材料分析与测试方法试题与答案.doc

-----------------------页面1-----------------------材料现代分析方法试题1材料学院材料科学与工程专业年级班级材料现代分析方法课程200—200学年第学期（）卷期末考试题（120分钟）考生姓名学号考试时间题号得分分数主考教师：阅卷教师：一、基本概念题（共10题，每题5分）1．X射线的本质是什么？是谁首先发现了X射线，谁揭示了X射线的本质？2．下列哪些晶面属于[11]晶带？（1）、（1）、（231）、（211）、（101）、（01）、（13），（0），（12），（12），（01），（212），为什么？3．多重性因子的物理意义是什么？某立方晶系晶体，其{100}的多重性因子是多少？如该晶体转变为四方晶系，这个晶面族的多重性因子会发生什么变化？为什么？4．在一块冷轧钢板中可能存在哪几种内应力？它们的衍射谱有什么特点？5．透射电镜主要由几大系统构成?各系统之间关系如何?6．透射电镜中有哪些主要光阑?分别安装在什么位置?其作用如何?7．什么是消光距离?影响晶体消光距离的主要物性参数和外界条件是什么?8．倒易点阵与正点阵之间关系如何?画出fcc和bcc晶体的倒易点阵，并标***出基本矢量a,b,c。9红外测试样品需尽可能把游离水驱除干净。含游离水样品的红外谱图中在哪两个波数．范围会出现吸收峰?10一种化合物含有两个基团与各含一个基团的两种化合物的混合物，其红外谱图有大．的差别吗？为什么？一种化合物含有两个基团与各含一个基团的两种化合物的混合物，其红外谱图有大的差别吗？为什么？二、综合及分析题（共5题，每题10分）1．决定X射线强度的关系式是-----------------------页面2-----------------------，试说明式中各参数的物理意义?2．比较物相定量分析的外标法、内标法、K值法、直接比较法和全谱拟合法的优缺点？3．请导出电子衍射的基本公式，解释其物理意义，并阐述倒易点阵与电子衍射图之间有何对应关系?解释为何对称入射(B//[uvw])时，即只有倒易点阵原点在爱瓦尔德球面上，也能得到除中心斑点以外的一系列衍射斑点?4．单晶电子衍射花样的标定有哪几种方法？图1是某低碳钢基体铁素体相的电子衍射花样，请以尝试—校核法为例，说明进行该电子衍射花样标定的过程与步骤。图1某低碳钢基体铁素体相的电子衍射花样5．分别指出谱图中标记的各吸收峰所对应的基团及振动?-----------------------页面3-----------------------材料现代分析方法试题1（参考答案）一、基本概念题（共10题，每题5分）1．X射线的本质是什么？是谁首先发现了X射线，谁揭示了X射线的本质？答：X射线的本质是一种横电磁波？伦琴首先发现了X射线，劳厄揭示了X射线的本质？2．下列哪些晶面属于[11]晶带？（1）、（1）、（231）、（211）、（101）、（01）、（13），（0），（12），（12），（01），（212），为什么？答：（0）（1）、（211）、（12）、（01）、（01）晶面属于[11]晶带，因为它们符合晶带定律：hu+kv+lw=0。3．多重性因子的物理意义是什么？某立方晶系晶体，其{100}的多重性因子是多少？如该晶体转变为四方晶系，这个晶面族的多重性因子会发生什么变化？为什么？答：多重性因子的物理意义是等同晶面个数对衍射强度的影响因数叫作多重性因子。某立方晶系晶体，其{100}的多重性因子是6？如该晶体转变为四方晶系多重性因子是4；这个晶面族的多重性因子会随对称性不同而改变。4．在一块冷轧钢板中可能存在哪几种内应力？它们的衍射谱有什么特点？-----------------------页面4-----------------------答：在一块冷轧钢板中可能存在三种内应力，它们是：第一类内应力是在物体较大范围内或许多晶粒范围内存在并保持平衡的应力。称之为宏观应力。它能使衍射线产生位移。第二类应力是在一个或少数晶粒范围内存在并保持平衡的内应力。它一般能使衍射峰宽化。第三类应力是在若干原子范围存在并保持平衡的内应力。它能使衍射线减弱。5．透射电镜主要由几大系统构成?各系统之间关系如何?答：四大系统:电子光学系统,真空系统,供电控制系统,附加仪器系统。其中电子光学系统是其核心。其他系统为辅助系统。6．透射电镜中有哪些主要光阑?分别安装在什么位置?其作用如何?答：主要有三种光阑：①聚光镜光阑。在双聚光镜系统中,该光阑装在第二聚光镜下方。作用:限制照明孔径角。②物镜光阑。安装在物镜后焦面。作用:提高像衬度；减小孔径角，从而减小像差；进行暗场成像。③选区光阑:放在物镜的像平面位置。作用:对样品进行微区衍射分析。7．什么是消光距离?影响晶体消光距离的主要物性参数和外界条件是什么?答：消光距离:由于透射波和衍射波强烈的动力学相互作用结果，使I和Ig0在晶体深度方向上发生周期性的振荡，此振荡的深度周期叫消光距离。影响因素:晶胞体积,结构因子,Bragg角,电子波长。8．倒易点阵与正点阵之间关系如何?画出fcc和bcc晶体的倒易点阵，并标***出基本矢量a,b,c。答：倒易点阵与正点阵互为倒易。9．红外测试样品需尽可能把游离水驱除干净。含游离水样品的红外谱图中在哪两个波数范围会出现吸收峰?答:把样品放入110℃烘箱中干燥至少2小时，并抽真空；含游离水样品的红-1-1外谱图在3000-3800cm1590-1690cm存在吸收峰。-----------------------页面5-----------------------10．一种化合物含有两个基团与各含一个基团的两种化合物的混合物，其红外谱图有大的差别吗？为什么？答：若该化合物中的两个基团是孤立的，通常两种测试样品的红外谱图没有大的差别，因此测试红外光谱时应尽可能把样品的各组份完全分离后测试。二、综合及分析题（共5题，每题10分）1．决定X射线强度的关系式是，试说明式中各参数的物理意义?答：I0为入射X射线的强度；λ为入射X射线的波长R为试样到观测点之间的距离；V为被照射晶体的体积Vc为单位晶胞体积P为多重性因子，表示等晶面个数对衍射强度的影响因子；F为结构因子，反映晶体结构中原子位置、种类和个数对晶面的影响因子；φ(θ)为角因子，反映样品中参与衍射的晶粒大小，晶粒数目和衍射线位置对衍射强度的影响；A(θ)为吸收因子，圆筒状试样的吸收因子与布拉格角、试样的线吸收系数μ和试样圆柱体的半径有关；平板状试样吸收因子与μ有关，l而与θ角无关。表示温度因子。2．比较物相定量分析的外标法、内标法、K值法、直接比较法和全谱拟合法的优缺点？答：外标法就是待测物相的纯物质作为标样以不同的质量比例另外进行标定，并作曲线图。外标法适合于特定两相混合物的定量分析，尤其是同质多相（同素异构体）混合物的定量分析。-----------------------页面6-----------------------内标法是在待测试样中掺入一定量试样中没有的纯物质作为标准进行定量分析，其目的是为了消除基体效应。内标法最大的特点是通过加入内标来消除基体效应的影响，它的原理简单，容易理解。但它也是要作标准曲线，在实践起来有一定的困难。K值法是内标法延伸。K值法同样要在样品中加入标准物质作为内标，人们经常也称之为清洗剂。K值法不作标准曲线，而是选用刚玉AlO作为标准物质，23并在JCPDS卡片中，进行参比强度比较，K值法是一种较常用的定量分析方法。直接比较法通过将待测相与试样中存在的另一个相的衍射峰进行对比，求得其含量的。直接法好处在于它不要纯物质作标准曲线，也不要标准物质，它适合于金属样品的定量测量。以上四种方法都可能存在因择优取向造成强度问题。Rietveld全谱拟合定量分析方法。通过计算机对试样图谱每个衍射峰的形状和宽度，进行函数模拟。全谱拟合定量分析方法，可避免择优取向，获得高分辨高准确的数字粉末衍射图谱，是目前X射线衍射定量分析精度最高的方法。不足之处是：必须配有相应软件的衍射仪。3．请导出电子衍射的基本公式，解释其物理意义，并阐述倒易点阵与电子衍射图之间有何对应关系?解释为何对称入射(B//[uvw])时，即只有倒易点阵原点在爱瓦尔德球面上，也能得到除中心斑点以外的一系列衍射斑点?答：（1）由以下的电子衍射图可见0∵2θ很小，一般为1~2-----------------------页面7-----------------------∴（）由代入上式即，L为相机裘度这就是电子衍射的基本公式。令一定义为电子衍射相机常数*（2）、在0附近的低指数倒易阵点附近范围，反射球面十分接近一个平面，0且衍射角度非常小1，这样反射球与倒易阵点相截是一个二维倒易平面。这些低指数倒易阵点落在反射球面上，产生相应的衍射束。因此，电子衍射图是二维倒易截面在平面上的投影。（3）这是因为实际的样品晶体都有确定的形状和有限的尺寸，因而，它的倒易点不是一个几何意义上的点，而是沿着晶体尺寸较小的方向发生扩展，扩展量为该方向实际尺寸的倒数的2倍。4．单晶电子衍射花样的标定有哪几种方法？图1是某低碳钢基体铁素体相的电子衍射花样，请以尝试—校核法为例，说明进行该电子衍射花样标定的过程与步骤。图1某低碳钢基体铁素体相的电子衍射花样答：一般，主要有以下几种方法：-----------------------页面8-----------------------1）当已知晶体结构时，有根据面间距和面夹角的尝试校核法；根据衍射斑2点的矢径比值或N值序列的R比值法2）未知晶体结构时，可根据系列衍射斑点计算的面间距来查JCPDS（PDF）卡片的方法。3）标准花样对照法4）根据衍射斑点特征平行四边形的查表方法过程与步骤：(1)测量靠近中心斑点的几个衍射斑点至中心斑点距离R，R，R，R晻晻（见1234图）(2)根据衍射基本公式求出相应的晶面间距d，d，d，d晻晻1234(3)因为晶体结构是已知的，某一d值即为该晶体某一晶面族的晶面间距，故可根据d值定出相应的晶面族指数{hkl}，即由d1查出{hkl}，由d2查出{hkl}，111222依次类推。(4)测定各衍射斑点之间的夹角。(5)决定离开中心斑点最近衍射斑点的指数。若R最短，则相应斑点的指数应1为{hkl}面族中的一个。111对于h、k、l三个指数中有两个相等的晶面族（例如{112}），就有24种标法；两个指数相等、另一指数为0的晶面族（例如{110}）有12种标法；三个指数相等的晶面族（如{111}）有8种标法；两个指数为0的晶面族有6种标法，因此，第一个指数可以是等价晶面中的任意一个。(6)决定第二个斑点的指数。第二个斑点的指数不能任选，因为它和第1个斑点之间的夹角必须符合夹角公式。对立方晶系而言，夹角公式为-----------------------页面9-----------------------决定了两个斑点后，其它斑点可以根据矢量运算求得即h=h+hk=k+kL=L+L312312312根据晶带定律求零层倒易截面的法线方向，即晶带轴的指数.5．分别指出谱图中标记的各吸收峰所对应的基团及振动?-1答:3100cm–宽而强的吸收,可能是羧基二聚体的O-H伸缩振动，2960--脂肪族的C-H反对称伸缩振动，2870--脂肪族的C-H对称伸缩振动，1720-羰基伸缩振动，1415-甲基的弯曲振动，1290–可能是C-O伸缩振动，950–O-H面外弯曲振动。-----------------------页面10-----------------------材料现代分析方法试题2材料学院材料科学与工程专业年级班级材料现代分析方法课程200—200学年第学期（）卷期末考试题（120分钟）考生姓名学号考试时间题号得分分数主考教师：阅卷教师：一、基本概念题（共10题，每题5分）1．实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以Fe为主要成分的样品，试选择合适的X射线管和合适的滤波片？2．下面是某立方晶系物质的几个晶面，试将它们的面间距