现代材料测试技术复习题

第一篇：现代材料测试技术复习题

1、电子显微镜分析法分辨率优先于光学微分分析法的主要原因是什么？

答：光学显微镜的分辨率受限于光的衍射，即受限于光的波长，当入射光为可见光（390—760nm）时，光学显微镜的分辨率本领极限为200nm，相应的有效放大倍数为1000倍。要想进一步提高显微镜的分辨极限和有效放大倍数，途径是寻找波长更短的照明源。

2、透射电子显微镜主要由哪几部件组成？

答：透射电子显微镜主要是由三部分组成，它们是电子光学部分、真空部分、电器部分。

（1）电子光学部分：照明系统；成像系统；像的观察记录系统（2）真空系统（3）电源部分：电器部分包括高压电源、透射电源、真空系统电源和其它电器部件。

3、透射电子显微镜需要真空的原因是什么？

答：（1）因为高速电子与气体分子相遇和相互作用导致随机电子散射引起炫光和减低像衬度。（2）照明系统中的电子枪会发生电离和放电，使电子束不稳定（3）残余气体会腐蚀电子枪的灯丝，缩短其寿命，而且会严重污染样品。

4、TEM通常将式样制成薄膜、单晶或切成超薄切片的原因主要是什么？

答：试样制备是为了使所要观察的材料结构经过电镜放大后不失真，并能得到所需的信息。透射电镜是利用样品对入射电子的散射能力的差异而形成衬度的，这要求制备出对电子束“透明”的样品。电子束穿透样品的能力主要取决于加束电压、样品的厚度以及原子序数。一般来说，加束电压愈高，原子序数越低，电子束可穿透的样品厚度就愈大。

5、TEM萃取复型的基本原理是什么？

使用粘着力较大的复型膜，在复型膜与试样分离时，试样表层某些物质随着复型膜离开试样，因此，试样表面起伏特征被印在复型膜上，又萃取了试样物质，这样可分析试样的形貌结构，并且萃取物质保留了在原试样中的相对位置。

6、能谱仪的工作原理是什么？

答：每一种元素都有它自己的特征X射线,，特征波长的大小取决于能级跃迁过程释放出的特征能量△E，根据特征X射线的波长和强度就能得出定性与定量的分析结果，能谱仪就是利用不同元素X射线光子特征能量不同这一特点来进行成分分析的。定性分析依据：试样中不同元素的特征X射线峰，由于能量不同，会在能谱图中不同位置出现。定量分析依据：被测未知元素的特征X射线强度与已知标样特征X射线强度相比而得到它的含量。

7、扫描电电子显微镜主要由几部分组成？

答：扫描电子显微镜主要有电子光学系统、真空系统、电器系统三部分，另外还有信号检测系统。如果配置了能谱仪，则还有包括特征X射线处理系统。

8、制备SEM样品应考虑那些问题？

答：(1)观察样品一定是固体,在真空下能保持长期稳定.含水样品应先行干燥或予抽真空.(2)导电性不好或不导样品,在电镜观察时,电子束打在试样上,多余的电荷不能流走,形成局部充电现象,干扰了电镜观察.为此要在非导体材料表面喷涂一层导电物质(如碳、金)，涂层厚度0.01-0.1μm，并使喷涂层与试样保持良好的接触，使累积的电荷可流走。（3）扫描电镜样品的尺寸不像TEM样品那样要求小和薄，扫描电镜样品可以是粉末状的，也可以是块状的，只要能放到扫描电镜样品台上即可，一般SEM最大允许尺寸为φ25mm，高20mm。（4）将样品放入样品室观察前先需用丙酮、酒精或甲苯这类溶剂清洗掉样品表面的油污，因为这些物质分解后会在样品表面沉积一层碳和其他产物，当放大倍数缩小时，图像中原视域就成为暗色的方块。（5）在SEM里，是用特征X射线谱来分析材料微区的化学成分。X射线谱的测量与分析主要有能谱仪（EDS）。

9、举例说明电镜在科学研究中的作用：

答：1）断口形貌分析 2）纳米材料形貌分析

3）微电子工业方面的作用 4）可实现微区物相分析 5）高的图像分辨率 6）获得丰富的信息

单壁碳纳米管吸附对三联苯的研究、没食子酸还原法制备金银合金纳米粒子及其吸收光谱研究

第2章 热分析

1、简述差热分析的原理和装置示意图。

原理：差热分析是在程序控温下，测量物质和参比物的温度差随时间或温度变化的一种技术。当试样发生任何物理或化学变化时，所释放或吸收的热量使样品温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在差热曲线上得到放热或吸热峰。

差热分析仪主要由加热炉、温差检测器、温度程序控制仪、讯号放大器、量程控制器、记录仪和气氛控制设备等所组成。

1-参比物；2-样品；3-加热块；4-加热器；5-加热块热电偶； 6-冰冷联结；7-温度程控；8-参比热电偶；9-样品热电偶； 10-放大器；11-x-y记录仪

2、影响差热分析效果的仪器、试样、操作因素是什么？

实验条件的影响：①升温速率的影响----影响峰位和峰形②气氛的影响---影响差热曲线形态③压力的影响：压力升高，试样分解、扩散速度下降，反应温度偏高。④热电偶热端位置：插入深度一致，装填薄而均匀。⑤走纸速度（升温速度与记录速度的配合）：走纸速度与升温速度相配合。

样品的影响：①样品用量的影响②样品粒度的影响③试样的结晶度、纯度和离子取代④试样的装填：装填要求：薄而均匀。试样和参比物的装填情况一致。⑤参比物的选择：整个测温范围无热反应；比热与导热性与试样相近；粒度与试样相近（100－300目筛）

3、阐述DSC技术的原理和特点。

示差扫描量热法是在程序控制温度下,测量输入到试样和参比物的功率差与温度之间关系的一种技术。

原理：示差扫描量热法对试样产生的热效应能及时得到相应补偿，使得试样与参比物之间无温差，无热交换；而且试样升温速率始终跟随炉温呈线性升温，保证补偿校正系数K值恒定。因此，不仅使测量灵敏度和精密度都大大提高，而且能进行热量的定量分析。

特点：使用的温度范围较宽、分辨能力高和灵敏度高，在测试的温度范围内除了不能测量腐蚀性物质外，示差扫描量热法不仅可以替代差热分析仪，还可以定量的测定各种热力学参数，所以在科学领域中获得广泛应用。

4、简述DTA、DSC分析对样品的要求和结果分析方法。对样品的要求：①样品用量：通常用量不宜过多，因为过多会使样品内部传热慢、温度梯度大，导致峰形扩大和分辨率下降。样品用量以少为原则，一般用量最多至毫克。样品用量0.5~10mg。②样品粒度：粒度的影响比较复杂。大颗粒和细颗粒均能使熔融温度和熔融热焓偏低。样品颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。颗粒度要求：100目-300目（0.04-.15mm）④样品的几何形状：增大试样与试样盘的接触面积，减少试样的厚度，可获得比较精确的峰温值。⑤样品的结晶度、纯度和离子取代：结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，峰面积小。纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。⑥样品的装填：装填要求薄而均匀，试样和参比物的装填情况一致。结果分析方法：

①根据峰温、形状和峰数目定性表征和鉴别物质。方法：将实测样品DTA曲线与各种化合物的标准（参考）DTA曲线对照。②根据峰面积定量分析，因为峰面积反映了物质的热效应（热焓），可用来定量计算参与反应的物质的量或测定热化学参数。③借助标准物质，可以说明曲线的面积与化学反应、转变、聚合、熔化等热效应的关系。在DTA曲线中，吸热效应用谷来表示，放热效应用峰来表示；在DSC曲线中，吸热效应用凸起正向的峰表示(热焓增加)，放热效应用凹下的谷表示(热焓减少)。

5、简述热重分析的特点和影响因素。

热重法是对试样的质量随以恒定速率变化的温度或在等温条件下随时间变化而发生的改变量进行测量的一种动态技术.特点:热重法的特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化和变化的速率，例如物质在加热过程中出现的升华、气化、吸附或解吸以及有气体产生或有气体参加的化学反应等均可以通过热重分析仪上物质质量的改变得到反映。所以，热重法可以用来研究物质的热分解、固态反应、吸湿和脱水、升华或挥发等多种物理和化学过程，并可用于研究反应动力学。可以说，只要物质受热时发生重量的变化，就可以用热重法来研究其变化过程。

影响因素:1）样品盘的影响2）挥发物的冷凝的影响3）升温速率的影响4）气氛的影响5）样品用量的影响6）样品粒度的影响

第3章 电子能谱分析

一定能量的电子、Ｘ射线或紫外光作用于样品，把样品表面原子中不同能级的电子激发成自由电子，这些电子带有样品表面的信息，且具有特征能量，收集并研究这类电子的能量分布，这就是电子能谱分析。

1、简述X光电子能谱分析的基本原理.一定量的X光照射到样品表面,和待测物质发生作用,可以使待测物质原子的电子脱离原子成为自由电子。

2、简述俄歇电子能谱基本原理.由Ｘ射线与物质作用产生一种特殊的二次电子（俄歇电子），通过测量这类电子的能量分布，得到的电子能谱。

3、电子能谱仪的主要构件是什么? 电子能谱仪通常由激发源、离子枪、样品室、电子能量分析器、检测器和真空系统组成。

第二篇：材料现代测试技术 期末复习题

1.X射线管主要由，和

2.X射线透过物质时产生的物理效应有：

3.德拜照相法中的底片安装方法有：正装，反装，和偏装三种。

4.X射线物相分析方法分：定性分析和定量分析两种。

5.透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。

7.电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。

8.扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。

9.人眼的分辨率本领大约是：0.2mm

10.扫描电镜用于成像的信号：二次电子和背散射电子，原理：光栅扫描，逐点成像。

11.TEM的功能是：物相分析和组织分析（物相分析利用电子和晶体物质作用可发生衍射的特点；组织分析；利用电子波遵循阿贝成像原理）

12.DTA：定性分析（或半定量分析），测温范围大。DSC：定量分析，测温范围常在800℃以下。

13.放大倍数（扫描电镜）：M=b/B（b：显像管电子束在荧光屏上的扫描幅度，通常固定不变；B：入射电子束在样品上的扫描幅度，通常以改变B来改变M）

14.X射线衍射分析方法中，应用最广泛、最普通的是衍射仪法。

15.透射电镜室应用透射电子来成像。

16.TEM无机非金属材料大多数以多相、多组分的非导电材料，直到60年代初产生了离子轰击减薄法后，才使无机非金属材料的薄膜制备成为可能。

17.适合透射电镜观察的试样厚度小于200nm的对电子束“透明”的试样。

18.扫描电镜是用不同信号成像时分辨率不同，分辨率最高的是二次电子成像。

19.在电子与固体物质相互作用中，从试样表面射出的电子有背散射电子，二次电子，俄歇电子。

20.影响红外光谱图中谱带位置的因素有诱导效应，键应力，氢键，物质状态。

1.电离能：在激发光源作用下，原子获得足够的能量就发生电离，电离所必须的能量称为电离能。

2.原子光谱分析技术：是利用原子在气体状态下发射或吸收特种辐射所产生的光谱进行元素定性和定量分析的一种分析技术。

3.X射线光电效应：当X射线的波长足够短时，其光子的能量就很大，以至能把原子中处于某一能级上的电子打出来，而它本身则被吸收，它的能量就传递给电子了，使之成为具有一定能量的光电子，并使原子处于高能的激发态。这种过程称为光电吸收或光电效应。

4.5.衍射角：入射线与衍射线的夹角。背散射电子：电子射入试样后，受到原子的弹性和非弹性散射，有一部分电子的总散射角大于90℃，重新从试样表面逸出，成为背散射电子。

6.7.磁透镜：产生旋转对称磁场的线圈装置称为磁透镜。俄歇电子：当外层电子跃入内层空位时，其多余的能量也可以不以X射线的形式放出，而是传递给其他外层电子，使之脱离原子，这样的电子称为俄歇电子。

8.热重法：把试样置于程序控制的加热或冷却环境中，测定试样的质量变化对温度 1

活时间作图的方法。

9.相干散射：X 射线光子与原子内的紧束缚电子相碰撞时，光子的能量可以认为不受损失，而只改变方向。因此这种散射的波长与入射线相同，并且有一定的位相关系，它们可以相互干涉，形成衍射图样，称为相干散射。

10.质厚衬度：对于无定形或非晶体试样，电子图像的衬度是由于试样各部分的密度ρ（或原子序数Z）和厚度t不同形成的，这种衬度称为质量厚度（Pt）衬度，简称质厚衬度。

11.景深：指透镜高低不平的样品各部位能同时聚焦成像的一个能力范围，这个范围用一段距离来表示。

12.复型法：用对电子束透明的薄膜把材料表面或断口的形貌复制下来的方法叫复型法，次薄膜即为复型。

13.差热分析：在程序控制温度下测定物质和参比物之间的温度差随时间或温度变化的一种分析技术。

14.质谱分析：是通过对样品离子的质量和强度的测定来进行成分和结构分析的一种方法。

15.分辨率：两个埃利斑中心间距等于埃利斑半径Ro时，平面上相应的两物点的间距△ro为透镜能分辨最小间距。

1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求？

要求粉末粒度要大小适中，在1um-5um之间，粉末不能有应力和织构，样品有一个最佳厚度。

2.透射电子显微镜的主要组成部分，功能，应用？

组成部分：电子光学系统，真空系统和电源与控制系统。功能：观察材料内部组织形貌和进行电子衍射以了解选区的晶体结构。应用：可以进行材料组织形貌观察，研究材料的相变的规律，探索晶体缺陷对材料性能的影响，分析材料失效原因，剖析材料成分，组成及经过的加工工艺等。

3.TEM与 SEM的原理，结构，用途不同？

TEM透射电镜:原理：阿贝成像原理，平行入射波受到有周期性特征物体的散射作用在物镜的后焦面上形成衍射谱，各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的特征像。结构：由电子光学系统，真空系统及电源与控制系统组成。用途：微区物相分析。

SEM扫描电镜：原理：即光栅扫描，逐点成像，电子束受到扫描系统的控制在样品表面上做逐行扫描。结构：由电子光学系统，扫描系统，信号检测盒放大系统，图像显示与记录系统，真空系统和电源系统组成。用途：物体表面形貌分析。

6.TEM式样的制备方法？

1块体材料制备薄膜试样（离子减薄，电解双喷减薄）利用超薄砂轮片，金属丝锯等方法从试样切取0.7mm左右的薄片，利用机械研磨，化学抛光等方法将薄片试样减薄至100-150um，离子减薄仪或双喷装置对薄片试样进行最后减薄直至试样穿孔。

2粉末试样，通常将粉末颗粒放入蒸馏水或其他合适的溶液中，形成悬浮液，最好将悬浮液放在超声波搅拌器中搅拌，使得颗粒尽可能的分散，然后用滴管将悬浮液滴在支持膜上，待其干燥后再蒸上一局碳膜，成为观察用的粉末样品。

3复型法

4超薄切片法

7.DSC与DTA测量原理不同点？

DSC是在控制温度变化情况下，以温度或时间为横坐标，以样品与参比物温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线，为差示扫描量热曲线或DSC曲线，DAT是测量△T-T的关系，而DSC是保持△T=0，测定△H-T的关系。两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结果可用于定量分析。

8.原子发射与原子吸收原理？

原子发射：元素受到热或电击发时，由基态跃迁到激发态，在返回基态时，发射出特征光谱。原子吸收：基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁到激发态而产生原子吸收光谱。

9.差热分析DTA的 基本原理？

将样品和参比物同时升温，由于样品在加热或冷却过程中产生的热变化而导致样品盒参比物间产生温度差，这个温度差通过差热电偶测出，温差的大小主要决定于样品本身的热特性，通过信号放大系统和记录仪记下的差热曲线，便能如实的反映出样品本身的特性，通过对差热曲线的分析，可以实现物相鉴定的目的。

10.扫描电镜图像的忖度？

1形貌忖度——由于样品表面形貌差别而形成的忖度（二次电子）。

2成分忖度——由于样品表面化学成分差别而形成的忖度（背散射电子像）。

3电压忖度——样品表面电位差别而形成的忖度。

11.影响差热曲线的因素？

1样品方面：热容量和热导率变化，样品的用量，样品的颗粒度和装填情况，样品的结晶度和纯度，参照物。2仪器方面3实验条件：升温速率，气氛，压力。

12.光源：

1X射线衍射仪——X射线。

2光学显微镜——电子束。

3透射电子显微镜——高速电子束。

4扫描电子显微镜——高速电子束。

13.综合热分析的优点？

利用多种热分析方法联用形成的综合热分析，可以获取更多的热分析信息，同时，多种热分析技术集中在一个仪器上，实验条件相同，使用方便，实验误差小，可对物理或化学进行简单的判断。

14.原子吸收光谱仪由光源，原子化系统，单色器，检测器等部分组成（重点：光源的原理，雾化器的作用及原理）

光源的原理：光源的作用是发射被测元素的共振辐射，对光源的要求：锐线光源，辐射强度大，稳定性高，背景小等。

雾化器的作用及原理：使气溶胶的雾粒更小，更均匀并与燃烧和助燃气混合均匀后进入燃烧器。

15.分析紫外——可见吸收光谱，可以得到的结论？

1同一种物质对不同波长光的吸光度不同，吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长。2不同浓度的同种物质，吸收曲线形状相似，而最大吸收波长不变，而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和最大吸收波长则不同。

3吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。

4不同浓度的同种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在最大吸收波长处吸光度A的差异最大，此特性可作为物质定量分析的依据。

5在最大吸收波长处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定灵敏度最高，吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。

16.红外吸收光谱产生的条件？

1辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量。2辐射与物质之间有相互作用。

17.关于对峰位，峰数与峰强的理解？

峰位:化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高频率区(短波长区），反之出现在低频率区（高波长区)。

峰数：峰数与分子自由度有关，无瞬间偶极矩变化时，无红外吸收。

峰强：瞬间偶极矩变化大，吸收峰强，键两端原子电负性相差越大，吸收峰越强，由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰位基频峰，由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰称为倍频峰。

18.色谱分析技术？

一类相关分离方法的总称，利用不同组分在两相间物化性质的差别，通过两相不断的相对运动，是使各组分以不同的速率移动，从而达到将各组分分离检测的目的的技术。

19.差热分析中，参比物的要求？常用什么物质作为参比物？

要求：1在整个测温范围内无热效应2比热和导热性能与试样接近3粒度与试样相近（50-150um）

物质：α-Al2O3（1720K煅烧过的高纯Al2O3粉）。

20.二次电子是怎样产生的？主要特点？

产生：单电子激发过程中被入射电子轰击出的试样原子核外电子，二次电子像主要反映试样表面的形貌特征。特点：1二次电子的能量小于50ev，主要反映试样表面10nm层内的状态，成像分辨率高。

2二次电子发射系数与入射束的能量有关，在入射束能量大于一定值后，随入射束能量的增加，二次电子的发射系数减小。

3二次电子发射系数和试样表面倾角q有关。

4二次电子在试样上方的角分布，在电子束垂直试样表面入射时，服从余弦定律。

21.提高显微镜的分辨率的方法?

选择更短的波长，采用折射率n较高的介质，增大显微镜的孔径角α。

第三篇：现代测试技术

《现代测试技术》

课程考核论文

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摘要：CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把光信号转换成电荷信号。CCD上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。关键字：电信号、图像信号、相机、摄像机。

该传感器的工作原理

构成CCD的基本单元是MOS（金属－氧化物－半导体）结构。CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。工作时，需要在金属栅极上加一定的偏压，形成势阱以容纳电荷，电荷的多少与光强成线性关系。电荷读出时，在一定相位关系的移位脉冲作用下，从一个位置移动到下一个位置，直到移出CCD，经过电荷ˉ电压变换，转换为模拟信号。由于在CCD中每个像元的势阱所容纳电荷的能力是有一定限制的，所以如果光照太强，一旦电荷填满势阱，电子将产生“溢出”现象。另外，在电荷读出时，由于它是从一个位置到下一个位置的电荷转移过程，所以存在电荷的转移效率和转移损失问题

电荷耦合摄像器件（CCD）的突出特点是以电荷为信号载体。它的功能是接受存储模拟电荷信号，并将它逐级转移（并存储）输送到输出端。其基本工作过程主要是信号电荷的产生、存储、转移和检测，因此实际上相当于一个模拟移位存储器。主要有信息处理用延迟线、存储器和光电摄像器件三个方向应用

CCD有表面（沟道）CCD（SCCD）和埋沟CCD（BCCD）两种基本类型。作为图像传感器用摄像器件还另外具有光敏元阵列和转移栅，以进行光电转移，并将光电转换的信号电荷转移到CCD转移电极下。

该传感器的的测量的物理量及范围

线型CCD即CCD的感光元件排列在一条直线上。它成像方式是CCD在光学系统成像所在的焦平面上垂直扫过，地到一幅完整的影像。传统的扫描仪都使用这种类型的CCD，因此我们又称它为扫描型CCD。线性CCD的这种工作方式决定了

2它得到一幅完整的影像需要很长的时间，即嚗光时间很长。自然它就无法用于拍摄动态的物体，另外在嚗光过程中需要一致的光线环境，它也不支持闪光拍摄。虽然有如此重大的缺陷，但线性CCD的感光元件可以做到很高的线密度，这样用线性CCD可以得到极高像素数量的影像，因此它仍然被用于数码相机，拍摄需要超高分辨率的静物影像。典型的例子是Agfa的StudioCam相机，它用三条线性CCD分别感应红蓝绿三色光，每条3648像素，色彩灰度为12位，可得到1640万像素分辨率高达4500*3648的图象，最终的影像容量高达50-100MB。其预扫描时间需要12秒，每一线依精度需要1/15-1/200秒。

面型CCD 又称全幅式CCD,阵列型CCD。面型CCD的嚗光方式有以下三种。1．单CCD芯片三次嚗光：即通过三色滤镜轮盘分别将红蓝绿三色光投射在CCD上，三次采集后合成得到影像。这种方式得到的影像质量很高，但三次嚗光，不能用于拍摄动态影像。

2．三CCD一次嚗光：三个CCD芯片，分别感应红绿蓝三色光（或其中两片感应绿色光，另一片感应红蓝光），自然光通过分光棱镜系统将三色光分别投影在CCD上，一次嚗光得到完整影像。这种方式得到的影像质量和单芯片三次嚗光一样，而一次嚗光可拍摄动态影像.缺点是三CCD的成本很高，分光棱镜的制作技术难度也很大。

3.单CCD芯片一次嚗光：CCD上组合排列感应三种色光的像素，一次嚗光后得到影像，由于人眼对绿色最为敏感，通常CCD上的感绿色像素最多。这种方式的影像质量最低，但受成本的限制和对动态影像的拍摄要求，市面上主流产品大都采用单CCD芯片一次嚗光。

CCD-CCD原理

说到CCD的尺寸，其实是说感光器件的面积大小，这里就包括了CCD和CMOS。感光器件的面积大小，CCD/CMOS面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。CCD/CMOS是数码相机用来感光成像的部件，相当于光学传统相机中的胶卷。

CCD上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列。当其表面感受到光线时，会将电荷反应在组件上，整个CCD上的所有感光组件所产生的信号，就构成了一个完整的画面

该传感器的对测量某一物理量的具体应用

CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。CCD一般可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。线阵CCD将CCD内部电极分成数组，并施加同样的时钟脉冲，以满足不同场合的应用。面阵CCD较线阵CCD结构更为复杂，由很多光敏区排列成一个方阵并以一定的形式连接成一个器件，以获取大量信息，完成复杂图像的处理。

一般考察CCD质量性能，可以对其不同参数进行考虑。包括CCD的光谱灵敏度、暗电流与噪声、转移效率和转移损失率、时钟频率的上、下限、动态范围、非均匀性、非线性度、时间常数、CCD芯片像素缺陷等。

CCD图像传感器一般体积较小，功耗也较低，因此适应于各类电子产品而不会占用太大空间。同时CCD灵敏度高、噪声低、动态范围大、响应速度快、像素集成度高、尺寸精确等，都让它的应用得到普及。

含格状排列像素的CCD应用于数码相机、光学扫瞄仪与摄影机的感光元件。经冷冻的CCD亦广泛应用于天文摄影与各种夜视装置，而各大型天文台亦不断研发高像数CCD以拍摄极高解像之天体照片。CCD能使固定式的望远镜发挥有如带追踪望远镜的功能，让CCD上电荷读取和移动的方向与天体运行方向一致，速度也同步，以CCD导星不仅能使望远镜有效纠正追踪误差，还能使望远镜记录到比原来更大的视场。一般的CCD大多能感应红外线，所以衍生出红外线影像、夜视装置、零照度（或趋近零照度）摄影机/照相机等

该传感器的技术指标及参考价格、可能的生产厂家 1.光谱灵敏度

CCD的光谱灵敏度取决于量子效率、波长、积分时间等参数。量子效率表征CCD芯片对不同波长光信号的光电转换本领。不同工艺制成的CCD芯片，其量子效率不同。灵敏度还与光照方式有关，背照CCD的量子效率高，光谱响应曲线无起伏，正照CCD由于反射和吸收损失，光谱响应曲线上存在若干个峰和谷。

2.CCD的暗电流与噪声

CCD暗电流是内部热激励载流子造成的。CCD在低帧频工作时，可以几秒或几千秒的累积（曝光）时间来采集低亮度图像，如果曝光时间较长，暗电流会在

4光电子形成之前将势阱填满热电子。由于晶格点阵的缺陷，不同像素的暗电流可能差别很大。在曝光时间较长的图像上，会产生一个星空状的固定噪声图案。这种效应是因为少数像素具有反常的较大暗电流，一般可在记录后从图像中减去，除非暗电流已使势阱中的电子达到饱和。

晶格点阵的缺陷产生不能收集光电子的死像素。由于电荷在移出芯片的途中要穿过像素，一个死像素就会导致一整列中的全部或部分像素无效；过渡曝光会使过剩的光电子蔓延到相邻像素，导致图像扩散性模糊。

3.转移效率和转移损失率

电荷包从一个势阱向另一个势阱转移时，需要一个过程。像素中的电荷在离开芯片之前要在势阱间移动上千次或更多，这要求电荷转移效率极其高，否则光电子的有效数目会在读出过程中损失严重。

引起电荷转移不完全的主要原因是表面态对电子的俘获，转移损失造成信号退化。采用“胖零”技术可减少这种损耗。

4.时钟频率的上、下限

下限取决于非平衡载流子的平均寿命，上限取决于电荷包转移的损失率，即电荷包的转移要有足够的时间。

5.动态范围

表征同一幅图像中最强但未饱和点与最弱点强度的比值。数字图像一般用DN表示。

6.非均匀性

表征CCD芯片全部像素对同一波长、同一强度信号响应能力的不一致性。

7.非线性度

表征CCD芯片对于同一波长的输入信号，其输出信号强度与输入信号强度比例变化的不一致性。

8.时间常数

表征探测器响应速度，也表示探测器响应的调制辐射能力。时间常数与光导和光伏探测器中的自由载流子寿命有关。

9.CCD芯片像素缺陷

a.像素缺陷：对于在50%线性范围的照明，若像素响应与其相邻像素偏差超过30%，则为像素缺陷。

b.簇缺陷：在3*3像素的范围内，缺陷数超过5个像素。

c.列缺陷：在1*12的范围内，列的缺陷超过8个像素。

d.行缺陷：在一组水平像素内，行的缺陷超过8个像素

价格：600~800元之间

生产厂家：索尼、尼康

优缺点

优点：CCD制造工艺较复杂，成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确一般是颜色好，缺点：费电，曝光时间长的时候温升大，噪点相对严重，最重要的是大规格的成品率低，成本高

针对缺点有何改进措施

1)围绕空间CCD相机的设计技术要求,本文在相机的结构设计过程中完成了以下工作:(a)通过对星载空间相机常用材料的性能分析比较,合理地完成部件结构的材料选择,为达到轻量化的设计要求奠定基础;(b)应用有限元分析方法,对相机关键部件——主镜筒和支架进行了优化设计;2)在该相机精确CAD模型的基础上,对CCD相机进行了简化造型。利用简化后的模型建立了整机的有限元模型,完成了该相机结构动态特性分析计算

参考文献

[1].曾光奇.工程测试技术基础.武汉：华中科技大学出版社.2002.36

第四篇：2016《材料现代分析测试方法》复习题

《近代材料测试方法》复习题

1． 材料微观结构和成分分析可以分为哪几个层次？分别可以用什么方法分析？

答：化学成分分析、晶体结构分析和显微结构分析

化学成分分析——常规方法（平均成分）：湿化学法、光谱分析法

——先进方法（种类、浓度、价态、分布）：X射线荧光光谱、电子探针、光电子能谱、俄歇电子能谱 晶体结构分析：X射线衍射、电子衍射

显微结构分析：光学显微镜、透射电子显微镜、扫面电子显微镜、扫面隧道显微镜、原

子力显微镜、场离子显微镜

2． X射线与物质相互作用有哪些现象和规律？利用这些现象和规律可以进行哪些科学研究工作，有哪些实际应用？

答： 除贯穿部分的光束外，射线能量损失在与物质作用过程之中，基本上可以归为两大类：一部分可能变成次级或更高次的X射线，即所谓荧光X射线，同时，激发出光电子或俄歇电子。另一部分消耗在X射线的散射之中，包括相干散射和非相干散射。此外，它还能变成热量逸出。

（1）现象/现象：散射X射线（想干、非相干）、荧光X射线、透射X射线、俄歇效

应、光电子、热能

（2）①光电效应：当入射X射线光子能量等于某一阈值，可击出原子内层电子，产 生光电效应。

应用：光电效应产生光电子，是X射线光电子能谱分析的技术基础。光电效应

使原子产生空位后的退激发过程产生俄歇电子或X射线荧光辐射是 X射线激发俄歇能谱分析和X射线荧光分析方法的技术基础。

②二次特征辐射（X射线荧光辐射）：当高能X射线光子击出被照射物质原子的 内层电子后，较外层电子填其空位而产生了次生特征X射线（称二次特征辐射）。

应用：X射线被物质散射时，产生两种现象：相干散射和非相干散射。相干散射

是X射线衍射分析方法的基础。

3． 电子与物质相互作用有哪些现象和规律？利用这些现象和规律可以进行哪些科学研究工作，有哪些实际应用？

答：当电子束入射到固体样品时，入射电子和样品物质将发生强烈的相互作用，发生弹性散射和非弹性散射。伴随着散射过程，相互作用的区域中将产生多种与样品性质有关的物理信息。

（1）现象/规律：二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子、俄歇电子、特征X射

线

（2）获得不同的显微图像或有关试样化学成分和电子结构的谱学信息 4． 光电效应、荧光辐射、特征辐射、俄歇效应，荧光产率与俄歇电子产率。特征X射线产生机理。

光电效应：当入射X射线光子能量等于某一阈值，可击出原子内层电子，产生光电效应。荧光辐射：被打掉了内层电子的受激原子，将发生外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出

波长严格一定的特征X射线。这种利用X射线激发而产生的特征辐射为二次特

征辐射，也称为荧光辐射。特征辐射：

俄歇效应：原子K层电子被击出，L层电子向K层跃迁，其能量差被邻近电子或较外层电

子所吸收，使之受激发而成为自由电子。这种过程就是俄歇效应，这个自由电子

就称为俄歇电子。

荧光产率：激发态分子中通过发射荧光而回到基态的分子占全部激发态分子的分数。

俄歇电子产率：

5． 拉曼光谱分析的基本原理及应用。什么斯托克斯线和反斯托克斯线？什么是拉曼位移？（振动能级）

原理：光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射.弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分,非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应。

应用：拉曼光谱对研究物质的骨架特征特别有效。红外和拉曼分析法结合，可更完整地研究分子的振动和转动能级，从而更可靠地鉴定分子结构。可以进行半导体、陶瓷等无机材料的分析。是合成高分子、生物大分子分析的重要手段。在燃烧物和大气污染物分析等方面有重要应用。有两种情况：

（1）分子处于基态振动能级，与光子碰撞后，从光子中获取能量达到较高的能级。若与此相应的跃迁能级有关的频率是ν1，那么分子从低能级跃到高能级从入射光中得到的能量为hν1，而散射光子的能量要降低到hν0-hν1，频率降低为ν0-ν1。

（2）分子处于振动的激发态上，并且在与光子相碰时可以把hν1的能量传给光子，形成一条能量为hν0+hν1和频率为ν0+ν1的谱线。

通常把低于入射光频的散射线ν0-ν1称为斯托克斯线。高于入射光频的散射线ν0+ν1称为反斯托克斯线。

6． X射线荧光光谱定性、定量分析的基本原理及应用（适用），什么是基本体吸收效应？如何消除？ 定性分析： 在谱仪上配上计算机，可以直接给出试样内所有元素的名称。

1、确定某元素的存在，除要找到易识别的某一强线外，最好找出另一条强度高的线条，以免误认。

2、区分哪些射线是从试样内激发的，那哪射线是靶给出的，靶还可能有杂质，也会发出X射线。

3、当X射线照射到轻元素上时，由于康普顿效应，还会出现非相干散射。可通过相应的实验将它们识别。

定量分析：如果没有影响射线强度的因素，试样内元素发出的荧光射线的强度与该元素在试样内的原子分数成正比。但是实际上存在影响荧光X射线强度的因素，这些因素叫做基体吸收效应和增强效应。

元素A的荧光X射线强度不但与元素A的含量有关，还与试样内其他元素的种类和含量有关。当A元素的特征x射线能量高于B元素的吸收限(或相反)时，则A元素的特征X射线也可以激发B元素，于是产生两种影响，其中A元素的特征x荧光照射量率削弱的为吸收效应。吸收包括两部分：一次X射线进入试样时所受的吸收和荧光X射线从试样射出时所受的吸收。

实验校正法：外标法、内标法、散射线标准法，增量法 数学校正法：经验系数法、基本参数法

7． 波谱仪与能谱仪的展谱原理及特点。（特征X射线检测）

波谱仪：利用X射线的波长不同来展谱。1）能量分辨率高——突出的优点，分辨率为5eV 2）峰背比高：这使WDS所能检测的元素的最低浓度是EDS的1/10，大约可检测100 ppm。3）采集效率低，分析速度慢。

4）由于经晶体衍射后，X射线强度损失很大，其检测效率低。

5）波谱仪难以在低束流和低激发强度下使用，因此其空间分辨率低且难与高分辨率的电镜（冷场场发射电镜等）配合使用。能谱仪：利用X射线的能量不同来展谱。优点：

1）分析速度快：同时接收和检测所有信号，在几分钟内分析所有元素。

2）灵敏度高：收集立体角大，不用聚焦，探头可靠近试样，不经衍射，强度没有损失。可在低束流（10-11 A）条件下工作，有利于提高空间分辨率。

3）谱线重复性好：没有运动部件，稳定性好，没有聚焦要求，所以谱线峰值位置的重复性好且不存在失焦问题，适合于比较粗糙表面的分析。缺点：

1）能量分辨率低：在130 eV左右，比WDS的5eV低得多，谱线的重叠现象严重。2）峰背比低：探头直接对着样品，在强度提高的同时，背底也相应提高。EDS所能检测的元素的最低浓度是WDS的十倍，最低大约是1000 ppm。

3）工作条件要求严格：探头必须保持在液氦冷却的低温状态，即使是在不工作时也不能中断，否则导致探头功能下降甚至失效。

8． XPS的分析原理是什么？（什么效应）

光电效应：在外界光的作用下，物体（主要指固体）中的原子吸收光子的能量，使其某一层的电子摆脱其所受的束缚，在物体中运动，直到这些电子到达表面。如果能量足够、方向合适，便可离开物体的表面而逸出，成为光电子。光电子动能为：Ec =hv-EB-(-w)

9． XPS的应用及特点，XPS中的化学位移有什么用？

分析表面化学元素的组成、化学态及其分布，特别是原子的价态、表面原子的电子密度、能级结构。

最大特点是可以获得丰富的化学信息，它对样品的损伤是最轻微的，定量也是最好的。它的缺点是由于X射线不易聚焦，因而照射面积大，不适于微区分析。

(1)可以分析除H和He以外的所有元素，可以直接得到电子能级结构的信息。(2)它提供有关化学键方面的信息，即直接测量价层电子及内层电子轨道能级，而相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，互相干扰少，元素定性的标志性强。

(3)是一种无损分析。

(4)是一种高灵敏超微量表面分析技术。分析所需试样约10-8g即可，绝对灵敏度高达10-18g，样品分析深度约2 nm。

由于原子处于不同的化学环境里而引起的结合能位移称为化学位移。化学位移的量值与价电子所处氧化态的程度和数目有关。氧化态愈高，则化学位移愈大。

10． 紫外光电子能谱原理及应用。（激发什么电子？）

紫外光电子能谱仪与X射线光电子能谱仪非常相似，只需把激发源变换一下即可。真空紫外光源只能激发样品中原子、分子的外层价电子或固体的价带电子。测量固体表面价电子和价带分布、气体分子与固体表面的吸附、以及化合物的化学键、研究振动结构。

11． 俄歇电子能谱分析的原理、应用及特点。（俄歇电子与什么有关？）

原理：俄歇效应。俄歇电子的能量与参与俄歇过程的三个能级能量有关。能量是特定的，与入射X射线波长无关，仅与产生俄歇效应的物质的元素种类有关。应用：可以做物体表面的化学分析、表面吸附分析、断面的成分分析。1）材料表面偏析、表面杂质分布、晶界元素分析； 2）金属、半导体、复合材料等界面研究； 3）薄膜、多层膜生长机理的研究；

4）表面化学过程（如腐蚀、钝化、催化、晶间腐蚀、氢脆、氧化等）研究； 5）集成电路掺杂的三维微区分析； 6）固体表面吸附、清洁度、沾染物鉴定等。特点：

1）作为固体表面分析法，其信息深度取决于俄歇电子逸出深度（电子平均自由程）。对于能量为50eV-2keV范围内的俄歇电子，逸出深度为0.4-2nm，深度分辨率约为l nm,，横向分辨率取决于入射束斑大小。

2）可分析除H、He以外的各种元素。

3）对于轻元素C、O、N、S、P等有较高的分析灵敏度。4）可进行成分的深度剖析或薄膜及界面分析。

12． 扫描隧道显微镜基本原理及特点、工作模式。（量子隧道效应，如何扫描？恒高、恒电流工作模式，隧道谱应用）

基本原理：尖锐金属探针在样品表面扫描，利用针尖-样品间纳米间隙的量子隧道效应引起隧道电流与间隙大小呈指数关系，获得原子级样品表面形貌特征图象。

量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。金属探针安置在三个相互垂直的压电陶瓷（Px、Py、Pz）架上，当在压电陶瓷器件上施加一定电压时，由于压电陶瓷器件产生变形，便可驱动针尖在样品表面实现三维扫描；

隧道谱应用：可对样品表面显微图像作逐点分析，以获得表面原子的电子结构（电子态）等信息。在样品表面选一定点，并固定针尖与样品间的距离，连续改变偏压值从负几V~正几V，同时测量隧道电流，便可获得隧道电流随偏压的变化曲线，即扫描隧道谱。特点：

1）STM结构简单。

2）其实验可在多种环境中进行：如大气、超高真空或液体（包括在绝缘液体和电解液中）。3）工作温度范围较宽，可在mK到1100K范围内变化。这是目前任何一种显微技术都不能同时做到的。

4）分辨率高，扫描隧道显微镜在水平和垂直分辨率可以分别达到0.1nm和0.01nm。因此可直接观察到材料表面的单个原子和原子在材料表面上的三维结构图像。

5）在观测材料表面结构的同时，可得到材料表面的扫描隧道谱（STS），从而可以研究材料表面化学结构和电子状态。

6）不能探测深层信息，无法直接观察绝缘体。工作模式：

恒电流模式：扫描时，在偏压不变的情况下，始终保持隧道电流恒定。适于观察表面起伏较大的样品。

恒高模式：始终控制针尖在样品表面某一水平高度上扫描，随样品表面高低起伏，隧道电流不断变化。适于观察表面起伏不大的样品。

13． 原子力显微镜工作原理、成像模式及应用。（微小力测量如何实现？纳米量级力学性能测量）

原理：利用微小探针与待测物之间交互作用力，来呈现待测物表面的物理特性。成像模式：

应用：已成为表面科学研究的重要手段。（1）几十到几百纳米尺度的结构特征研究（2）原子分辨率下的结构特征研究（3）在液体环境下成像对材料进行研究

（4）测量、分析表面纳米级力学性能（吸附力、弹性、塑性、硬度、粘着力、摩擦力等)：通过测量微悬臂自由端在针尖接近和离开样品过程中的变形（偏转），对应一系列针尖不同位置和微悬臂形变量作图而得到力曲线。当针尖被压入表面时，那点曲线斜率可以决定材料的弹性模量，从力曲线上也能很好的反映出所测样品的弹性、塑性等性质。（5）实现对样品表面纳米加工与改性

14． 什么是离子探针？离子探针的特点及应用。

离子探针微区分析仪，简称离子探针。

离子探针的原理是利用细小的高能（能量为1~20keV）离子束照射在样品表面，激发出正、负离子（二次离子）；利用质谱仪对这些离子进行分析，测量离子的质荷比（m/e）和强度，确定固体表面所含元素的种类及其含量。特点：

1）可作同位素分析。

2）可对几个原子层深度的极薄表层进行成分分析。利用离子束溅射逐层剥离，得到三维的成分信息。

3）一次离子束斑直径缩小至微米量级时，可拍摄特定二次离子的扫描图像。并可探测极微量元素（50ppm）。

4）可高灵敏度地分析包括氢、锂在内的轻元素，特别是可分析氢。

15． 场离子显微镜的成像原理（台阶边缘的原子）。

1）隧道效应：若气体原子的外层电子能态符合样品中原子的空能级能态，该电子将有较高的几率通过“隧道效应”而穿过表面位垒进入样品，从而使成像气体原子变为正离子——场致电离。

2）导体表面电场与其曲率成正比：E≈U/5r，相同的电压加上相同的导体，曲率越大，也就是越尖，导体上的电荷越密集，产生的电场越强。

3）场离化原理：当成像气体进入容器后，受到自身动能的驱使会有一部分达到阳极附近，在极高的电位梯度作用下气体原子发生极化，使中性原子的正、负电荷中心分离而成为一个电偶极子。

16． DTA的基本原理，DTA在材料研究中有什么用处？（定量？比热？）

基本原理：当试样发生任何物理或化学变化时，所释放或吸收的热量使样品温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在差热曲线上得到放热或吸热峰； 应用：

1）如果试样在升温过程中热容有变化，则基线ΔTa就要移动，因此从DTA曲线便可知比热发生急剧变化的温度，这个方法被用于测定玻璃化转变温度； 2）合金状态变化的临界点及固态相变点都可用差热分析法测定； 3）可以定量分析玻璃和陶瓷相态结构的变化； 4）被广泛地用于包括非晶在内的固体相变动力学研究； 5）可以用于研究凝胶材料烧结进程；

17． DSC的基本原理及应用。（纵坐标是什么？）

差示扫描量热法（DSC）基本原理：根据测量方法的不同，有两种DSC法，即功率补偿式差示量热法和热流式差示量热法。功率补偿式差示量热法：

1）试样和参比物具有独立的加热器和传感器，仪器由两条控制电路进行监控，一条控制温度，使样品和参比物在预定的速率下升温或降温；另一条用于补偿样品和参比物之间所产生的温差，通过功率补偿电路使样品与参比物的温度保持相同；

2）功率补偿放大器自动调节补偿加热丝的电流，使试样与参比物的温度始终维持相同； 3）只要记录试样放热速度随T（或t）的变化，就可获得DSC曲线。纵坐标代表试样放热或吸热的速度，横坐标是温度T（或时间t）。

应用：1）样品焓变的测定；2）样品比热的测定；3）研究合金的有序-无序转变

18． 影响DTA和DSC曲线形态的因素主要有哪些？（加热速度，样品比热，气氛）

影响DTA（差热分析）曲线形态的因素：实验条件、仪器因素、试样因素等； 实验条件：

① 升温速率：程序升温速率主要影响DTA曲线的峰位和峰形，升温速率越大，峰位越向高温方向迁移以及峰形越陡；

②不同性质的气氛如氧化性、还原性和惰性气氛对DTA曲线的影响很大，有些场合可能会得到截然不同的结果；

③ 参比物：参比物与样品在用量、装填、密度、粒度、比热及热传导等方面应尽可能相近，否则可能出现基线偏移、弯曲，甚至造成缓慢变化的假峰。

影响DSC（量热分析）曲线形态的因素：实验条件、仪器因素、试样因素等； 实验条件：

① 升温速率：一般升温速率越大，峰温越高、峰形越大和越尖锐，而基线漂移大，因而一般采用10℃/min；

② 气氛对DSC定量分析中峰温和热焓值的影响是很大的。

③ 参比物：参比物的影响与DTA相同。

19． 热重分析应用？

1）主要研究在空气中或惰性气体中材料的热稳定性、热分解作用和氧化降解等化学变化； 2）还广泛用于研究涉及质量变化的所有物理过程，如测定水分、挥发物和残渣，吸附、吸收和解吸，气化速度和气化热，升华速度和升华热；

3）可以研究固相反应，缩聚聚合物的固化程度，有填料的聚合物或共混物的组成； 4）以及利用特征热谱图作鉴定等。

20． 什么是穆斯堡尔效应？穆斯堡尔谱的应用。（横坐标？低温？）

无反冲核γ射线发射和共振吸收现象称为穆斯堡尔效应：若要产生穆斯堡尔效应，反冲能量ER最好趋向于零；大多数核只有在低温下才能有明显的穆斯堡尔效应； 应用：

1）可用于测定矿石、合金和废物中的总含铁量和总含锡量； 2）可用于研究碳钢淬火组织、淬火钢的回火、固溶体分解；

3）可以用于判断各种磁性化合物结构的有效手段（可用于测定反铁磁性的奈尔点、居里点和其它各种类型的磁转变临界点；也可用于测定易磁化轴，研究磁性材料中的非磁性相）；4）可用于研究包括红血蛋白、肌红蛋白、氧化酶、过氧化酶、铁氧还原蛋白和细胞色素等范围极广的含铁蛋白质的结构和反应机理研究。

21． 产生衍射的必要条件（布拉格方程）及充分条件。（衍射角由什么决定？几何关系）

必要条件： 1）满足布拉格方程 2dsinn

2）能够被晶体衍射的X射线的波长必须小于或等于参加反射的衍射面中最大面间距的二倍；

2d

充分条件：

1）衍射角：由晶胞形状和大小确定

22． 影响衍射强度的因素。

1）晶胞中原子的种类、数量和位置； 2）晶体结构、晶粒大小、晶粒数目； 3）试样对X射线的吸收； 4)衍射晶面的数目； 5）衍射线的位置； 6）温度因子；

23． 物相定性分析、定量分析的原理。（强度与什么有关？正比含量吗？如何校正基体吸收系数变化对强度的影响?）

物相定性分析：每种结晶物质都有其特定的结构参数，包括点阵类型、单胞大小、单胞中原子（离子或分子）的数目及其位置等等，而这些参数在X射线衍射花样中均有所反映；某种物质的多晶体衍射线条的数目、位置以及强度，是该种物质的特征，因而可以成为鉴别物相的标志。

物相定量分析原理：各相衍射线的强度，随该相含量的增加而提高；由于试样对X射线的吸收，使得“强度”并不正比于“含量”，而须加以修正。

1）采用单线条法（外标法）：混合样中j相某线与纯j相同一根线强度之比，等于j相的重量百分数；

2）采用内标法：将一种标准物掺入待测样中作为内标，并事先绘制定标曲线。3）采用K值法及参比强度法：它与传统的内标法相比，不用绘制定标曲线；

4）采用直接对比法：不向样品中加入任何物质而直接利用样品中各相的强度比值实现物相定量的方法。

24． 晶粒大小与X射线衍射线条宽度的关系。

K

Bcos德拜-谢乐公式： DD为晶粒垂直于晶面方向的平均厚度、B为实测样品衍射峰半高宽度、θ为衍射角、γ为X射线波长

晶粒的细化能够引起X射线衍射线条的宽化； 25． 内应力的分类及在衍射图谱上的反映。

第一类：在物体较大范围（宏观体积）内存在并平衡的内应力，此类应力的释放，会使物体的宏观体积或形状发生变化。第一类内应力又称“宏观应力”或“残余应力”。宏观应力使衍射线条位移。

第二类：在数个晶粒范围内存在并平衡的内应力，一般能使衍射线条变宽，但有时亦会引起线条位移。

第三类：在若干个原子范围内存在并平衡的内应力，如各种晶体缺陷（空位、间隙原子、位错等）周围的应力场、点阵畸变等，此类应力的存在使衍射强度降低。

26． 扫描电镜二次电子像与背散射电子像。（应用及特点）

1.二次电子像（SEI）：

1）特点：图像分辨率比较高；二次电子信号强度与原子序数没有明确的关系，仅对微区刻面相对于入射电子束的角度十分敏感；二次电子能量较低，其运动轨迹极易受电场和磁场的作用从而发生改变，不易形成阴影；二次电子信号特别适用于显示形貌衬度，用于断口检测和各种材料表面形貌特征观察；SE本身对原子序数不敏感，但其产额随（BSE产额）增大而略有上升；SE能反映出表面薄层中的成分变化；通常的SE像就是形貌衬度像

应用：SE研究样品表面形貌最有用的工具；SE也可以对磁性材料和半导体材料进行相关的研究

2.背散射电子像（BSEI）：

1）特点：样品表面平均原子序数大的微区，背散射电子强度较高，而吸收电子强度较低，形成成分衬度；样品表面不同的倾斜角会引起BSE数量的不同，样品表面的形貌对其也有一定的影响；倾角一定，高度突变，背散射电子发射的数量也会改变；背散射电子能量高，离开样品后沿直线轨迹运动；样品表面各个微区相对于探测器的方位不同，使收集到的背散射电子数目不同；检测到的信号强度远低于二次电子，粗糙表面的原子序数衬度往往被形貌衬度所掩盖。

应用：背散射电子像衬度应用最广泛的是成分衬度像，与SE形貌像（或BSE形貌相）相配合，可以方便地获得元素和成分不同的组成相分布状态。

27． 扫描电镜图像衬度（形貌衬度、原子序数衬度）。（产额）

1）表面形貌衬度；电子束在试样上扫描时任何两点的形貌差别表现为信号强度的差别，从而在图像中显示形貌衬度。SE形貌衬度像的一大特点是极富立体感。原理：利用对试样表面形貌变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可以得到形貌衬度图像。

应用：二次电子和背散射电子信号强度是试样表面倾角的函数，均可用形成样品表面形貌衬度。

SE的产额随样品各部位倾斜角θ（电子束入射角）的不同而变化

2）原子序数衬度：原子序数衬度是试样表面物质原子序数（化学成分）差别而形成的衬度。原理：利用对试样表面原子序数（或化学成分）变化敏感的物理信号作为显像管的调制信号，可以得到原子序数衬度图像。

应用：背散射电子像、吸收电子像的衬度都含有原子序数衬度，而特征X射线像的衬度就是原子序数衬度。

28． 什么是电子探针？电子探针的原理、特点及工作方式。(检测的信号)

电子探针X射线显微分析仪是一种微区成分分析的仪器。检测的信号是特征X射线。利用电子束照射在样品表面，激发出正、负离子（二次离子），用X射线分析器进行分析。特征X射线的波长（能量）——确定待测元素；特征X射线强度——确定元素的含量。

第五篇：现代测试技术及应用学习心得

《现代测试技术》课程总结

学校：太原科技大学 班级：力学141802班姓名：曹华科 学号：201418020202

《现代测试技术》课程总结

经过这学期现代测试技术的学习，让我对测试技术有了一个全新的认识和理解。让我以前对现代测试技术浅薄的认知有了很大的变化，现代测试的飞速发展也让我对之充满信心。

随着自动化技术的高速发展，仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节，同时也是生产过程自动化和经营管理现代化的基础，没有性能好、精度高、质量可靠的仪器测试到各种有关的信息，要实现高水平的自动化就是一句空话。随着自动化程度要求的不断提高，测试技的作用越来越明显。可以说，自动化的提高很大作用取决于现代测试技术的提高。科学技术的发展历史表明，许多新的发现和突破都是以测试为基础的。同时，其他领域科学技术的发展和进步又为测试提供了新的方法和装备，促进了测试技术的发展。

测试的基本任务是获取有用的信息，而信息又是蕴涵在某些随时间或空间变化的物理量中，即信号之中的。因此，首先要检测出被测对象所呈现的有关信号，再加以分析处理，最后将结果提交给观察者或其他信息处理装置、控制装置。测试技术已成为人类社会进步和各学科高级工程技术人员必须掌握的重要的基础技术。

测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。当测试的目的、要求不同时，所用的测试装置差别很大。测试系统的基本特性是测试系统与其输入、输出的关系，它一般分为两类：静态特性和动态特性。在选用测试系统时，要综合考虑多种因素，其中最主要的一个因素是测试系统的基本特性是否能使其输入的被测物理量在精度要求范围内真实地反映出来。

基于计算机的测量师现代测试技术的特点。20多年来，仪器开始与计算机连接起来。如今，计算机已成为现代测试和测量系统的基础。随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，传感器技术、通信技术和计算机技术者3大技术的结合，使测试技术领域发生了巨大变化。

第一种结合是计算机技术与传感器技术的结合。其结果是产生了智能传感器，为传感器的发展开辟了全新的方向。多年来，智能传感器技术及其研究在国

内外测控领域扮演着举足轻重的角色。

第二种结合是计算机技术和通信技术的结合。其结果是产生了计算机网络技术，这一结合所带来的划时代意义已是有目共睹的，它使人类真正进入了信息化时代。

第三种结合是计算机网络技术和智能传感器的结合。其结果是产生了基于TCP/IP的网络智能传感器，使传统测控系统的信息采集、数据处理等方式产生了质的飞跃，而且使测控系统本身也发生了质的飞跃，使测控系统的结构和功能产生了重大变革。对系统的扩充和维护都提供了极大的方便。

现代测试系统组成的结构一般来说是由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。随着微电子技术、计算机技术及数字信号处理器等先进技术在测试中的应用，就共性及基础技术而言，现代电测技术在集成仪器、测试系统的体系结构、测试技术、人工智能测试技术等方面有了长足发展。现代测试系统主要是以通用计算机为核心，采用标准总线，选取标准硬件模板及必要的专用接口与设备，构造满足领域中多种应用要求的分布式测试系统。

现代测试技术的发展几乎是与计算机技术同步、协调向前发展的，计算机技术是测试技术的核心，若脱离开计算机、软件、网络、通信发展的轨道，测试技术产业就不可能壮大。

测试技术的发展主要包括传感器的发展、测试手段的发展、测量信号处理的发展。第一、传感器的发展：传感器的作用主要是获取信息，是信息技术的源头。主要发展方向是面向智能化传感器、多传感器、多功能化和高精度化及传感器的融合。第二、测试手段的发展：主要面向硬件功能软件化、集成模块化、参数整定与修改实时化、硬件平台通用化。第三、测量信号处理的发展：主要是面向信号处理芯片方向。

在以后的学习的生活中，测试技术对未来工业发展有很大重要。对各行各业都非常重要，让我以后对测试技术更加的重视。也希望以后能从事这方面的工作。