同濟(jì)大學(xué)材料研究方法《材料研究方法》課后習(xí)題答案

1、1《材料研究方法》課后習(xí)題答案《材料研究方法》課后習(xí)題答案第1章1、材料是如何分類的？材料的結(jié)構(gòu)層次有哪些？、材料是如何分類的？材料的結(jié)構(gòu)層次有哪些？答：材料按化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)分為：金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料；按性能特征分為：結(jié)構(gòu)材料、功能材料；按用途分為：建筑材料、航空材料、電子材料、半導(dǎo)體材料、生物材料、醫(yī)用材料。材料的結(jié)構(gòu)層次有：微觀結(jié)構(gòu)、亞微觀結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、宏觀結(jié)構(gòu)。2、材料研究的主要任務(wù)和對(duì)象是什么，有哪些

2、相應(yīng)的研究方法？、材料研究的主要任務(wù)和對(duì)象是什么，有哪些相應(yīng)的研究方法？答：任務(wù)任務(wù)：材料研究應(yīng)著重于探索制備過(guò)程前后和使用過(guò)程中的物質(zhì)變化規(guī)律，也就是在此基礎(chǔ)上探明材料的組成(結(jié)構(gòu))、合成(工藝過(guò)程)、性能和效能及其之間的相互關(guān)系，或者說(shuō)找出經(jīng)一定工藝流程獲得的材料的組成(結(jié)構(gòu))對(duì)于材料性能與用途的影響規(guī)律，以達(dá)到對(duì)材料優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，從而將經(jīng)驗(yàn)性工藝逐步納入材料科學(xué)與工程的軌道.研究對(duì)象和相應(yīng)方法見(jiàn)書(shū)第三頁(yè)表格。3、材料研究方法是如

3、何分類的？如何理解現(xiàn)代研究方法的重要性？、材料研究方法是如何分類的？如何理解現(xiàn)代研究方法的重要性？答：按研究?jī)x器測(cè)試的信息形式分為圖像分析法和非圖像分析法；按工作原理，前者為顯微術(shù)，后者為衍射法和成分譜分析。第2章1、簡(jiǎn)述現(xiàn)代材料研究的主簡(jiǎn)述現(xiàn)代材料研究的主X射線實(shí)驗(yàn)方法在材料研究中有那些主要應(yīng)用？射線實(shí)驗(yàn)方法在材料研究中有那些主要應(yīng)用？答：現(xiàn)代材料研究的主X射線實(shí)驗(yàn)方法在材料研究中主要有以下幾種應(yīng)用：（1）X射線物相定性分析：用于確定

4、物質(zhì)中的物相組成（2）X射線物相定量分析：用于測(cè)定某物相在物質(zhì)中的含量（3）X射線晶體結(jié)構(gòu)分析：用于推斷測(cè)定晶體的結(jié)構(gòu)2、試推導(dǎo)、試推導(dǎo)BraggBragg方程方程并對(duì)方程中的主要參數(shù)的范圍確定進(jìn)行討論并對(duì)方程中的主要參數(shù)的范圍確定進(jìn)行討論.答：見(jiàn)書(shū)第97頁(yè)。3、X射線衍射試驗(yàn)主要有那些方法射線衍射試驗(yàn)主要有那些方法他們各有哪些應(yīng)用，方法及研究對(duì)象他們各有哪些應(yīng)用，方法及研究對(duì)象.答：實(shí)驗(yàn)方法所用輻射樣品照相法衍射儀法粉末法勞厄法轉(zhuǎn)晶法

5、單色輻射連續(xù)輻射單色輻射多晶或晶體粉末單晶體單晶體樣品轉(zhuǎn)動(dòng)或固定樣品固定樣品轉(zhuǎn)動(dòng)或固定德拜照相機(jī)勞厄相機(jī)轉(zhuǎn)晶回?cái)[照相機(jī)粉末衍射儀單晶或粉末衍射儀單晶衍射儀最基本的衍射實(shí)驗(yàn)方法有：粉末法，勞厄法和轉(zhuǎn)晶法三種。由于粉末法在晶體學(xué)研究中應(yīng)用最廣泛，而且實(shí)驗(yàn)方法及樣品的制備簡(jiǎn)單，所以，在科學(xué)研究和實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用不可缺少；而勞厄法和轉(zhuǎn)晶法主要應(yīng)用于單晶體的研究，特別是在晶體結(jié)構(gòu)的分析中必不可少，在某種場(chǎng)合下是無(wú)法替代的。第3章1、如何提高顯微鏡

6、分辨本領(lǐng)，電子透鏡的分辨本領(lǐng)受哪些條件的限制？、如何提高顯微鏡分辨本領(lǐng)，電子透鏡的分辨本領(lǐng)受哪些條件的限制？34)工作束流小，對(duì)樣品的污染作用小。5)能進(jìn)行低倍X射線掃描成象，得到大視域的元素分布圖。6)分辨本領(lǐng)比較低，只有150eV(波譜儀可達(dá)10eV)。7)峰背比小，一般為100，而波譜儀為1000。8)Si(Li)探測(cè)器必須在液氮溫度(77K)下使用，維護(hù)費(fèi)用高。5、為什么透射電鏡的樣品要求非常薄，而掃描電鏡無(wú)此要求？為什

7、么透射電鏡的樣品要求非常薄，而掃描電鏡無(wú)此要求？答：透射電鏡中，電子束穿透樣品成像，而電子束的透射本領(lǐng)不大，這就要求將試樣制成很薄的薄膜樣品。掃描電鏡是通過(guò)電子束轟擊樣品表面激發(fā)產(chǎn)生的物理信號(hào)成像的，電子束不用穿過(guò)樣品。6、電鏡有哪些性質(zhì)，環(huán)境掃描電鏡中“環(huán)境”指什么？電鏡有哪些性質(zhì)，環(huán)境掃描電鏡中“環(huán)境”指什么？1)用電子束作照明源，顯微鏡的分辨本領(lǐng)要高得多分辨本領(lǐng)：２－３nm，可以直接分辨原子，并且還能進(jìn)行納米尺度的晶體結(jié)構(gòu)及化學(xué)組

8、成的分析2)但:電磁透鏡的孔徑半角的典型值僅為102～103rad3)幾何像差：由透鏡磁場(chǎng)幾何形狀上的缺陷而造成的4)色差：由電子波的波長(zhǎng)發(fā)生一定幅度的改變而造成的環(huán)境掃描電子顯微鏡(ESEM)中所指環(huán)境并非真正意義上的大氣環(huán)境，與傳統(tǒng)SEM樣品室高達(dá)103～106Tr的真空度相比，ESEM樣品室的真空度很低，從1Tr～20Tr，非常接近大氣環(huán)境，但不等同于平均760Tr的大氣環(huán)境；7、高分辨電鏡是否指分辨率高的電鏡？、高分辨電鏡是否指

9、分辨率高的電鏡？答：高分辨電鏡可用來(lái)觀察晶體的點(diǎn)陣像或單原子像等所謂的高分辨像。這種高分辨像直接給出晶體結(jié)構(gòu)在電子束方向上的投影，因此又稱為結(jié)構(gòu)像。加速電壓為100kV或高于100kV的透射電鏡(或掃描透射電鏡)，只要其分辨本領(lǐng)足夠的高，在適當(dāng)?shù)臈l件下，就可以得到結(jié)構(gòu)像或單原子像。并不是所有分辨率高的電鏡都能進(jìn)行結(jié)構(gòu)像的分析。8、電子探針儀與、電子探針儀與X射線譜儀從工作原理和應(yīng)用上有哪些區(qū)別？射線譜儀從工作原理和應(yīng)用上有哪些區(qū)別？答：

10、電子探針儀的工作原理：莫塞萊(Moseley)定律λ=K(Zσ)2K為常數(shù)σ為屏蔽系數(shù)Z為原子序數(shù)X射線特征譜線的波長(zhǎng)和產(chǎn)生此射線的樣品材料的原子序數(shù)有一確定的關(guān)系。只要測(cè)出特征X射線的波長(zhǎng)，就可確定相應(yīng)元素的原子序數(shù)。又因?yàn)槟撤N元素的特征X射線強(qiáng)度與該元素在樣品中的濃度成比例，所以只要測(cè)出這種特征X射線的強(qiáng)度，就可計(jì)算出該元素的相對(duì)含量。X射線衍射儀的工作原理：布拉格方程：2dSinθ=λ1111、與、與X射線衍射相比，射線衍射相比

11、，（尤其透射電鏡中的）電子衍射的特點(diǎn)是什么？（尤其透射電鏡中的）電子衍射的特點(diǎn)是什么？答：（1）.透射電鏡常用雙聚光鏡照明系統(tǒng)，束斑直徑為1~2μm，經(jīng)過(guò)雙聚光鏡的照明束相干性較好。（2）.透射電鏡有三級(jí)以上透鏡組成的成像系統(tǒng)，借助它可以提高電子衍射相機(jī)長(zhǎng)度。普通電子衍射裝置相機(jī)長(zhǎng)度一般為500mm左右，而透射電鏡長(zhǎng)度可達(dá)1000~5000mm。（3）.可以通過(guò)物鏡和中間鏡的密切配合，進(jìn)行選區(qū)電子衍射，使成像區(qū)域和電子衍射區(qū)域統(tǒng)一起來(lái)，