材料研究方法作业题目及答案(全)-polymer-xiaoyi

材料研究方法作业题目及答案（全）

此版本为老师布置的所有题目及答案。答案内容参考了PPT、书以及其他版本的答案，并对某些部分做出了较大改动。仅作复习参考！

刘学良老师部分

第3章X射线衍射分析

1、X射线的波长范围大致为多少？X射线产生的基本原理及X射线管的基本结构。

1】X射线的波长范围：X射线是一种波长为10-2~102Å的电磁波，介于紫外线和γ射线之间。

2】X射线产生的基本原理：凡是高速运动的电子流或其他高能辐射流（γ射线、X射线、中子流等）被突然减速时均能产生X射线。

3】X射线管的基本结构：X射线管的本质是一个真空二极管，基本结构包括：

①一个热阴极——绕成螺线形钨丝

②一个阳极——铜质底座上镶以阳极靶材料，如W、Ag、Mo、Cu、Ni、Co、Fe、Cr等，产生不同特征的X射线

③窗口——用对X射线吸收极少的材料，如Be、Al、轻质玻璃等制成。

④管内高真空10-7Toor

2、X射线谱的基本类型及其特点。

X射线强度I随波长λ的变化曲线称为X射线谱，其基本类型有：

①连续X射线（白色X射线）——特点：1】由连续的各种波长组成；2】强度

随波长连续变化

②特征X射线（标识X射线）——特点：1】波长一定、强度很大2】只有当管

电压超过V k（激发电压）时才会产生3】与X射线管的工作条件无关，只取决于光管阳极靶材料，不同的阳极靶材料具有特定的特征谱线

3、描述X射线与物质的相互作用（俄歇效应与光电效应等）

X射线透过物质后会变弱，这是由于入射X射线与物质相互作用的结果，作用过程会产生物理（如X射线的散射和吸收）、化学（破坏物质的化学键、促使新键形成）和生化过程（促进物质合成，导致新陈代谢发生变化）。

具体作用如下图所示：

由图可见，当一束X射线通过物质时，其能量可分为三个部分：一部分被散射，一部分被吸收，其余部分则透过物质按方向继续传播。

其中：

康普顿效应——散射光中除了有原波长λ0的X光外，还产生了波长λ>λ0的X光，其波长的增量随散射角的不同而变化

俄歇效应——当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关

光电效应——在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。

4、X射线衍射的几何条件（布拉格方程或定律）

X射线通过物质（晶体）后衍射线特征包括方向（空间的分布规律）和强度，其中眼射线的方向与晶体的点阵参数（晶胞大小和形状）、入射线的方位及X射线波长有关，具体表现为三个方程：劳厄方程式、布拉格定律和倒易空间衍射公式（埃瓦尔德图解）。

其中布拉格定律表明：只有晶面距离d>λ/2的晶面才能产生衍射；对于d一定的晶面，λ≤2d才嫩产生衍射，实际上λ与晶格参数差不多。

5、X射线衍射分析的方法主要有哪些？各自的特点是什么？（注意λ与θ的变化情况）

1】劳厄法（λ变，θ不变）：利用连续的X射线照射固体的单晶体，产生衍射的方法，可分为透射和背射两种方法，主要用来测晶体的取向。

特点：底片记录的衍射花样是有许多斑点组成（劳厄斑点），在透射法中，同一晶带的衍射斑点在某一椭圆上，二背射法则落在双曲线中。

2】转晶法（λ不变，θ部分变化）：利用单色X射线转动单晶体的衍射方法，主要用来测单晶试样的细胞参数。

特点：其衍射斑点分布在一系列的平行线（层线）

3】粉末照相法（λ不变，θ变）：用单色X射线（标识X射线）照射多晶体或粉末试样，并用照相底片记录衍射图的衍射方法。

特点：①所需样品少②所有从试样发出的衍射线，几乎全部记录在同一张底片上，便于保存。

4】衍射仪法（λ不变，θ变）：用射线探测器和测角仪探测衍射线的强度和位置。特点：用绕轴转动的探测器替代了照相底片。

6、X射线衍射物相分析的基本原理（I/I0、2θ）

材料中的一种结晶物质称为一个相。利用X射线的方法确定材料中包括哪几种结晶物质或某种物质以何种结晶状态存在，叫做物相分析。

X射线衍射线的位置决定于晶胞的形状和大小，即决定于各晶面的晶面间距，而衍射线的强度决定于晶胞内原子种类、数目及排列方式，每种结晶物质具有独特的衍射花样，且试样中不同物质的衍射花样同时出现互不干涉，某物相的衍射强度取决于它在试样中的相对含量，当试样的衍射图谱中d值和I/I0与已知物质的数值一致时，即可判定试样中含有该已知物质。

7、说明X射线衍射仪法定性分析物相组成的基本过程。

1】制样

2】用粉末照相法或粉末衍射仪法获取被测试样物相的衍射图样

3】分析和计算衍射图样，获得各衍射线条的2θ、d及相对强度大小I/I1

4】通过检索手册查询物相PDF卡片号

5】若是多物相分析，则在第4】步完成后，对剩余的衍射线重新根据相对强度排序，重复4】步骤，直至全部衍射线能基本得到解释

8、何为X射线和荧光X射线？

X射线：X射线是一种波长为10-2~102Å的电磁波，介于紫外线和γ射线之间。高速运动的电子流或其他高能辐射流（γ射线、X射线、中子流等）被突然减速时均能产生X射线。

荧光X射线：当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，变产生荧光X射线，其能量等于两能级之间的能量差。

9、X射线荧光光谱分析的基本原理及主要用途。

基本原理：

荧光X射线的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。测出荧光X射线的波长或能量,根据莫斯莱定律就可以知道元素的种类——定性分析基础。此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，即光X射线强度I i与试样中该元素的含量W i成正比——定量分析基础

主要用途：

1】定性分析：根据荧光X射线的波长或能量可以确定元素的成

2】定量分析：依据元素的荧光X射线强度I i与试样中该元素的含量W i成正比

其应用范围：电子磁性材料、化学工业、石油和煤炭、陶瓷和水泥、钢铁、有色金属、环境、农业和食品、纸张和纸浆等领域。

10、X射线分析的主要用途。

1】对物质进行定性分析，及确定物质中所包含的结晶物质以何种结晶状态存在；

2】对物质中某物相进行定量分析；

3】研究晶体结构：①确定晶体所属晶系，推算出单元晶胞的形状大小；②确定单位晶胞的原子数③确定个原子在单位晶胞中的位置④研究晶体的生长、形变、相变、取向、结构缺陷、结晶度等方面

4】X射线小角度散射

5】聚合物的晶体结构、晶粒尺寸测量、膜厚的测定等

6】X射线围观应力测定

XRD 即X-ray diffraction 的缩写，X射线衍射

EDXRF 能量色散型荧光X射线

第7章核磁共振分析

1、核磁共振的类型

1】按测定技术分类：①高分辨溶液NMR谱②固体高分辨NMR谱③宽谱线NMR

谱

2】按测定对象分类：①1H-NMR谱（测定对象为氢原子核）②13C-NMR谱（测定对象为碳原子核）③氟谱、磷谱、氮谱等

2、产生核磁共振的条件

1)核有自旋(磁性核)

2)外磁场,能级裂分

3)辐射频率与外磁场的比值v0/ H0=γ/(2π)