同濟大學材料研究方法《材料研究方法》課后習題答案

1、1《材料研究方法》課后習題答案《材料研究方法》課后習題答案第1章1、材料是如何分類的？材料的結構層次有哪些？、材料是如何分類的？材料的結構層次有哪些？答：材料按化學組成和結構分為：金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、復合材料；按性能特征分為：結構材料、功能材料；按用途分為：建筑材料、航空材料、電子材料、半導體材料、生物材料、醫(yī)用材料。材料的結構層次有：微觀結構、亞微觀結構、顯微結構、宏觀結構。2、材料研究的主要任務和對象是什么，有哪些

2、相應的研究方法？、材料研究的主要任務和對象是什么，有哪些相應的研究方法？答：任務任務：材料研究應著重于探索制備過程前后和使用過程中的物質變化規(guī)律，也就是在此基礎上探明材料的組成(結構)、合成(工藝過程)、性能和效能及其之間的相互關系，或者說找出經一定工藝流程獲得的材料的組成(結構)對于材料性能與用途的影響規(guī)律，以達到對材料優(yōu)化設計的目的，從而將經驗性工藝逐步納入材料科學與工程的軌道.研究對象和相應方法見書第三頁表格。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：按研究儀器測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，后者為衍射法和成分譜分析。第2章1、簡述現(xiàn)代材料研究的主簡述現(xiàn)代材料研究的主X射線實驗方法在材料研究中有那些主要應用？射線實驗方法在材料研究中有那些主要應用？答：現(xiàn)代材料研究的主X射線實驗方法在材料研究中主要有以下幾種應用：（1）X射線物相定性分析：用于確定

4、物質中的物相組成（2）X射線物相定量分析：用于測定某物相在物質中的含量（3）X射線晶體結構分析：用于推斷測定晶體的結構2、試推導、試推導BraggBragg方程方程并對方程中的主要參數(shù)的范圍確定進行討論并對方程中的主要參數(shù)的范圍確定進行討論.答：見書第97頁。3、X射線衍射試驗主要有那些方法射線衍射試驗主要有那些方法他們各有哪些應用，方法及研究對象他們各有哪些應用，方法及研究對象.答：實驗方法所用輻射樣品照相法衍射儀法粉末法勞厄法轉晶法

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動或固定樣品固定樣品轉動或固定德拜照相機勞厄相機轉晶回擺照相機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驗方法有：粉末法，勞厄法和轉晶法三種。由于粉末法在晶體學研究中應用最廣泛，而且實驗方法及樣品的制備簡單，所以，在科學研究和實際生產中的應用不可缺少；而勞厄法和轉晶法主要應用于單晶體的研究，特別是在晶體結構的分析中必不可少，在某種場合下是無法替代的。第3章1、如何提高顯微鏡

6、分辨本領，電子透鏡的分辨本領受哪些條件的限制？、如何提高顯微鏡分辨本領，電子透鏡的分辨本領受哪些條件的限制？34)工作束流小，對樣品的污染作用小。5)能進行低倍X射線掃描成象，得到大視域的元素分布圖。6)分辨本領比較低，只有150eV(波譜儀可達10eV)。7)峰背比小，一般為100，而波譜儀為1000。8)Si(Li)探測器必須在液氮溫度(77K)下使用，維護費用高。5、為什么透射電鏡的樣品要求非常薄，而掃描電鏡無此要求？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。掃描電鏡是通過電子束轟擊樣品表面激發(fā)產生的物理信號成像的，電子束不用穿過樣品。6、電鏡有哪些性質，環(huán)境掃描電鏡中“環(huán)境”指什么？電鏡有哪些性質，環(huán)境掃描電鏡中“環(huán)境”指什么？1)用電子束作照明源，顯微鏡的分辨本領要高得多分辨本領：２－３nm，可以直接分辨原子，并且還能進行納米尺度的晶體結構及化學組

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：由透鏡磁場幾何形狀上的缺陷而造成的4)色差：由電子波的波長發(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：高分辨電鏡可用來觀察晶體的點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構在電子束方向上的投影，因此又稱為結構像。加速電壓為100kV或高于100kV的透射電鏡(或掃描透射電鏡)，只要其分辨本領足夠的高，在適當?shù)臈l件下，就可以得到結構像或單原子像。并不是所有分辨率高的電鏡都能進行結構像的分析。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用上有哪些區(qū)別？射線譜儀從工作原理和應用上有哪些區(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和產生此射線的樣品材料的原子序數(shù)有一確定的關系。只要測出特征X射線的波長，就可確定相應元素的原子序數(shù)。又因為某種元素的特征X射線強度與該元素在樣品中的濃度成比例，所以只要測出這種特征X射線的強度，就可計算出該元素的相對含量。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）電子衍射的特點是什么？（尤其透射電鏡中的）電子衍射的特點是什么？答：（1）.透射電鏡常用雙聚光鏡照明系統(tǒng)，束斑直徑為1~2μm，經過雙聚光鏡的照明束相干性較好。（2）.透射電鏡有三級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長度。普通電子衍射裝置相機長度一般為500mm左右，而透射電鏡長度可達1000~5000mm。（3）.可以通過物鏡和中間鏡的密切配合，進行選區(qū)電子衍射，使成像區(qū)域和電子衍射區(qū)域統(tǒng)一起來，