中南大学材料分析测试技术(一)2023-2024学年期末试卷
院(系)_______班级_______学号_______姓名_______
题号
一
二
三
四
总分
得分
一、单选题（每题2分，共20分）
X射线衍射的布拉格定律表达式为：
A.nλ=2dsinθ
B.λ=d
扫描电子显微镜（SEM）的成像信号主要来源于：
A.透射电子
B.二次电子
C.背散射电子
D.特征X射线
透射电子显微镜（TEM）的分辨率主要取决于：
A.加速电压
B.物镜光阑尺寸
C.样品厚度
D.电磁透镜的球差系数
以下哪种方法可用于材料表面化学成分分析：
A.X射线衍射（XRD）
B.能量色散X射线光谱（EDS）
C.差示扫描量热法（DSC）
D.动态力学分析（DMA）
电子衍射与X射线衍射的主要区别在于：
A.电子衍射的穿透能力更强
B.电子衍射对样品厚度要求更高
C.X射线衍射的分辨率更高
D.电子衍射无需考虑布拉格条件
在X射线衍射实验中，粉末法的主要优点是：
A.适用于单晶体分析
B.可直接测定晶体结构
C.操作简单且样品制备容易
D.能获得高分辨率的衍射花样
以下哪种技术属于表面分析方法：
A.原子力显微镜（AFM）
B.热重分析（TGA）
C.拉伸试验
D.红外光谱（IR）
在材料成分分析中，电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-OES）的主要优势是：
A.高灵敏度和多元素同时检测
B.适用于固体样品直接分析
C.可测定元素的化学态
D.设备成本低
透射电镜中的选区电子衍射（SAED）可用于：
A.观察样品表面形貌
B.分析晶体结构和取向
C.测量材料的热稳定性
D.检测材料的力学性能
以下哪种现象会导致X射线衍射峰位偏移：
A.样品表面氧化
B.晶体点阵常数变化
C.探测器灵敏度下降
D.入射X射线强度波动
二、简答题（每题10分，共30分）
简述X射线衍射的基本原理及其在材料分析中的主要应用。
（要求：结合布拉格定律和晶体结构分析，说明物相鉴定和点阵参数测定的方法）
对比扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）的成像原理和应用场景。
（要求：从电子与样品的相互作用、分辨率、样品制备要求等方面展开）
解释能量色散X射线光谱（EDS）与波长色散X射线光谱（WDS）的异同，说明其在材料成分分析中的适用性。
（要求：结合探测器类型、分辨率、检测限等因素分析）
三、计算题（共30分）
某立方晶系晶体的X射线衍射数据如下：
衍射峰对应的布拉格角θ为25.3
入射X射线波长λ
晶面指数为111
计算该晶体的点阵常数a和晶面间距d111
使用扫描电子显微镜观察某金属样品表面，已知加速电压为20kV，电子束斑直径为5nm。若样品表面某微区的高度差为100nm，计算该微区在SEM图像中的立体感（高度差与束斑直径的比值）。（10分）
某材料的X射线光电子能谱（XPS）分析显示，其表面存在C1s峰（结合能284.8eV）和O1s峰（结合能532.0eV）。若C-O键的结合能为286.5eV，判断该材料表面是否存在氧化层，并说明理由。（10分）
四、案例分析题（共20分）
某研究团队制备了一种新型陶瓷基复合材料，需要分析其微观结构和成分分布。结合材料分析测试技术，设计具体实验方案并说明关键技术。（10分）
（要求：从样品制备、表征手段选择到结果分析，结合XRD、SEM、EDS等技术）
某铝合金零件在服役过程中出现裂纹，需通过断口分析确定失效原因。对比扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）在断口分析中的优势与局限性，说明如何选择合适的技术。（10分）
（要求：结合断口形貌观察、微区成分分析及晶体缺陷检测展开）