2013年秋季兰州理工大学《材料研究方法》期中考试复习题
材料研究方法复习题
1.根据下图，试推导Bragg方程，并对方程中主要参数范围的确定进行讨论。
答：1）Bragg方程推导：根据题图，有：相邻两个原子面上的原子散射波光程差δ= AE + AF = ABsinθ+ ABsinθ=2 ABsinθ= 2dsinθ干涉加强条件是，晶体中任意相邻两个原子面上的原子散射波在原子面反射方向的相位差为2π的整数倍，光程差等于波长的整数倍。
因此，干涉加强的条件为：2dsinθ= nλ即Bragg方程。
2）方程中主要参数范围的讨论：a. 根据布拉格方程，sinθ不能大于1，因此：nλ/2d =sinθ< 1，对衍射而言，n的最小值为1，所以在任何可观测的衍射角下，产生衍射的条件为λ<2d，这也就是说，能够被晶体衍射的电磁波的波长必须小于参加反射的晶面中最大面间距的二倍，否则不能产生衍射现象。
b.当x射线波长一定时,晶体中存在可能参加反射的晶面族也是有限的,它们必须满足d>λ/2, 即只有那些晶面间距大于入射x射线波长一半的晶面才能发生衍射2.什么是X射线谱，连续X射线谱的产生机理是什么？答：1）X射线谱：x射线的强度随波长而变化的曲线称为X射线谱。
2）具有连续波长的X射线，构成连续X射线谱，其产生机理为：能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。
单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱。
3.写出标识X射线谱的波长与阳极物质原子序数间的对应关系（莫塞莱定律），说明莫塞莱定律的意义。
答：1）莫塞莱定律：标识X射线谱的波长λ与原子序数Z关系为：1/λ=K/(Z-σ)22）莫塞莱定律的意义：莫塞莱定律指出了标识X射线谱的波长λ与阳极物质原子序数Z的关系，莫塞莱定律是X射线光谱分析中的重要理论基础。
用电子轰击待测试样辐射出标识X射线，并测定其波长，则可以知道试样中含有哪些元素。
同济大学2013材料研究方法真题
2013年同济大学《材料研究方法》真题
一．名词解释
1.特征X射线
2.二次电子
3.质后衬度
4.振转光谱
5.基团频率
二．简答题
1.写出Bragg方程，解释其中个参数的物理意义，并说明该方程在材料研究中的应用。
2.阐述SEM图像的衬度原理。
3.写出四种热分析技术名称，以及它们各自主要的应用领域。
4.写出胡克定律的数学表达式，并根据该表达式举例解释IR基团频率变化规律。
5.请阐述核磁共振谱图中化学位移产生的原因。
6.对未知材料进行剖析的大致步骤。
三．谱图题
1.画出一幅X射线衍射谱示意图，指出峰位表示方法，并说明通过该谱图可以得到材料哪些信息。
2.画出某一元素的波成色散示意图，并说明该图中各峰的物理意义。
3.画出某一材料的DTA曲线，并指出曲线中各个峰或台阶代表的物理意义。
4.画出一幅核磁共振示意谱图，并指出从中能获得哪些材料的信息。
材料科学与工程基础-期中期末复习考试题库
材料科学与⼯程基础-期中期末复习考试题库1.材料是由物质构成的，因⽽物质就是材料。
√××2.材料是指⽤来制造某些有形物体的基本物质。
√×√3.按照化学组成，可以把材料分为三种基本类型（A）⾦属材料、硅酸盐、有机⾼分⼦材料（B）陶瓷材料、⾼分⼦材料、钢铁（C）有机⾼分⼦材料、⾦属材料、⽆机⾮⾦属材料（D）有机材料、⽆机⾮⾦属材料、⾦属材料C4．在四个量⼦数中，m s是确定体系⾓动量在磁场⽅向的分量（ml）。
×5．在四个量⼦数中，m l决定电⼦⾃旋的⽅向（ms）。
×6．在四个量⼦数中，n是第⼀量⼦数，它决定体系的能量。
√7．在四个量⼦数中，l是第⼆量⼦数，它决定体系⾓动量和电⼦⼏率分布的空间对称性。
√8．原⼦中每个电⼦必须有独⾃⼀组四个量⼦数。
n,l,ml,ms√9．泡利不相容原理、能量最低原则和洪特规则是电⼦在原⼦轨道中排列必须遵循的三个基本原则。
√10．Na原⼦中11个电⼦的填充⽅式为1s22s22p53s2。
1s22s22p63s1×11．按照⽅框图，N原⼦中5个价电⼦的填充⽅式为×12．Cu原⼦的价电⼦数是___3___个。
×13．S原⼦的价电⼦数是5个。
×2 .⾦属键既⽆⽅向性，也⽆饱和性。
√3. 共价键中两个成键电⼦的⾃旋⽅向必须相反。
√4.元素的电负性是指元素的原⼦在化合物中把电⼦引向⾃⼰的能⼒。
√5.两元素的电负性相等或接近，易形成离⼦键，不易形成共价键。
×6.两元素的电负性差较⼤，易形成离⼦键，不易形成共价键。
√7.离⼦键的基本特点是以离⼦⽽不是以原⼦为结合单元。
√8.范德华⼒既⽆⽅向性亦⽆饱和性，氢键有⽅向性但⽆饱和性。
×9.范德华⼒既⽆⽅向性亦⽆饱和性，氢键有⽅向性和饱和性。
√10.绝⼤多数⾦属均以⾦属键⽅式结合，它的基本特点是电⼦共有化。
×11．共价键既有饱和性⼜有⽅向性。
2012年材料研究方法考试试题
2012年材料研究方法考试试题
一．简答题（5x8’）
1.Kα射线与Kβ射线
2.热重分析原理与差热分析原理
3.二次电子象与背散射电子象
4.电子显微镜分析中的波长色散与能力散射（WDS与EDX）
5.红光谱分析与拉曼光谱分析
二．论述题。
1.分别解释下列空间点群符号代表的空间格子类型、晶系、各主要方位对称要
素、点群、对称型。
（10’）
举例：F-m3m:棉芯格子、立方晶系、c:4/m,a+b+c:-3,a+b:2/m,点群m3m，对称
型3L44L36L29PC
2.面心格子的晶体，如Fm-3m，在X射线衍射中，（100）、（120）及（111）
面网各能否产生衍射效应？为什么？（15’）
3.试论述连续X射线及特征X射线产生的原理，对Cu靶产生的K系X射线，如
何过滤Kβ射线？（15’）
4.试推导布拉格方程，并讨论方程中的反射级次n。
（10’）
5.试从倒易球理论推导电子衍射方程，并绘制立方晶系的（100）o层倒易面。
（10’）
三、附加题（二选一，全部正确得三分，若做两题，则两题要全部对，得三分）
1.给出下列仪器分析方法缩写符号的英文全称；
XRD XRF EPMA SEM TEM IR AES XPS
2.给出七个晶系的英文全称。
材料科学研究方法复习大纲参考答案
2012级《材料科学研究方法Ⅰ》复习大纲一、 本学期各章所留作业的习题； 二、补充思考题:1.在UV-VIS 范围内，从原理上比较分子荧光、磷光的异同点，并比较它们的吸收现象。
电子从最低激发单线态S1回到单线态S0时，发射出光子称为荧光。
当电子从最低激发单线态S1进行间窜越到最低激发三线态T1,再从T1回到单线态S0时，发射出光子称为磷光。
2.什么是荧光淬灭？举例说明怎样利用荧光淬灭来进行化学分析？荧光分子与溶剂或其他溶质分子之间的相互作用，使荧光强度减弱的作用称为荧光淬灭。
3.在实际中，怎样区分荧光和磷光？ 荧光物质的荧光寿命一般为10610~10--s 。
最长为610-s 。
停止光照射荧光即熄灭；磷光波长较长，可达数秒至数十秒，停止光照射后还会在短时间内发射。
4.比较荧光光谱法和紫外光谱法的仪器特点。
1、荧光有两个单色器，在样品池前设一激发单色器，光经激发单色器滤光后照射样品池，样品产生的荧光经过第二个单色器——发色光单色期后进入检测器；2、为避免激发单色器的辐射光被检测，在垂直与入射光的方向测定荧光或磷光的相对强度。
因此，发射单色器与激光单色器互成直角。
5.分子结构对分子荧光的影响主要主要有几个表现。
环境对分子荧光的影响主要主要有几个表现。
分子结构：跃迁类型、共轭效应、取代基效应、结构刚性效应。
环境因素：溶剂效应、温度的影响、ph 的影响。
6. 苯甲醛能发生几种类型的电子跃迁？在近紫外区能出现哪几种吸收带？溶剂极性对紫外光谱有何影响 ？7.解释下列名词（1）拉曼效应 在光的散射现象中的一种特殊效应，和X 射线散射的康普顿效应类似，光的频率在散射后会发生变化，频率的变化决定于散射物质的特性。
（2）拉曼位移 拉曼位移，当激发光与样品分子作用时，如果光子与分子碰撞后发生了能量交换，光子将一部分能量传递给了样品分子或从样品分子获得一部分能量，从而改变了光的频率。
（3）拉曼光谱 拉曼散射的光谱。
华理研究生 材料研究方法-陈奇老师部分复习题
材料研究方法 部分复习题 （陈奇老师部分）◆◆◆ 试说明原子吸收分光光度法的基本原理。
◆◆◆ 原子吸收分光光度计以单光束型仪器为例，其仪器主要由哪些主要部分组成？仪器操作条件的选择有哪些内容？◆◆◆ 以标准曲线法为例，说明原子吸收分光光度法的定量分析操作。
◆◆◆ 热失重分析主要可以来检测哪些物理和化学和变化过程？◆◆◆ 试述热失重分析的基本原理。
影响热失重曲线的因素有哪些？请说明下样品重量和升温速率对DTA 、TG 曲线的影响。
◆◆试述差热分析的基本原理。
影响差热曲线的因素有哪些？请分析下图的热重曲线。
◆◆◆ 在无机材料研究中，差热分析主要可用于检测哪些特性？若玻璃存在分相，DTA 曲线上会有何特征？◆◆◆利用失重曲线如何分析材料的热稳定性？请说明之。
在DTA 曲线上，利用哪几个峰的数值可以衡量玻璃稳定性的大小，请写出计算公式。
◆◆◆ 试说明如何利用DSC 曲线来分析玻璃的析晶动力学（等温和非等温分析）。
◆◆◆ 请说明光密度、吸收系数、消光系数、紫外截止波长和紫外本征吸收波长。
◆◆◆ 说明着色离子吸收的原因。
哪些因素会影响Cu 2+的吸收峰？◆◆◆ 玻璃的结构和组分会怎样影响相应的紫外吸收限？◆◆◆ 试比较红外光谱和拉曼光谱的主要异同点？◆◆◆ 写出拉曼光谱法的分析特点。
哪类基团引起的振动峰会同时显现在IR 和Raman 谱上？◆◆◆石英玻璃中引入Na 2O 后在结构中会产生非桥氧，请问红外光谱（IR ）的图谱有何变化？请画出简图并说明之。
◆◆◆ 影响红外图谱的因素有哪些？◆◆◆ 试阐述X 射线衍射分析法在材料分析中的应用。
◆◆◆ X 射线衍射分析法中定性确定物相成分的一般步骤是什么？XRD 图谱上哪些数据较重要？◆◆◆ X 射线衍射分析法中常用的定量分析法有哪三种？举一种说明之。
✹✹✹ 物质的表面分析包括什么主要内容?✹✹✹以下是材料分析测试中一些常用分析方法的英文缩写。
请用中文和英语写出它们的全名称。
《材料现代研究方法》复习题及答案
10．在选择滤波片时，当靶材原子序数Z靶＜40时，Z滤波片=（Z靶-1）；
Z靶≥40时，Z滤波片=（Z靶-2）
11．德拜相机底片的安装方法包括（正装法）、（反装法）、（不对称安装），其中（不对称安装）比较常用。
12．X-Ray衍射仪的结构主要包括（X-Ray发生装置）、（测角仪）、（X-Ray探测器）、（记录系统）。
七试推导内标法的基本公式并说明其意义。
设n个相的质量分别为W1 W2 W3…..Wn，总质量为W= W1+W2+W3…..+Wn，试样中加入的标准物质为S，其质量为Ws。第j相质量为Wj。 为第j相在为加入标准物质时的质量分数， ，为加入标准物质之后的质量分数， 为s相在新式样中的质量分数。
，
则 ，
4．什么是热分析参比物？选用原则是什么？经常用的参比物有哪些？
参比物是在测定条件下不产生任何热效应的惰性物质，应选择整个测温范围无热反应、比热与导热性及粒度与试样相近的作为参比物，如α－Al2O3（经1270K煅烧的高纯氧化铝粉，α－Al2O3晶型）
5.什么是磁透镜的像差？有哪些种类？其形成原因和减少的措施是什么？
名词解释有错的地方说一下啊
x-ray强度：单位时间内通过垂直于X-ray传播方向的单位截面的X-ray的能量
吸收限:物质的质量吸收系数随波长 变化发生突变时的临界波长
结构消光：由两个以上等同点构成的复杂晶体，除了遵守各自所属的点阵消光外还会附加的消光
景深：成像时像平面不动，在满足成像清晰的前提下，物平面沿轴线前后可移动的距离
像差是指从物平面上一点散射出来的电子束不一定全部汇聚一点，或物平面上各点并不是按比例成像于同一像平面而导致图像模糊不清或与原物几何形状不成比例的现象。包括几何相差和色差。几何相差主要包括球差和像散。球差是由于电磁透镜磁场对近轴电子和远轴电子的会聚能力不同引起的，可通过减小电磁透镜孔径角来改善。像散是由于透镜的磁场不是旋转对称磁场引起的，可加装消像散器来改善。色差是由于入射电子的波长不单一引起的，可通过稳定电压与电流、减小试样厚度来改善。
材料分析方法试题(2)精选全文
可编辑修改精选全文完整版《材料科学研究方法》考试试卷（第一套）一、 1、基态 2、俄歇电子 3、物相分析 4、 色散 5、振动耦合 6、热重分析一．填空题（每空1分，选做20空，共20分，多答不加分）1. 对于X 射线管而言，在各种管电压下的连续X 射线谱都存在着一个最短的波长长值，称为 ，当管电压增大时，此值 。
2. 由点阵常数测量精确度与θ角的关系可知，在相同条件下，θ角越大，测量的精确度 。
3. 对称取代的S=S 、C ≡N 、C=S 等基团在红外光谱中只能产生很弱的吸收带（甚至无吸收带），而在 光谱中往往产生很强的吸收带。
4. 根据底片圆孔位置和开口位置的不同，德拜照相法的底片安装方法可以分为： 、 、 。
5. 两组相邻的不同基团上的H 核相互影响，使它们的共振峰产生了裂分，这种现象叫 。
6. 德拜法测定点阵常数，系统误差主要来源于相机的半径误差、底片的伸缩误差、样品的偏心误差和 。
7. 激发电压是指产生特征X 射线的最 电压。
8. 凡是与反射球面相交的倒易结点都满足衍射条件而产生衍射，这句话是对是错？ 。
9. 对于电子探针，检测特征X 射线的波长和强度是由X 射线谱仪来完成的。
常用的X 射线谱仪有两种：一种 ，另一种是 。
10. 对于红外吸收光谱，可将中红外区光谱大致分为两个区： 和 。
区域的谱带有比较明确的基团和频率对应关系。
11. 衍射仪的测量方法分哪两种： 和 。
12. DTA 曲线描述了样品与参比物之间的 随温度或时间的变化关系。
13. 在几大透镜中，透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于 。
14. 紫外吸收光谱是由分子中 跃迁引起的。
红外吸收光谱是由分子中跃迁引起的。
15. 有机化合物的价电子主要有三种，即 、 和 。
16. 核磁共振氢谱规定，标准样品四甲基硅δ TMS ＝ 。
17. 红外吸收光谱又称振-转光谱，可以分析晶体的结构，对非晶体却无能为力。
此种说法正确与否？0λ18.透射电子显微镜以 为成像信号，扫描电子显微镜主要以 为成像信号。
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2013年秋季兰州理工大学研究生《材料研究方法》考试复习题
一、名词解释
1）短波限
各种管电压下的连续X射线谱都具有一个最短的波长值，该波长值称为短波限。
P6。
2）吸收限
吸收限是指对一定的吸收体，X射线的波长越短，穿透能力越强，表现为质量吸收系数的下降，但随着波长的降低，质量吸收系数并非呈连续的变化，而是在某些波长位置上突然升高，出现了吸收限。
每种物质都有它本身确定的一系列吸收限。
P13。
3）特征X射线
U时，在连续谱的某些特当加于X射线管两端的电压增高到与阳极靶材相应的某一特定值
k
定的波长位置上，会出现一系列强度很高、波长范围很窄的线状光谱，它们的波长对一定材料的阳极靶有严格恒定的数值，此波长可作为阳极靶材的标志或特征，故称为特征X射线。
P8。
4）相干散射
当入射线与原子内受核束缚较紧的电子相遇，光量子不足以使原子电离，但电子可在X射线交变电场作用下发生受迫振动，这样的电子就成为一个电磁波的发射源，向周围辐射电磁波，这些散射波之间符合波长相等、频率相同、位相差相同的光的干涉条件，故称相干散射。
P11。
5）光电效应
光电效应是入射X射线的光量子与物质原子中电子相互碰撞时产生的物理效应。
当入射光量子的能量足够大时，可以从被照射物质的原子内部（例如K壳层）击出一个电子，同时外层高能态电子要向内层的K空位跃迁，辐射出波长一定的特征X射线。
这种以光子激发原子所发生的激发和辐射过程称为光电效应。
P12。
6）晶带面
在晶体结构和空间点阵中平行于某一轴向的所有晶面均属于同一个晶带，这些晶面叫做晶带面。
P24。
7）系统消光
我们把因原子在晶体中位置不同或原子种类不同而引起的某些方向上的衍射线消失的现象称之为系统消光。
P35。
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而造成的像差。
P111。
9）像散
像散是由于电磁透镜磁场的非旋转对称性而引起的像差。
P112。
10）色差
是由于入射电子波长（或能量）的非单一性所造成的。
P112。
11）倒易点阵
倒易点阵是在晶体点阵的基础上按照一定的对应关系建立起来的空间几何图形，是晶体点阵的另一种表达形式。
二、简答题
1、试说明电子束入射固体样品表面激发的主要信号、主要特点和用途。
P183-185。
2、扫描电镜的分辨率受哪些因素影响? 给出典型信号成像的分辨率，并说明原因。
P188
3、透射电镜中有哪些主要光阑？在什么位置？其作用如何？P124。
4、何为波谱仪和能谱仪？说明其工作的三种基本方式，并比较波谱仪和能谱仪的优缺点。
P198。
5、决定X 射线强度的关系式是
M c
e A F P V V mc e R I I 2222
2230)()(32-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=θθφπλ， 试说明式中各参数的物理意义?
6、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？
7、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？
三、计算题
1、在立方点阵中画出下面的晶面和晶向。
2、已知面心立方铝的点阵常数a=0.40491nm ，今用CuKα（λ=1.5406Å）辐射在衍射仪上扫
描测试其粉末样品，试问其最低角的三条衍射线是由哪三个晶面衍射产生的？他们的衍射角各为多少？
3、画出面心立方（或体心立方）晶体[001]晶带的标准零层倒易截面图，只画出中心点周围的8个倒易阵点即可。
P140
1、已知铝的点阵常数a=0.405nm ，今用CuKα（λ=1.5406Å）辐射在衍射仪上扫描测试其粉末样品，试问其最低角的三条衍射线是由哪三个晶面衍射产生的？分别计算这三个衍射角及三条衍射线的强度（忽略温度因数和吸收因数的影响）。
原子散射因子
解：根据布拉格方程λθ=sin 2d ，当λ一定，θ是反射面面间距d 的函数。
在立方晶系中：222L
K H a
d ++= 代入布拉格方程，得：()
22222
24sin L K H a ++=λθ 在面心立方中，只有当H 、K 、L 全为奇数或全为偶数时才能产生衍射。
因此最低角的三条衍射线是{111}、{200}和{220}三个晶面衍射产生的。
{111}晶面衍射产生的衍射峰角度为：
()()
2222222222
211105.445406.14sin ++⨯=++=L K H a λθ=0.1085 3294.0sin =θ，θ=19.23°，()==15406
.03294.0sin nm λθ 2.138 ()()
()0.2138.20.20.395.875.795.8---+=Al f =8.7844 {200}晶面衍射产生的衍射峰角度为：
()()
2222222222
200205.445406.14sin ++⨯=++=L K H a λθ=0.1447 3804.0sin =θ，θ=22.36°，()==15406
.03804.0sin nm λθ 2.469 ()()
()0.2469.20.20.395.875.795.8---+=Al f =8.3872 {220}晶面衍射产生的衍射峰角度为：
()()
2222222222
202205.445406.14sin ++⨯=++=L K H a λθ=0.2894 5380.0sin =θ，θ=32.54°，()==15406
.05380.0sin nm λθ 3.492 ()()
()0.3492.30.30.475.76.675.7---+=Al f =7.1842 忽略积分常数，吸收因数()θA 和温度因数M e
2-的影响，它们的相对积分强度为： θ
θθcos sin 2cos 1P F 222HKL +=相对I 当H 、K 、L 全为奇数或全为偶数时，22HKL 16F f =
Al 是面心立方结构，{111}、{200}和{220}三个晶面对应的多重因子依次为8，6，12。
对应的原子散射因数为8.7844，8.3872，7.1842
{111}晶面的衍射强度为：
()23
.19cos 23.19sin 23.192cos 187844.861cos sin 2cos 1P F 222222HKL ⨯⨯+⨯⨯⨯=+=θθθ相对I =155570.76 {200}晶面的衍射强度为：
()36
.22cos 36.22sin 36.222cos 163872.861cos sin 2cos 1P F 222222HKL ⨯⨯+⨯⨯⨯=+=θθθ相对I =75930.80 {220}晶面的衍射强度为：
()54
.32cos 54.32sin 54.322cos 1211842.761cos sin 2cos 1P F 222222HKL ⨯⨯+⨯⨯⨯=+=θθθ相对I =47842.39 设相对强度最大{111}晶面的衍射强度为100，则{200}晶面的衍射强度为：
100155570.7675930.80⨯=48.81 则{220}晶面的衍射强度为：
100155570.76
47842.39⨯=30.75 4、画出面心立方（或体心立方）晶体[001]晶带的标准零层倒易截面图，只画出中心点周围的8个倒易阵点即可。
P140
答：根据晶带定理，[001]晶带的零层倒易截面的{hkl }晶面指数应满足以下条件：
hu+kv+lw =0
即0100=⨯+⨯+⨯l k h
整理得l =0，即{hk 0}型晶面满足条件
另考虑面心立方晶体的消光条件，只有hkl 为同性数时，0≠hkl F （0作偶数） 因为l =0为偶数，所以hk 必为偶数，即hk 为0，-2，2
所以面心立方晶体[001]晶带零层倒易截面000中心点周围的8个倒易阵点指数应为200、002、020、020、220、022、202、022。
正右面为200阵点，则正左面为002阵点，020阵点与200阵点垂直，取正上位，则020阵点位于正下方，200阵点和020阵点的矢量和是220，002阵点和020阵点的矢量和是022，002阵点和020阵点的矢量和是202，200阵点和020阵点的矢量和是022。
最后完整的标准零层倒易截面图如下：
020 220
2 20 022 2 22。