功能与智能材料 结构演化与结构分析PDF电子书下载

第1篇 结构与结构演化 9

1 结构、键合和性能 9

1.1 晶体结构 9

1.2 结构和化学成分 12

1.2.1 化学计量相 12

1.2.2 非化学计量相 12

1.3 配位数和配位多面体 13

1.4 同型性和多型性 16

1.5 结构和化学键 17

1.5.1 键合和离子半径 17

1.5.2 离子化合物的点阵能 21

1.5.3 结构的向何考虑 22

1.5.4 Pauling 和Baur规则 25

1.5.5 共价键 28

1.6 配位场理论 30

1.6.1 八面体配位 31

1.6.2 四面体配位 32

1.6.3 正方配位 34

1.7 配位场稳定化能 34

1.8 过渡金属的配位多面体 37

1.9 分子轨道理论 39

1.9.1 分子轨道 39

1.9.2 杂化 40

1.10 能带理论 42

1.10.1 Peierls畸变 43

1.10.2 二维和三维键 45

1.11 混合价化合物和功能材料 47

1.11.1 类型I化合物：av＝０ 47

1.11.3 类型III化合物：av＝amax 48

1.11.2 类型II化合物：av＞０，但是很小 48

1.12 结构转变和稳定性 49

1.12.1 相图 49

1.12.2 热力学稳定性 52

1.13 材料的性能 52

1.13.1 力学性能 54

1.13.2 磁学性能 54

1.13.3 压电性能 56

1.13.4 铁电性能 57

1.13.5 光学性能 57

1.13.6 电学性能 58

1.14 结构和性能 59

1.15 功能材料 60

1.15.1 功能材料的特征 60

1.15.2 结构演变和功能特征 63

1.16 小结 64

2 氯化纳及金红石相关结构系统 65

2.1 岩盐结构 65

2.2 具有氯化钠结构的非化学计量化合物 67

2.3 金红石结构及其衍生结构 69

2.4 金红石结构的特性 70

2.4.1 共顶点 71

2.4.2 共边 73

2.4.3 共面 73

2.5 金红石相关结构的演变 76

2.6 非化学计量化合物和结晶体学剪切面 83

2.7 小结 86

3 钙钛矿及相关结构系统 87

3.1 ABO3型钙钛矿结构的特性 87

3.1.1 共顶点氧八面体 87

3.1.3 氧立方的密排 90

3.1.2 以一个正离子作为原点的单胞 90

3.1.4 负离子密排和四面体、八面体的形成 94

3.2 负离子缺位钙钛矿结构的可能形式 99

3.2.1 14种基本结构单元 99

3.2.2 构建钙钛矿相关结构系 102

3.3 容差因子 103

3.4 具有与钙钛矿相似结构的功能材料 103

3.4.1 铁电现象和铁电化合物 104

3.4.2 铁磁性和铁磁化合物 108

3.4.3 绝缘体到导体的转变 113

3.4.4 导电的钙钛矿 115

3.4.5 磁致伸缩、电致伸缩和压电致动器材料 118

3.4.6 光变换化合物 121

3.5 掺杂和氧空位 122

3.6 巨磁阻（GMR）和超巨（庞）磁阻（CMR） 123

3.7 钙钛矿的氧迁移和离子导电性 128

3.8 贫化负离子诱导钙钛矿向钙铁石结构演变 129

3.9 由正离子替换导致的有序结构演变 133

3.10 氯化钠、金红石和钙矿结构 134

3.10.1 联系和比较 134

3.10.2 通过改形构成新材料 137

3.11 小结 140

4 萤石型和相关结构系统 141

4.1 基本萤石结构 141

4.2 具有阴离子缺位的萤石结构 143

4.2.1 在萤石结构中的氧迁移 144

4.2.2 缺氧萤石结构模块单元 145

4.2.3 焦绿石和C型稀土倍半氧化物的结构 148

4.3 萤石和萤石相关结构的特性 151

4.3.1 热力学性能 152

4.3.2 稀土氧化物的表面特性 157

4.3.4 可开关的化学反应——氧泵 164

4.4 稀土同系高氧化物的结构与组成原理 166

4.4.1 同系相的组成原理 169

4.4.2 模块并接规则 170

4.4.3 用模块构建超晶胞结构 174

4.5 将并接规则应用于已知结构 176

4.5.1 R7O12相，n＝7，m＝1 177

4.5.2 R9O16相，n＝9，m＝1 178

4.5.3 R11O20相，n＝11，m＝1 180

4.5.4 R40O72相，n＝40，m＝4 183

4.5.5 R24O44相，n＝24，m＝2 183

4.6 使用提出的模型预言未定结构 188

4.6.1 m＝4的β同质异晶结构 188

4.6.2 n＝19的未确定结构 189

4.6.3 n＝16的未确定结构 190

4.6.4 n＝62、m＝6的未确定结构 191

4.6.5 非化学计量a相 193

4.7 三元混合稀土氧化物 196

4.7.1 三元混合稀土氧化物和氧存储 196

4.7.2 阳离子配位数和模块的排列 198

4.8 结构演化热力学 201

4.8.1 Gibbs自由能和结构稳定性 201

4.8.2 结构转变滞后 202

4.8.3 相转变和环境状况 203

4.9 钙钛矿、萤石结构和尖晶石结构 205

4.9.1 结构比较 205

4.9.2 超交换相互作用和磁性 208

4.10 小结 210

5 软化学：从结构单元通向材料工程之路 211

5.1 软化学原理 212

5.2 溶胶-凝胶工艺 215

5.3 制备均匀尺寸球形颗粒的胶体工艺路线 219

5.4 插层反应和支撑工艺 228

5.5 自组合纳米晶体——工程的超晶格薄膜 236

5.5.1 金属纳米晶体 237

5.5.2 半导体纳米晶体 238

5.5.3 磁性的纳米晶体 238

5.5.4 磁性钴粒子 239

5.5.5 磁性氧化铁 240

5.6 用气溶胶技术制备纳米颗粒 241

5.7 小结 244

第2篇 结构表征 249

6 结构分析用电子晶体学 249

6.1 结构分析中的电子衍射 250

6.1.1 单散射理论 250

6.1.2 倒易空间 252

6.1.3 Bragg定律和Ewald球 255

6.1.4 电子衍射花样的标定 257

6.1.5 孪晶衍射 259

6.2 衍射衬度与缺陷分析 261

6.2.1 材料中的缺陷和位错 261

6.2.2 衍射衬度 265

6.2.3 缺陷和位错的双束成像 268

6.2.4 Burgers矢量的确定 270

6.2.5 弱束成像 271

6.3 原子分辨结构像及结构分析 272

6.3.1 相位衬度 272

6.3.2 Abbe成像理论 274

6.3.3 透射电镜的像差和信息传递 276

6.3.4 衬度传递函数和图像分辨率 279

6.3.5 包络函数与信息传递 283

6.3.6 晶格成像中的光源相干性 285

6.3.7 投影电荷密度近似方法 289

6.3.8 用于透射电子成像的多层片理论 290

6.3.9 图像模拟和结构确定 292

6.3.10 非完整晶体和界面的图像计算 293

6.3.11 经能量滤过的电子晶格成像 294

6.3.12 高分辨电子显微镜的局限性 295

6.4 电子全息术 296

6.4.1 透射电镜中离轴全息术的原理 296

6.4.2 图像分辨率的改善 298

6.4.3 静电场成像和电荷分布 299

6.4.4 铁电体畴界处的自发极化像 299

6.4.5 磁畴和磁力线成像 300

6.5 会聚束电子显微衍射 304

6.5.1 对称性分析 304

6.5.2 晶格参数的测量 306

6.5.3 Bloch波理论与定量CBED 307

6.5.4 固态键合及电荷再分布 310

6.5.5 Burgers矢量的确定 313

6.5.6 试样厚度的测量 317

6.6 小结 319

7 功能材料的结构分析 321

7.1 界面和晶界分析 321

7.1.1 菊池花样和晶界结构分析 322

7.1.2 晶界的一般描述 325

7.1.3 O点阵理论 327

7.1.4 重合位置点阵理论 329

7.2 调制结构和畴结构 331

7.2.1 结构调制 331

7.2.2 由各相异性晶体结构形成的畴 332

7.2.3 结构畴的界面 339

7.3.1 用双花样技术分析三维超结构 340

7.3 超结构和长程有序 340

7.3.2 用单花样技术分析三维超结构 344

7.3.3 阳离子替代的长程有序 348

7.4 氧空位和短程有序 348

7.4.1 漫散射的动力学衍射理论 349

7.4.2 漫散射的身体描述 353

7.4.3 短程有序参数的计算 356

7.4.4 短程有序的HRTEM研究 358

7.5 基底对薄膜生长的影响 358

7.5.1 点阵失配与界面位错 358

7.5.2 从基底表面缺陷的成核与生长 360

7.5.3 畴界与界 面位错间的关系 365

7.5.4 界面位错与面缺陷的关系 368

7.6.1 温度驱动的结构转变 370

7.6 结构演化的原位观察 370

7.6.2 电场驱动的结构转变 371

7.6.3 试样的磁矩 372

7.7 元件的失效分析 372

7.8 氧化物表面成像 375

7.9 小结 378

8 功能材料的化学和价结构分析 379

8.1 电子散射中的非弹性激发过程 379

8.2 X射线能谱显微分析 382

8.2.1 组分分析 382

8.2.2 以沟道强显微分析进行了原子定位（ALCHEMI） 385

8.3 价激发EELS 389

8.3.1 经典电子能量损失理论 391

8.3.2 表面等离子体激发 395

8.3.3 功能函数的测量 399

8.4 EELS中的原子内层激发 400

8.4.1 组分分析 403

8.4.2 近边精细结构和晶体中的结合 405

8.5 定量确定混合价化合物的价态 407

8.5.1 过渡族金属的白线 407

8.5.2 d-带电子的占有数 408

8.5.3 白线强度和内禀磁矩 412

8.5.4 白线强度计算的双派生能谱 413

8.6 界面和晶界的纳米探针分析 415

8.7 STEM中的化学敏感成像 419

8.8 TEM中的能量过滤电子成像 421

8.8.1 用价损电子组分敏感成像 422

8.8.2 用内层电离边电子形成组分敏感成像 424

8.8.3 结合和价态的成像 426

8.9 声子散射和化学敏感成像比 426

8.9.1 STEM中的“Z衬比”成像 427

8.9.2 TEM中的高角度暗场圆锥扫描成像 427

8.10.1 化学组分分析 429

8.10 La8Sr8Co16O36对用于结构精细分析的各种技术连接——一个例子 429

8.10.2 Co的价态 430

8.10.3 LSCO的HRTEM晶格成像 432

8.10.4 La0.5Sr0.5CoO2.25的结构模型 432

8.10.5 结构和磁致电阻 436

8.11 小结 437

附录A 物理学常数、电子波长与波数 439

附录B1 晶体学结构系统 441

附录B2 计算晶体学数据的FORTRAN程序 444

附录C 几种晶体结构的电子衍射花样 447

附录D 计算TEM中单价损EELS谱的FORTRAN程序 454

参考文献 457

中英文主题词对照索引 467

材料索引 479

后记 483