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材料研究与测试方法 绪　　论 一、本课程的作用 本课程在材料研究领域中起着不同寻常的作用，它们将材料各专业的核心问题“组成—结构—性能”有机地联系在一起，从而实现本专业人才培养的目标。 二、教学基本要求 掌 握 1. 各种测试技术的基本原理： X-射线衍射技术，电子显微分析技术，热分析技术； 2. 技术的应用： （1）仪器设备的基本构造与性能； （2）对电子显微分析照片、X射线衍射图谱和热分析曲线等有分析处理能力； （3）具有进行物相初步鉴定的能力 （4）各种研究方法与测试技术优缺点。 三、考核方式 由于本课程是专业主干课程、学位课程， 所以闭卷且无复习题， 亦实行N+2（一次小论文，一次过程考核，一次期末考试）， 但期末闭卷考试必须过50分才可通过。 请各位注意！！ 四、课程主要内容 第一篇 X射线衍射分析 第一章 X射线物理学基础 §1-1 X射线的产生及性质 §1-2 X射线谱 §1-3 X射线与物质的相互作用 §1-1 X射线的产生及性质 1895年德国物理学家伦琴（1901年获得首届诺贝尔奖）在研究阴极射线时发现了X射线，后人为了纪念发现者也称它为“伦琴射线”。 X射线技术目前在工业和科学技术中的应用十分广泛，在材料工业及材料科学中X射线物相分析是一种重要分析方法。 此外， 莫赛莱于1914年发现标识X射线的波长与原子序数的关系，奠定了X射线光谱学的基础。 巴克拉（1917年，发现元素的特征X射线） 塞格巴恩（1924年，X射线光谱学） 德拜（1936年）、马勒（1946年）、柯马克（1979年）等人由于在X射线及其应用方面研究而获得化学、生物、物理诺贝尔奖。 豪普物曼和卡尔勒在50年代后建立了应用X射线分析的以直接法测定晶体结构的纯数学理论，特别对研究大分子生物物质结构方面起了重要推进作用，他们因此获1985年诺贝尔化学奖。 1.X射线的本质 X射线与无线电波、红外线、可见光、紫外线γ射线、宇宙射线一样也是一种电磁波或电磁辐射，它的波长为10-12－10-8m ，在电磁波谱中位于紫外线与 γ射线之间并与它们部分相重叠。一般波长短的X射线穿透能力强，称为硬X射线，反之则称为软X射线。用于晶体衍射分析常用的X射线波长约在2.5?到0.5 ?之间。 电磁波谱的本质：电磁辐射按波长顺序排列 2.X射线产生的原理 电磁原理： 当带电粒子在加速或减速过程中，会释放出电磁波，在巨大加速或减速过程中，所释放的电磁波具有高能量，当其波长在10-12－10-8m则成X光。 具体形式：用高速加速的电子束撞击阳极靶时，高速电子受到靶原子的阻挡，急速停下来，其部分动能则以X光的形式释放出來。高速电子撞击时减少的能量△E 、所转化出来的X光波长λ，根据爱因斯坦公式△E＝hν＝hc/λ可表示为： 量子原理：高速电子在撞击到原子时，很容易将能量传送給原子中的电子，而使原子离子化。当原子內层轨道的电子被激发后，其空位很快会被外层电子的跃入填满，在此电子跃迁的过程中，由于不同轨道间的能量差，X光会随着放出。 此过程所产生的X光与原子中电子轨道的能量有关。 3.X射线的产生 X-射线：波长0.001-10nm的电磁波 高速电子撞击使阳极元素的内层电子激发，产生X射线辐射。 封闭式X射线管 高功率旋转阳极 X射线产生必须具备的三个基本条件： (Ⅰ) 产生自由电子; (Ⅱ) 使电子作定向高速运动; (Ⅲ) 有障碍物使其突然减速; 4. X射线的性质 ① 是电磁波，具有波粒二象性。 ε=h·ν=h(c/λ) ， P=h/λ； 能被物质吸收，会产生干涉、衍射和光电效应等现象；与可见光比较，差别主要在波长和频率。 ② 具有很强的穿透能力，通过物质时可被吸收使其强度减弱，能杀伤生物细胞。 ③ 沿直线传播，光学透镜、电场、磁场不能使其发生偏转。 小　结 一、X射线的产生: 三个基本条件;经典理论和量子理论解释； 二、X射线的性质: ? : 10-12-10-8m、 波动性、 穿透能力、 沿直线传播; 三、X射线的应用: 晶体结构测定，软、硬X射线。 §1-2 X射线谱 1、连续X射线谱 2、X射线特征光谱 1．连续X射线谱 （1）定义： 是具有连续变化波长的X射线，也称白色X射线。 （2）产生机理： 主要有两种解释。　　 经典物理学理论认为是高速运动热电子的动能变成电磁波辐射能。数量极大的电子流射到阳极靶上时，由于到达靶面上