高考申論題 108年 [材料工程] 材料分析

第一題

📖 題組：
X 光繞射分析為解析材料晶體結構常用的技術，(一)請說明 X 光繞射原理。（10 分）(二)當欲分析的樣品為薄膜時，一般會選用低掠角 X 光繞射儀，請說明其原因。（5 分）(三)若改以電子束進行繞射，所得繞射結果有何異同？（10 分）

📝 此題為申論題，共 3 小題

小題 (一)

請說明 X 光繞射原理。（10 分）

看到這題，首先要聯想到 X 光與物質作用的「彈性散射」本質，以及晶體作為「天然三維光柵」的特性。接著必須精確寫出布拉格定律（Bragg's Law）的公式與各參數物理意義，並進階點出結構因子（Structure Factor）對繞射強度的影響，展現材料科學的專業深度。

🤖

AI 詳解

AI 專屬家教

【破題】 X 光繞射（XRD）的基本原理是利用波長與原子間距相近的 X 光，與晶體內原子的電子雲發生彈性散射，當各晶面產生的散射波滿足建設性干涉條件時，形成宏觀的繞射光束。其核心幾何條件由布拉格定律（Bragg's Law）所規範。【論述】

當欲分析的樣品為薄膜時，一般會選用低掠角 X 光繞射儀，請說明其原因。（5 分）

作答時應先點出常規 XRD 分析薄膜時的致命傷：X 光穿透深度太深導致基板訊號過強。接著切入低掠角 XRD (GIXRD) 的物理機制，說明極小的固定入射角如何大幅降低穿透深度，並增加 X 光在薄膜內的光程，最終達到提升薄膜訊雜比的目的。

🤖

AI 詳解

AI 專屬家教

【破題】分析薄膜樣品時選用低掠角 X 光繞射儀（Grazing Incidence X-ray Diffraction, GIXRD），核心目的在於「極大化薄膜的繞射訊號」並「極小化底層基板的干擾訊號」。【論述】

若改以電子束進行繞射，所得繞射結果有何異同？（10 分）

看到比較XRD與電子繞射的題目，首先應切入「輻射源與物質的交互作用機制」及「波長差異」。接著從這兩點延伸出布拉格角的大小差異（引出繞射幾何與厄瓦耳球特徵）、樣品穿透深度、空間解析度，最後務必比較兩者在晶格常數測量上的準確度與優劣（大角度 vs 小角度誤差放大）。

🤖

AI 詳解

AI 專屬家教

【破題】X光與電子束繞射皆奠基於晶體週期性結構對波的散射，並遵循布拉格定律（Bragg's Law）。然而，因兩種輻射源的「波長」與「與物質交互作用機制」截然不同，導致所得之繞射圖樣幾何、分析尺度及準確度有顯著差異。【論述】一、相同之處（物理基礎）