材料研究与测试方法

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1、材料研究与测试中心武汉理工大学武汉2005.12.8制作:杨新亚材料研究与测试方法(试用版)前言社会的进步都以一种新材料的发现和发展为其基础和先导。如旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代。现在进入了光电子时代（硅材料和激光材料）前言●原料的组成、矿物组成及颗粒特性依赖“近代测试技术”；●材料的加工过程及反应动力学依赖“近代测试技术”；●材料的成分、微观结构依赖“近代测试技术”；●材料的服役行为研究。近代测试技术主要作用●物质的化学组成；●物质的结构特点（晶体结构等）；●物质的相组成；●物质的显微结构特点（相形貌、相颗粒特征、

2、界面特点等）。前言---波与物质的相互作用结构分析的实验方法有一个相似的过程：用某一种波，或说某种粒子，使与被测定对象发生作用，改变被测定对象中的原子或分子的核或电子的某种能态、甚至解离，造成入射波（粒子）的散射、衍射及吸收，入射波的强度会减弱，还会产生不同波长的波或粒子，记录各种波或粒子的强度与波长的关系，或强度与位置的关系，得到各种共振谱、光谱、衍射谱或像，依据已知的这些谱或像与结构的关系，对谱或像进行分析，即可得出各种结构数据。电磁波各光谱区的一些参数及相应的结构分析方法第一章X射线衍射分析§1.1X射线物理基础§1.2X射

3、线与物质的相互作用§1.3X射线在晶体中的衍射§1.4X射线衍射线的强度§1.5X射线衍射实验方法§1.6X射线衍射物相分析§1.7X射线衍射其它分析方法§1.1X射线物理基础1.X射线的发现X射线又名伦琴射线,是德国物理学家:RÖntgenWilhelmConrad(1845.03.27-1923.2.10)于1895年发现的。伦琴于1895年12月28日向德国维尔茨堡物理学医学学会递交了一篇轰动世界的论文：《一种新的射线--初步报告》1901年RÖntgen获首届诺贝尔物理学奖。X射线的产生老式X射线管伦琴拍下的他夫人的手的X射

4、线图X射线波动性的证明X射线衍射示意图铝箔的X射线衍射图像X射线波动性的证明1912年,德国物理学家冯.劳厄：VonLaue,MaxTheodoreFelix（1879.10.9-1960.4.24）认为：晶体是X射线衍射实验的理想光棚（1）证明了X射线是电磁波，（2）也第一次从实验上证实了晶体内部质点的规则而对称的排列。X射线管X射线的特点波动性:以一定的频率ν和波长λ在空间传播;具有干涉、衍射、偏振等现象微粒性:具有一定的质量m、能量E和动量p.X射线的波粒两重性ν、λ与E、p之间也有如下的关系:E=hν=hc/λP=h/λ式中

5、，h-Planck常数,等于6.625×10-27尔格.秒;c-X射线的速度,等于2.998×1010cm/s.X射线是波长为:0.001～10nm做晶体结构分析用的X射线的波长为:0.05～0.25nmX射线谱连续谱(白色射线)----波长连续变化特征谱(标识射线)----线状谱X射线谱连续谱1）最短波长λ0hν0=hc/λ0=eV；λ0=eV/hc=1239.81/V(nm)式中eV是电子达到靶子的动能，如果电子被停止，其全部能量转成辐射能，发射光子的能量等于电子的动能。是所发光子的最大能量。上式是早年这是测定Planck常数很

6、好的方法连续谱2）连续谱强度：强度是指单位时间内通过的光子数连续X射线的总强度是曲线下的面积，即:连续X射线的总强度与管电压V、管电流i及阳极材料的原子序数Ｚ有如下关系（经验公式）：连续谱特征谱特征谱是英国物理学家巴克拉：BarklaCharlesGlover（1877.6.27-1944.10.23）于1911年发现的。Barkla还设计了原子结构的壳层模型，利用这种原子结构的壳层模型，可以解释特征X射线的产生机理。原子结构模型——壳层结构（1）主量子数n：决定电子的主要能量当n=1，2，3，4……时用K，L，M，N……符号表示具

7、有相同n值的电子处于相同的电子壳层；n值大，则电子离核就远。（2）角量子数（l）决定电子绕核运动的角动量；确定电子的运动轨迹——轨道形状。当l=0，1，2……(n-1)进用s，p，d，f……表示相同n值时，随l值的增加，电子的能量稍有增加。（3）磁量子数（ml）决定电子绕核运动的角动量沿磁场方向的分量。决定电子云在空间的伸展方向。ml=0，±1，±2，±3……±l，数目为2l+1个当两个电子的n，l值相同时，ml不同时，无外磁场时，能量相等；相反，有外磁场时，能量不同。(4)自旋量子数ms决定自旋角动量沿磁场方向的分量ms=1/2，

8、顺磁场ms=-1/2，反磁场当两个电子的n，l，ml值相同时，ms不同时，无外磁场时，能量相等；相反，有外磁场时，能量不同。（5）原子核外电子的排布1）保里原理：同一原子中不能有四个量子数n，l，ml，ms完全相同的电子。2）能量最低