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第一篇 X射线衍射分析 4

第1章 晶体学基础 4

1.1 晶体与非晶体 4

1.2 空间点阵和晶胞 5

1.3 七大晶系与14种布拉菲点阵 5

1.4 点群与空间群 6

1.5 晶向指数和晶面指数 7

1.5.1 晶向指数 7

1.5.2 晶面指数 7

1.5.3 金属晶体中3种典型的晶体结构 9

1.6 晶带、晶面间距和晶面夹角 10

1.6.1 晶带 10

1.6.2 晶面间距 11

1.6.3 晶面夹角 11

习题 12

第2章 X射线的性质及X射线的产生 13

2.1 X射线的性质 13

2.2 X射线的产生 14

2.2.1 X射线管 14

2.2.2 X射线管工作条件的确定 15

2.3 X射线光谱 17

2.3.1 连续光谱 17

2.3.2 特征光谱 18

习题 20

第3章 X射线与物质的相互作用 21

3.1 X射线的散射效应 21

3.1.1 相干散射 22

3.1.2 非相干散射 22

3.1.3 散射系数 23

3.2 X射线的吸收 23

3.2.1 光电效应 23

3.2.2 X射线的衰减规律与吸收系数 23

3.2.3 实验波长的选择 25

3.2.4 X射线的单色化 26

习题 27

第4章 X射线衍射基本理论 28

4.1 X射线衍射几何条件 28

4.1.1 劳埃方程 28

4.1.2 布拉格方程 29

4.2 衍射强度 32

4.2.1 一个电子对X射线的衍射 33

4.2.2 一个原子对X射线的散射 34

4.2.3 一个晶胞对X射线的散射 36

4.2.4 理想小晶体的衍射强度 39

4.2.5 实际小晶粒的衍射强度 40

4.2.6 影响多晶体衍射的其他因子 40

4.2.7 多晶体的衍射线强度 43

习题 44

第5章 X射线的检测 45

5.1 X射线的检测 45

5.1.1 荧光板 45

5.1.2 照相方法 45

5.1.3 正比计数管 45

5.1.4 NaI（Tl）闪烁计数管 46

5.1.5 固体检测器 47

5.1.6 位敏正比计数管 48

5.1.7 成像屏 48

5.1.8 X射线电视 49

5.2 X射线衍射分析方法 49

5.2.1 多晶体和粉末材料衍射方法 50

5.2.2 单晶 X射线衍射分析研究 57

习题 60

第6章 多晶自动X射线衍射仪及其实验技术 61

6.1 多晶X射线衍射仪 61

6.1.1 X射线发生器 61

6.1.2 测角仪的光路系统 62

6.1.3 X射线强度测量记录系统 64

6.1.4 衍射仪控制及衍射数据采集分析系统 64

6.2 多晶X射线衍射仪实验技术 65

6.2.1 具体实验条件的选定 65

6.2.2 样品的制备 67

6.2.3 原始数据的初步处理 69

6.2.4 衍射强度的测量 72

习题 72

第7章 粉末衍射方法的应用 73

7.1 物相分析 73

7.1.1 物相定性鉴定 73

7.1.2 物相定量分析 75

7.2 晶胞参数的精确测定及其应用 78

7.2.1 晶胞参数的精确测定 78

7.2.2 精确晶胞参数数据的应用 79

7.3 衍射线强度分布数据的应用 81

习题 82

第二篇 电子显微分析 84

第8章 电磁透镜 84

8.1 光学显微镜的分辨率极限 84

8.2 电子波的波长 87

8.3 电磁透镜概述 88

8.3.1 静电透镜 88

8.3.2 电子在磁场中的运动 89

8.3.3 电磁透镜结构的发展过程 90

8.3.4 电磁透镜与光学透镜聚焦原理对比 92

8.4 电磁透镜的像差和理论分辨本领 93

8.4.1 像差 93

8.4.2 电磁透镜的衍射效应 95

8.4.3 电磁透镜的理论分辨距离 96

8.5 电磁透镜的景深和焦深 97

8.5.1 景深 97

8.5.2 焦深 98

习题 99

第9章 透射电子显微镜结构及其衍射成像原理 100

9.1 电子显微镜的发展史 100

9.2 电子显微镜的构造 102

9.2.1 电子光学系统的照明系统 102

9.2.2 电子光学系统的成像系统 107

9.2.3 电子光学系统的观察与记录系统 112

9.3 真空系统 113

9.4 透射电子显微镜分辨本领和放大倍数 114

9.4.1 点分辨率的测定 114

9.4.2 晶格分辨率的测定 115

9.4.3 放大倍数的测定 116

9.5 图像与衍射花样的摄取 116

9.5.1 电磁透镜的合轴调整与消像散及物镜聚焦调整 116

9.5.2 磁转角校正 117

9.5.3 选区电子衍射与成像操作 117

习题 118

第10章 透射电镜的样品制备 119

10.1 透射电镜对样品的要求 119

10.2 复型样品的制备 119

10.2.1 一级复型 120

10.2.2 二级复型 121

10.2.3 萃取复型 122

10.3 块体薄膜样品的制备 122

10.3.1 初切薄片 123

10.3.2 预先减薄 123

10.3.3 最终减薄 125

10.4 薄膜的透射电镜样品制备 127

10.5 高分子及生物样品的制备 128

10.5.1 包埋 128

10.5.2 制作玻璃刀 129

10.5.3 修样 129

10.5.4 捞取切片 130

10.6 粉末样品的制备 130

10.6.1 支持膜 130

10.6.2 透射电子显微镜粉末及纳米线样品的制备 131

习题 132

第11章 透射电子显微镜的电子衍射 133

11.1 概述 133

11.2 倒易点阵与爱瓦尔德球图解法 133

11.2.1 倒易点阵的引入 133

11.2.2 倒易点阵的性质 136

11.2.3 倒易阵点的强度 137

11.2.4 倒易点阵与正点阵的几何对应关系 138

11.3 晶带定律与零层倒易面 141

11.4 标准零层倒易面与标准电子衍射斑点 142

11.5 偏离矢量与倒易点阵扩展 144

11.6 电子衍射基本公式 149

11.6.1 选区电子衍射 149

11.6.2 相机常数 150

11.6.3 有效相机常数 151

11.6.4 测定相机常数的方法 153

11.7 晶体电子衍射花样标定 153

11.7.1 单晶体电子衍射花样的标定 153

11.7.2 多晶体电子衍射花样的标定 157

11.7.3 非晶体电子衍射花样的标定 159

11.8 钢中典型组成相的电子衍射花样标定 160

11.8.1 马氏体衍射花样的标定 160

11.8.2 残余奥氏体电子衍射花样的标定 161

11.8.3 渗碳体电子衍射花样的标定 162

11.9 复杂电子衍射花样的标定 163

11.9.1 高阶劳埃斑的标定 163

11.9.2 超点阵斑点的标定 163

11.9.3 二次衍射斑点的标定 165

11.9.4 孪晶斑点的标定 165

11.9.5 菊池衍射花样的标定 167

习题 170

第12章 透射电子显微镜图像分析 171

12.1 质厚衬度像 171

12.2 衍射衬度像 173

12.2.1 衍射衬度成像原理 173

12.2.2 衍射衬度运动学理论及应用 175

12.3 相位像 190

12.3.1 相位衬度形成原理 190

12.3.2 高分辨电子显微像的类型与分析 195

12.4 透射电子显微镜的最新技术进展 207

12.4.1 透射电子显微镜相关部件的进展 207

12.4.2 会聚束电子衍射 208

12.4.3 电子能量损失谱 209

12.4.4 原子序数衬度成像与原位电子能量损失谱分析 209

12.4.5 材料的微观结构表征与原位性能测试 211

习题 212

第13章 扫描电子显微镜 213

13.1 电子束与固体样品作用时产生的信号 213

13.1.1 背散射电子 213

13.1.2 二次电子 214

13.1.3 吸收电子 214

13.1.4 透射电子 214

13.1.5 特征X射线 216

13.1.6 俄歇电子 216

13.2 扫描电子显微镜的构造和工作原理 216

13.2.1 电子光学系统（镜筒） 217

13.2.2 信号的收集和图像显示系统 219

13.2.3 真空系统 219

13.3 扫描电子显微镜的分辨率与样品 219

13.3.1 分辨率 219

13.3.2 放大倍数 222

13.3.3 扫描电子显微镜的样品 222

13.4 表面形貌衬度原理及其应用 222

13.4.1 二次电子成像原理 222

13.4.2 二次电子形貌衬度的应用 225

13.4.3 背散射电子衬度原理及其应用 229

13.4.4 吸收电子的成像 233

13.5 背散射电子衍射分析及其应用 233

13.5.1 背散射电子衍射实验条件与工作原理 233

13.5.2 背散射电子衍射取向技术的应用 235

习题 238

第14章 电子探针显微分析 239

14.1 电子探针仪的结构与工作原理 239

14.1.1 波长分散谱仪 240

14.1.2 能量分散谱仪 243

14.2 电子探针仪的分析方法及应用 246

14.2.1 定性分析 246

14.2.2 定量分析简介 251

习题 252

第15章 表面分析技术 253

15.1 离子探针 253

15.2 低能电子衍射 256

15.2.1 二维点阵的衍射 256

15.2.2 衍射花样的观察和记录 258

15.2.3 低能电子衍射的应用 259

15.3 俄歇电子能谱仪 260

15.3.1 俄歇跃迁及其概率 260

15.3.2 俄歇电子能谱的检测 262

15.3.3 定量分析 264

15.3.4 俄歇谱仪的应用 264

15.3.5 方法局限性分析 268

15.4 场离子显微镜 269

15.4.1 场离子显微镜的结构 270

15.4.2 场致电离和原子成像 270

15.4.3 图像的解释 271

15.4.4 场致蒸发和剥层分析 272

15.4.5 原子探针 272

15.4.6 场离子显微镜的应用 273

15.5 扫描隧道显微镜与原子力显微镜 274

15.5.1 扫描隧道显微镜 275

15.5.2 原子力显微镜 277

15.6 X射线光电子能谱仪 279

15.6.1 X射线光电子能谱的测量原理 279

15.6.2 XPS的定性分析 281

15.6.3 定量分析与半定量分析 282

15.6.4 XPS在材料研究中的应用与分析 282

习题 284

附录 285

附录1 元素的物理性质 286

附录2 特征X射线的波长和能量表 288

附录3 常见晶体标准电子衍射花样 291

附录4 钢中常见相的电子衍射花样标定用数据表 295

附录5 练习题部分 298

参考文献 327