 射线整个范围。试验所用的波长能方便地使用光栅单色或晶单色器从连续谱中选出。
（3）高度偏振（4）准直性好（5）同步辐射的相干性不断提高（6）同步辐射实验站的设备庞大,试样周围空间大,适宜于安装如象高低温、高压、高磁场以及反应器等附件,能进行特殊条件下的动态研究；还特别有利于安装联合试验设备,用各种方法对试样进行综合测量
分析和研究。（7）具有精确的可预算的特性,可以用作各种波长的标准光源。（8）绝对洁净。因为它在超高真空产生,而没有任何如阳极、阴极和窗口带来的干扰。
2、 NEXAFS与EXAFS的各自应用特点是什么？
NEXAFS是由于激发的光电子经受到周围环境的多次散射而造成，分析这一谱结构,不仅能获得围绕吸收原子周围的局域原子团(Cluster)的原子几何配置情况的信息,而且还反映出费米能级之上低位的电子态结构。NEXAFS可以反映电子价态，也可以反映分子结构。
EXAFS的产生是由于吸收原子与周围近邻原子相互作用的结果,吸收原子A内层电子激发将产生向外发射的光电子波，称为出射波。这种出射波遇到中心原子近邻的周围原子时,将受到散射而产生背散射波。由于出射波与背散射波的频率相同,它们将在中心吸收原子处发生干涉,按照相位关系,合成波被增强或减弱,即光电子末态波函数随能量的变化发生增强或减弱,导致吸收系数出现起伏振荡的变化,形成EXAFS。 应用主要特点：
1） EXAFS现象来源于吸收光原子周围最邻近的几个配位壳的作用，它决定于短程有
序作用，不依赖晶体结构，因此可用于大量的非晶态材料的研究，像催化剂上活性中心、生物酶中金属蛋白、表面层结构和无定形材料的研究，甚至溶液的研究等。
2） X射线吸收边具有原子特征，可以调节X射线光子能量到某一种原子的吸收边处，
则只有该原子的环境可能探测，而不受其他元素原子的干扰。对不同元素的原子，可由只吸收边位置不同，而得以分别研究。因此EXAFS不依赖于整体结构。
3） 由散射振幅对于配位原子的依赖性可以探测配位原子的种类；由散射振幅的大
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小可知配位原子的个数，由Debye-Waller因子可知原子围绕其平衡位置的变化。对原子间距的测定可精确到0.1nm。
4） 利用同步辐射光源的偏振性，可探测吸附分子在表面的排列取向，对称性低于
三次的样品，还可测其键角的大小。
5） 在实验上利用强X射线源和荧光探测技术可测量浓度很低的样品。甚至对含量百
万分之几的元素也能进行EXAFSI测定。
6） EXAFS实验所用样品制备比较简单，数据收集时间短，在同步辐射实验站上一般
固体样品只需几分钟，比四圆衍射仪短得不可比拟。
3、简述同步辐射在自己的研究方向上的应用进展（如果尚无应用，请探讨可能性或不可能的原因）。
我的专业是凝聚态物理，方向为锂离子电池关键材料。同步辐射的X射线部分在本方向上有广泛的应用，可以做粉末XRD衍射进行物相分析，也可以做原位XRD研究锂离子电池充放电过程中的反应机理，还可以通过XPS检测材料中某元素的电子结构信息等。
第五章作业
1、 比较衍衬像的运动学和动力学解释的异同。
同：衍衬像的运动学和动力学假设都包括有（1）双束近似：除了入射波之外，只有一束由一组接近布拉格衍射位置的晶面(hkl) 产生的衍射波，所有其它晶面都远离各自的衍射位置，而不产生其它衍射波；（2）柱体近似：假设晶体在理论上可以分割成平行于电子波传播方向的一个个小柱体，这些小柱体在衍射过程中相互独立，电子波在小柱体内传播时，不受周围晶柱的影响，即入射到小晶柱内的电子波不会被散射到相邻的晶柱上去，相邻晶柱内的电子波也不会散射到所考虑的晶柱上来，柱体出射面处衍射强度只与所考虑的柱体内的结构内容和衍射强度有关，一个像点对应一个小晶柱；（3）平面波近似。
异：（1）运动学理论假设有运动学近似：又称为单散射近似，认为衍射波的振幅远小于入射波的振幅，因而在试样内各处入射电子波振幅和强度都保持不变（常设为单位１），只需计算衍射波的振幅和强度变化；动力学理论假设有动力学近似：认为入射波与衍射波可以进行能量交换。（2）运动学理论中衍射束比透射束弱很多；动力学理论中衍射束可与透射束一样强。（3）运动学理论中电子只能被衍射一次；动力学理论中电子可发生多次衍射。（4）运动学理论中电子不被吸收；动力学理论中电子的吸收是不可避免的。
总之，运动学理论是在运动学近似、双束近似以及柱体近似等近似的前提下通过计算形成的理论，运动学理论对于一般衍衬像的解释是合理的，但是在某些特殊情况下理论与实际有较大差距；动力学理论是在运动学理论的基础上发展起来的，它进一步考虑了入射束与衍射束之间的交互作用以及多次衍射对衍射衬度的影响，对衍射衬度像的解释更加合理。
2、简述球差、象散和色差的形成原因以及对电镜分辨率的影响。
球差是由于电子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。 影响：透镜分辨本领随α增大而迅速变坏，α为孔径角。
象散是由磁场不对称造成有的方向电子束的折射比别的方向强，因此圆形物点像
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就变成了椭圆形的漫散圆斑。象散降低了电镜的分辨率。象散可由附加磁场的电磁消象散器来校正。
影响：透镜分辨本领随ΔfA增大而变差，ΔfA为象散引起的最大焦距差。
色差是由于电子的能量不同，从而波长不一造成的，电镜的焦距随着电子能量而改变。因此，能量不同的电子束将沿不同的轨迹运动。
影响： 电子能量差别越大，造成的色差越大，电镜的分辨率越小。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，将助于减小色散。
3、 为什么不同的小晶体区域会有不同的倒易形状？
因为对于小晶体，在偏离布拉格条件下，仍有衍射线，强度弱点。晶体越小，允许偏离越大。
小晶体的衍射振幅为ψ=FG，ψ2=(FG)2，F为结构振幅，
干涉函数。由此可见，1）小晶体的衍射强度围绕倒易点，存在一个分布范围，这就相当于在正空间中，电子束偏率布拉格角，仍有一定强度衍射线出现；2）每个倒易点上，围绕倒易点
的曲线形状相同，只与小晶体的尺寸和几何形状有关；3）各
种晶形相应的倒易点宽化的情况如下：小立方体—六角星芒；小球体—大球加球壳；盘状体—杆；针状体--盘
6 作业：
高分辨电镜都有哪几种图像？各自的成像原理是什么？
1）晶格条纹像；原因：采用物镜后焦面的两个波来成像，由于二者的干涉效应，得到一维方向上强度呈周期变化的条纹花样。
2）一维结构像；原因：当入射束平行于某一晶带轴时，在最佳聚焦条件下，可以获得包含晶体结构的一维条纹像，即像的衬度与原子排列存在对应关系。
3）二维晶格像；原因：在衍射花样中，套取原点和单胞晶面的衍射束，使之干涉成像，就可以获得显示单胞二维晶格的像，因为该像不包含原子尺度（单胞内原子排列的信息）。
4）二维结构像；原因：保证分辨率的前提下，在衍射花样中，套取原点和尽可能多的单胞晶面的衍射束，使之干涉成像，就可以获得含有单胞内原子排列信息的单胞二维结构像。
5）特殊像；原因：在衍射花样中，选取特定“晶面”的衍射束，使之与透射束干涉成像。
7 作业：
1、 简述WDS与EDS的区别。
WDS与EDS的区别可归纳为下表。 WDS 分析方式 用几块分光晶体顺序进行分析 8 / 10
EDS 用Si（Li）EDS进行多元素同时分析 分析元素范围 分辨率 几何收集效率 量子效率 瞬时接受范围 最大记数速率 分析精度（浓度>10%，Z>10） 对表面要求 典型数据收集时间 谱失真 Z≥4 与分光晶体有关，约5eV 改变，<0.2% 改变，<30% 谱仪能分辨范围 约50000c/s（在一条谱线上） ±1%-5% 平整，光滑 >10min 少 Z≥11(铍窗)，Z≥6（无窗） 与能量有关，145eV-150eV（5.9keV） <2% 约100%（2.5keV-15keV） 全部有用能量范围 与分辨率有关，使在全谱范围内得到最佳分辨时，<2000c/s ≤±5% 较粗糙表面也适用 2-3min 主要包括：逃逸峰、峰重叠、脉冲堆积、电子束散射、铍窗吸收效应等 最小束斑直径 约20nm 约5nm 探测极限 0.01-0.1% 0.1-0.5% 对试样损伤 大 小 综上所述，WDS（波长分散谱仪）分析的元素范围广、探测极限小、分辨率高、适于精确的定量分析。其缺点是要求试样表面平整光滑，分析速度较慢，需要用较大的束流，从而容易引起样品和镜筒的污染。
EDS（能量色散谱仪）虽然在分析元素范围、探测极限、分辨率等方面不如WDS，但其分析速度快、可用较小的束流和微细的电子束，对样品表面要求不高，适于与SEM配合使用。
2、 简述EELS与EDS的各自特点。
答：EELS是将要研究的材料置于电子显微镜中，用一束动能分布很窄的电子轰击。一部分入射电子经历非弹性散射，其动能发生改变（通常是减小）。动能损失的机理有很多，包括：电子-声子相互作用, 带内或带间散射, 电子-等离子体相互作用, 内壳层电子电离, 及切连科夫辐射。电子的能量损失可以被电子谱仪定量的测量出来。内壳层电子电离引起的非弹性散射对于分析材料的元素构成尤为有用。比方说，碳原子的1s电子电离能为285eV。如果285eV的动能损失被探测到，则材料中一定存在碳元素。其特点如下：
（1）测量透射电子，是初次激发过程，即散射的一次过程； （2）散射方向主要为入射束前进方向； （3）效率高；
（4）电子与试样进行大范围的交互作用，信息大；
（5）信号强度大于EDS，可以测得元素含量比EDS低；适于分析轻元素； （6）提供空态态密度、氧化态；
（7）局域的相邻原子成分和距离、能带结构信息。 （8）缺点：峰形复杂、本底变化； EDS的特点：
（1）二次激发，即散射的二次过程； （2）散射方向不是入射束前进方向； （3）效率低；
（4）只是内壳层电子激发，信息少，适于分析重元素；
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（5）分析速度快；分辨率较低：150eV；
（6）峰背比小，谱峰宽、易重叠，背底扣除困难，数据处理复杂； （7）分析元素范围：11Na－92U；
（8）进行低倍扫描成像，大视域的元素分布图； （9）对样品污染作用小；
（10）适于粗糙表面成分分析，不受聚焦圆的限制，样品的位置可起伏2-3mm； （11）缺点：探测器须在液氮温度下使用，维护费用高。
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材料结构分析作业参考
