材料現代分析技術

《材料現代分析技術》主要介紹材料三大要素：結構、形貌和成分的分析技術及其他相關分析技術。結構分析技術主要為衍射技術，包括晶體的投影與倒易點陣、X射線的物理基礎、單晶體和多晶體X射線衍射原理、分析及其應用、電子衍射（高能電子衍射TEM、HRTEM和低能電子衍射LEED）、電子背散射衍射EBSD和中子衍射ED等。形貌分析技術包括掃描電子顯微鏡SEM、掃描透射電子顯微鏡STEM、掃描隧道顯微鏡STM及原子力顯微鏡AFM。成分分析技術主要包括特徵電子能譜（俄歇電子能譜AES和X射線光電子能譜XPS）、特徵X射線能譜（電子探針EDS）、螢光X射線能譜XRFS及光譜分析（原子光譜、分子光譜等）。其他分析技術簡要介紹熱分析技術，包括熱重分析TGA、差熱分析DTA和差示掃描量DSC熱分析。書中研究和測試的材料包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、非晶態材料、金屬間化合物、複合材料等。書中對每章內容作了提綱式的小結，並附有適量的思考題。書中採用了一些作者尚未發表的圖片和曲線，同時在實例分析中還注重引入了一些當前材料界近期新的研究成果。

《材料現代分析技術》可作為高等學校材料科學與工程學科本科生的學習用書，也可供相關專業的研究生、教師和科技工作者使用。

第1篇結構分析技術
第1章晶體的投影與倒易點陣
1．1晶體的投影/2
1．1．1球面投影/2
1．1．2極式網與烏氏網/4
1．1．3晶帶的極式球面投影和極射赤面投影/7
1．1．4標準極射赤面投影圖/9
1．2正點陣與倒易點陣/10
1．2．1正點陣/10
1．2．2倒易點陣/10
1．2．3正倒空間之間的關係/12
1．2．4倒易向量的基本性質/13
1．2．5晶帶定律/14
1．2．6廣義晶帶定律/15
本章小結/15
思考題/16

第2章X射線的物理基礎
2．1X射線的發展史/18
2．2X射線的性質/18
2．2．1X射線的產生/18
2．2．2X射線的本質/19
2．3X射線譜/21
2．3．1X射線連續譜/21
2．3．2X射線特徵譜/22
2．4X射線與物質的相互作用/26
2．4．1X射線的散射/26
2．4．2X射線的吸收/27
2．4．3吸收限的作用/30
本章小結/31
思考題/32

第3章X射線的衍射原理
3．1X射線衍射的方向/34
3．1．1勞埃方程/34
3．1．2布拉格方程/36
3．1．3布拉格方程的討論/37
3．1．4衍射向量方程/40
3．1．5布拉格方程的厄瓦爾德圖解/41
3．1．6布拉格方程的應用/42
3．1．7常見的衍射方法/42
3．2X射線的衍射強度/44
3．2．1單電子對X射線的散射/45
3．2．2單原子對X射線的散射/46
3．2．3單胞對X射線的散射強度/48
3．2．4單晶體的散射強度與干涉函數/53
3．2．5單相多晶體的衍射強度/57
3．2．6影響單相多晶體衍射強度的其他因素/58
本章小結/61
思考題/65

第4章X射線的衍生分析及其應用
4．1X射線衍射儀/66
4．1．1測角儀/66
4．1．2計數器/68
4．1．3計數電路/69
4．1．4X射線衍射儀的常規測量/70
4．2X射線物相分析/71
4．2．1物相的定性分析/71
4．2．2物相的定量分析/80
4．3點陣常數的準確測定/84
4．3．1測量原理/84
4．3．2誤差源分析/84
4．3．3測量方法/85
4．4宏觀應力的測定/89
4．4．1內應力的產生、分類及其衍射效應/89
4．4．2宏觀應力的測定原理/89
4．4．3宏觀應力的測定方法/92
4．4．4應力常數K的確定/95
4．5微觀應力的測定/97
4．6非晶態物質及其晶化後的衍射/97
4．6．1非晶態物質X射線衍射花樣/98
4．6．2非晶態物質的晶化/98
4．7單晶體的取向分析/99
4．7．1單晶體的取向表徵/99
4．7．2單晶體的取向測定/102
4．8單晶體的結構衍射分析/103
4．8．1四圓衍射儀/103
4．8．2面探測器衍射儀/104
4．9多晶體的織構分析/104
4．9．1織構及其表徵/104
4．9．2絲織構的測定與分析/107
4．9．3板織構的測定與分析/111
4．10晶粒大小的測定/122
4．11小角X射線散射/123
4．11．1小角X射線散射的兩個基本公式/123
4．11．2小角X射線散射技術的特點/124
4．11．3小角X射線散射技術的應用/124
4．12淬火鋼中殘餘奧氏體的測量/125
4．13X射線薄膜分析/126
4．13．1薄膜物相結構分析/126
4．13．2薄膜厚度的測定/127
4．13．3薄膜應力的測定/128
4．13．4薄膜織構分析/129
4．14層錯能的測定/129
4．14．1複合層錯概率Psf的測定/129
4．14．2層錯能的計算/130
本章小結/131
思考題/134

第5章電子顯微分析基礎
5．1電子波的波長/137
5．2電子與固體物質的作用/138
5．2．1電子散射/138
5．2．2電子與固體作用時激發的資訊/140
5．3電子衍射/144
5．3．1電子衍射與X射線衍射的異同點/144
5．3．2電子衍射的方向——布拉格方程/145
5．3．3電子衍射的厄瓦爾德圖解/146
5．3．4電子衍射花樣的形成原理及電子衍射的基本公式/147
5．3．5零層倒易面及非零層倒易面/148
5．3．6標準電子衍射花樣/149
5．3．7偏移向量/153
5．4低能電子衍射/155
5．4．1低能電子衍射原理/155
5．4．2低能電子衍射儀的結構與花樣特徵/157
5．4．3LEED的應用舉例/157
本章小結/159
思考題/161

第6章透射電子顯微鏡
6．1工作原理/163
6．2解析度/164
6．2．1光學顯微鏡的解析度/164
6．2．2透射電子顯微鏡的解析度/165
6．3電磁透鏡/167
6．3．1靜電透鏡/167
6．3．2電磁透鏡/167
6．4電磁透鏡的像差/169
6．4．1球差/169
6．4．2像散/170
6．4．3色差/171
6．5電磁透鏡的景深與焦長/172
6．5．1景深/172
6．5．2焦長/173
6．6電鏡的電子光學系統/174
6．6．1照明系統/174
6．6．2成像系統/177
6．6．3觀察記錄系統/178
6．7主要附件/178
6．7．1樣品傾斜裝置/178
6．7．2電子束的平移和傾斜裝置/179
6．7．3消像散器/179
6．7．4光闌/180
6．8透射電鏡中的電子衍射/181
6．8．1有效相機常數/181
6．8．2選區電子衍射/182
6．9常見的電子衍射花樣/183
6．9．1單晶體的電子衍射花樣/183
6．9．2多晶體的電子衍射花樣/186
6．9．3複雜的電子衍射花樣/187
6．10透射電鏡的圖像襯度理論/198
6．10．1襯度的概念與分類/198
6．10．2衍射襯度運動學理論與應用/200
6．10．3非理想晶體的衍射襯度/206
6．10．4非理想晶體的缺陷成像分析/206
6．11衍射襯度動力學簡介/216
6．12透射電鏡的樣品製備/220
6．12．1基本要求/221
6．12．2薄膜樣品的製備過程/221
本章小結/223
思考題/225

第7章薄晶體的高分辨像
7．1高分辨電子顯微像的形成原理/229
7．1．1試樣透射函數/229
7．1．2襯度傳遞函數S（u，v）/231
7．1．3像平面上的像面波函數B（x，y）/233
7．1．4很好欠焦條件及電鏡優選解析度/234
7．1．5通帶寬度（sinχ=-1）的影響因素/235
7．2高分辨像舉例/240
7．2．1晶格條紋像/240
7．2．2一維結構像/242
7．2．3二維晶格像/243
7．2．4二維結構像/244
本章小結/246
思考題/247

第8章電子背散射衍射
8．1基本原理/248
8．1．1電子背散射衍射/249
8．1．2掃描電鏡的透射菊池衍射/249
8．2EBSD儀器簡介/250
8．3EBSD衍射譜標定與晶體取向確定/252
8．3．1EBSD衍射譜標定/252
8．3．2晶體取向確定/255
8．4EBSD解析度/257
8．5EBSD樣品製備/258
8．6EBSD的應用/259
8．6．1取向襯度成像/259
8．6．2織構分析/260
8．6．3晶粒取向差及晶界特性分析/260
8．6．4物相鑒定/261
8．6．5晶格缺陷分析/262
8．6．6三維取向成像/264
本章小結/265
思考題/266

第9章中子衍射
9．1概述/267
9．2原理/267
9．2．1中子衍射基本原理/267
9．2．2中子衍射和X射線衍射的區別和聯繫/268
9．2．3中子技術測量應力的基本原理/270
9．3應用/271
9．3．1利用中子衍射原位測定殘餘應力/271
9．3．2材料織構的衍射測定/273
9．3．3離子溶液的中子散射研究/274
9．3．4中子衍射的生物同位素替代研究/276
本章小結/278
思考題/278

第2篇形貌分析技術
第10章形貌分析
10．1掃描電子顯微鏡/280
10．1．1掃描電鏡的結構與原理/281
10．1．2掃描電鏡的主要性能參數/283
10．1．3成像襯度/284
10．1．4二次電子襯度像的應用/286
10．1．5背散射電子襯度像的應用/289
10．1．6掃描電子顯微鏡的發展/290
10．2掃描透射電子顯微鏡/291
10．2．1掃描透射電子顯微鏡的工作原理/291
10．2．2掃描透射電子顯微鏡的特點/292
10．2．3掃描透射電子顯微鏡的應用/293
10．3掃描隧道電子顯微鏡/294
10．3．1STM的基本原理/294
10．3．2STM的工作模式/295
10．3．3STM的特點/295
10．3．4STM的應用/296
10．4原子力顯微鏡/299
10．4．1原子力顯微鏡的工作原理/299
10．4．2原子力顯微鏡的工作模式/300
10．4．3試樣製備/300
10．4．4形貌成像的應用/301
本章小結/302
思考題/304

第3篇成分分析技術
第11章能譜分析
11．1俄歇電子能譜/306
11．1．1俄歇電子能譜儀的結構原理/306
11．1．2俄歇電子譜/307
11．1．3定性分析/308
11．1．4定量分析/309
11．1．5化學價態分析/310
11．1．6AES的應用舉例/310
11．1．7俄歇能譜儀的近期新進展/312
11．2X射線光電子能譜/312
11．2．1X射線光電子能譜儀的工作原理/312
11．2．2X射線光電子能譜儀的系統組成/313
11．2．3X射線光電子能譜及表徵/315
11．2．4X射線光電子能譜儀的功用/317
11．2．5XPS的應用舉例/319
11．2．6XPS的發展趨勢/321
11．3電子探針/322
11．3．1電子探針波譜儀/322
11．3．2電子探針能譜儀/325
11．3．3能譜儀與波譜儀的比較/326
11．3．4電子探針分析及應用/326
11．4X射線螢光光譜/328
11．4．1工作原理/328
11．4．2結構組成/329
11．4．3應用/330
本章小結/331
思考題/332

第12章原子探針技術
12．1原子探針技術的發展史/333
12．2場離子顯微鏡/334
12．2．1場離子顯微鏡的結構原理/334
12．2．2場電離/335
12．2．3場離子顯微圖像/336
12．3原子探針/338
12．3．1場蒸發/338
12．3．2原子探針的基本原理/339
12．3．3原子探針層析/340
12．3．4原子探針脈衝模式/341
12．3．5原子探針樣品製備/341
12．3．6原子探針層析的應用/343
本章小結/347
思考題/347

第13章光譜分析技術
13．1原子發射光譜/348
13．1．1基本原理/349
13．1．2儀器/350
13．1．3分析方法/354
13．1．4應用/355
13．2原子吸收光譜/356
13．2．1基本原理/356
13．2．2儀器/358
13．2．3幹擾與去除/359
13．2．4分析方法/360
13．2．5應用/361
13．3原子螢光光譜/361
13．3．1基本原理/361
13．3．2儀器/363
13．3．3原子螢光光譜法的優點/363
13．3．4應用/363
13．4紫外-可見分光光度法/364
13．4．1基本原理/364
13．4．2基本概念/364
13．4．3紫外-可見分光光度計/366
13．4．4紫外-可見分光光度法的分析及應用/367
13．5紅外光譜/368
13．5．1基本原理/368
13．5．2紅外光譜儀/371
13．5．3試樣的處理和製備/372
13．5．4紅外光譜法的應用/373
13．6鐳射拉曼光譜/374
13．6．1基本原理/374
13．6．2拉曼光譜儀/376
13．6．3鐳射拉曼光譜的應用/377
13．6．4拉曼光譜和紅外光譜的關係/378
本章小結/379
思考題/379

第4篇其他分析技術
第14章熱分析技術
14．1熱分析方法/382
14．1．1熱重分析法/382
14．1．2差熱分析法/384
14．1．3差示掃描量熱法/387
14．2熱分析測量的影響因素/389
14．2．1實驗條件/389
14．2．2試樣特性/390
14．3熱分析的應用/391
14．3．1塊體金屬玻璃晶化動力學/392
14．3．2矽酸鹽/392
14．3．3反應合成/393
14．3．4反應活化能的計算/394
14．4熱分析技術的新發展/396
本章小結/396
思考題/397

附錄
附錄1常用物理常數/399
附錄2品質吸收係數μm/399
附錄3原子散射因數f/400
附錄4原子散射因數校正值Δf/401
附錄5粉末法的多重因素Phkl/402
附錄6某些物質的特徵溫度Θ/402
附錄7德拜函數φ（x）/x+1/4 之值/402
附錄8應力測定常數/403

參考文獻/404