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1.连续X射线:高速运动的电子被阳极靶阻止时,伴随电子动能的消失与转化,会产生x射线(2分)。对一定元素的阳极靶,管电压小于某一临界值时,当加速的电子当被阳极靶阻止时,产生极大的负加速度,电子周围的电磁场将辐射电磁波。由于电子轰击阳极靶的条件不完全相同,所有形成的电磁波具有各种不同的波长,形成连续X射线谱。(2分)2.结构因子:在复杂晶胞中,各原子占据不同的位置,其散射波的振幅和相位各不相同,(2分)晶胞中所有原子散射的合成振幅不等于各原子散射振幅的简单加合。这样对满足布拉格方程的某些晶面,由于结构的原因而使衍射消失。用来表征晶胞内原子位置、种类及原子个数对衍射强度的影响的参数称为结构因子。(2分)3.像散:透镜磁场的这种非旋转性对称,(2分)会使它在不同方向上的聚集能力产生差别(1分),结果使物相点通过透镜后,不能在像平面上聚焦成一点形成像散(1分)。4.焦长:透镜像平面允许的轴向偏差定义为透镜的焦长(2分)。用DL表示。5.磁转角:电子束在镜筒中是按螺旋线轨迹前进的(2分),衍射斑点到物镜的一次成像之间有一段距离,电子通过这段距离的时候会转过一定的角度,这就是磁转角(2分)。6.吸收限:x射线穿过物质时,其强度要衰减。单位质量引起的相对衰减量称为质量吸收系数m。实验表明,m与x射线的波长有关(2分)。当波长在某一特定波长k时,发现质量吸收系数产生一个突变(增大),这个发生突变吸收的波长k称为物质吸收限。(2分)7.系统消光:在复杂晶胞中,各原子占据不同的位置,其散射波的振幅和相位各不相同,晶胞中所有原子散射的合成振幅不等于各原子散射振幅的简单加合(2分)。利用结构因子F来表征晶胞内原子位置、种类及原子个数对衍射强度的影响,即Ib=1F12Ie。对满足布拉格方程的某些晶面,由于结构因子等于0,造成衍射线的消失的现象,称为系统消光。(2分)8.球差:球差即球面像差,是由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律造成的(3分)。离开透镜主轴较远的电子(远轴电子)比主轴附近的电子(近轴电子)被折射程度要大(1分)。9.景深:透镜物平面允许的周向偏差(2分),Df=2Δr0/α(2分)10.衍射衬度:由于样品中不同位向的晶体的衍射条件(位向)不同(3分)而造成的衬度差别叫衍射衬度(1分)。11.特征X射线产生的机理是什么?(10分)高速运动的电子被阳极靶阻止时,伴随电子动能的消失与转化,会产生x射线。对一定元素的阳极靶,当管电压超过某一临界值时,x射线在某几个特定波长的地方,强度突然显著地增大,这些波长反映了靶材的特征,因此称为特征x射线。(5分)管电压超过某一临界值时,被加速的电子将获得足够的动能,当被阳极靶阻止时,可将原子的内层电子激发,使原子处于受激状态。处于受激状态的原子是不稳定的,外层的电子会力图跃迁至缺少电子的内层上以降低原子的能量。所降低的能量则以光量子的形式放出。光量子的频率与跃迁时降低的能量存在下列关系:h=E。当阳极靶一定时,原子各层的能量一定,所以放出的光量子的频率或波长亦为定值。特征x射线即此得名。(5分)202MrDL12布拉格方程的应用通过测量角可以计算出晶面间距d这种工作叫做结构分析;其次利用已知晶面间距d的晶体通过测量角,从而计算出位置X射线的波长,这种方法就是X射线光谱学。13.为什么X射线衍射仪衍射中样品台和计数器要保持-2连动?(8分)根据布拉格方程2dsin=,当产生衍射时,入射线和衍射线的夹角始终保持2。(4分)在X射线衍射仪法测定晶体结构时,入射线保持不动,样品台以一定速度旋转,为了保证满足衍射条件,即计数管应始终保持与入射线的夹角=2,必须使计数管和样品台Ø-2Ø连动。14画图说明衍衬成像原理,并说明什么是明场像、暗场像和中心暗场像。(10分)明场成像:让透射束通过物镜光阑而把衍射束挡掉得到图像衬度的方法,叫做明场(BF)成像。所得到的像叫明场像。(2分)暗场成像:光阑孔只让衍射束通过,而把透射束挡掉,可以得到暗场(DF)像(2分)中心暗场成像:把入射电子束方向倾斜2θ角度(通过照明系统的倾斜来实现),使B晶粒的hkl晶面组处于强烈衍射的位向,而物镜光阑仍在光轴位置。此时只有B晶粒的hkl衍射束正好通过光阑,而透射束被挡掉,如图(b)所示,这叫做中心暗场(CDF)成像方法。(2分)(图4分)15试证明布拉格方程与爱瓦德球在X射线衍射原理上的一致性。(15分)根据波的干涉原理,当波程差等于波长的整数倍时,在散射波分相将会相互增强,如图晶体对x射线衍射示意图,波程差=ML+NL=dsin+dsin=2dsin,即2dsin=时,在此方向的散射波会加强,这就是布拉格方程。[7分]在爱瓦德球示意图上,球的半径为1/,试样放于中心,O*为倒易点阵的原点。如果某个晶面的倒易矢量和球相交于G*点,则OG*=1/d,衍射线方向为OG*。[3分]在三角形OO*P中,1/*sin*=1/2O*G*=1/2d,即2*dsin*=成立,对应布拉格方程,则=*,则角O*OP=2。衍射线方向为OG*方向,可见,在爱瓦德球上,非常直观地体现了布拉格方程,布拉格方程和爱瓦德球在X射线衍射上是一致。[5分]17分别说明成像操作和衍射操作时各级透镜之间的相对位置关系,并画出光路图。(6分)如果把中间镜的物平面和物镜得像平面重合,则在荧光屏上得到一幅放大像,此为电子显微镜中的成像操作。(1分)如果把中间镜的物平面和物镜的背焦面重合,则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样,此为透射电子显微镜中的电子衍射操作。(1分)图(4分)装订线POO*G*18试分析物镜光阑的作用。(10分)1、减少物镜孔径角,减少像差,得到质量较高的图像[5分]。2、在后焦平面上套取衍射束斑点成像,形成明暗场像[5分]。19什么是衬度?试说明衍衬成像原理。衬度是指在底片或屏幕上肉眼可见的显示样品形貌、结构成分特征的电子信号强弱差。衍衬成像是利用入射电子与样品内各个晶面取向不同所导致的衍射强度差异形成的衬度成像的方法。20.电子束入射固体样品表面会激发哪些物理信号?它们有哪些特点和用途?(12分)(1)背散射电子。背散射电于是指被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子。其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。背散射电子的产生范围深,由于背散射电子的产额随原子序数的增加而增加,所以,利用背散射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征,也可用来显示原子序数衬度,定性地进行成分分析。(2分)(2)二次电子。二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。二次电子来自表面50-500Å的区域,能量为0-50eV。它对试样表面状态非常敏感,能有效地显示试样表面的微观形貌。(2分)(3)吸收电子。入射电子进入样品后,经多次非弹性散射,能量损失殆尽(假定样品有足够厚度,没有透射电子产生),最后被样品吸收。若在样品和地之间接入一个高灵敏度的电流表,就可以测得样品对地的信号。若把吸收电子信号作为调制图像的信号,则其衬度与二次电子像和背散射电子像的反差是互补的。(2分)(4)透射电子。如果样品厚度小于入射电子的有效穿透深度,那么就会有相当数量的入射电子能够穿过薄样品而成为透射电子。样品下方检测到的透射电子信号中,除了有能量与入射电子相当的弹性散射电子外,还有各种不同能量损失的非弹性散射电子。其中有些待征能量损失E的非弹性散射电子和分析区域的成分有关,因此,可以用特征能量损失电子配合电子能量分析器来进行微区成分分析。(2分)(5)特征X射线。特征X射线是原子的内层电子受到激发以后,在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。如果用X射线探测器测到了样品微区中存在某一特征波长,就可以判定该微区中存在的相应元素。(2分)(6)俄歇电子。如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量E不以X射线的形式释放,而是用该能量将核外另一电子打出,脱离原子变为二次电子,这种二次电子叫做俄歇电子。俄歇电子是由试样表面极有限的几个原于层中发出的,这说明俄歇电子信号适用于表层化学成分分析。(2分)21试分析德拜相机法和X射线衍射仪法的衍射花样产生机理上的不同特点。(6分)照相法衍射花样是所有符合布拉格条件的晶面一次全部在底片上的衍射线,(3分)而衍射仪衍射花样仅是平行于样品表面的晶面散射的结果。(3分)(000)(ī10)(-220)(-330)(002)(ī12)(-222)(-332)(004)(ī14)(-224)(-334)22如果在透射电子显微镜电子衍射中,电子束方向和某体心立方单晶晶体的[110]晶带轴方向相一致,试画出该晶体的衍射花样。(10分)七、高能电子与物质相互作用时,特征X射线与俄歇电子的产生有什么不同?(15分)23高能电子与物质相互作用时,特征X射线与俄歇电子的产生有什么不同?高能电子与物质相互作用时,可将原子的内层电子激发,使原子处于受激状态。处于受激状态的原子是不稳定的,外层的电子会力图跃迁至缺少电子的内层上以降低原子的能量[5分]。所降低的能量可以以不同的方式释放,当以光量子的形式放出时,光量子的频率与跃迁时降低的能量存在下列关系:h=E。当物质一定时,原子各层的能量一定,所以放出的光量子的频率或波长亦为定值。称为特征x射线[5分];能量降低有可能将另一电子激发出去,产生再一次电离,发射出具有特征能量的电子,称为俄歇电子[5分]。24.采用CuKa射线(=0.1542nm)照射Cr样品。已知衍射谱最初的三条线的峰值对应的角度分别为2θ=44.40,64.60和81.80,若Cr为体心立方结构,试求晶格常数a。(15分)根据布拉格方程2dsin=,2d1sin22.20=0.1542,2dsin32.30=0.1542和2d3sin40.90=0.1542,可分别求得d1=0.2041,d2=0.1443,和d3=0.1178。(5分)根据晶面间距公式d=a/sqrt(h2+k2+l2),(2分),又因为Cr为体心立方结构,根据结构消光规律,最初的三条线的峰值对应的衍射指数应该是(111)(200)(222),(5分)分别求得a1=0.3534,a2=0.2886,a3=0.3331(2分),求其平均a0=0.3250(nm)(1分)。
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