./材料研究方法課后習題答案第一章緒論1.材料時如何分類的？材料的結構層次有哪些？答：材料按化學組成和結構分：金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、復合材料材料的結構層次有：微觀結構、亞微觀結構、顯微結構、宏觀結構。2.材料研究的主要任務和對象是什么？有哪些相應的研究方法？答：任務：研究、制造和合理使用各類材料。研究對象：材料的組成、結構和性能。研究方法：圖像分析法、非圖形分析法：衍射法、成分譜分析。成分譜分析法：光譜、色譜、熱譜等；光譜包括：紫外、紅外、拉曼、熒光；色譜包括：氣相、液相、凝膠色譜等；熱譜包括：DSC、DTA等。3.材料研究方法是如何分類的？如何理解現代研究方法的重要性？答：按研究儀器測試的信息形式分為圖像分析法和非圖形分析法；按工作原理,前者為顯微術,后者為衍射法和成分譜分析。重要性：1理論：新材料的結構鑒定分析；2實際應用需要：配方剖析、質量控制、事故分析等。第二章光學顯微分析1.區分晶體的顏色、多色性及吸收性,為何非均質體礦物晶體具有多色性？答：顏色：晶體對白光中七色光波選擇吸收的結果。多色性：由于光波和晶體中的振動方向不同,使晶體顏色發生改變的現象。吸收性：顏色深淺發生改變的現象稱為吸收性。光波射入非均質礦物晶體時,振動方向是不同的,折射率也是不同的,因此體現了多色性。2.什么是貝克線？其移動規律如何？有什么作用？答：在兩個折射率不同的物質接觸處,可以看到比較黑暗的邊緣,稱為晶體的輪廓。在輪廓附近可以看到一條比較明亮的細線,當升降鏡筒時,亮線發生移動,這條較亮的細線稱為貝克線。移動規律：提升鏡筒,貝克線向折射率答的介質移動。作用：根據貝克線的移動規律,比較相鄰兩晶體折射率的相對大小。3.什么是晶體的糙面、突起、閃突起？決定晶體糙面和突起等級的因素是什么？答：糙面：在單偏光鏡下觀察晶體表面時,可發現某些晶體表面較為光滑,某些晶體表面顯得粗糙呈麻點狀,好像粗糙皮革一樣這種現象稱為糙面。突起：在晶體形貌觀察時會感覺到不同晶體表面好像高低不平,某些晶體顯得高一些,某些晶體顯得低一些,這種現象稱為突起。閃突起：雙折射率答的晶體,在單偏光鏡下,旋轉物臺,突起高低發生明顯的變化,這種現象稱為閃突起。決定晶體糙面和突起等級的因素：根據光片中突起的高低、輪廓、糙面的明顯程度劃分等級。4.什么叫干涉色？影響晶體干涉色的因素有哪些？光的干涉條件是什么？答：白光由七種不同波長的單色光組成,由于不同單色光發生的消光位和最強位因各自波長而處于不同位置,因此七種單色光的明暗干涉條紋互相疊加而構成了與光程差相對應的特殊混合色,稱為干涉色。影響干涉色的因素：光程差的大小影響干涉色的顏色；α角影響干涉色的亮度。光的干涉條件：兩束光振動頻率相同,均同一平面內振動,且存在光程差。10.如何利用錐光鏡鑒定晶體的光性和軸性？〔了解答：光性的鑒定：鑒定一軸晶晶體的光性可利用相應補色器,通過確定黑十字所劃分的四個象限或黑直臂兩側所對應的象限中光率體的分布形式來確定；在二軸晶晶體切片中,由黑十字或黑直臂位轉動物臺45°時,黑彎臂的頂點即光軸出露點,此時與光軸面垂直方向即為Nm,此時可以利用補色器,通過鑒定兩光軸出露點連線平行于Ng或Np來確定是哪根光率體主軸,即可確定二軸晶光率體光性。軸性的鑒定：在錐光鏡下,一軸晶和二軸晶晶體的干涉圖像明顯不同,對于一軸晶來說,轉動物臺,呈現的是黑十字或黑直臂交替出現,不出現彎曲的黑臂；對于二軸晶來說,則呈現黑十字與彎臂交替出現的干涉圖像。11.如何提高光學顯微分析的分辨能力？答：1選用更短的波長；2采用折射率很高的材料；3增大顯微鏡的孔徑角。12.闡述光學顯微分析用光片制備方法。答：1取樣：取樣部位應有代表性,應包含所要研究的對象并滿足研究的特定要求；2鑲嵌：對形狀特殊或尺寸細小而不易握持的樣品,需進行樣品鑲嵌；3磨光：去除取樣時引入的樣品表層損傷,獲得平整光滑的樣品表面；4拋光：去除細磨痕以獲得平整無疵的鏡面,去除變形層；5浸蝕：清晰顯示出材料的內部組織。13.分析近場光學顯微分析的原理及與傳統光學顯微分析的異同。答：原理：在近場探測中,必須將探測器位于距物體一個波長以內的位置上,在場傳播以前將其俘獲,因此近場探測器位于距離物體表面納米尺寸的位置上,既能移動又不碰到樣品,所以只能使用點狀探測器逐點成像的方法。這種點狀探測器首先將納米尺寸的局部光信號收集,將其轉變為電流,或者再發射到自由空間,或者以波導的方式將其傳播到探測系統,將逐點采集的信息掃描成為二維圖像。異同：1照明光源的尺度和照明方法：傳統光學顯微鏡用擴展光源在遠場照明樣品；近場官學顯微鏡用納米局域光源在納米尺度的近場距離內照明樣品；2成像方法：傳統光學顯微鏡用肉眼或成像儀器直接觀察或接受放大的圖像,近場光學顯微鏡用掃描技術使局域光源逐點網格狀照明樣品,然后由光電接收器接受光信號,借助計算機將圖像勾畫出來。3近場光學顯微鏡用探針來照明樣品和探測信號。14.為何近場光學顯微鏡可突破光學顯微鏡分辨率極限？答：一般近場光學顯微鏡分辨率：30-50nm；新型近場光學顯微鏡分辨率0.8nm,不但突破了λ/2的衍射極限,也使目前近場光學顯微鏡的分辨本領提高了近兩個數量級。第3章X射線衍射分析1.試述X射線的定義、性質、連續X射線和特征X射線的產生、特點。答：X射線——由高速電子撞擊物質的原子所產生的電磁波。性質：1X射線是一種電磁波,具有波粒二象性；2X射線波長：10-2—102A03X射線的波長、振動頻率和傳播速度符合λ=c/v.4X射線可以看成具有一定能量E、動量P、質量m的X光流子5X射線具有很高的穿透能力,可以穿過黑紙和許多對于可見光不透明的物質。6X射線肉眼不能觀察到,但可以使照相底片感光,在通過一些物質時,使物質原子中的外層電子發生躍遷發出可見光。7X射線能夠殺死生物細胞和組織,連續X射線：強度隨波長連續變化,構成連續譜。X譜強度隨X射線管的管電壓增加而增大,最大強度所對應的波長變小,最短波長界限減小。特征X射線：波長一定、強度很大的特征譜只有當管電壓超過一定激發電壓時才產生,只取決于光管的陽極靶材料,不同靶材具有其特有的特征譜線。2.X射線與物質的相互作用是什么？答：X射線與物質相互作用過程會產生物理、化學和生化過程,引起各種效應。X射線可使一些物質發出可見的熒光；使離子固體發出黃褐色或紫色的光；破壞物質的化學鍵,使新鍵形成,促進物質的合成；引起生物效應,導致新陳代謝發生變化；X射線與物質之間的物理作用可分為X射線散射和吸收。3.試述X射線衍射原理,布拉格方程和勞厄方程的物理意義。答：X射線衍射原理：X射線作為一電磁波投射到晶體中時,會受到晶體中原子的散射,而散射波就好像是從原子中心發出,每一個原子中心發出的散射波又好比一個源球面波。由于原子在晶體中是周期排列,這些散射球面波之間存在著固定的位相關系,它們之間會在空間產生干涉,結構導致在某些散射方向的球面波相互加強,而在某些方向上相互抵消,從而出現衍射現象,即在偏離原入射線方向上、只有特定的方向上出現散射線加強而存在衍射斑點,其余方向則無衍射斑點。布拉格方程物理意義：2dsinθ=λ1>表達了晶面間距d、衍射方向θ和X射線波長λ之間的定量關系,是晶體結構分析的基本公式；2已知X射線的波長λ和掠射角θ,可計算晶面間距d；3已知晶體結構,可測定X射線的波長λ。勞厄方程的物理意義：從理論上解決了入射線波長、方向、點陣常數和單一原子列衍射線方向的相互關系；確定了衍射方向的基本方程。4.試述X射線衍射實驗方法,粉末衍射儀的工作方式、工作原理。答：實驗方法：粉末法、勞厄法和轉晶法。粉末衍射儀的工總方式：連續式掃描、步進式掃描工作原理：X射線粉末衍射儀用具有一定發散度的特征X光束照射多晶平板樣品,多晶平板樣品中一部分被照射的小晶粒的同名衍射晶面及其等同晶面所產生的衍射線將在適當的方位聚焦而形成衍射強峰,被聚焦的那一部分衍射線所對應的同名晶面或等同晶面與光源和接收狹縫處在同一聚焦圓周上。在測角儀掃描過程中,由光源狹縫、樣品臺軸心、和接收狹縫確定的聚焦園半徑不斷改變。但在樣品一定深度范圍內總是存在與聚焦圓吻合的弧面,由于"同一圓周上的同弧圓周角相等",組成多晶樣品的各小晶粒中,凡處于與聚焦圓吻合的弧面上的,滿足衍射矢量方程的同名衍射晶面及其等同晶面所產生的衍射線都將在狹縫處聚焦,并因此形成衍射線強峰。5.試述X射線粉末衍射法物相定性分析過程及注意的問題。答：物相定性分析過程：1用粉末照相法或粉末衍射儀法獲取被測試樣物相的衍射圖樣；2通過對所獲衍射圖樣的分析和計算,獲得各衍射線條的2θ、d及相對強度大小；3使用檢索手冊,查尋物相PDF卡片號；4若是多物相分析,則在3步完成后,對剩余的衍射線重新根據相對強度排序,重復3步驟,直至全部衍射線能基本得到解釋。注意問題：1對試樣分析前,盡可能詳細了解樣品來源、化學成分、工藝狀況,觀察外形、顏色等性質,為物相分析的檢索工作提供線索；2盡可能根據試樣的各種性能,在許可的條件下將其分離成單一物相后進行衍射分析；3盡可能避免衍射線重疊,提高粉末照相或衍射儀的分辨率；4d值處理精度要求高,檢索時只允許小數點后第二位才能出現偏差；5特別要重視低角度區域的衍射實驗數據；6多物相混合實驗時,應耐心檢索,力求全部數據都能合理解釋；7物相定性分析過程中,盡可能與其他的相分析實驗手段結合起來,互相配合,互相印證。6.試述X射線粉末衍射儀法物相定量分析方法及其過程。答：物相定量分析方法：外標法、內標法、基體沖洗法〔K值法過程：1物相鑒定；2選擇標樣物相；3進行定標曲線的測定；4測定試樣中標準物相S的強度或測定按要求制備試樣中的待測物相及標樣S物相制定衍射線強度；5用所測定的數據,按各自的方法計算出待測物相的質量分數。7.比較X射線粉末多晶衍射儀法測定物質晶體結構與單晶衍射法測定物質晶體結構。答：多晶法樣品制備、衍射實驗和數據處理簡單,但只能完成對晶體晶系的確定、衍射花樣指數標定,點陣參數測定等結構測定中的部分工作,所以,多晶衍射只能進行簡單晶體結構測定或復雜結構晶體測定的部分工作。單晶衍射法樣品制備、衍射實驗和數據處理復雜,但可測定復雜結構。8.簡述X射線實驗方法在現代材料研究中有哪些主要應用。答：1X射線物相定性分析：用于確定物質中的物相組成；2X射線物相定理分析：用于測定某物相在物質中的含量；3X射線晶體結構分析：用于推斷測定晶體的結構。10.X射線衍射實驗主要有哪些方法？它們各有哪些應用？答：X射線衍射方法：粉末法、勞厄法、轉晶法三種。粉末法在晶體學研究中應用最廣泛,試驗方法及試樣制備簡單,所以在科學研究和實際生產中的應用不可缺少；而勞厄法和轉晶法主要用于單晶體的研究,特別是在晶體結構的分析中必不可少。第4章電子顯微分析1.如何提高顯微鏡分辨本領？電子透鏡的分辨本領受哪些條件的限制？答：所謂分辨本領,是指顯微鏡能分辨的樣品上兩點間的最小距離。通常,我們以物鏡的分辨本領定義顯微鏡的分辨本領。確定光學透鏡分辨本領d0的公式為d0=0.61λ/nsinα,透鏡的分辨本領主要取決于照明束波長λ。要顯著提高顯微鏡的分辨本領,必須探索一種波長比可見光短得多的照明源——電子束。電子透鏡的分辨本領隨加速電壓的提高而提高。透鏡的實際分辨本領除了與衍射效應有關外,還與透鏡的像差有關。對于光學透鏡,已經可以采用凸透鏡和凹透鏡的組合等方法來矯正像差,使之對分辨本領的影響遠遠小于衍射效應的影響,但是電子透鏡只有會聚鏡,沒有發散透鏡,所有至今還沒有找到能矯正球差的方法。這樣,像差對電子透鏡分辨本領的限制就不容忽略了。像差分球差、像散、畸變等,其中,球差是限制電子透鏡分辨本領的最主要因素。2.透射電子顯微鏡的成像原理是什么？為什么必須小孔徑成像？答：成像原理：透射電鏡通常采用熱陰極電子槍來獲得電子束作為照明源。熱陰極發射的電子,在陽極加速電壓的作用下,高速的穿過陽極孔,然后被聚光鏡聚成具有一定直徑的束斑照射到樣品上。這種具有一定能量的電子束與樣品發生作用,產生反應樣品微區的厚度、平均原子序數、晶體結構或位相差別的多種信息。透過樣品的電子束強度,其取決于這些信息,經過物鏡聚焦放大在平面上形成一幅反應這些信息的透射電子像,經過中間鏡和投影鏡進一步放大,在熒光屏上得到三級放大的最終電子圖像,還可將其記錄在電子感光板或膠卷上。為了確保透射電鏡的分辨本領,物鏡的孔徑半角必須很小,即采用小孔徑成像。一般是在物鏡的背焦平面上放一稱為物鏡光闌的小孔徑的光闌來達到這個目的。由于物鏡放大倍數大,其物平面接近焦點,若物鏡光闌的直徑為D,則物鏡孔徑半角α=D/2f,小孔徑成像意味著只允許樣品散射角小于σ的散射電子通過物鏡光闌成像,所有大于α的都被物鏡光闌檔掉,不參與成像。3.掃描電子顯微鏡的工作原理是什么？答：工作原理：由三極電子槍發射出來的電子束,在加速電壓作用下,經過2-3個電子透鏡聚焦后,在樣品表面按順序逐行進行掃描,激發樣品產生各種物理信號。這些物理信號的強度隨樣品表面特征而變,它們分別被相應的接收器接受,經放大器按順序成比例的放大后,送到顯像管的柵極上,用來同步調制顯像管的電子束強度,即顯像管熒光屏上的亮度。供給陰極射線顯像管的掃描線圈的電源,此電源發出的鋸齒波信號同時控制兩束電子束作同步掃描。因此,樣品上電子束的位置與顯像管熒光屏上電子束的位置是一一對應的。這樣,在熒光屏上就形成一幅與樣品表面特征相對應的畫面。4.相對光學顯微鏡,透射電子顯微鏡〔TEM和掃描電鏡〔SEM各有哪些優點？答：TEM優點：1>分辨率高,常規電鏡的分辨率極限是2-3埃,可實現的最高線分辨率為1埃左右；2放大倍率大,有效放大倍數在106,而光學顯微鏡只達到幾千：3景深較大,焦長較長,不僅可以獲得樣品形貌,顆粒大小及分布等信息,還可以獲得特定區域的元素及物相結構信息。SEM優點：1分辨本領比較高；2放大倍數為20-20000倍,并且連續可調,介于光學顯微鏡和投射電鏡之間,在某種程度上彌補了光學顯微鏡和透射電鏡的不足；3景深大,視野大,成像富立體感；4樣品制備簡單；5可直接觀察大塊試樣。5.電子探針X射線顯微分析儀有哪些工作模式,能譜儀和譜儀的特點是什么？答：工作模式：點線面三種。能譜儀的特點：1所用的Si探測器尺寸小,可裝在靠近樣品的區域；2分析速度快,可在2-3分鐘內完成元素定性全分析；3能譜儀不受聚焦圓的限制；4工作束流小,對樣品污染小；5能進行低倍X射線掃描成像,得到大視域的元素分布圖；6分辨本領比較低；7峰背比小；8Si探測器必須在液氮溫度下使用,維護費用高。6.為什么透射電鏡的樣品要求非常薄,而掃描電鏡無此要求？答：透射電鏡中,電子束穿透樣品成像,而電子束的投射本領不大,這就要求將試樣制成很薄的薄膜樣品；掃描電鏡是通過電子束轟擊樣品表面激發產生的物理信號成像的,電子束不用穿過樣品。7.電鏡有哪些性質？環境掃描電鏡中"環境"指什么？答：1用電子束作照明源,顯微鏡的分辨本領要高得多,分辨本領：2-3nm,可以直接分辨原子,并且還能進行納米尺寸的晶體結構及化學組成的分析。2但電磁透鏡的孔徑半角的典型值僅為10-2-103幾何像差：由透鏡磁場幾何形狀上的缺陷而造成的。4色差：由電子波的波長發生一定幅度的改變而造成的。環境掃描電鏡中的"環境"并非真正意義上的大氣環境,與傳統SEM樣品室高達10-3-108.高分辨電鏡是否指分辨率高的電鏡？答：高分辨電鏡可用來觀察晶體的點陣像或單原子像等所謂的高分辨像。這種高分辨像直接給出晶體結構在電子束方向上的投影,因此又稱結構像。加速電壓為100KV或高于100KV的透射電鏡,只要分辨本領足夠高,在適當的條件下,就可以得到結構像或單原子像。不是所有分辨率高的電鏡都能進行結構像的分析。9.選用電子顯微分析儀時應從哪幾方面考慮？答：樣品、要求、費用、時效等方面考慮。10.電子探針儀與X射線譜儀從工作原理和應用上有哪些區別？答：電子探針儀的工作原理：由莫賽萊定律λ=K/<Z-σ>2可知X射線特征譜線的波長和產生此射線的樣品材料的原子序數有一確定的關系。只要測出特征X射線的波長,就可確定相應元素的原子序數。又因為某種元素的特征X射線強度與該元素在樣品中的濃度成比例,所有只要測出這種特征X射線的強度,就可計算出該元素的相對含量。X射線衍射儀的工作原理：布拉格方程2dsinθ=λ波譜儀利用某些晶體對X射線的衍射作用來達到使不同波長分散的目的。若有一束包括不同波長的X射線照射到一個晶體表面上,平行于該晶體表面的晶面的間距為d,入射X射線與該晶面的夾角為θ,則其中只有滿足布拉格方程的那個波長的X射線發生衍射。若再與入射X射線方向成2θ的方向上設置X射線檢測器,就可以檢測到這個特定波長的X射線及其強度。11.與X射線衍射相比,〔尤其透射電鏡中的電子衍射的特點是什么？答：1透射電鏡常用雙聚光鏡照明系統,束斑直徑1-2μm,經過雙聚光鏡的照明束相干性較好。2透射電鏡有三級以上透鏡組成的成像系統,借助它可以提高電子衍射相機長度。3可以通過物鏡和中間鏡的密切配合,進行選區電子衍射,使成像區域和電子衍射區域統一起來,達到樣品微區形貌分析和原位晶體學性質測定的目的。12.選區電子衍射和選區成像的工作原理是？這兩種工作方式有什么應用意義？答："選區電子衍射"指在物鏡像平面上放置一個光闌限定產生衍射花樣的樣品區域,從而分析該微區范圍內樣品的晶體結構特性。當電鏡以成像方式工作時,中間鏡物平面與物鏡像平面重合,熒光屏上顯示樣品的放大圖像。此時,在物鏡像平面內插入一個孔徑可變的選區光闌,光闌孔套住想要分析的那個微區。因為在物鏡適焦的情況下,物平面上同一物點所散射的電子將會聚于像平面上一點,所有對應于像平面上光闌孔的選擇范圍A‘B‘,只有樣品上AB微區以內物點的散射波可以穿過光闌孔進入中間鏡和投射鏡參與成像,選區以外的物點C產生的衍射波則全被檔掉。當調節中間鏡的激磁電流,使電鏡轉變為衍射方式操作時,中間鏡物平面與物鏡背焦面相重合。盡管物鏡背焦平面上第一幅花樣是由受到入射束幅照的全部樣品區域內晶體的衍射所產生,但只有AB微區以內物點散射的電子波可以通過選區光闌進入下面的投射系統,所有熒屏上顯示的只限于選區范圍內晶體所產生的衍射花樣,實現了選區形貌觀察與晶體結構分析的微區對應性。這兩種方法可以研究我們感興趣的微區的晶體產生的衍射花樣,從而實現選區觀察與衍射的對應。第5章熱分析1.簡述差熱分析的原理,并畫出DTA裝置示意圖。答：原理：把被測試樣和一種參比物置放在同樣的熱條件下,進行加熱或冷卻。在這個過程中,試樣在某一特定溫度下會發生物理化學反應引起熱效應變化:即試樣測的溫度在某一區間會變化,不跟隨程序溫度升高,而是有時高于或低于程度溫度,而參比物一側在整個加熱過程中始終不發生熱效應,它的溫度一直跟隨程序溫度升高。兩者之間就出現一個溫度差,然后利用某種方式將溫差記錄下來,就得到差熱曲線,再針對這曲線進行分析研究。2.為何用外延始點作為DTA曲線的反應起始溫度？答：外延始點：指峰的起始邊陡峭部分的切線與外延基線的交點。國際熱分析協會ICTA對大量的試樣測定結構表明,外延起始溫度與其它實驗測得的反應起始溫度最為接近,因此用外延始點作為DTA曲線的反應起始溫度。3.熱分析用的參比物有何性能要求？答：參比物在一定溫度下不發生分解、相變、破壞的物質,要求在熱分析過程中熱性質、質量、密度等與試樣盡量相近。4.影響差熱分析的儀器、試樣、操作因素是什么？答：儀器因素：1爐子的結構和尺寸；2坩堝材料和形狀；3差熱電偶性能；4測溫熱電偶與試樣之間的相對位置；5記錄儀或其它顯示系統精度。試樣因素：1熱容量和熱導率的變化；2試樣的顆粒度、用量及裝填密度；3試樣的結晶度、純度；4參比物操作因素：1加熱速度；慢：峰形：寬平滯后小快：峰形：尖長滯后大2爐內壓力和氣氛；=1\*GB3①壓力：減小：分解溫度降低低溫移動增大：分解溫度升高高溫移動=2\*GB3②氣氛：不同氣氛反應不同——溫度不同3記錄儀量程和走紙速度。5.為何DTA僅能進行定性和半定量分析？DSC是如何實現定量分析的？答：在差熱分析中當試樣發生熱效應時,試樣本身的升溫速度是非線性的,而且在發生熱效應時,試樣與參比物與及試樣周圍的環境有較大的溫差,它們之間會進行熱傳遞,降低了熱效應測量的靈敏度和精確度,所有DTA僅能進行定性和半定量分析。而DSC克服了這些不足,通過對試樣因發生熱效應而發生的能量變化進行及時的應有的補償,保持試樣與參比物之間溫度始終保持相同,無溫差、無熱傳遞,使熱損失小,檢測信號大,可進行實現定量分析。6.闡述DSC技術的原理和特點。答：原理：DSC技術是在程序控制溫度下,測量輸入到試樣和參比物的能量差隨溫度和時間變化的一種技術。差式掃描熱分析法就是為克服差熱分析在定量測定上存在的這些不足而發展起來的一種新的熱分析技術。該法通過對試樣因發生熱效應而發生的能量變化進行及時的應有的補償,保持試樣與參比物之間溫度始終保持相同,無溫差、無熱傳遞,使熱損失小,檢測信號大,因此在靈敏度和精度方面都大有提高。特點：由于試樣用量少,試樣內的溫度梯度較小且氣體的擴散阻力下降,對于功率補償型DSC有熱阻影響小的特點。7.簡述DTA、DSC分析樣品要求和結果分析方法。答：DTA分析樣品要求：應選擇熱容量和熱導率和試樣相近的作為參比物；試樣的顆粒度要求：100目—300目；試樣的結晶度、純度和離子取代要求：結晶度好,峰形尖銳,潔凈度不好,則峰面積要小,純度、離子取代同樣會影響DTA曲線；試樣的用量：以少為原則；試樣的裝填要求：薄而均勻,試樣和參比物的裝填一樣情況一致；參比物：整個測溫范圍無熱反應,比熱與導熱性與試樣相近,粒度與試樣相近,DTA結果分析方法：解釋曲線上每個峰谷出現的原因,從而分析被測物質是由哪些物質組成的。差熱分析的峰只表示試樣的熱效應,本身不反應更多的物理化學本質,因此,單靠差熱曲線很難做正確的解釋。DSC分析樣品要求：試樣用量少,試樣粒度均勻。DSC結果分析方法：1稱量法：用硫酸紙沿確定的峰面積界限描剪下來,用微量天平稱量后進行換算,其讀數誤差范圍在2%之內；2數格法：在已確定的峰面積界限內,統計占據記錄紙小格數進行換算,其讀數誤差在2%-4%；3用求積儀：讀數誤差為4%；4用計算機：誤差為0.5%。8.簡述熱重分析的特點和影響因素.答：特點：熱重分析是在程序控制溫度下測量獲得物質的質量與溫度關系的一種技術。其特點是定量性強,能準確的測量物質的質量變化及變化的速率。影響因素：1浮力及對流的影響；2揮發物冷凝的影響；3溫度測定的影響；4升溫速率的影響；5氣氛控制的影響；6坩堝形狀的影響；7試樣用量、粒度、熱性質和裝填方式的影響。9.舉例說明熱分析技術在玻璃和微晶玻璃材料研究中的應用。答：熱分析技術在玻璃研究中的應用：1研究玻璃形成的化學反應和過程；2測定玻璃的玻璃轉變溫度與熔融行為；3研究高溫下玻璃組分的揮發；4研究玻璃的結晶過程和測定晶體生長活化能；5制作相圖；6研究玻璃工藝中遇到的技術問題。7微晶玻璃的研究熱分析技術在微晶玻璃研究中的應用：微晶玻璃是通過控制晶化而得到的多晶材料,在強度、耐溫度急變性和耐腐蝕性等方面較原始玻璃都有大幅度提高。微晶玻璃在晶化過程中會釋放出大量的結晶潛熱,產生明顯的熱效應,因而DTA分析在微晶玻璃研究中具有重要作用。10.簡述熱分析技術在材料研究中的應用。答：1差熱分析〔DTA曲線或差示掃描量熱分析〔DSC曲線可以用來定性地表征和鑒定物質,可以定量地估計參與反應的物質的量或測定熱化學參數。尤其是DSC分析不僅可定量地測定物質的熔化熱、轉變熱和反應熱,還可以用來計算物質的純度和雜質量。2熱重分析在無機材料領域應用廣泛,可以用于研究無機和有機化合物的熱分解、不同溫度及氣氛中金屬的抗腐蝕性能、固體狀態的變化、礦物的冶煉和焙燒、液體的蒸發或蒸餾、煤或石油及木材的熱解、揮發灰分的含量測定、蒸發和升華速度的測定、吸水和脫水、聚合物的氧化降解、氣化熱測定、催化劑和添加劑評定、化合物組分的定性和定量分析、老化和壽命評定、反應動力學研究等領域,其特點是定量性強。3熱膨脹分析在陶瓷材料方面應用廣泛,它可以確定陶瓷材料合理的配方和燒成。4熱機械分析在高分子材料方面應用廣泛,它可以測定高聚物的Tg溫度、研究高聚物的松弛運動、固化過程、分析增塑劑含量、表征高聚物合金組分的相容性等。第6章光譜分析1.了解各種波長的電磁波對原子〔基團的作用及其相應的光譜分析手段。答：電磁波對原子基團的作用光譜分析手段紫外光波長較短,能量較高,引起分子中價電子的躍遷紫外光譜紅外光波長較長,能量較低,只能引起分子中成鍵原子和轉動能級的躍遷紅外光譜核磁共振波能量更低,產生原子核自旋能級的躍遷核磁共振譜光子和分子非彈性振動產生的光散射效應拉曼光譜原子對特征波長光的吸收原子吸收光譜可見光380-780nm,引起外層電子躍遷2.何謂助色團和生色團？答：助色團是指那些本身不會使化合物分子產生顏色或者再紫外及可見光區不產生吸收的一些基團,但這些基團與發色基團相連時卻能使發色基團的吸收帶波長移向長波,同時使吸收強度增強。生色團是指能導致化合物在紫外及可見光區產生吸收的基團,不論是否顯示顏色都稱為發色基團或生色團。3.簡述有機物在紫外光譜中吸收帶的類型。答：1R吸收帶鹵代烷烴可產生這類譜帶；2K吸收帶共軛烯烴,取代芳香化合物可產生這類譜帶；3B吸收帶芳香化合物及雜芳香化合物的特征譜帶；4E吸收帶芳香族化合物的特征譜帶之一。4.產生紅外吸收的原因是什么？闡述分子振動的形式和紅外光譜振動吸收帶的類型.答：1輻射具有剛好能滿足物質躍遷時所需的能量,分子中某個基團的振動頻率和紅外輻射的頻率一致就滿足了；2輻射與物質之間有相互作用,分子的偶極距必須發生變化的振動。分子振動的形式：1伸縮振動a對稱伸縮振動；b反對稱伸縮振動2變形和彎曲伸縮振動a面內變形剪式振動、面內搖擺振動；b面外變形面外搖擺振動、扭曲變形振動紅外光譜振動吸收帶類型：1X-H伸縮振動區；2叁鍵和累積雙鍵區；3雙鍵伸縮振動區；4X-Y伸縮振動區和X-H變形振動區。5.闡述紅外光譜吸收帶強度及其位置的影響因素。答：影響吸收帶強度因素：1振動吸收帶強度與分子振動偶極矩變化的平方成正比；2同一類型化學鍵,偶極矩變化與結構的對稱性有關；3氫鍵導致原子間距增大,偶極矩變化增大；4與振動形式有關。影響吸收帶位置的因素：1外部因素與試樣狀態、測定條件、溶劑極性等有關。2內部因素a電效應誘導效應、共軛效應、偶極場效應b氫鍵氫鍵使電子云密度平均化,振動頻率下降c振動的偶合如果兩個基團的振動頻率相近,其相互作用會使譜帶裂分成兩個,一個低于正常頻率,一個高于正常頻率,稱振動偶合。d費米共振當一振動的倍頻與另一振動的基頻接近時,其相互作用而產生很強的吸收峰或發生裂分,稱為費米共振現象。e其它因素如立體障礙、環的張力等。6.簡述紅外光譜樣品的制備方法。答：樣品制備：要求：濃度、厚度適宜,不含游離水分組合；測量前盡量進行組分預分離。制備方法：1氣態樣品：使用氣體吸收池；2液態和溶液試樣：沸點較高的試樣,直接滴在兩塊鹽片之間形成液膜；沸點較低、揮發性較大的試樣,可注入封閉液體池中。3固態試樣：粉末法、糊狀法、壓片法、薄膜法、溶液法。7.試比較紅外光譜和拉曼光譜的異同。答:相同點：1紅外光譜和拉曼光譜都屬于分子振動光譜,都是研究分子結構的有力手段。2對于分子中的同一個基團,它的紅外光譜吸收峰的位置和拉曼光譜峰的位置是相同的。不同點：1紅外光譜測定的是樣品的透射光譜,拉曼光譜測定的是樣品的發射光譜；2在紅外光譜圖中,橫坐標的單位可以用波數表示。在拉曼光譜圖中,雖然橫坐標的單位也是用波數,但表示的是拉曼位移。3紅外光譜和拉曼光譜的選律是不相同的,紅外和拉曼總體上說是互補的。有些基團振動時偶極矩變化非常大,紅外吸收峰很強,是紅外活性的。有些基團振動時偶極矩沒有變化,不出現紅外吸收峰,是紅外非活性的。這種振動拉曼峰會非常強,也是拉曼活性的。

一個基團存在幾種振動模式時,偶極矩變化大的振動,紅外吸收峰強；偶極矩變化小的振動,紅外吸收峰弱。拉曼光譜與之相反,偶極矩變化大的振動,拉曼峰弱;偶極矩變化小的振動,拉曼峰強;偶極矩沒有變化的振動,拉曼峰最強。這就是紅外和拉曼的互補性。第7章核磁共振分析1.根據V0=γH0/2π,可以說明一些什么問題？答：這是發生核磁共振的條件。由該式可以說明：1對于不同的原子核,由于磁旋比γ的不同,發生共振的條件不同；即發生共振時V0和H0的相對值不同；2對于同一種核,當外加磁場一頂時,共振頻率也一定,當磁場強度改變時,共振頻率也隨著改變。2.什么是弛豫？為什么NMR分析中固體試樣應先配成溶液？答：由于核磁共振中氫核發生共振時吸收的能量是很小的,因而躍遷到高能態的氫核不可能通過發射譜線的形式失去能量而返回到低能態,這種由高能態恢復到低能態而不發射原來所吸收的能量的過程成為弛豫過程。NMR分析中固體試樣應先配成溶液,這是由于液態樣品可以得到分辨較好的圖譜。3.何謂化學位移？它有什么重要性？影響化學位移的因素有哪些？答：由于有機分子中各種質子受到不同程度的屏蔽效應,因此在核磁共振譜的不同位置上出現吸收峰,某一物質吸收峰出的位置與標準物質質子吸收峰出現的位置之間的差異稱為該物質的化學位移。重要性：由于化學位移的大小與氫核所處的化學環境密切相關,因此有可能根據化學位移的大小來考慮氫核所處的化學環境,即有機物的分子結構特征。影響因素：誘導效應、共軛效應、立體效應、氫鍵的生產、磁各向異性效應和溶劑效應。4.何謂自旋偶合？何謂自旋分裂？它們在NMR分析中有何重要作用？答：有機化合物分子中由于相鄰質子之間的相互作用而引起核磁共振譜峰的裂分,稱為自旋-軌道偶合,簡稱自旋偶合。由自旋偶合所引起的譜線增多的現象稱為自旋-自旋裂分,簡稱自旋裂分。作用：偶合表示質子間的相互作用,裂分則表示由此而引起的譜線增多的現象,由于偶合裂分現象的存在,可以從核磁共振譜圖上獲得更多的信息,對有機物結構解析非常有利。5.振蕩器的射頻為56.4MHz時,欲使1H、13C、19F發生共振信號,外加磁場強度各需多少？答：B0〔1H=2πV0/γ=2×3.14159×56.4/2.68=132.2MHzB0〔19F=2×3.14159×56.4/2.52=139.52MHz6.已知氫核1H磁矩為2.79,磷核31P磁矩為1.13,在相同強度的外加磁場條件下,發生核躍遷時何者需要較低的能量？答：設外加磁場為H,則1H發生躍遷需要吸收的電磁波頻率為V0〔1H=2×2.79×5.05×10-27×H/6.63×10-34=46.29×106HS-1=46.29HMHzV0〔31P=2×1.13×5.05×10-27×H/6.63×10-34=17.21×106HS-1=17.21HMHz7.下列化合物中OH的