材料测试分析 于晓芳 12月1日 刘洁
一、1、数值孔径（NA）：是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和半孔径角（α）的正弦之乘
积，即NA= nsinα。
2、分辨率 ： 样品上相应的两个物点间距离?r，定义为透镜能分辨的最小距离，也就是透镜的分辨
本领，即分辨率。
3、放大率M: 物镜放大率 和目镜放大率 的乘积 ，即显微镜的总的放大率。 4、有效放大率: 显微镜放大倍率的极限即有效放大倍率。 二、光学显微镜的像差分哪几种，如何消除球差？
1) 球差； 2）色像差； 3）色域弯曲
消除球差的措施： 可采用组合透镜作为物镜进行矫正，此外还可以在使用显微镜时适当调节孔径光阑，控制入射光束的粗细，让一束细光通过透镜的中心部位，从而把球像差减小到最低限度。 三、 什么是阿贝成像原理？请用作图的方式表示之。
定义：平行光束受到具有周期性特征物体的散射作用形成衍射譜，各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物体特征的像。
四、 物像与物体的相似性是由什么因素决定的？
直射光和衍射光，物像是由直射光和衍射光互相干涉形成的，不让衍射光通过就不能成像，参与成像的衍射斑点越多，物像与物体的相似性越好。 1.仅仅反映样品表面形貌信息的物理信号是（B）
A背散射电子; B二次电子; C吸收电子; D透射电子; 2.在扫描电镜中，下列二次电子像衬度最亮的区域是（ B ） A和电子束垂直的表面; B和电子束成30°的表面; C和电子束成45°的表面吸收电子; D和电子束成60°的表面; 3.可以探测表面1nm层厚的样品信息的物理信号是（ D ） A背散射电子; B吸收电子; C特征X射线; D ;俄歇电子 二、判断题：
1、扫描电镜的物镜与透射电镜的物镜是一致的。（ √ ）
2、扫描电镜的分辨率主要取决于物理信号而不是衍射效应和球差。（ √ ）
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3、扫描电镜的衬度分形貌衬度和成分衬度两种。（√ ）
4、扫描电镜具有大的景深，所以它可以用来进行断口形貌的分析观察。（√ ） 三、填空题：扫描电子显微镜
1、 .电子束与固体样品相互作用可以产生 二次电子 、 背散射电子 、 俄歇电子 、 透射电子 、 特征X射线 、 连续X射线 等物理信号。
2、 .扫描电镜的放大倍数是 显像管中电子束在荧屏上 的扫描宽带与 电子光学系统中电子束在样品上 的扫描宽度的比值。在衬度像上，颗粒、凸起是 亮 衬度，而裂纹、凹坑则是 暗 衬度。
3、 .分辨率最高的物理信号是 俄歇电子 为 0.4 nm，分辨率最低的物理信号是 连续X射线 为 5000 nm。
4、 扫描电镜的分辨率通常是指 二次电子 的分辨率。 5、 扫描电镜常用的信号是 二次电子 和 背散射电子 。
6、 电子束与轻元素的作用体积呈 梨 形，与重元素的作用体积呈 半球 形。
TEM：透射电子显微镜 SEM：扫描电子显微镜 STM：扫描隧道显微镜
四、1．用一句话概括扫描电镜的工作原理。 光栅扫描，逐点成像 2、 扫描电镜的电子光学系统包括哪几部分？ 电子枪，电磁透镜，光阑，扫描系统和样品室 3、简述扫描电镜的基本结构及成像特点。
扫描电镜主要由电子光学系统、信号收集及图像显示和记录系统、真空系统和电源系统三部分组成。 成像特点: 1) 立体感 ； 2）放大倍数连续可调
一、填空题：
1.衍射发生的充要条件是： 晶体强度（ ） 加 满足布拉格方程 。 2.倒易矢量的方向是对应正空间晶面的 法线方向 ，倒易矢量的长度等于对应 晶面间距的倒数 。
3.只要倒易阵点落在厄瓦尔德球面上，就表示该 晶面组{hkl}满足 布拉格方程 条件，能发生
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衍射 。
4.物相分析的三种手段分别是 X射线 衍射、 电子 衍射和 中子 衍射三种，其中常用的两种是 X射线 衍射和 高能电子 衍射，它们对应的分析仪器分别是 X射线衍射仪 和 电子衍射仪 。
5.产生X射线衍射的散射基元时 内层电子 ，电子衍射的散射基元是 原子核 。
6.有一倒易矢量g*=2a*+2b*+c*,与它对应的正空间晶面是（2 2 1） 。二、综合题： 1.简述厄瓦尔德图解晶面发生衍射的具体作图步骤。 答：①对于单晶体，先画出倒易点阵确定原点位置 O。
②以倒易点阵原点为起点，沿x射线入射反方向前进1/λ 距离，找到厄瓦尔德球的球心O1(晶体的位置）
③以1/λ 为半径作球，得到厄瓦尔德球。所有落在厄瓦尔德球的倒易点对应的晶面组均可参与衍射。
2.什么是系统消光？
答： 由于原子在晶胞中的位置不同而引起的某些方向上衍射线的消失称为系统消光。不同的晶体点阵的系统消光规律也各不相同。它所逆循的衍射规律即为结构因子。
3.根据结构因子的理论，推导三种立方结构晶体出现衍射面的规律。（要求按照晶面距由大到小的顺序排列） 答：
面间距由大到小排列（110）、（220）、（211）、（220）、（310）
4.根据干涉函数的含义，讨论纳米材料在做衍射分析时，其衍射强度和衍射峰宽度会有什么特点？
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答：
称为干涉函数，是晶粒散射波强度和晶胞散射波强度的比值，描述晶粒尺寸的大小对散射波强度
的影响。函数的主极大值等于沿a方向的晶胞数的平方。
主峰有强度范围与晶体大小有关，晶体沿a轴方向越薄，衍射极大值的峰宽越大 。 5.为什么说X射线衍射束的强度与晶胞中的原子位置和种类有关？
6. 在多晶体的衍射强度公式中：
指出多晶体、多重性因子、吸收因子、温度因子的作用项，其中的G和F是什么因子？这个公式对于电子衍射是否适用，若不适用，应该做哪些改进？
答：
7.做出下列点阵的倒易点阵。
8. 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？相邻两个HKL干涉面的波程差又是多少？
答：①立方结构：（100）（110） （111） （123） [100] [110] [111] [1 1/2 1/3]
②面心立方：密排面（111） 密排方向[110]
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③体心立方：（110） [111]
9. 何谓倒易矢量？它的基本性质是什么？
答：与正点阵相同，由倒易点阵基矢A、B、C可以定义倒易点阵矢量G=hA+kB+lC(h、k、l为整数)，具有以上形式的矢量称为倒易点阵矢量。性质：矢量的方向代表晶面的法线方向，矢量的长度代表晶面间距的倒数。
10. “一束X射线照射一个原子列，只有镜面反射方向才有可能产生衍射线”，此种说法是否正确？
答：不正确。因为一束X射线照射一个原子列上，原子列上每个原子受迫都会形成新的X射线源
向四周发射与入射光波长一致的新的X射线，只要符合光的干涉条件，不同点光源间发出的X射线都可产生干涉和衍射。镜面反射，其光程差为0，是特殊情况。
12. α-Fe属立方晶系，点阵参数a=0.2866nm，如用CuKαX射线（λ=0.2291mm）照射，试求（110）、（200）、（211）可能发生衍射的掠射角。
----13. 证明（1 1 0）、（1 2 1）（3 2 1）晶面属于[111]晶带。
14.解释短波限和物质吸收限的物理意义。为何某物质的K系特征谱有Kα、Kβ而其K系吸收限只有一个？Kα、Kβ的波长和强度有什么不同？滤波片滤去的是哪种X射线？
答： 短波限是连续X射线中波长最短的X射线，吸收限是X射线与物质相互作用时，物质吸收系数随X射线波长的减小而减小，但当X射线的能量与物质某一电子层的电离能相当时，吸收系数急剧升高，这时吸收系数突变点对应的X射线波长称为吸收限。
材料分析方法
