《材料科学研究与分析方法》复习题及答案 

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1、《材料科学研究与分析方法》复习题答案一、电镜部分1.根据衍射分辨率的公式，分别说明提高光学显微镜和透射电子显微镜的方法和途径？衍射分辨率的公式为：，其中λ为入射光的波长；n为样品与物镜之间介质的折射率；α为孔径半角。对于具体某一光学显微镜来说：其不能改变，故提高其分辨率可以增大和的值。对于具体某一透射电子显微镜来说：其值不能改变，故提高其分辨率可以减小以及增大值，不过值的改变量很小。2.根据衍射分辨率公式推导光学显微镜的分辨率？所能观察到的最小距离，既能分辨的最短距离称为显微镜的分辨率。人眼的分辨率为0.2mm.对于光学显微镜，若介质为空气，则n=1，α极限条件下可为90°，

2、则分辨率为d=0.61λ。实际上，对于玻璃透镜，最大孔径半角a=70-75°，如果在物镜和试样之间加入松柏油（n=1.515）,此时的分辨率为d=λ/2,可见，半波长是光学玻璃透镜可分辨本领的理论极限。3.电镜像差主要有哪些，分别解释并讨论克服像差的主要手段？答：1）球差是电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的折射能力不同引起的；增大透镜的激磁电流可减小球差，通过减小球差系数和缩小成像时的孔径半角来减小球差。2）像散是由于电磁透镜的周向磁场非旋转对称引起的；可以通过引入一个强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿。3）色差是电子波的波长或能量发生一定幅度的改变，非单一性而造成的

3、；使用薄试样和小孔径阑将散射角大的非弹性散射电子挡掉，也可采取稳定加速电压和透镜电流可减小色差。4.焦长和景深的定义？景深是当像平面固定时(像距不变),能维持物像清晰的范围内,允许物平面(样品)沿透镜主轴移动的最大距离Df。定义焦长：固定样品的条件下（物距不变），象平面沿透镜主轴移动时仍能保持物像清晰的距离范围，用DL表示，。5.球差、色差和像散是怎样造成的？用什么方法可以减小这些像差？1）球差即球面像差，是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的，其中离开透镜主轴较远的电子比主轴附近的电子折射程度过大。物点P通过透镜成像时，电子就不会聚焦在同一焦点上，而是形成一个散焦

4、斑，即像平面在远轴电子的焦点和近轴电子的焦点之间移动，就可以得到一个最小的散焦园斑。2）像散是由于电磁透镜的周向磁场非旋转对称引起。原因：1.极靴内孔不园，2.上下极靴不同轴，3.极靴材质磁性不均匀，4.极靴污染3）色差是由入射电子的波长或能量的非单一性造成的。若入射电子的能量出现一定的差别，能量大的电子在距透镜光心比较远的地方聚焦，而能量低的电子在距光心近的地方聚焦，由此产生焦距差。像平面在远焦点和近焦点间移动时存在一最小散焦斑RC。措施：减小球差可以通过减小球差系数和孔径来实现，用小孔径成像时，可使球差明显减小。可以通过引入一强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿，即消

5、像散器来减小像散稳定加速电压和透镜电流可减小色差。色差系数和球差系数均随透镜激磁电流的增大而减。6.电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响?说明电磁透镜的景深大、焦长长，是什么因素影响的结果？假设电磁透镜没有像差，也没有衍射埃利斑，即分辨率极高，此时它的景深和焦长如何?景深，因此影响景深的因素是电磁透镜的分辨率和孔径半角。焦长，因此影响焦长的因素是电磁透镜的分辨率，放大倍数以及孔径半角。电磁透镜的景深大、焦长长，是由于电磁透镜的值小即分辨率低，孔径半径小，放大倍数大而引起的。如果电磁透镜没有像差，也没有衍射埃利斑，那么它的景深会很小而且焦长也会很短。7.简述扫描电子显微镜的电子

6、光学系统及成像过程。SEM的电子光学系统包括电子枪、电磁透镜（包括聚光镜和物镜）、扫描线圈和样品室。其成像过程是电子枪发射的电子束经加速电压加速后由第一聚光镜、第二聚光镜组成的电子光学系统形成一个直径小于10nm的极细的电子束并聚焦于样品表面。当电子束以适当角度打在样品表面时，将产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、X射线、透射电子等电子信息。信息的大小与样品的性质及表面形貌相关。根据不同的目的，利用不同的信息，可形成不同的像。在观察样品形貌时，检取的主要是二次电子及部分背散射电子。让电子束逐点扫描样品表面，并用探测器检取电子信息，再经放大器放大后调制显像管的光点亮度。由于显像

7、管的偏转线圈电流与扫描线圈电流同步，因此，探测器检取的信息便在显像管荧光屏上形成反映样品表面形貌或性质的扫描电子图像。8.简要说明高能电子束与样品相互作用产生的主要信号及其所反映的样品结构信息是什么？主要信号有二次电子、背散射电子、吸收电子、特征X射线、俄歇电子以及透射电子。二次电子对样品表面化状态十分敏感，因此能有效地反映样品表面的形貌。背散射电子可以用作样品表面几百nm深度范围的形貌分析、成分分析以及结构分析（通道花样）。吸收电子可用来进行定性的微区成分分析。特征X射线看用来进行成分分析。透射电子可