中子衍射技术及其应用PDF电子书下载

第1章 晶体结构和磁结构基础 1

1.1 晶体点阵 1

1.1.1 点阵概念 1

1.1.2 晶胞、晶系 2

1.1.3 点阵类型 2

1.2 晶体的宏观对称性和点群 4

1.2.1 宏观对称元素和宏观对称操作 4

1.2.2 宏观对称性和点群 7

1.3 晶体的微观对称性和空间群 10

1.3.1 微观对称要素与对称操作 10

1.3.2 230种空间群 12

1.4 倒易点阵 12

1.4.1 倒易点阵概念的引入 12

1.4.2 正点阵与倒易点阵间的几何关系 14

1.5 晶体极射赤面投影 16

1.5.1 晶体极射赤面投影原理 16

1.5.2 标准极图 18

1.6 晶体的结合类型 19

1.6.1 离子结合 20

1.6.2 共价结合 21

1.6.3 金属结合 21

1.6.4 分子结合 22

1.6.5 氢键结合 22

1.6.6 混合键晶体 23

1.7 磁对称性和磁结构 25

1.7.1 磁性原子的自旋结构 25

1.7.2 磁点阵 25

1.7.3 磁点群 27

1.7.4 磁空间群 28

1.7.5 磁性结构 30

主要参考文献 31

第2章 中子射线及其与物质的交互作用 32

2.1 引言 32

2.2 原子反应堆中子源 33

2.3 脉冲中子源 35

2.4 三种源的比较 38

2.5 中子射线源的线束设备 40

2.6 中子与物质的交互作用 44

2.6.1 物质对中子射线的吸收 44

2.6.2 中子射线的折射 49

2.6.3 中子射线的反射 50

2.7 物质对入射中子的散射 52

2.7.1 中子的核散射 52

2.7.2 中子的磁散射 53

主要参考文献 54

第3章 中子衍射的运动学理论 55

3.1 相干散射和非相干散射 55

3.2 射线衍射线束的方位 55

3.2.1 劳厄方程 55

3.2.2 布拉格公式 58

3.3 多晶体核衍射强度的运动学理论 59

3.3.1 单个核的散射强度 59

3.3.2 固体原子核集的衍射强度 61

3.3.3 多晶物质的积分散射 68

3.4 中子的磁散射强度 69

3.4.1 顺磁材料的磁散射 71

3.4.2 铁磁和反铁磁材料的散射 73

3.4.3 稀土原子的散射 73

3.5 中子衍射强度公式及其比较 75

3.5.1 中子衍射强度公式 75

3.5.2 三种结构因子的比较和其中原子位置参数 76

3.5.3 fX、b、μ的比较 78

3.5.4 磁衍射形状因子 78

主要参考文献 82

第4章 中子衍射散射实验方法 83

4.1 中子衍射实验方法的基本类型 83

4.2 中子照相法 84

4.3 高分辨粉末衍射仪 85

4.4 中子单晶衍射仪 88

4.5 其他中子散射衍射装置 90

4.5.1 中子小角度散射术 90

4.5.2 中子材料织构测定仪 91

4.5.3 中子貌相实验设备 91

4.5.4 中子干涉量度术 92

4.6 中子非弹性散射谱术 92

4.7 原位中子衍射装置 93

主要参考文献 95

第5章 晶体结构的测定 97

5.1 多晶样品衍射花样的Rietveld结构精修 98

5.1.1 Rietveld结构精修的原理 98

5.1.2 Rietveld结构精修的步骤 101

5.2 YFe10Si2的晶体结构和磁结构的测定 102

5.3 多晶样品结构测定从头计算法 104

5.4 粉末衍射花样指标化的计算机程序 106

5.4.1 Ito（伊藤）指标化程序 106

5.4.2 TREOR指标化程序 107

5.4.3 DICVOL指标化程序 108

5.4.4 Jade程序包中的衍射花样指标化 111

5.5 重叠峰的分离 112

5.5.1 晶面间距相近的重叠峰的分离 113

5.5.2 晶面间距相同的重叠峰的分离 114

5.6 多晶样品结构测定实例 115

5.6.1 不计衍射强度的多晶样品结构测定实例 115

5.6.2 计衍射强度的多晶样品结构测定实例 118

5.7 单晶样品的结构测定 120

5.7.1 实验数据的获得 120

5.7.2 单晶结构测定的相角问题 121

5.7.3 解相角的各种方法 122

5.7.4 单晶结构的精修 124

5.7.5 单晶结构测定小结 127

5.8 单晶样品晶体结构中子衍射测定实例 128

主要参考文献 131

第6章 自旋结构和磁结构的测定 132

6.1 磁散射效应和晶体的衍射强度 133

6.2 衍射花样中磁散射的特征和磁散射效应分离 134

6.2.1 衍射花样中磁散射的特征 134

6.2.2 磁散射效应分离 137

6.3 MnO的晶体结构和磁结构的测定 137

6.4 高Tc超导体的磁相图和自旋关系的研究 140

6.4.1 La2-x(Sr,Ba)xCuO4-y和YBa2Cu3O6+x磁相图 140

6.4.2 La2CuO4和YBa2Cu3O6自旋关系的研究 141

6.5 磁结构中子衍射的测定举例 142

6.5.1 Er2Fe13-xMnxB的磁结构的测定 143

6.5.2 Y(Mn1-xCox)12磁结构的测定 145

主要参考文献 148

第7章 物相衍射分析 149

7.1 物相鉴定 149

7.1.1 物相鉴定（定性相分析）的原理 149

7.1.2 PCPDFWIW在定性相分析系统中的应用 151

7.2 多相试样的衍射强度 154

7.3 采用标样的定量相分析方法 155

7.3.1 内标法 156

7.3.2 增量法 159

7.3.3 外标法 161

7.3.4 基体效应消除法（K值法） 166

7.3.5 标样方法的实验比较 169

7.4 无标样的定量相分析方法 170

7.4.1 直接比较法 170

7.4.2 绝热法 170

7.4.3 Zevin的无标样法及其改进 172

7.4.4 无标样法的实验比较 176

7.5 中子衍射物相分析注意事项 177

7.5.1 PDF标准数据库的格式 177

7.5.2 衍射花样中的线条分布和相对强度 178

7.5.3 中子衍射物相分析注意要点 180

7.6 相变研究 180

7.6.1 结构相变和非结构相变 180

7.6.2 现代相变研究 181

主要参考文献 183

第8章 材料残余应力衍射测定 184

8.1 应力的分类及其射线衍射效应 184

8.1.1 第Ⅰ类内应力 185

8.1.2 第Ⅱ类内应力 186

8.1.3 第Ⅲ类内应力 186

8.2 平面宏观应力测定原理 187

8.2.1 材料中应变与晶面间距 187

8.2.2 平面应力表达式 188

8.3 平面宏观应力的测定方法 190

8.3.1 同倾法 190

8.3.2 侧倾法 191

8.4 三维应力的测定 193

8.5 中子衍射法应变测定装置 194

8.6 残余应变中子衍射测定的一些例子 197

8.6.1 焊接应力测定的两个例子 198

8.6.2 合成物和多相材料中的残余应力 200

8.6.3 渗碳层中的残余应力 201

8.6.4 三维应力测定实例 202

8.6.5 原位测定残余应力的两个例子 203

主要参考文献 205

第9章 材料织构的衍射测定 206

9.1 晶粒取向和织构及其分类 206

9.1.1 晶体取向的表达式 206

9.1.2 晶体学织构及分类 207

9.2 极图测定 207

9.2.1 极图测定的衍射几何和方法 207

9.2.2 数据处理和极图的描绘 208

9.3 反极图的测定 209

9.4 三维取向分布函数 210

9.4.1 一般介绍 210

9.4.2 极密度分布函数 211

9.4.3 取向分布函数的表达式 212

9.4.4 取向分布函数的计算 213

9.4.5 取向分布函数截面图和取向线 213

9.5 材料织构分析 214

9.5.1 理想取向的分析 215

9.5.2 多重织构组分分析 218

9.5.3 织构的形成和演变 219

主要参考文献 221

第10章 中子小角衍射散射的应用 222

10.1 中子反射率和中子折射指数 222

10.2 材料颗粒大小的小角中子散射研究 223

10.2.1 多粒子系统的小角散射 223

10.2.2 材料微粒大小及其分布的测定 225

10.3 材料分形（fractal）结构研究 229

10.3.1 分形 229

10.3.2 来自质量和表面尺幂度体的小角散射 230

10.3.3 散射强度与尺幂度体维度的关系 232

10.3.4 分形结构测定实例——碳纳米管的分形 232

10.4 应用实例——含氮奥氏体钢拉伸形变中纳米偏聚 233

主要参考文献 234

第11章 新型材料的衍射散射分析 235

11.1 薄膜和一维超点阵材料的分析 235

11.1.1 工程薄膜和多层膜的研究 235

11.1.2 一维超点阵材料的分析 236

11.2 纳米材料微结构分析 239

11.2.1 测定纳米材料微结构时各有关参数的获得 240

11.2.2 晶粒大小、微应力及层错的宽化效应 241

11.2.3 分离微晶和微应力宽化效应的最小二乘方法 244

11.2.4 分离微晶-层错XRD线宽化效应的最小二乘方法 245

11.2.5 分离微应力-层错二重宽化效应的最小二乘方法 246

11.2.6 微晶-微应力-层错三重宽化效应的最小二乘方法 247

11.2.7 计算程序系列的结构 248

11.2.8 纳米材料颗粒大小的小角中子散射分析 249

11.3 介孔材料的射线分析 251

11.3.1 介孔材料的分类 251

11.3.2 介孔材料的结构特征 251

11.3.3 介孔材料的应用 253

11.3.4 介孔材料射线表征方法的特点 254

11.3.5 孔结构参数的计算 255

11.3.6 介孔材料分析实例 255

11.3.7 介孔材料的分形结构SAXS研究 259

主要参考文献 262

第12章 物质动态结构的非弹性散射研究 264

12.1 动态结构研究理论基础简介 264

12.1.1 核的振动和声子 264

12.1.2 声子散射谱的实验测定和数据分析 266

12.2 结晶物质的点阵动力学研究 269

12.2.1 晶体内的点阵动力学 270

12.2.2 晶体表面和界面的动力学结构 273

12.2.3 多晶样品中的声子 275

12.2.4 薄膜和纳米晶中的声子 276

12.3 非晶物质、聚合物和生物高分子中的动力学结构 278

12.3.1 非晶固体的动力学结构 278

12.3.2 高聚合物（polymer）动力学结构 279

12.3.3 生物大分子的动力学结构 281

12.4 高Tc超导体的点阵动力学研究 282

12.4.1 YBa2Cu3O7的温度效应 282

12.4.2 氧含量对YBa2Cu3O7-δ的影响 282

12.4.3 高Tc和低Tc材料的比较 284

12.5 小结 287

主要参考文献 289

第13章 中子衍射散射的工业应用 291

13.1 材料微结构参数的测定 291

13.2 材料微粒子（微孔）大小及分布的测定 296

13.3 多相产品分析 297

13.4 材料的织构分析 298

13.5 单晶质量检查 298

13.6 残余应力测定的工业应用 298

13.7 材料的中子射线照相 299

13.8 材料的中子衍射综合表征 301

主要参考文献 302

附录 304

附表1 晶体结构和磁结构的晶系、布拉维点阵、点群、空间群数目的比较 304

附表2（a） 晶体的布拉维点阵一览表 304

附表2（b） 磁布拉维点阵一览表 304

附表3（a） 晶体点群一览表 305

附表3（b） 磁点群一览表 305

附表3（c） 可接受的磁点群目录 305

附表4（a） 晶体230个空间群一览表 306

附表4（b） 六方晶系磁空间群一览表 307

附表4（c） 立方晶系磁空间群一览表 308

《现代物理基础丛书》已出版书目 310