晶体的射线衍射基础PDF电子书下载

第一章 晶体几何学和晶体对称性 1

1-1 晶体的特征 1

1-2 晶体结构的周期性和空间点阵 1

一、点阵和结构 2

二、晶胞 2

三、晶系 2

四、点阵类型 3

1-3 晶体结构的对称性和对称群 4

一、晶体的对称元素和对称操作 4

二、晶体的宏观对称性（点对称性） 4

三、点群 8

四、晶体的微观对称性 13

五、空间群 14

六、重要晶体结构介绍 16

1-4 二维晶体学和表面结构 20

一、二维晶体的对称性和对称群 20

二、表面结构 21

1-5 磁结构和磁对称性 23

一、磁性结构 23

二、磁对称性 24

1-6 坐标轴系和指数变换 25

一、阵点、晶向和晶面指数 25

二、晶带和晶带定律 26

三、晶体学坐标系和物理性能坐标系 27

四、六方晶系中的三轴和四轴坐标系统 27

五、坐标轴系的变换和指数变换 29

1-7 晶体的极射赤面投影 31

一、极射赤面投影原理 32

二、标准极图 33

三、乌氏投影网及其应用 34

1-8 倒易点阵 36

一、倒易点阵概念的引入 36

二、正点阵和倒易点阵间的几何关系 37

三、利用倒易矢量证明晶体学公式 38

四、倒易点阵平面作图及投影 39

第二章 X射线、电子射线和中子射线及其与物质的交互作用 44

2-1 高能电子束轰击靶金属激发的X射线 44

2-2 同步辐射X射线和其他X射线源 48

一、同步辐射X射线 48

二、其它X射线源 52

2-3 电子射线（电子波） 52

2-4 中子射线（中子波） 54

一、核反应堆中子束 54

二、加速器中子束 55

2-5 射线与物质的交互作用 55

一、一般特点 55

二、物质对射线的散射和衍射 55

三、磁散射 60

2-6 射线的吸收和折射 60

一、物质对X射线的吸收 60

二、物质对电子波和中子波的吸收 61

三、折射效应 63

2-7 射线的探测和记录 64

2-8 射线对人体的损害和防护 66

2-9 X射线、电子射线和中子射线的比较 67

第三章 衍射的几何理论和衍射定律 71

3-1 散射的运动学处理 71

一、散射的运动学近似和一般描述 71

二、任意分布的点散射系统的散射 72

三、散射和衍射 75

3-2 衍射束方向和衍射定律 75

一、劳厄方程和衍射矢量 75

二、布喇格定律 78

三、衍射定律讨论 79

四、衍射的Ewald作图法 80

第四章 衍射与傅里叶变换 83

4-1 傅里叶级数 83

4-2 傅里叶变换 84

4-3 傅里叶变换定理 86

4-4 δ函数和卷积 87

一、δ函数 87

二、δ函数和一个函数的卷积 88

4-5 衍射与傅里叶变换 89

4-6 电子密度方程 91

第五章 衍射强度的运动学理论 94

5-1 原子对射线的相干散射 94

一、散射体和散射能力 94

二、原子散射因子 96

三、原子对X射线、电子和中子散射的比较 101

5-2 晶胞对射线的衍射 103

一、结构因子 103

二、衍射相角 104

三、Friedel定律 106

5-3 晶体对射线的衍射 106

一、理论衍射强度 106

二、积分强度 110

三、影响衍射强度的物理因素 119

四、衍射的角宽度 127

第六章 非完整晶体的衍射 135

6-1 晶体点阵的两类非完整性 135

6-2 位移无序 136

一、无序度和无序相关度 136

二、热漫散射 138

三、晶面间距调制的卫星反射 142

6-3 置换无序 145

一、一般特点 145

二、原子散射因子调制的卫星反射 146

6-4 混合无序 147

6-5 短程序的散射 150

一、劳厄单调散射 150

二、短程序散射 151

第七章 衍射的动力学理论初阶 155

7-1 “动力学”概念的引入 155

一、运动学理论的局限性和动力学理论简介 155

二、运动学的失效和动力学效应举例 156

7-2 X射线衍射动力学理论 157

7-2-1 双光束理论基本方程 157

一、晶体介质的折射率 158

二、动力学基本方程 159

7-2-2 色散面 161

一、色散面方程 161

二、色散面的几何描述 162

三、衍射角宽度估计 163

四、边界条件 164

五、波振幅 165

7-2-3 波场能流，Pendell？sung现象 167

7-2-4 吸收异常 169

一、真吸收 170

二、异常透射（Borrmann效应） 170

三、异常吸收的物理本质 172

7-2-5 出光面的光强 173

一、向前衍射波和衍射波的强度 173

二、衍射波的积分反射系数 175

7-2-6 布喇格情况和初级消光 176

一、厚晶体布喇格反射的色散面结点 176

二、边界条件和反射系数 176

三、初级消光 177

7-2-7 平面波理论的局限性 178

7-2-8 三光束动力学效应及不变相位的实验确定 179

一、三光束同时衍射的获得 179

二、三光束衍射的动力学理论 180

三、不变相位的实验确定 182

7-3 电子衍射动力学理论 185

7-3-1 动力学理论基本方程组 185

一、晶体中的电子波函数 186

二、晶体势 186

三、动力学微分方程组（Takagi方程） 187

7-3-2 双光束动力学理论 187

一、Howie-Whelan方程 187

二、方程化简和波函数的Darwin表达式 188

三、完整晶体的解和波函数的色散面表达式 189

四、色散面 191

五、衍射强度 191

六、吸收修正 193

7-4 中子衍射的动力学效应 195

7-5 X射线、电子和中子的动力学衍射比较 196

第八章 X射线衍射实验方法 201

8-1 类型和发展 201

8-2 代表性的实验方法 202

8-2-1 照相法 202

一、衍射强度记录 202

二、劳厄法 202

三、粉末法 204

四、回转法 208

8-2-2 衍射仪法 209

一、多晶X射线衍射仪 209

二、单晶四圆衍射仪 211

8-2-3 衍衬貌相法 212

一、透射扫描貌相术（Lang法） 212

二、反射貌相术（B-B法） 214

8-3 X射线衍射特殊方法和技术 215

一、发散束方法 215

二、旋进相机和倒易点阵照相 221

三、双晶衍射术 224

四、X射线干涉仪 228

8-4 同步辐射X射线衍射 231

一、多晶衍射仪和四圆衍射仪法 231

二、结构测定的劳厄照相法 232

三、掠入射X射线散射（GIXS）术 232

四、同步辐射X射线貌相术 232

五、计算机化层面照相术（SR-CT） 233

六、扩展X射线吸收精细结构（SR-EXAFS） 234

七、小结 235

第九章 电子衍射和中子衍射的实验方法 240

9-1 电子衍射仪和电镜中的选区衍射 240

一、电子衍射仪 240

二、透射电镜中的显微成像和选区衍射 240

三、电子衍射几何参数和仪器常数 242

9-2 高能电子衍射实验方法 243

一、高分辨率电子衍射 243

二、高分散性电子衍射（即小角度衍射） 244

三、微束衍射和微微束衍射 245

四、会聚束电子衍射 245

五、扫描电子衍射 245

9-3 常见的电子衍射花样 246

一、电子衍射花样特点 246

二、单晶的平行电子束衍射花样 247

三、单晶的发散束衍射花样（K线花样） 248

9-4 低能电子衍射和低能正电子衍射 251

一、低能电子衍射（LEED） 251

二、低能正电子衍射（LEPD） 252

9-5 电子通道花样术 253

一、电子通道花样原理和操作方式 254

二、电子通道花样的指标化 255

9-6 电子衍衬的实验技术 255

一、透射电镜显微像中的衬度分类 255

二、明场像和暗场像，多重暗场像 256

三、弱束像技术 257

9-7 中子衍射实验方法 258

一、基本类型 258

二、中子照相法 259

三、中子衍射仪法 259

四、中子飞行时间技术（TOF） 260

五、其它的中子衍射（散射）方法 262

第十章 实用衍射分析概要 266

10-1 概述 266

10-2 物相的定性定量分析 267

一、基于多晶衍射花样的定性分析 267

二、基于单晶电子衍射花样的物相定性分析 268

三、物相的定量分析 269

四、结晶度的测定 270

10-3 相平衡图相界的测定 275

10-4 择尤取向的测定 277

一、衍射仪检测织构的简单方法 277

二、极图的测绘 278

三、反极图的测绘 278

四、三维取向分布函数图 279

10-5 应力测定和晶粒大小测定 281

一、第一类应力测定 281

二、材料晶粒度的测定 283

三、第二类应力与微晶大小的测定 283

四、超细颗粒度的测定 284

五、第三类应力的测定 285

六、失配应变和失配应力的测定 286

10-6 固溶体的衍射研究 286

一、固溶体类型的测定 286

二、固溶体的组分测量 287

三、固溶体的有序—无序转变和长程有序度的测定 288

四、过饱和固溶体的预沉淀和分解 289

五、固溶体的短程序 290

10-7 晶体取向的测定 290

一、晶体取向测定方法 290

二、晶体取向测定的应用 291

10-8 缺陷的衍射分析 291

一、位错 291

二、层错 292

三、点缺陷 293

10-9 薄膜及一维超点阵材料的衍射分析 295

第十一章 衍射衬度术和相位衬度术的应用 302

11-1 电子衍衬和X射线衍衬的比较 302

11-2 电子衍射的衍衬像原理 303

一、显微像、衍射花样和衍衬像 303

二、衍衬的运动学原理（柱体近似法） 304

三、衍衬的动力学原理（散射矩阵法） 307

11-3 X射线衍衬貌相中的衬度 311

一、X射线衍衬动力学理论的一般考虑 311

二、完整晶体的衬度 311

三、晶体中微小畸变区的衬度 312

四、晶体缺陷引起的衬度 312

五、取向衬度 316

11-4 缺陷像的分析 316

一、缺陷像的识别 316

二、缺陷应变矢量的测定 316

三、缺陷的组态分析 319

四、位错的增殖、运动和交互作用的分析 321

11-5 X射线衍衬貌相在单晶生长及单晶器件工艺中的应用 321

一、单晶生长过程的记录和重现 321

二、晶体生长与晶体缺陷 321

三、经切、磨、抛后晶片损伤的测定 322

四、诱生缺陷与器件工艺控制 322

五、离子注入晶片的研究 323

11-6 薄晶体电子衍衬术在金属研究中的应用 324

11-7 高分辨电镜中的结构像和应用 325

一、最佳结构像的获得 325

二、用结构像的晶体结构测定 326

三、小的原子位移的探测和晶体缺陷精细结构的观测 327

第十二章 晶体结构测定简介 331

12-1 概述 331

12-2 空间群的测定 332

一、测定空间群的一般方法和步骤 332

二、对称元素的系统消光识别 332

三、对称中心的检验 334

12-3 晶胞中原子（或分子）数目的测定 334

12-4 多晶样品结构测定的Rietveld精化 335

一、Rietveld精化的原理 335

二、Rietveld结构精化的步骤 337

12-5 单晶结构测定的相角问题及其解 338

一、相角问题 338

二、解相角的尝试法 339

三、解相角的Patterson函数法 340

四、解相角的化学改变法 343

五、解相角的直接法 347

六、解相角的多重衍射法 350

12-6 单晶结构的精化 351

一、精化的必要性 351

二、循环傅里叶精化 352

三、差值傅里叶合成和最小二乘方精化 353

12-7 单晶结构测定小结 353

12-8 表面结构 355

一、低能电子衍射的表面结构分析 355

二、低能正电子衍射的表面结构分析 358

三、掠入射X射线散射（GIXS）的表面结构分析 358

12-9 磁结构的测定 359

一、磁散射效应和晶体的衍射强度 359

二、衍射花样中磁散射的特征 361

三、磁散射效应分离和磁结构测定举例 363

第十三章 非晶物质散射引论 369

13-1 任意结构物质的射线散射理论 369

一、任意分布的物质的散射 369

二、等同散射体的散射 370

三、非等同散射体的散射 371

四、均匀、有限物质的散射 372

五、径向分布函数（RDF）方程 376

六、小结 378

13-2 气体、液体和玻璃态固体的散射效应 378

一、一般特点 378

二、气体的散射 379

三、液体的散射 381

四、液体和非晶固体的散射晕环 382

五、分布函数曲线的实验测定 382

13-3 液晶的散射（衍射）研究 385

一、液晶散射图的一般特征 385

二、液晶的热漫散射 386

三、液晶衍射的实验方法及典型相态花样 387

13-4 小角散射 390

一、X射线小角散射峰的特性 390

二、小角散射的强度 391

三、小角散射的应用和新发展 395

13-5 准晶的衍射效应 396

一、五次对称和准晶态 396

二、一维理想准周期超点阵 398

三、一维准晶的衍射研究 399