第一章材料测试技术基础知识光谱、1、电磁辐射与材料结构能谱(1) 电磁辐射与物质波（2）材料结构基础（一）原子能级及其表征2、 电磁辐射与材料相互作用(1)概述（2)原子光谱衍射分析(二)3、材料结构基础4、 电磁辐射与材料的相互作用(1）光电子能谱（2）俄歇电子能谱5、 X射线的产生及其与物质的相互作用6、 电子散射
1 1、电磁辐射与材料结构 （1）电磁辐射与物质波 （2）材料结构基础（一）原子能级及其表征 2、电磁辐射与材料相互作用 （1）概述 （2）原子光谱 3、材料结构基础 （二） 4、电磁辐射与材料的相互作用 （1）光电子能谱（2）俄歇电子能谱 5、X射线的产生及其与物质的相互作用 6、电子散射 衍射分析 第一章 材料测试技术基础知识 光谱、 能谱
第一章材料测试技术基础知识（一)1、电磁辐射与材料结构（一）1.1 电磁辐射与物质波 p1~3电磁辐射与波粒二象性、电磁波谱、物质波1.2 材料结构基础（一） 原子能级及其表征 p3~6原子能态及其表征、L-S耦合、光体项符号2、电磁辐射与材料相互作用2.1 概述 p23~25辐射的吸收与吸收光谱、光电离2.2原子光谱p27~29能级图、光送律3
2 1、电磁辐射与材料结构（一） 1.1 电磁辐射与物质波 p1~3 电磁辐射与波粒二象性、电磁波谱、物质波 1.2 材料结构基础（一）原子能级及其表征 p3~6 原子能态及其表征、L-S耦合、光谱项符号 2、电磁辐射与材料相互作用 2.1 概述 p23~25 辐射的吸收与吸收光谱、光电离 2.2 原子光谱 p27~29 能级图、光谱选律 第一章 材料测试技术基础知识(一)
学习目的与要求一、目的与要求1．掌握电磁辐射与物质结构的关系E=-hv-hc/2p=h/α2.掌握电子波波长的计算 2(nm)=1.225/(M)1/23.理解原子的电子能级标识*、分布、光谱选律n、l、mS、ms、L-S耦合、n2S+1Ll、Na 5889.96 A(32P3/2-3S1/2 )、 Na 5895.93A (3Si2- 32P12)二、 学时讲授2学时，自学大于6学时。3
3 学习目的与要求 一、目的与要求 1. 掌握电磁辐射与物质结构的关系 E=hν=hc/λ p=h/λ 2. 掌握电子波波长的计算 λ(nm)=1.225/(V)1/2 3. 理解原子的电子能级标识* 、分布、光谱选律 n、l、ml、s、ms、L-S耦合、 n 2S+1LJ、 Na 5889.96 Å (3 2P3/2－3S1/2 )、Na 5895.93Å (3S1/2－ 3 2P1/2 ) 二、学时 讲授2学时，自学大于6学时
1、电磁辐射与材料结构（1）电磁辐射与物质波1.1.1、电磁辐射与波粒二象性电磁辐射是指在空间传播的交变电磁场a、电磁辐射的波动性电磁波在空间的传播遵循波动方程；反射、折射、千涉、衍射、偏振等是电磁辐射波动性的表现i2p(nt-"1y=E.e'E = E。cos[2p (n t -HoeEHZ
4 1、电磁辐射与材料结构 （1）电磁辐射与物质波 1.1.1、电磁辐射与波粒二象性 电磁辐射是指在空间传播的交变电磁场 a、电磁辐射的波动性 p 电磁波在空间的传播遵循波动方程；反射、折射、干涉、 衍射、偏振等是电磁辐射波动性的表现．
电磁波的物理参数p光速(c)：电磁波在真空中的传播速度：c=3×108m/s(2.99792458×108 m/s in vacuum )c= lu波长(2,nm)：波在一个振动周期内传播的距离Q波数(c或K，cm-l）：波在其传播方向上单位长度内波长的数目，亦即入的倒数(1/2)频率(v, s-l)：每秒钟内波振动的次数，Hz(赫兹).位相(β)：决定波在任一时刻(或位置)的状态的参数其值关系到同频率的不同波束能否发生干涉等相互作用：位相差为2元的整数倍时发生干涉5
5 电磁波的物理参数 p 光速(c)：电磁波在真空中的传播速度：c=3×108 m/s （2.99792458×108 m/s in vacuum） p 波长(λ, nm)：波在一个振动周期内传播的距离 p 波数(σ或K, cm-1) ：波在其传播方向上单位长度内波 长的数目，亦即λ的倒数(1/λ) p 频率(ν, s-1)：每秒钟内波振动的次数，Hz(赫兹)． p 位相(φ)：决定波在任一时刻(或位置)的状态的参数， 其值关系到同频率的不同波束能否发生干涉等相互 作用：位相差为2π的整数倍时发生干涉
相位衬度-原子像《材料分析方法》-杜希文著p109～111Al-Cu-Li合金中的T，析出物的高分辨图像图9-331+S(b)像面(a)(e)图9-31相位衬度形成示意图高焦观察面DD6（a）不同的透射波及其差别（b）不改变散射波的位相图9-32物镜球差和欠焦量引入的光程差(e)改变散射波位相
相位衬度-原子像 《材料分析方法》 -杜希文 著 p109～111 6
电磁波的粒子性b、电磁波是由光子所组成的光子流，电磁波与物质O相互作用，如光电效应等现象是其微粒性的表现物理参数有：光子能量(E)和光子动量(p)等电磁波波动性与微粒性通过下式相联系，即Enn5p
7 b、电磁波的粒子性 p 电磁波是由光子所组成的光子流，电磁波与物质 相互作用，如光电效应等现象是其微粒性的表现。 p 物理参数有：光子能量(E)和光子动量(p)等 电磁波波动性与微粒性通过下式相联系，即
1.56(eV)3.231eV=96kJ/mol1.2×107120003101500.120.0012Energy (kJ/mol)?VVVVElectronicexcitationBond breakingandionizationVibrationRotation10201018101610141012108Frequency (Hz)X-raysUltravioletInfraredMicrowaveRadioyrays10~1110~810~610~310~1Wavelength (m)Visiblespectrum1240/入（nm）=（能量）evSroMOIIeene0111L1400500600700800Wavelength (nm)81.773.10(eV)
8 1 eV=96 kJ/mol 3.23 1.56 (eV) 1240/λ(nm)=(能量) eV 3.10 1.77 (eV)
EXAMPLEPhoton EnergiesByhowmanykilojoulespermoleistheenergyofO,increasedwhenitabsorbsultravio-letradiationwithawavelengthof147nm?HowmuchistheenergyofCOincreasedwhenitabsorbsinfraredradiationwithawavenumberof2300cm-1?Solution For the ultraviolet radiation, the energy increase isAE=hv=hS入(2.998×10%m/s)=(6.626×10-34J·s1.35×10-18J/molecule（147nm）（10-9m/nm）(1.35×10-18 J/molecule)(6.022×1023molecules/mol)=814kJ/mol17-2AbsorptionofLightThisisenoughenergytobreaktheO-Obond inoxygen.ForCO2,theenergyincreaseisAE= hv =h- heirecall that =入=（6.626×1034j+s)(2.998×108m/s）（2300cm-l）(100cm/m)=4.6×10-20J/molecule=28kJ/molInfraredabsorptionincreasestheamplitudeofthevibrationsoftheCO,bonds.Test YourselfWhatisthewavelength,wavenumber,andnameof radiationwithanenergyof100kJ/mol?(Answer:1.20μm,8.36×10°cm-1,infrared)
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1.1.2.电磁波谱相应的波谱技术波长范围**产生机理波谱区名称穆斯堡尔光谱法射线谱射线10-510-1nm核反应内层电子X-射线吸收光谱法X射线10-3~10nm跃迁X-荧光光谱法紫外线远10~200 m外层电子光学光谱原子光谱近200~400m跃迁分子光谱可见光400 --750(800) nm近0.75~2.5 μm分子振动红外线中2.5~-50 μm能级肤迁红外吸收光谱法远50 ~1 000 μm分子转动微波0.1~100 cm能级联迁波谱电子自旋共振波谱法电子自旋、射频1~1 000 m核自旋核磁共振波谱法
10 射 线 谱 1.1.2、电磁波谱 穆斯堡尔光谱法 X-射线吸收光谱法 X-荧光光谱法 原子光谱 分子光谱 红外吸收光谱法 电子自旋共振波谱法 核磁共振波谱法 光 学 光 谱 波 谱 相应的波谱技术