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绪论1

第一章 计量和标准的基础知识6

1.1 计量6

1.1.1 基本概念6

1.1.2 测量方法及其分类9

1.1.3 测量的实施12

1.1.4 不确定度与误差的概念16

1.1.5 纳米计量19

1.2 标准（标准化）20

1.2.1 基本概念20

1.2.2 标准的种类20

1.2.3 纳米检测涉及的标准23

1.2.4 标准的查阅24

1.2.5 标准在促进社会发展的重要性和挑战25

1.3 标准物质25

1.3.1 标准物质的定义25

1.3.2 标准物质的基本要求26

1.3.3 标准物质的级别27

1.3.4 标准物质的用途28

1.3.5 有证标准物质的使用29

第二章 透射电子显微镜34

2.1 基本原理34

2.1.1 主要结构及功能35

2.1.2 电子光源39

2.1.3 主要性能指标40

2.1.4 像差及其起源43

2.1.5 电子束与物质相互作用的机制与产生的信息46

2.1.6 几种成像模式50

2.1.7 像衬理论51

2.1.8 常用样品制备技术56

2.1.9 常用附件57

2.2 TEM的应用领域59

2.2.1 TEM应用领域59

2.2.2 TEM使用中的问题62

2.3 TEM的应用实例63

2.3.1 碳纳米管63

2.3.2 薄膜材料、器件65

2.3.3 调制结构67

第三章 扫描电子显微镜71

3.1 基本原理71

3.1.1 扫描电镜的工作原理71

3.1.2 电子束与固体样品相互作用时产生的信号72

3.1.3 扫描电镜的构造74

3.1.4 扫描电镜的成像原理77

3.1.5 扫描电镜的性能和特点80

3.1.6 扫描电镜的试样制备82

3.1.7 能谱仪83

3.2 用途88

3.2.1 表面形貌观察88

3.2.2 组织结构观察89

3.2.3 颗粒大小分析89

3.2.4 断口性质分析90

3.2.5 微区成分分析91

3.3 应用领域91

第四章 扫描探针显微镜95

4.1 扫描隧道显微镜（STM）95

4.1.1 STM工作原理95

4.1.2 STM针尖概述97

4.1.3 STM的应用97

4.2 原子力显微镜（AFM）98

4.2.1 AFM的基本原理98

4.2.2 AFM的工作模式99

4.2.3 AFM应用中的关键技术100

4.3 摩擦力显微镜（LFM）103

4.4 磁力显微镜（MFM）和静电力显微镜（EFM）104

4.5 化学力显微镜（CFM)105

4.6 扫描探针显微镜发展与展望105

第五章 X射线衍射分析108

5.1 基本原理108

5.1.1 X射线物理学基础108

5.1.2 晶体学基础110

5.1.3 晶体对X射线的衍射112

5.1.4 X射线衍射仪112

5.2 用途113

5.2.1 物相定性分析113

5.2.2 物相定量分析117

5.2.3 晶粒度测定120

5.2.4 结晶度测定121

5.2.5 点阵参数精密测定122

5.2.6 宏观残余应力测定123

5.2.7 织构测定123

5.2.8 高温原位反应、物质结构变化的测定和在线分析123

5.3 在纳米材料中的实际应用123

5.3.1 纳米材料的晶态物相组成定性定量分析123

5.3.2 纳米材料的平均晶粒尺寸大小的测定124

5.3.3 介孔材料的孔结构（晶型和大小）测定125

5.3.4 高温原位反应在研究纳米碳纤维中的应用126

第六章 粒度分析128

6.1 基本概念128

6.1.1 颗粒与颗粒系128

6.1.2 各类平均粒径的定义129

6.1.3 常见粒度测量方法及其粒径的表征130

6.1.4 粒度测量结果的表示方法131

6.2 颗粒在液体中的分散过程和样品的制备方法133

6.2.1 颗粒在液体中的分散过程133

6.2.2 样品制备133

6.3 激光衍射法粒度测量136

6.3.1 测量原理136

6.3.2 测量装置143

6.3.3 仪器的校准与检验144

6.3.4 样品的制备146

6.3.5 测量过程147

6.3.6 应用实例147

6.4 光子相关法粒度分析151

6.4.1 测量原理151

6.4.2 测量装置155

6.4.3 仪器的校准与检验155

6.4.4 样品的制备156

6.4.5 测量过程157

6.4.6 影响测量准确度的几个因素158

6.4.7 应用实例159

第七章 纳米薄膜测量163

7.1 纳米级薄膜测量仪器简介163

7.2 椭圆偏振仪163

7.2.1 椭圆偏振仪的基本工作原理及其结构分类165

7.2.2 椭圆偏振仪的测量与分析171

7.2.3 椭圆偏振仪的主要应用与举例174

7.3 台阶仪177

7.3.1 台阶仪的定义及其分类177

7.3.2 台阶仪的主要影响因素178

7.4 椭圆偏振仪和台阶仪在纳米薄膜测量中的分析、比对和展望179

第八章 BET氮吸附法测量比表面积182

8.1 基本概念182

8.2 测量原理184

8.3 计算方法185

8.3.1 多点法（Multi-point）测量185

8.3.2 单点法（Single-point）测量186

8.4 测量方法186

8.4.1 容积法186

8.4.2 重量法187

8.4.3 载气法187

8.5 样品制备188

8.6 测量过程189

8.7 对测量结果的影响因素190

8.8 应用实例190

第九章 纳米力学测试仪193

9.1 纳米压痕技术及其应用193

9.1.1 纳米压痕实验的基本原理193

9.1.2 纳米压痕实验技术198

9.1.3 纳米压痕技术应用200

9.2 纳米刻划技术及其应用206

9.2.1 纳米刻划技术206

9.2.2 纳米刻划技术应用208

第十章 纳米薄膜及多层膜厚度测量方法及实例215

10.1 纳米薄膜厚度测量的必要性及常用的方法215

10.2 样品制备及测量216

10.2.1 样品的制备216

10.2.2 纳米多层膜的厚度测量217

10.2.3 纳米薄膜的厚度测量及误差分析223