第1章 绪论 1
1.1 材料结构与材料性能的关系 1
1.2 材料结构表征的基本方法 3
1.2.1 化学成分分析 3
1.2.2 结构测定 4
1.2.3 形貌观察 5
参考文献 8
第2章 红外光谱及激光拉曼光谱 9
2.1 红外光谱的基本原理 9
2.1.1 双原子分子的振动--谐振子和非谐振子 9
2.1.2 多原子分子的简正振动 12
2.1.3 红外光谱的吸收和强度 14
2.2 红外光谱与分子结构 15
2.2.1 基团振动与红外光谱区域的关系 15
2.2.2 影响基团频率的因素 17
2.3 红外光谱图的解析方法 21
2.3.1 谱带的三个重要特征 21
2.3.2 解析技术 22
2.3.3 影响谱图质量的因素 24
2.4 红外光谱仪及制样技术 24
2.4.1 红外光谱仪的进展 24
2.4.2 傅里叶变换红外光谱仪原理 25
2.4.3 傅里叶变换红外光谱法的主要优点 27
2.4.4 红外光谱的表示方法 28
2.4.5 样品的制备技术 29
2.5 红外光谱在材料研究领域中的应用 31
2.5.1 高分子材料的研究 31
2.5.2 材料表面的研究 37
2.5.3 无机材料的研究 38
2.5.4 有机金属化合物的研究 40
2.6 红外光谱新技术及其应用 41
2.6.1 时间分辨光谱 41
2.6.2 红外光热光声光谱技术 43
2.6.3 气相色谱-红外光谱及热重分析-红外光谱联用技术 44
2.6.4 傅里叶变换红外光谱显微技术 50
2.6.5 傅里叶变换红外发射光谱技术 53
2.7 激光拉曼光谱 56
2.7.1 基本概念 56
2.7.2 实验方法 59
2.7.3 在材料结构研究中的应用 61
参考文献 72
第3章 核磁共振波谱 73
3.1 核磁共振的基本原理和谱线的精细结构 73
3.1.1 核磁共振的基本原理 73
3.1.2 原子核的弛豫 76
3.1.3 化学位移 78
3.1.4 偶合常数 91
3.2.1 脉冲傅里叶变换核磁共振原理 96
3.2 脉冲傅里叶变换核磁共振实验 96
3.2.2 13C核磁共振谱 97
3.2.3 脉冲傅里叶变换核磁共振实验方法 109
3.2.4 解析核磁共振时的注意事项 119
3.3 二维核磁共振波谱 125
3.3.1 二维核磁共振的概述 125
3.3.2 二维谱的实验过程 126
3.3.3 二维核磁共振的分类 128
3.3.4 二维NMR谱的类型 128
3.4.1 高分辨固体的NMR基本原理 130
3.4 高分辨固体核磁共振 130
3.4.2 高分辨固体NMR的基本实验 131
3.5 核磁共振在材料科学研究中的应用 132
3.5.1 宽谱线核磁共振 132
3.5.2 溶液高分辨NMR波谱的应用 135
3.5.3 固体高分辨NMR谱在材料结构研究中的应用 160
3.5.4 核磁共振波谱在无机和金属化合物方面的应用 168
第4章 质谱 172
4.1 质谱的基本知识 173
4.1.1 质谱仪的基本原理 173
4.2 离子的主要类型 175
4.1.2 质谱的表示法 175
4.2.1 分子离子 176
4.2.2 同位素离子 176
4.2.3 碎片离子 178
4.2.4 亚稳离子 180
4.2.5 多电荷离子 181
4.3 质谱碎裂的一般机制 181
4.3.1 α与σ碎裂 181
4.3.2 i碎裂 181
4.3.4 γd过程 182
4.4 质谱的辅助技术 182
4.3.3 γH重排 182
4.4.1 常见的几种“软电离的方法” 184
4.4.2 气相色谱-质谱及液相色谱-质谱联用(GC/MS，LC/MS) 186
4.5 质谱的应用 188
4.5.1 分子式的确定 188
4.5.2 质谱技术在高聚物分析中的应用 190
4.5.3 质谱学在无机材料分析中的应用 202
4.5.4 质谱的新进展 206
参考文献 207
第5章 X射线衍射分析 209
5.1 X射线的产生及其性质 209
5.1.1 X射线的发现和X射线学的发展过程 209
5.1.3 X射线的产生及X射线谱 211
5.1.2 X射线与电磁波谱 211
5.1.4 X射线与物质的相互作用 216
5.2 X射线衍射原理 221
5.2.1 晶体学基础 221
5.2.2 布拉格定律 226
5.2.3 衍射矢量方程及厄瓦尔德(P.P.Ewald)图解 229
5.2.4 X射线衍射线束的强度 232
5.3 X射线衍射分析方法 237
5.3.1 粉晶法成相原理 237
5.3.2 德拜照相法 238
5.3.3 衍射仪法 241
5.4 粉晶X射线物相分析 246
5.4.1 物相的定性分析 247
5.4.2 物相的定量分析 253
5.5 一些X射线衍射分析方法的应用 262
5.5.1 多晶体点阵常数的精确测定 262
5.5.2 晶面取向度的测定 270
5.5.3 晶体结晶度的测定 271
5.5.4 转动晶体法测聚合物结构 273
5.5.5 晶粒尺寸的测定 277
5.5.6 膜厚的测量 278
参考文献 278
6.1.1 电子与物质的相互作用 279
6.1 透射电子显微镜 279
第6章 电子显微技术 279
6.1.2 透射电镜的成像原理 280
6.1.3 透射电镜的构造 292
6.1.4 电子衍射 299
6.1.5 电子衍射谱举例 308
6.1.6 试样的制备方法 309
6.1.7 透射电镜在材料科学研究中的应用 312
6.2 扫描电子显微镜(SEM) 321
6.2.1 工作原理 322
6.2.2 性能和特点 322
6.2.3 扫描电镜的结构 323
6.2.4 衬度和分辨率 324
6.2.5 扫描电镜在材料科学研究中的应用 329
6.3 X射线显微分析 336
6.3.1 X射线能谱仪(EDS) 336
6.3.2 X射线波谱仪(WDS) 341
6.3.3 波谱仪与能谱仪的比较 344
6.3.4 X射线显微分析在材料科学研究中的应用 344
参考文献 346
第7章 X射线光电子能谱分析 347
7.1 X射线光电子能谱分析的基本原理 347
7.1.1 X射线光电子能谱分析的创立和发展 347
7.1.2 光电效应 348
7.1.3 原子能级的划分 349
7.1.4 电子结合能Eb 351
7.1.5 XPS信息深度 356
7.1.6 化学位移 357
7.2 光电子能谱实验技术 360
7.2.1 光电子能谱仪 360
7.2.2 待测样品制备方法 364
7.2.3 XPS谱图解释 365
7.2.4 XPS谱图能量校正 379
7.2.5 XPS谱图定性和定量分析 380
7.3.2 元素窄区谱分析 383
7.3 X射线光电子能谱的应用 383
7.3.1 表面元素全分析 383
参考文献 393
第8章 材料热分析 394
8.1 热分析技术的概述 394
8.2 热重分析法 396
8.2.1 热重分析基本原理 396
8.2.2 影响热重分析的因素 397
8.2.3 热重分析的应用 398
8.3 差热分析法(DTA) 403
8.3.1 差热分析基本原理 403
8.3.2 影响差热分析的因素 407
8.3.3 差热分析的应用 408
8.3.4 其他类型的差热分析 421
8.4 示差扫描量热分析法 423
8.4.1 示差扫描量热分析基本原理 423
8.4.2 影响示差扫描量热分析的因素 425
8.4.3 示差扫描量热分析的应用 426
8.5 动态热机械分析 432
8.5.1 粘弹仪和动态热机械分析仪基本原理 432
8.5.2 粘弹仪和动态热机械分析仪的应用 434
8.6.1 热分析仪器的发展趋势 437
8.6 热分析技术的发展趋势及一些先进技术介绍 437
8.6.2 一些先进的热分析技术介绍 438
参考文献 445
附录1 MgKu(1254eV)激发时各元素的光电截面 447
附录2 原子的弛豫能量 453
附录3 元素的电负性 454
附录4 元素的有机分析意义的俄歇线 455
附录5-1 电子结合能标识元素表(以MgKa为激发源) 456
附录5-2 电子结合能标识元素表(以AlKa为激发源) 458
附录6 顺磁态与逆磁态离子 460
附录7 原子灵敏度因子(ASF) 461
附录8 表面分析用元素周期表 463