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北京化工大学2007——2008学年 第 2 学期
《材料科学研究方法》期末考试试卷(A卷)
一、名词解释（每题2分，共20分）
特征X射线谱：当入射波增大到与阳极靶相适应的强度时，会在连续谱上出现一系列强度高、范围窄的线状谱线，这些谱线都是与特定的物质有严格恒定的关系，因此称为特征X射线谱。
布拉格方程式：散射线发生相干衍射，也可以称为晶面反射所必需满足的条件。方程式为2dsinθ= nλ.其中d为晶面间距，θ为入射线或反射线与晶面的夹角，λ为入射线波长，n为衍射级数。
结构因数：结构因数是表征单细胞对衍射强度的影响，只与原子的种类，在晶胞中的位置有关，而与晶胞大小和形状无关。
内应力：当加于物体上的外力消失时，由于材料形变和体积变化不均匀而残留在物体内部且自身保持平衡的力。
电磁透镜：用磁场使电子束聚焦成像的装置。
电子衍射操：将倒易点阵转化成正空间点阵，并记录下来的操作方法
消光距离：消光距离：在物体深度方向由于衍射线与透镜线动力学相互作用，产生沿深度方向的强烈的电子波振荡，电子波振荡的周期叫消光距离
差热分析法：在仪器控温下，测量样品温度随温度或时间变化，从而研究物质的结构、组成等性质变化的方法。
膨胀分析：测量试样在加热或冷却时长度的变化，来研究物体内部结构、性能等的一种分析方法。
电阻分析：通过测量样品电阻变化，来获得物体组结和结构变化规律的一种方法。
二、选择题（每题只选一个答案，每题2分，共30分）
1.X射线在穿透物质后衰减，除主要部分是由于真吸收消耗于光电效应和热效应外，还有一部分是偏离原来的方向，即发生了①。
①散射②透射③荧光辐射④俄歇效应
2.如果(h k l)的晶面间距是d，则(nh nk nl)的晶面间距为①。①d/n②nd③dn④d
3.进行德拜花样的爱瓦尔德图解时，认为粉末试样中各晶粒的(HKL)面间距①。
①均相等②部分相等③部分不相等④均不相等
4.非晶态结构的径向分布函数描述了非晶态物质①范围内的原子分布。①短程有序②短程无序③长程有序④长程无序
5.变焦是透射电镜的一大特点，其焦距可通过电流与电压来调节，要想使其焦距变长，则①。
①增大电压、减小电流②减小电压、减小电流 ③增大电压、增大电流 ④减小电压、增大电流
6.在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的核外电子叫做①。①二次电子②背散射电子③X光子④俄歇电子
7.透射电镜一般不具备①的功能。
①样品表面形貌分析②样品具体结构分析
③样品内部晶体缺陷分析④非导电样品分析
8.离子探针仪是利用电子光学方法把初级离子加速后轰击样品表面，然后收集检测①，以得到样品表面化学成分信息。
①二次离子②一次离子③二次电子④一次电子
9.俄歇电子产额随原子序数的增加而②。
①增加②减小③不变④无规律
10.根据热容理论，金属的热容与除受热后点阵离子体积膨胀对外做功外，还与①有关。
①电子热容②离子热熔③原子振动④原子波动
11.侧倾法的衍射特点是测量平面与扫描平面成①。
①90°②0°③45°④任意角度
12.1A族元素的线膨胀系数都是随原子序数增加而①。
①增大②减小③不变④无规律
13.能带理论认为导体材料具有允带之间没有①或允带相互重叠结构。①禁带②空带③满带④导带
14.铁磁性金属磁化时具有磁滞现象，容易磁化达到饱和状态，并且其①不是定值，而是变化很大。
①磁化率②辞职损失③矫顽力④磁滞效应
15.对于铁磁性金属来说，当其受到压应力作用时①。
①电阻减小、磁性增大②电阻减小、磁性减小 ③电阻增大、磁性增大④电阻增大、磁性减小
三、简答题（每题6分，共30分）
1.试比较透射电子显微镜的成像操作和衍射操作的异同点。
答：不同点：成像操作是物镜的相与中间镜的物平面重合，得到放大的样品图像。衍射操作是物镜的背焦面与中间镜物平面重合，得到衍射图样。相同点：都是用聚焦电子束穿透膜样品，在荧光屏成像。
2.电子探针和电子显微镜都能进行元素分析，请比较它们在分析元素时的异同点。
答：不同点：电子探针是通过分析来自样品的特征X射线来分析样品元素的成分和含量。扫描电子显微镜是通过采集来自样品的背散射电子，采用村度原理来分析样品元素的成分和含量。相同点：都是用电子束轰击样品，前面部分装置相同，因此可以结合使用，都可以进行样品元素及其含量分析。
3.比较扫描隧道显微镜的两种工作模式的异同点。
答：不同点：恒电流法是保持电流不变，通过反馈调节使探针随表面起伏发生高度变化，从而获得材料表面形貌。恒高度法是保持高度不变，通过控制系统内电流、电压变化而获得表面形貌变化。相同点：都可以较精确地获得材料表面形貌的图像原理相同，都是利用量子隧道效应。
4.如何从大块固体材料上制备适合透射电子显微镜分析用的试样？
答：⑴取样:用切削等方法从大块固体材料上取0.3~0.5mm的片状试样。⑵预减薄：用化学法或机械发对片状试样预减薄。⑶最终减薄：用双喷抛光或离子减薄（不导电物体）对试样进行最终减薄，达到所需厚度。一般500nm以下。
5.试从水滴图形来解释和比较俄歇能谱、扫描电镜、XRD、电子探针等仪器的分辨率大小。
答：电子束进入试样表面后，在其内部在一个水滴范围内活动（对轻元素）俄歇电子能谱和扫描电镜分别是检测俄歇电子和二次电子。它进入试样表面层次浅、能量低。只相当于在水滴径部圆筒部位，活动范围小，因此分辨率高。而背散射电子进入较深，横向扩展大，因此分辨率低。X射线和透射电子进入水滴范围更大，因此分辨率最低。
四、论述题（每题10分，共20分）
1.从布拉格定律出发，解释X射线衍射与电子衍射进行物质结构分析的基本原理和主要特点。
答：布拉格定律是发生晶面反射和散射线发生相干衍射的必要条件。2dsinθ= nλ。X射线衍射基本原理是X射线进入物体使符合布拉格定律的散射线相干衍射；电子衍射是电子束进入物体使符合布拉格定律的电子相干衍射。
主要特点：①电子衍射比X射线衍射分辨率高，电子波短。②电子衍射需要薄片试样，据爱尔瓦德图，倒易点在样品厚度方向形成杆状物，增大了与反射球交界，使稍微偏离布拉格定律的点也能发生衍射。③电子波长短，反射球半径大，衍射角很小时可看作平面倒易截面，便于分析。④电子衍射强度高，形成图样所需曝光时间比较短。
2.给出所学教材中可以用于材料表面形貌分析的方法及其相应原理。
答：①透射电子显微镜（TEM）用电子束轰击式样，通过成像操作，对试样的表面形貌分析。②扫描电子显微镜（SEM）用电子束轰击试样表面，接收其产生的二次电子，因二次电子来自试样内部深度浅，根据接收二次电子数量、强度可以判断表面形貌变化。③扫描隧道显微镜（STM）利用隧道效应来分析试样表面形貌，分辨率高，可以观察到原子。④原子力显微镜(AFM)利用原子对探针的作用力，分析试样表面形貌，对不导电陶瓷适用。⑤光学显微镜利用光学成像系统进行表面形貌分析的。
