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高考申論題 108年 [材料工程] 材料科學導論

第 一 題

📖 題組:
X光繞射為分析材料晶體結構的重要方法
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請自行畫圖及列式證明 Bragg's Law。(10分)

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看到 Bragg's Law,首要核心是『建設性干涉』與『光程差』。畫圖時務必清晰標出平行晶面、晶面間距 $d$、入射角 $\theta$(射線與晶面的夾角)以及兩束射線的幾何光程差。最後運用三角函數求出光程差為 $2d \sin\theta$,並令其等於波長 $\lambda$ 的整數倍即可完成證明。

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【解題思路】利用兩束平行 X 射線在相鄰晶面散射的幾何光程差,結合波的建設性干涉條件進行推導。 【詳解】 一、 繪圖要點(請於作答區繪製以下示意圖)

小題 (二)

某一材料為BCC結構,其晶格邊長為0.26 nm,若X 光波長為0.154 nm,反射 order 為1時,請計算(222)面的面間距。(10分)

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看到求「面間距」,應直覺想到立方晶系面間距公式。題目給定的 X光波長與反射階數為計算布拉格繞射角(Bragg's Law)所需之參數,在此為測驗觀念的干擾資訊,考生需釐清面間距的純幾何物理意義以免誤用公式。

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【解題關鍵】立方晶系的面間距公式為 $d_{hkl} = a / \sqrt{h^2 + k^2 + l^2}$,面間距僅與晶體結構(晶格常數及米勒指數)有關,X光波長與反射階數為計算繞射角之干擾資訊。 【解答】 已知:

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