材料现代分析方法

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1、面向世纪材料科学与工程高等教育改革试用教材所院校材料科学与工程公共专业课系列共建教材材料现代分析方法CaiLiaoXianDaiFenXiFangFa21“材料现代分析方法”简介材料：直接进入产品充当产品成分的物质。特点是物理上不耗损，化学上不反应。一般为固态。现代：以现代理论为基础(量子力学，相对论)；以现代技术为依托(微电子技术，信息处理技术，系统工程技术)。与传统分析方法比较，有以下特点：操作简洁；过程快速；结论可靠；一机多用；资源共享。21世纪主题：可持续发展。人与自然：资源可再生。人与社会：知识更新，技能更新。本课程的重要性：工作质量的评判手段；科学研究的必要方法；获取

2、学位的主修课程。学习难点：量子理论基础薄弱；涉及知识面宽；技术性强。学习方法：明确教学目的（看前言）。掌握电磁辐射和运动粒子束与材料相互作用的物理概念。理解现代分析方法的技术内涵（有意识地培养自己的自学能力和创新能力）。认真完成平时作业（总成绩构成：平时成绩20%，实验成绩5%，学习纪律5%，考卷成绩70%)。联系:13890024030；QQ:479582404；http://tangjie10020.blog.163.com第一篇总论（材料现代分析方法基础与概述）第一章电磁辐射与材料结构第一节电磁辐射与物质波电磁辐射与波粒二象性电磁辐射（光的波动性）：在空间传播的交变电磁场（电

3、磁波）。特点：不依赖物质存在；横波；同一介质中波速不变；真空光速极限(c3108m/s)。主要物理量：振幅；频率(Hz)；波长；相位。真空中的相互关系：=c(1-1)光的粒子性：斯托列托夫实验（1872年，莫斯科大学）实验结果：(1)光照使真空管出现自由电子。(2)入射光的频率必须大于某一确定值才有电子出现，该值与真空管阴极材料有关。波动理论无法解释此现象。光电效应表明电磁辐射具有粒子性。爱因斯坦的光电理论（1905年，1916年由密立根实验证实）：Ekin=hν–W式中：Ekin为电子的动能；W为电极材料的功函数。电磁辐射的波粒二象性：E=h（1-2）p=h/

4、（1-3）普朗克常数h=6.62610-34J.s*1905年3月17日，爱因斯坦写出了一篇关于辐射的论文，它后来发表在《物理学纪事》（AnnalenderPhysik）杂志上，题目叫做《关于光的产生和转化的一个启发性观点》（AHeuristicInterpretationoftheRadiationandTransformationofLight）。这篇文章仅仅是爱因斯坦有生以来发表的第6篇正式论文，而就是这篇论文，将给他带来多少人终生梦寐以求的诺贝尔奖，也开创了属于量子论的一个全新时代。光电理论金属光电效应理论的核心是:光束为一束能量子(即光量子或光子)流，同一波长的所有能量

5、子所携带的能量是完全相同的。该理论后来被密立根(Millikan)光电效应实验证实(1914)。1921年爱因斯坦因此得诺贝尔物理学奖，1923年，密立根也因此得到诺贝尔物理学奖。密立根实验(1916年)：频率为ν的单色入射光。光阴极材料为碱金属。实验结果：当V>V0=(hν–w)/e时，电流为0。由此证明爱因斯坦理论正确。二电磁波谱将电磁波按波长（或频率）顺序排列即构成电磁波谱。分为三部分：(1)长波部分：射频波及微波，常称波谱。(2)中间部分：紫外线，可见光及红外线，常称光谱。(3)短波部分：X射线及射线(及宇宙射线)，常称射线谱。电磁波谱名称频率(MHz)产生机理射线3×

6、1016~3×1012核反应X射线3×1014~3×1010内层电子跃迁紫外线3×1010~7.5×108外层电子跃迁可见光7.5×108~4.0×108外层电子跃迁红外线4.0×108~6.0×106分子振动能级跃迁远红外6.0×106~105分子转动能级跃迁微波105~102分子转动能级跃迁射频102~0.1电子自旋，核自旋三物质波实物粒子：静止质量m0不为0的物质颗粒。德布罗意假设：运动的物体也具有波粒二象性：=h/p=h/mv(1-4)电子波(运动电子束)波长(v0=0，电场作功全部转化为电子动能，电场电压为V)：由：mv2/2=eV，得：v=2eV/m。因此：=h/

7、2emV(1-7)e=1.6×10-19C,mm0=9.11×10-31kg,因此：=1.225/V(单位：nm)德布罗意假说的正确性证实戴维孙(Davission)和革末(Gerger)于1927年把电子束正入射到镍单晶上，发现散射电子束强度随散射角θ改变，其现象与X射线衍射相同。电子被有序合金Cu3Au衍射的照片第二节材料结构基础(一)材料一般指固态物质(固体)。由于固体中原子的键合方式不同，形成三种形态：(1)分子态：以独立的分子形态存在(如高分子材料)