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第1章 物理学基础 1

1.1 粒子与波 1

1.1.1 光与X射线 1

1.1.2 实物粒子 4

1.2 衍射与成像 5

1.2.1 概述 5

1.2.2 散射波叠加 5

1.2.3 缝、孔衍射 7

1.2.4 光栅衍射 9

1.2.5 透镜成像 15

1.3 原子结构与光谱 21

1.3.1 原子的壳层结构 21

1.3.2 原子的激发与电离 25

1.3.3 特征辐射 26

1.3.4 俄歇电子 29

1.3.5 核 30

1.4 分子结构与光谱 33

1.4.1 分子结构 33

1.4.2 分子振动能级与分子振动光谱 38

1.4.3 分子转动能级与分子转动光谱 39

1.4.4 分子轨道能级和分子电子光谱 40

1.4.5 分子光谱 41

1.5 光与物质的相互作用 42

1.5.1 概述 42

1.5.2 散射 43

1.5.3 原子散射因子 46

1.5.4 吸收与衰减 48

1.5.5 吸收体的物理效应 50

1.6 带电粒子在电磁场中的运动 51

1.6.1 带电粒子的电磁辐射 51

1.6.2 电磁场对带电粒子的作用 52

1.6.3 电子透镜 52

1.7 带电粒子与物质的相互作用 54

1.7.1 概述 54

1.7.2 带电粒子的射程 55

1.7.3 电子的相干散射 57

1.7.4 电子与物质的相互作用 59

1.7.5 离子与物质的相互作用 61

习题 62

第2章 固体结构 65

2.1 晶体 65

2.1.1 晶体的形成 65

2.1.2 晶体结构 66

2.2 晶体的对称性 68

2.2.1 对称的概念 68

2.2.2 晶体的宏观对称性 68

2.2.3 晶体的微观对称性 72

2.2.4 晶体结构的表示式 77

2.3 晶面与晶向 78

2.3.1 晶面指数与晶向指数 78

2.3.2 晶面间距、晶面夹角 80

2.3.3 晶带 83

2.4 晶体投影 84

2.4.1 球面投影 84

2.4.2 极射平面投影和乌氏网 85

2.4.3 标准投影图 89

2.5 晶体衍射理论（一） 90

2.5.1 晶体衍射的运动学理论 90

2.5.2 劳埃方程与布拉格方程 91

2.5.3 劳埃方程和布拉格方程的不确定性 94

2.5.4 薄晶体以及晶体表面的衍射 98

2.6 晶体衍射理论（二） 99

2.6.1 晶胞的衍射强度 99

2.6.2 单晶体的衍射强度 102

2.6.3 多晶体的衍射强度 104

2.6.4 温度因子 105

2.7 晶体缺陷和实际晶体 106

2.7.1 理想晶体和实际晶体 106

2.7.2 调制结构 106

2.8 准晶、非晶、胶体和液晶 107

2.8.1 准晶体 107

2.8.2 非晶体 107

2.8.3 胶体 109

2.8.4 液晶 111

2.9 材料结构分析 113

2.9.1 材料结构分析的概念 113

2.9.2 材料结构分析的方法 115

习题 117

第3章 光谱分析 119

3.1 光的检测与光谱仪 119

3.1.1 光的检测 119

3.1.2 光栅光谱仪 121

3.1.3 傅里叶变换 123

3.1.4 傅里叶射频波谱仪 124

3.1.5 傅里叶红外光谱仪 125

3.2 发射光谱分析 127

3.2.1 原子发射光谱仪 127

3.2.2 制样 129

3.2.3 原子发射光谱的谱线 130

3.2.4 原子发射光谱的分析方法 131

3.3 紫外-可见吸收光谱分析 135

3.3.1 紫外-可见吸收光谱仪 135

3.3.2 紫外吸收光谱 137

3.3.3 试样制备 142

3.3.4 分析应用 142

3.3.5 原子吸收光谱法 145

3.4 红外吸收光谱分析 148

3.4.1 基本原理 148

3.4.2 傅里叶红外吸收光谱仪 150

3.4.3 试样 151

3.4.4 红外光谱解析 152

3.4.5 红外光谱应用 157

3.4.6 拉曼散射光谱分析 159

3.5 核磁共振吸收波谱分析 161

3.5.1 基本原理 161

3.5.2 核磁共振波谱仪 161

3.5.3 试样 163

3.5.4 化学位移与自旋分裂 163

3.5.5 核磁共振氢谱及应用 168

3.5.6 13C核磁共振 170

3.5.7 核磁共振成像原理 171

习题 171

第4章 质谱和色谱 173

4.1 离子的检测与质谱仪 173

4.1.1 离子检测器 173

4.1.2 磁偏转型质量分析器 174

4.1.3 四极杆质量分析器 175

4.2 质谱分析方法 176

4.2.1 质谱仪工作原理 176

4.2.2 质谱仪主要性能 179

4.2.3 质谱图及谱线的测量 179

4.2.4 有机质谱中的离子峰 180

4.2.5 有机化合物相对分子质量的测定 183

4.2.6 有机化合物定性分析 185

4.2.7 有机化合物的定量分析 188

4.2.8 有机质谱的应用 188

4.2.9 无机质谱分析方法 188

4.3 色谱 189

4.3.1 概述 189

4.3.2 气相色谱分析 191

4.3.3 气相色谱-质谱联用分析 197

4.3.4 高效液相色谱 200

4.3.5 平板色谱法 203

习题 205

第5章 X射线分析 206

5.1 X射线的检测与X射线谱仪 206

5.1.1 二维图像的记录 206

5.1.2 X射线光粒子计数器 206

5.1.3 X射线能谱仪 208

5.1.4 X射线分光计 210

5.1.5 单色器 213

5.2 X射线荧光谱分析 214

5.2.1 X射线荧光谱仪 214

5.2.2 X射线的二次激发 216

5.2.3 波谱图 217

5.2.4 荧光X射线定性分析 218

5.2.5 荧光X射线定量分析 219

5.2.6 能谱图与定性、定量分析 221

5.2.7 能谱仪和波谱仪的比较 221

5.3 粉末衍射分析 222

5.3.1 多晶体的X射线衍射强度 223

5.3.2 德拜法照相 224

5.3.3 粉末衍射仪 224

5.3.4 试样制备与扫描测试 228

5.3.5 衍射图谱 229

5.3.6 单相物质的晶型分析 234

5.3.7 物质的物相定性分析 236

5.3.8 物质的物相定量分析 239

5.3.9 点阵常数的精确测定 243

5.3.10 宏观应力分析 246

5.3.11 微晶尺寸和微观应力的测试 249

5.4 单晶衍射分析 250

5.4.1 劳埃法 250

5.4.2 旋转晶体法 254

5.5 多晶织构分析与针孔法 256

5.5.1 织构 256

5.5.2 织构的表示与多晶体极图 256

5.5.3 针孔法与多晶织构试样的衍射 257

5.5.4 织构的测定 259

习题 261

第6章 光学显微镜 263

6.1 像的观察与记录 263

6.2 光学金相显微分析 264

6.2.1 光学金相显微镜 264

6.2.2 显微镜光学性能 266

6.2.3 试样制备 269

6.2.4 显微镜观察方式 277

6.2.5 摄像 279

6.2.6 偏振光显微 280

6.2.7 相衬金相 282

6.2.8 显微硬度及其测定 285

6.3 定量金相 287

6.3.1 基本测量方法 288

6.3.2 定量金相的计算 289

6.3.3 计算机金相图像分析系统 292

6.4 低倍观察方法 292

6.4.1 概述 292

6.4.2 检验方法 293

6.4.3 体视显微镜 294

6.5 透射光学显微方法 294

6.5.1 复型 294

6.5.2 透射偏光显微镜 295

习题 295

第7章 电子显微方法 297

7.1 电子像的观察和记录 297

7.2 透射电子显微镜 297

7.2.1 仪器构造 297

7.2.2 仪器性能 300

7.3 试样制备 302

7.3.1 粉末试样膜 302

7.3.2 试样复型 303

7.3.3 薄膜试样 304

7.4 成像方式 306

7.4.1 显微成像 306

7.4.2 衍射成像 307

7.5 电子衍射图像分析 309

7.5.1 电子衍射 309

7.5.2 电子衍射花样及其几何特征 311

7.5.3 多晶试样的物相鉴定及衍射花样指标化 313

7.5.4 单晶试样的物相鉴定及衍射花样指标化 314

7.5.5 选区电子衍射中图像相对于花样的磁转角标定 319

7.5.6 复杂衍射花样 320

7.5.7 菊池衍射花样 322

7.6 透射电子显微图像分析 324

7.6.1 柱体近似 324

7.6.2 非晶体试样质厚衬度成像原理 325

7.6.3 复型成像的衬度 325

7.6.4 复型浮雕图像分析 327

7.6.5 电镜放大倍数与点分辨本领的测定 327

7.6.6 晶体试样衍射衬度成像原理 327

7.6.7 双光束条件 329

7.6.8 理想晶体的衍射强度 331

7.6.9 缺陷晶体的衍射强度 333

7.6.10 堆积层错 334

7.6.11 位错 335

7.6.12 畴结构 336

7.6.13 第二相粒子 337

7.6.14 电子衍射运动学理论的局限性 338

7.6.15 薄晶体的高分辨像 338

7.7 低能电子衍射和低能电子显微镜 339

7.7.1 低能电子衍射分析 339

7.7.2 低能电子显微分析 340

习题 342

第8章 探针和扫描显微分析 344

8.1 电子的检测与能谱仪 344

8.1.1 电子检测器 344

8.1.2 电子能量分析器 345

8.1.3 离子能量分析器 347

8.2 电子探针与扫描电子显微分析 348

8.2.1 电子束轰击固体试样激发的物理信号 348

8.2.2 电子探针X射线显微分析仪 349

8.2.3 扫描电子显微镜的结构与工作原理 351

8.2.4 扫描电子显微镜的性能 354

8.2.5 试样制备 356

8.2.6 扫描图像分析 357

8.2.7 X射线能谱分析 358

8.2.8 背散射电子衍射分析 358

8.2.9 电子探针与扫描电子显微镜的比较 360

8.2.10 其他电子显微分析技术 361

8.3 电子能谱分析 362

8.3.1 光电子能谱 362

8.3.2 俄歇电子能谱 367

8.4 离子束表面分析 371

8.4.1 离子散射谱 371

8.4.2 二次离子质谱 376

8.4.3 离子显微镜 380

8.4.4 场离子显微镜 381

8.5 激光探针显微分析 382

8.6 探针扫描显微分析 383

8.6.1 扫描隧道显微镜 383

8.6.2 原子力扫描显微镜 385

8.6.3 近场光学显微镜 386

习题 389

第9章 热分析 390

9.1 示差热分析法 390

9.1.1 示差热分析仪的工作原理 391

9.1.2 DTA曲线的分析 393

9.1.3 差热分析测量的影响因素 398

9.2 示差扫描量热法 399

9.2.1 示差扫描量热仪的工作原理 399

9.2.2 DSC曲线的分析 399

9.3 热重分析法 401

9.3.1 热重分析仪的工作原理 402

9.3.2 TG曲线的分析 402

9.3.3 热重分析测量的影响因素 405

9.4 联用技术及其他 405

习题 408

参考文献 409

附录 410

Ⅰ 一些元素常用的紫外、可见光谱线 410

Ⅱ 元素的主要K、L系谱线的波长（A） 413

Ⅲ 化学元素K、L系主要谱线的光子能量（keV） 415

Ⅳ 元素的吸收限波长（A） 419

Ⅴ 元素对X射线的质量吸收系数（cm2/g） 422

Ⅵ 原子散射因子 424

Ⅶ 原子散射因子修正值 427

Ⅷ 一些物质的德拜温度 428

Ⅸ 多重性因子 428

Ⅹ 立方晶体晶面（或晶向）夹角数值 428

Ⅺ 立方晶体标准投影图 430

Ⅻ 面心立方晶体电子衍射图谱 432

Ⅻ 体心立方晶体电子衍射图谱 433

ⅩⅢ 密排六方晶体电子衍射图谱 434

ⅩⅤ 常用材料分析方法名称及英文缩写 435