现代材料测试技术期末测试题

现代材料测试技术,期末复习试题精选

《材料现代分析测试技术》思考题

1.电子束与固体物质作用可以产生哪些主要的检测信号？这些信号产生的原理是什么？它们有哪些特点和用途？

(1)电子束与固体物质产生的检测信号有：特征X射线、阴极荧光、二次电子、背散射电子、俄歇电子、吸收电子等。

(2)信号产生的原理：电子束与物质电子和原子核形成的电场间相互作用。

(3)特征和用途：

①背散射电子：特点：电子能量较大，分辨率低。用途：确定晶体的取向，晶体间夹角，晶粒度及晶界类型，重位点阵晶界分布，织构

分析以及相鉴定等。

②二次电子：特点：能量较低，分辨率高。用途：样品表面成像。

③吸收电子：特点：被物质样品吸收，带负电。用途：样品吸收电子成像，定性微区成分分析。

④透射电子：特点：穿透薄试样的入射电子。用途：微区成分分析和结构分析。

⑤特征X射线：特点：实物性弱，具有特征能量和波长，并取决于被激发物质原子能及结构，是物质固有的特征。用途：微区元素定性

分析。

⑥俄歇电子：特点：实物性强，具有特征能量。用途：表层化学成分分析。

⑦阴极荧光：特点：能量小，可见光。用途：观察晶体内部缺陷。

2.什么是电子散射，相干弹性散射和不相干弹性散射？电子衍射的成像基础是什么？

①电子散射：当高速运动的电子穿过固体物质时，会受到原子中的电子作用，或受到原子核及周围电子形成的库伦电场的作用，从而改

变了电子的运动方向的现象叫电子散射

②相干弹性散射：一束单一波长的电子垂直穿透一晶体薄膜样品时，由于原子排列的规律性，入射电子波与各原子的弹性散射波不但波

长相同，而且有一定的相位关系，相互干涉。

③不相干弹性散射：一束单一波长的电子垂直穿透一单一元素的非晶样品时，发生的相互无关的、随机的散射。

④电子衍射的成像基础是弹性散射。

3.电子束与固体物质作用所产生的非弹性散射的作用机制有哪些？

非弹性散射作用机制有：单电子激发、等离子激发、声子发射、轫致辐射

①单电子激发：样品内的核外电子在收到入射电子轰击时，有可能被激发到较高的空能级甚至被电离，这叫单电子激发。

②等离子激发：高能电子入射晶体时，会瞬时地破坏入射区域的电中性，引起价电子云的集体振荡，这叫等离子激发。

③声子发射：入射电子激发或吸收声子后，使入射电子发生大角度散射，这叫声子发射。

④轫致辐射：带负电的电子在受到减速作用的同时，在其周围的电磁场将发生急剧的变化，将产生一个电磁波脉冲，这种现象叫做轫致

辐射。

4.电子束激发固体物质产生二次电子和背散射电子是如何形成的？他们的成像有何异同点？在材料检测中有何应用？

1）二次电子产生：单电子激发过程中，被入射电子轰击出来并离开样品原子的核外电子。应用：样品表面成像，显微组织观察，断口形貌观察等

2）背散射电子：受到原子核弹性与非弹性散射或与核外电子发生非弹性散射后被反射回来的入射电子。应用：确定晶体的取向，晶体间夹角，晶粒度及晶界类型，重位点阵晶界分布，织构分析以及相鉴定等。

3）成像的相同点：都能用于材料形貌分析

成像的不同点：二次电子成像特点：（1）分辨率高（2）景深大，立体感强（3）主要反应形貌衬度。背散射电子成像特点：（1）分辨率低（2）背散射电子检测效率低，衬度小（3）主要反应原子序数衬度。

5.特征X射线是如何产生的，其波长和能量有什么特点，有哪些主要的应用？

特征X-Ray产生：当入射电子激发试样原子的内层电子，使原子处于能量较高的不稳定的激发态状态，外层的电子会迅速填补到内层电子空位上，并辐射释放一种具有特征能量和波长的射线，使原子体系的能量降低、趋向较稳定状，这种射线即特征X射线。

波长的特点：不受管压、电流的影响，只决定于阳极靶材元素的原子序。

应用：物质样品微区元素定性分析

6.俄歇电子是怎样产生的？对于孤立的原子来说，能够产生俄歇效应的最轻元素是什么？

俄歇电子的产生：当入射电子激发试样原子的内层电子，使原子处于能量较高的不稳定的激发态状态，外层的电子会迅速填补到内层电子空位上，原子从激发态转变到基态释放的多余能量传给另一外层电子，使其脱离原子系统，成为二次电子，这种二次电子称为俄歇电子。

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能够产生俄歇效应的最轻元素是铍。

7. 特征X 射线的波长与阳极靶材的原子序数有什么关系？K α谱线的强度与K β谱线的强度哪一个大一些？

① 莫塞莱定律得到关系式：)(12σλ-=z K ，这定律表明，阳极靶材的原子序数越大，相应于同一系的特征谱波长越短。 ②K α谱线是电子从L 层跃迁到K 层所发射的，K β谱线是M 层电子向K 层空位补充所发射的。由莫塞莱定律可以得出，K α波长比K β波长大，但由于在K 激发态下，L 层电子向K 层跃迁的几率远大于M 层跃迁的几率，所以K α谱线的强度约为K β的五倍。

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