第1章 绪论 1
1.1表面科学及其发展 1
1.2表面科学的应用 2
1.3表面的种类 4
1.4表面的特性 5
1.5表面分析的内容 6
1.6表面分析的基本原理及仪器基本组成 7
1.7表面分析的发展 9
1.8表面分析的应用领域 10
第2章 电子与固体样品的相互作用 12
2.1电子与固体样品的相互作用区域 12
2.2固体原子对入射电子的散射作用 13
2.3入射电子与样品相互作用产生的信号 16
2.3.1背散射电子 16
2.3.2二次电子 17
2.3.3吸收电子 19
2.3.4透射电子 19
2.3.5特征X射线 20
2.3.6俄歇电子 21
2.3.7阴极荧光与电子感生电导 21
2.4由电子与材料相互作用产生的分析方法 22
第3章 电子光学基础 23
3.1光学显微镜的分辨率 23
3.2电子波的波长 25
3.3电子透镜 26
3.3.1静电透镜 26
3.3.2电磁透镜 26
3.4电磁透镜的像差及分辨率 29
3.4.1球差 30
3.4.2像散 30
3.4.3色差 31
3.4.4分辨率 31
3.5电磁透镜的景深和焦长 32
3.5.1景深 32
3.5.2焦长 33
第4章 透射电子显微镜 35
4.1透射电镜的工作原理和结构 35
4.1.1工作原理 35
4.1.2照明系统 36
4.1.3成像系统 38
4.1.4观察与记录系统 41
4.1.5真空系统 41
4.1.6供电控制系统 41
4.2选区电子衍射 41
4.2.1电子衍射原理 41
4.2.2电子衍射特点 45
4.2.3选区电子衍射操作 46
4.2.4电子衍射谱的基本特征与指数标定 47
4.3电子显微图像 56
4.3.1成像操作 56
4.3.2像衬度 57
4.4试样制备 62
4.4.1薄膜法 62
4.4.2复型法 64
4.4.3粉末样品制备 64
4.4.4薄膜材料样品的制备 64
4.5透射电镜在表面分析中的应用 65
4.5.1薄膜的平面分析 65
4.5.2薄膜的横截面分析 66
第5章 扫描电子显微镜 71
5.1扫描电镜的结构和工作原理 71
5.1.1扫描电镜的结构 71
5.1.2扫描电镜的工作原理 75
5.2扫描电镜的特点 75
5.3扫描电镜的几种电子图像分析 77
5.3.1二次电子像的衬度 77
5.3.2背散射电子像的衬度 79
5.3.3吸收电子像 81
5.4扫描电镜样品的制备 82
5.5扫描电镜在表面分析中的应用 83
5.5.1材料表面组织形态的观察研究 83
5.5.2断口形貌的观察研究 84
5.5.3显示微区成分差别和鉴别物相 87
5.5.4纳米结构材料形态的观察研究 87
第6章 电子探针 89
6.1电子探针的工作原理与结构 89
6.2波谱仪的工作原理及结构 90
6.2.1工作原理 90
6.2.2分光系统 91
6.2.3检测系统 93
6.2.4波谱仪的特点 94
6.3能谱仪的工作原理与结构 95
6.3.1工作原理 95
6.3.2 X射线探测器 95
6.3.3多道脉冲高度分析器 96
6.3.4能谱仪的特点 96
6.3.5 WDS与EDS工作特性比较 97
6.4电子探针的分析方法及应用 98
6.4.1定点分析 98
6.4.2线扫描分析 100
6.4.3面扫描分析 101
第7章 X射线光电子能谱 105
7.1 X射线光电子能谱仪的基本原理 105
7.2 X射线光电子能谱仪的结构 107
7.2.1超高真空系统 108
7.2.2快速进样室及样品分析室 108
7.2.3离子源 108
7.2.4 X射线激发源 109
7.2.5能量分析器 109
7.2.6探测器 110
7.2.7计算机系统 110
7.3样品的制备 110
7.4 X射线光电子能谱分析的特点 111
7.5 X射线光电子能谱分析的应用 112
7.5.1元素及其化学状态的定性分析 112
7.5.2定量分析 120
7.5.3元素沿深度方向分布的分析 121
7.5.4成像技术面分析 123
第8章 俄歇电子能谱 124
8.1俄歇电子能谱的基本原理 124
8.1.1俄歇电子的产生 124
8.1.2俄歇电子的能量 125
8.1.3俄歇跃迁概率 126
8.1.4平均自由程与平均逃逸深度 126
8.1.5俄歇电子能谱 127
8.2俄歇电子能谱仪 128
8.3分析样品的制备 129
8.4俄歇电子能谱法的特点 131
8.5俄歇电子能谱分析的应用 131
8.5.1表面元素定性鉴定 132
8.5.2表面元素的半定量分析 133
8.5.3表面元素的化学价态分析 135
8.5.4元素沿深度方向分布的分析 135
8.5.5微区分析 136
第9章 二次离子质谱 140
9.1仪器构成与基本原理 140
9.2入射离子与样品的相互作用 141
9.2.1溅射产额 141
9.2.2二次离子产额 142
9.3一次离子源 143
9.4质量分析器 145
9.5离子检测器 148
9.6真空系统 149
9.7二次离子质谱仪 150
9.7.1二次离子质谱仪分类 150
9.7.2离子探针 151
9.7.3飞行时间质谱仪 152
9.7.4质谱图的形式 153
9.8二次离子质谱仪的主要性能 154
9.9二次离子质谱仪的主要特点 155
9.10二次离子质谱的应用 156
9.10.1微量元素分析 156
9.10.2表面成分点分析 157
9.10.3元素面分布分析 158
9.10.4深度方向成分分析 158
9.10.5三维成分分析 159
9.10.6同位素分析 160
第10章 场离子显微镜与原子探针 161
10.1场离子显微镜 161
10.1.1场离子显微镜的结构和原理 161
10.1.2场离子显微镜的应用 164
10.2原子探针 167
10.2.1原子探针的结构和原理 167
10.2.2三维原子探针 169
10.2.3原子探针的应用 169
10.3样品的制备 177
10.3.1由丝状材料制备样品的方法 177
10.3.2由薄膜材料制备样品的方法 178
第11章 扫描隧道电子显微镜 182
11.1扫描隧道电镜的结构及工作原理 182
11.1.1隧道电流 182
11.1.2基本结构及工作原理 182
11.1.3工作模式 184
11.2扫描隧道电镜的特点 185
11.3扫描隧道电镜的应用 186
11.3.1材料表面结构特征研究 186
11.3.2材料表面结构相变研究 186
11.3.3液-固界面的电化学研究 187
11.3.4表面吸附研究 187
11.3.5表面化学研究 188
11.3.6表面原子分子加工操纵及纳米结构构筑 188
第12章 原子力显微镜 190
12.1原子力显微镜的结构及工作原理 190
12.2原子力显微镜的成像模式 192
12.2.1接触模式 193
12.2.2非接触模式 193
12.2.3轻敲模式 193
12.3原子力显微镜的特点 194
12.4原子力显微镜的应用 194
12.4.1薄膜材料的研究 194
12.4.2材料失效机理的研究 195
12.4.3纳米摩擦学的研究 197
12.4.4现场电化学研究 202
12.4.5生物医学研究 203
12.4.6高聚物表面研究 204
12.4.7测量针尖-样品间的相互作用力曲线 206
12.4.8测量薄膜材料和纳米结构机械性能 209
12.4.9纳米结构加工 211
12.4.10研究金属和半导体表面 212
第13章 掠入射X射线衍射分析 213
13.1掠入射X射线衍射基本原理 213
13.2掠入射X射线衍射几何 214
13.3掠入射X射线衍射的应用 215
13.3.1薄膜的相分析 215
13.3.2表面层或薄膜的结构分析 216
13.3.3表面层或薄膜的应力分析 219
13.3.4薄膜厚度的测定 220
参考文献 223