绪论 1
第1篇 组织形貌分析 3
第1章 组织形貌分析概论 3
第2章 光学显微技术 5
2.1 光学显微镜的发展历程 5
2.2 光学显微镜的成像原理 6
2.2.1 衍射的形成 6
2.2.2 阿贝成像原理 7
2.3 光学显微镜的构造和光路图 9
2.3.1 光学系统 9
2.3.2 机械装置 9
2.4 显微镜的重要光学技术参数 10
2.4.1 数值孔径 10
2.4.3 放大率和有效放大率 11
2.4.2 分辨率 11
2.4.4 光学透镜的像差 12
2.5 样品制备 13
2.5.1 取样 14
2.5.2 镶样 14
2.5.3 磨光 14
2.5.4 抛光 14
2.5.5 腐蚀 15
第3章 扫描电子显微镜 16
3.1 扫描电镜的特点 16
3.2 电子束与固体样品作用时产生的信号 17
3.2.1 弹性散射和非弹性散射 17
3.2.2 电子显微镜常用的信号 18
3.2.3 各种信号的深度和区域大小 18
3.3 扫描电镜的工作原理 19
3.4.1 电子光学系统 20
3.4 扫描电镜的构造 20
3.4.2 信号收集及显示系统 23
3.4.3 真空系统和电源系统 24
3.5 扫描电镜衬度像 24
3.5.1 二次电子像 24
3.5.2 背散射电子像 26
3.6 扫描电镜的主要优势 28
3.6.1 分辨率 28
3.6.2 放大倍数 28
3.6.3 景深 29
3.7 扫描电镜的制样方法 30
3.8 扫描电镜应用实例 30
3.8.1 断口形貌分析 30
3.8.2 纳米材料形貌分析 31
3.8.3 在微电子工业方面的应用 32
第4章 扫描探针显微分析技术 33
4.1 扫描隧道显微镜（STM） 33
4.2 原子力显微技术 34
4.2.1 原子力显微镜的结构 34
4.2.2 造成原子力显微镜悬臂偏转的力 35
4.2.3 两种类型的原子力显微镜 35
4.3 其他扫描探针显微技术 37
4.3.1 磁力显微技术（MFM） 37
4.3.2 力调制显微技术（FMM） 38
4.3.3 相位检测显微技术（PDM） 39
4.3.4 静电力显微技术（EFM） 40
4.3.5 扫描电容显微技术（SCM） 40
4.3.6 热扫描显微技术（TSM） 40
4.3.8 纳米光刻 41
4.3.7 近场扫描光学显微技术（NSOM） 41
第2篇 晶体物相分析 42
第5章 物相分析概论 42
5.1 材料的相组成及其对性能的影响 42
5.2 物相分析的含义 43
5.3 物相分析的手段 43
5.3.1 X射线衍射 43
5.3.2 电子衍射 44
5.3.3 中子衍射 44
第6章 晶体几何学基础 45
6.1 正空间点阵 45
6.1.1 晶体结构与空间点阵 45
6.1.2 晶向和晶面 46
6.2.1 倒易点阵的引入 47
6.2 倒易点阵 47
6.1.3 晶带 47
6.2.2 倒易点阵定义 48
6.2.3 倒易点阵与正空间点阵的关系 48
第7章 电磁波及物质波的衍射理论 50
7.1 衍射的概念与原理 50
7.1.1 X射线衍射产生的物理原因 50
7.1.2 电子衍射产生的物理原因 51
7.2 衍射方向 51
7.2.1 布拉格方程 51
7.2.2 厄瓦尔德图解 53
7.3 衍射强度 54
7.3.1 单电子的散射强度 54
7.3.2 原子散射强度 56
7.3.3 晶胞散射强度 57
7.3.4 晶粒衍射强度 59
7.3.5 多晶体衍射强度 62
7.3.6 影响衍射强度的其他因素 62
7.3.7 完整的多晶体试样衍射强度公式 63
第8章 X射线物相分析 64
8.1 X射线的产生及其与物质的作用方式 64
8.1.1 X射线的发现 64
8.1.2 X射线的本质、产生及命名规则 64
8.1.3 X射线谱 66
8.1.4 X射线与物质的相互作用 68
8.1.5 三种常用的实验方法 70
8.2 德拜（Debye）相机和X射线衍射仪 72
8.2.1 德拜相机 72
8.2.2 X射线衍射仪 74
8.3 X射线衍射（XRD）物相分析方法 77
8.3.1 定性分析 78
8.3.2 定量分析 80
第9章 电子衍射及显微分析 86
9.1 透射电镜的一般知识 86
9.1.1 什么是透射电镜 86
9.1.2 透射电镜发展简史 87
9.1.3 为什么要用透射电镜 88
9.2 透射电镜的工作原理——阿贝成像原理 90
9.3 透射电镜的结构 90
9.3.1 电子光学系统 90
9.3.2 真空系统 93
9.3.3 电源与控制系统 93
9.3.4 电磁透镜 93
9.4.1 电子衍射花样的形成 94
9.4 电子衍射物相分析 94
9.4.2 电子衍射的基本公式 95
9.4.3 各种结构的衍射花样 96
9.4.4 选区电子衍射 97
9.4.5 衍射花样分析 98
9.5 电子显微衬度像 106
9.5.1 衬度定义 106
9.5.2 四种衬度 106
9.6 衍射衬度理论解释——运动学理论 111
9.6.1 运动学理论的基本假设 111
9.6.2 完整晶体衍射衬度的运动学理论 112
9.6.3 不完整晶体的衍射衬度理论 114
10.2 各种特征信号的产生机制 117
10.1 原子中电子的分布和跃迁 117
第10章 成分和价键分析概论 117
第3篇 成分和价键（电子）结构分析 117
10.3 各种成分分析手段的比较 120
10.3.1 X光谱的特点和分析手段比较 120
10.3.2 电子能谱的特点和分析手段比较 121
第11章 X射线光谱分析 122
11.1 电子探针仪 122
11.2 能谱仪 123
11.2.1 Si（Li）半导体探测器 123
11.2.2 能量色散谱仪的结构和工作原理 123
11.3 波谱仪 124
11.3.1 波谱仪的结构和工作原理 124
11.3.2 波谱图 126
11.4 波谱仪和能谱仪的分析模式及应用 127
11.5 波谱仪与能谱仪的比较 128
11.6 X射线光谱分析及应用 130
11.6.1 定性分析 130
11.6.2 定量分析 130
第12章 X射线光电子能谱分析 131
12.1 X射线光电子能谱分析的基本原理 131
12.1.1 光电子的产生 131
12.1.2 化学位移 134
12.2 X射线光电子能谱实验技术 136
12.2.1 X射线光电子谱仪 136
12.2.2 实验方法 138
12.2.3 X射线光电子谱仪谱图分析 140
12.3 X光电子能谱的应用 145
12.3.2 生物医用材料聚醚氨酯的表面表征 146
12.3.1 半导体方面的研究 146
第13章 俄歇电子能谱 149
13.1 俄歇过程理论 149
13.1.1 俄歇电子的能量 149
13.1.2 俄歇电子的强度 150
13.2 饿歇电子谱仪 152
13.2.1 初级探针系统 152
13.2.2 能量分析器及信号检测系统 153
13.2.3 俄歇谱仪的分辨率和灵敏度 154
13.3 俄歇电子能谱图的分析技术 155
13.3.1 俄歇电子能谱的定性分析 155
13.3.2 表面元素的半定量分析 156
13.3.3 表面元素的化学价态分析 157
13.3.4 元素深度分布分析 158
13.3.5 微区分析 159
13.4.1 表面吸附和化学反应的研究 160
13.4 俄歇电子能谱的应用 160
13.4.2 薄膜的界面扩散反应研究 161
13.4.3 薄膜制备的研究 161
第4篇 分子结构分析 163
第14章 分子结构分析概论 163
14.1 分子光谱与分子结构 163
14.2 分子光谱分类 164
14.2.1 分子吸收光谱 164
14.2.2 分子发射光谱 165
14.2.3 核磁共振波谱 165
第15章 振动光谱 166
15.1 红外光谱基本原理 166
15.1.1 分子中基团特性与共振频率的关系 166
15.1.2 多原子分子的简正振动和红外对称性选择定则 167
15.2.1 基团振动和红外光谱区域的关系 168
15.2 基团频率和红外光谱区域的关系 168
15.2.2 影响基团频率的因素 170
15.3 红外光谱的解析 176
15.3.1 红外光谱解析的标准谱图方法 176
15.3.2 红外光谱的解析 176
15.3.3 红外光谱的解析步骤 179
15.4 傅里叶红外光谱 180
15.4.1 红外光谱仪及其基本实验技术 180
15.4.2 红外光谱的样品制备技术 183
15.5 傅里叶变换红外光谱在材料研究中的应用 184
15.5.1 有机高分子材料 184
15.5.2 无机非金属材料 195
15.6 红外光谱表面及界面结构分析方法 196
15.6.1 透射光谱与光谱差减 196
15.6.2 衰减全反射 197
15.6.3 漫反射红外光谱 198
15.6.4 傅里叶变换红外光声光谱 199
15.6.5 反射吸收光谱 201
15.7 激光拉曼光谱 203
15.7.1 拉曼散射及拉曼位移 203
15.7.2 激光拉曼光谱与红外光谱的比较 203
15.7.3 拉曼光谱在材料研究中的应用 205
第16章 核磁共振光谱 213
16.1 核磁共振的基本原理 213
16.1.1 原子核的自旋和磁矩 213
16.1.2 饱和与弛豫 215
16.2 化学位移 216
16.2.1 化学位移的产生和表示方法 216
16.2.2 影响化学位移的因素 216
16.3 自旋偶合及自旋裂分 220
16.4 质子化学位移与分子结构的关系 222
16.4.1 键合在非环sp3杂化碳原子上的质子 224
16.4.2 键合在非芳环sp2碳原子上的质子 227
16.4.3 键合在芳环和杂芳环sp2碳原子上的质子 228
16.4.4 键合在sp碳原子上的质子 229
16.4.5 与O、S、N等杂原子相连的质子 229
16.5 13C-核磁共振谱 230
16.5.1 13C的化学位移 230
16.5.2 13C的弛豫和分子结构 235
16.5.3 分子运动速度与弛豫时间 235
16.5.4 核磁共振实验技术 236
16.5.5 核磁共振技术在材料研究中的应用 238
附录 247
参考文献 254