材料表征课后题.docVIP

1. 以Cu靶为例，简述Kα1、Kα2、Kβ射线的产生原理。 答：Cu的电子分布为1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10，当高速电子流撞击Cu原子时，其K层电子会被击飞，导致Cu原子处于激发态，为了稳定其能量较高的外层电子（L、M、N）会向K层的跃迁，同时能量差以X射线的方式放射出去。由L层电子向K层跃迁产生的射线称为Kα射线，由于L层具有三个能量差异微小的亚层，并且只有第二和第三亚层可以产生电子跃迁，其放射的X射线分别称为Kα1射线和Kα2射线；由L层电子向K层跃迁产生的射线称为Kβ射线；由N层电子向K层跃迁产生的射线称为Kγ射线。 试论述物质对于X射线的吸收（吸收系数与原子序数、波长的关系） 答：物质对于X射线的总体吸收用吸收系数来描述：μ/ρ= K λ3 Z3式中K为常数，λ为X射线的波长，Z为物质的原子序数，μ为吸收系数，ρ为物质的密度。μ/ρ为称质量吸收系数，记为μm。由公式可知，μm 随原子序数及X射线的波长急剧增大，但其增大的过程很有意义，当波长λ恒定时，μm随原子序数增大出现台阶状跳跃；当原子序数Z固定时，μm随着波长增大其K与L吸收分离很大，且K吸收非常低。 3.当激发L系特征X射线时，能否同时产生K特征X射线？反之，当激发K系特征X射线时，能否同时产生L系特征X射线？为什么? 答：当激发L系特征X射线时，能同时产生K特征X射线；反之，当激发K系特征X射线时，不能同时产生L系特征X射线。由于L系X射线是由于L层电子空位，外层电子跃迁到L层时产生的，而激发L层的电子需要较高的能量，激发后剩余的能量仍有可能激发能量较小的K层电子，即可同时产生L系X射线和K系X射线；另一方面，由于K系X射线仅需激发能量较低的K层电子，其不足够激发L层电子，因此不会产生L系X射线。 4.解释为什么会有吸收边。K吸收边为什么只有一个，而L系吸收边却有三个？ 答：吸收边是指质量吸收系数突变跳跃的地方。由于K层没有电子亚层，故只产生一个吸收边；而L层有三个亚层，故产生三个吸收边。 5.试论述XRD, EPMA, XPS, XRF, AES几种测试分析原理之间的联系。 答：X射线衍射（XRD）原理：当一束单色X射线入射到晶体时， 由于晶体是由原子有规则排列的晶胞所组成，而这些有规则排列的原子间距离与入射X射线波长具有相同数量级，迫使原子中的电子和原子核成了新的发射源，向各个方向散发X射线，这是散射。不同原子散射的X 射线相互干涉叠加，可在某些特殊的方向上产生强的X射线，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关，这就是X射线衍射的基本原理。 电子探针分析（EPMA）原理：电子探针是指用聚焦很细的电子束照射要检测的样品表面，用X射线分光谱仪测量其产生的特征X射线的波长和强度。由于电子束照射面积很小，因而相应的X射线特征谱线将反映出该微小区域内的元素种类及其含量。 X射线光电子谱（XPS）原理：由于不同元素的核外电子具有不同的能量，因此，如能测定该光电子的能量，则可确定被照射物质的化学成分。 X射线荧光光谱分析（XRF）原理：X荧光光谱仪（XRF）由激发源（X射线管）和探测系统构成。X射线管产生入射X射线（一次X射线），激发被测样品。受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线，并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。然后，仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。 原子发射光谱分析法（AES）原理：是利用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成，而进行元素的定性与定量分析的方法。