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第1章 概述 1

参考文献 4

第2章 场离子显微镜 5

2.1 原理 5

2.1.1 场致电离理论 5

2.1.2 “看见”原子：场离子显微镜 7

2.1.3 FIM的空间分辨率 10

2.2 FIM的设备和技术 12

2.2.1 FIM设备 12

2.2.2 电子FIM和数字FIM 13

2.2.3 层析FIM技术 14

2.3 FIM图像的解释 15

2.3.1 纯材料图像的解释 15

2.3.2 合金图像的解释 16

2.3.3 FIM的部分应用 16

2.3.4 总结 19

参考文献 19

第3章 从场解吸显微镜到原子探针层析 22

3.1 原理 22

3.1.1 场蒸发理论 22

3.1.2 逐个分析原子：原子探针层析 30

3.2 APT的设备和技术 33

3.2.1 实验设置 33

3.2.2 场解吸显微镜 36

3.2.3 高压脉冲技术 39

3.2.4 激光脉冲技术 41

3.2.5 能量补偿技术 49

参考文献 50

第4章 样品制备 56

4.1 简介 56

4.1.1 样品取样 56

4.1.2 试样要求 58

4.2 抛光方法 58

4.2.1 电解抛光过程 58

4.2.2 化学抛光 62

4.2.3 安全 62

4.2.4 优势和局限性 63

4.3 宽离子束技术 64

4.4 聚焦离子束技术 65

4.4.1 切取法 66

4.4.2 挖取法 69

4.4.3 聚焦离子束制备样品的最终阶段 76

4.4.4 减少离子损伤和造成假象的方法 77

4.5 制备镀膜和薄膜的沉积方法 80

4.6 制备有机材料的方法 80

4.6.1 聚合物微针尖 81

4.6.2 自组装单分子膜 81

4.6.3 低温制备 82

4.7 其他方法 83

4.7.1 浸入法 83

4.7.2 直接生长法 83

4.8 与样品几何形状相关的问题 83

4.9 选择最优样品制备方法指南 84

参考文献 85

第5章 场离子显微镜 89

5.1 FIM操作步骤 90

5.2 场离子显微镜的操作空间 91

5.2.1 成像气体 91

5.2.2 温度 93

5.2.3 最佳成像场 93

5.2.4 其他参数 94

5.3 总结 96

参考文献 96

第6章 原子探针层析的实验方案 98

6.1 样品对准 98

6.2 质谱仪 99

6.2.1 离子的探测 100

6.2.2 质谱 101

6.2.3 质谱的形成 102

6.2.4 质量分辨率 104

6.2.5 常见假象 105

6.2.6 元素识别 107

6.2.7 成分测量 110

6.2.8 可探测性 110

6.3 操作空间 111

6.3.1 飞行路径 111

6.3.2 脉冲分数和基体温度 111

6.3.3 选择脉冲模式 113

6.3.4 脉冲率 114

6.3.5 检测率 114

6.4 样品失效 115

6.5 数据质量评价 117

6.5.1 场解吸图 117

6.5.2 质谱 119

6.5.3 多事件 121

6.6 讨论 123

参考文献 124

第7章 层析重构 127

7.1 离子的投影 127

7.1.1 电场估算 127

7.1.2 电场分布 128

7.1.3 离子轨迹 129

7.1.4 点投影模型 130

7.1.5 带有角压缩的径向投影 132

7.1.6 离子轨迹的最佳模型 132

7.2 重构 133

7.2.1 重构方案的基础 134

7.2.2 Bas等的方案 136

7.2.3 Geiser等的方案 137

7.2.4 Gault等的方案 138

7.2.5 配备反射器的仪器 138

7.2.6 总结和讨论 139

7.3 重构的校正 140

7.3.1 校正重构参数的技术 140

7.3.2 校正重构的重要性 144

7.3.3 当前过程的局限性 146

7.4 常见假象和可能的校正方法 149

7.4.1 轨迹像差和局部放大效应 149

7.4.2 表面迁移 151

7.4.3 色差 153

7.4.4 假象对原子探针数据的影响 153

7.4.5 重构的校正 153

7.5 原子探针层析重构的展望 156

7.5.1 相关的显微学对重构的推进 156

7.5.2 模拟法改善重构 158

7.5.3 原子探针数据重构的替代方式 158

7.6 APT的空间分辨率 159

7.6.1 简介 159

7.6.2 研究方式 159

7.6.3 空间分辨率的定义 159

7.6.4 深度分辨率 160

7.6.5 横向分辨率 161

7.6.6 空间分辨率的优化 163

7.7 晶格修正 164

参考文献 165

第8章 原子探针层析的分析技术 171

8.1 表征质谱 171

8.1.1 降低噪声 172

8.1.2 量化同位素自然丰度对峰高的贡献 175

8.1.3 空间依赖的质峰识别 177

8.1.4 多重撞击探测器事件的分析 178

8.2 表征化学分布 180

8.2.1 原子探针数据的质量 181

8.2.2 随机对比器 183

8.3 基于网格的计数统计 185

8.3.1 体元化 185

8.3.2 密度 186

8.3.3 浓度分析 186

8.3.4 去局域化平滑法 187

8.3.5 基于等浓度和等密度的可视化技术 188

8.3.6 一维谱线 189

8.3.7 基于网格的频率分布分析 195

8.4 描述原子堆垛结构的技术 205

8.4.1 最近邻分布 205

8.4.2 团簇识别算法 210

8.4.3 检测效率对纳米结构分析的影响 222

8.5 径向分布 228

8.5.1 径向分布和对相关函数 229

8.5.2 溶质短程有序参数 231

8.6 结构分析 233

8.6.1 APT的傅里叶变换 234

8.6.2 空间分布图 235

8.6.3 霍夫变换 237

参考文献 239

第9章 原子探针显微学和材料科学 244

9.1 相成分 245

9.2 晶体缺陷 246

9.3 溶质原子团簇化和短程有序 246

9.4 沉淀反应 247

9.5 长程有序 248

9.6 调幅分解 248

9.7 界面 248

9.8 非晶材料 249

9.9 原子探针晶体学 249

参考文献 251

附录AX2分布 255

参考文献 261

附录B抛光液和条件 262

参考文献 264

附录C APT使用的文件格式 265

附录D Hump模型预测的图像 272

附录E APT所需的晶体学基础 274

附录F立体投影和常见的解吸图 280

参考文献 288

附录G Kingham曲线 289

参考文献 294

附录H元素及相关质荷比的列表 295

附录I作为质谱上位置函数的质峰的可能元素身份 305