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第1章 物理学基础1

1.1 粒子与波1

1.1.1 光与X射线1

1.1.2 实物粒子4

1.2 衍射与成像5

1.2.1 概述5

1.2.2 散射波叠加5

1.2.3 缝、孔衍射7

1.2.4 光栅衍射9

1.2.5 透镜成像15

1.3 原子结构与光谱21

1.3.1 原子的壳层结构21

1.3.2 原子的激发与电离25

1.3.3 特征辐射26

1.3.4 俄歇电子29

1.3.5 核30

1.4 分子结构与光谱33

1.4.1 分子结构33

1.4.2 分子振动能级与分子振动光谱38

1.4.3 分子转动能级与分子转动光谱39

1.4.4 分子轨道能级和分子电子光谱40

1.4.5 分子光谱41

1.5 光与物质的相互作用42

1.5.1 概述42

1.5.2 散射43

1.5.3 原子散射因子46

1.5.4 吸收与衰减48

1.5.5 吸收体的物理效应50

1.6 带电粒子在电磁场中的运动51

1.6.1 带电粒子的电磁辐射51

1.6.2 电磁场对带电粒子的作用52

1.6.3 电子透镜52

1.7 带电粒子与物质的相互作用54

1.7.1 概述54

1.7.2 带电粒子的射程55

1.7.3 电子的相干散射57

1.7.4 电子与物质的相互作用59

1.7.5 离子与物质的相互作用61

习题62

第2章 固体结构65

2.1 晶体65

2.1.1 晶体的形成65

2.1.2 晶体结构66

2.2 晶体的对称性68

2.2.1 对称的概念68

2.2.2 晶体的宏观对称性68

2.2.3 晶体的微观对称性72

2.2.4 晶体结构的表示式77

2.3 晶面与晶向78

2.3.1 晶面指数与晶向指数78

2.3.2 晶面间距、晶面夹角80

2.3.3 晶带83

2.4 晶体投影84

2.4.1 球面投影84

2.4.2 极射平面投影和乌氏网85

2.4.3 标准投影图89

2.5 晶体衍射理论（一）90

2.5.1 晶体衍射的运动学理论90

2.5.2 劳埃方程与布拉格方程91

2.5.3 劳埃方程和布拉格方程的不确定性94

2.5.4 薄晶体以及晶体表面的衍射98

2.6 晶体衍射理论（二）99

2.6.1 晶胞的衍射强度99

2.6.2 单晶体的衍射强度102

2.6.3 多晶体的衍射强度104

2.6.4 温度因子105

2.7 晶体缺陷和实际晶体106

2.7.1 理想晶体和实际晶体106

2.7.2 调制结构106

2.8 准晶、非晶、胶体和液晶107

2.8.1 准晶体107

2.8.2 非晶体107

2.8.3 胶体109

2.8.4 液晶111

2.9 材料结构分析113

2.9.1 材料结构分析的概念113

2.9.2 材料结构分析的方法115

习题117

第3章 光谱分析119

3.1 光的检测与光谱仪119

3.1.1 光的检测119

3.1.2 光栅光谱仪121

3.1.3 傅里叶变换123

3.1.4 傅里叶射频波谱仪124

3.1.5 傅里叶红外光谱仪125

3.2 发射光谱分析127

3.2.1 原子发射光谱仪127

3.2.2 制样129

3.2.3 原子发射光谱的谱线130

3.2.4 原子发射光谱的分析方法131

3.3 紫外-可见吸收光谱分析135

3.3.1 紫外-可见吸收光谱仪135

3.3.2 紫外吸收光谱137

3.3.3 试样制备142

3.3.4 分析应用142

3.3.5 原子吸收光谱法145

3.4 红外吸收光谱分析148

3.4.1 基本原理148

3.4.2 傅里叶红外吸收光谱仪150

3.4.3 试样151

3.4.4 红外光谱解析152

3.4.5 红外光谱应用157

3.4.6 拉曼散射光谱分析159

3.5 核磁共振吸收波谱分析161

3.5.1 基本原理161

3.5.2 核磁共振波谱仪161

3.5.3 试样163

3.5.4 化学位移与自旋分裂163

3.5.5 核磁共振氢谱及应用168

3.5.6 13C核磁共振170

3.5.7 核磁共振成像原理171

习题171

第4章 质谱和色谱173

4.1 离子的检测与质谱仪173

4.1.1 离子检测器173

4.1.2 磁偏转型质量分析器174

4.1.3 四极杆质量分析器175

4.2 质谱分析方法176

4.2.1 质谱仪工作原理176

4.2.2 质谱仪主要性能179

4.2.3 质谱图及谱线的测量179

4.2.4 有机质谱中的离子峰180

4.2.5 有机化合物相对分子质量的测定183

4.2.6 有机化合物定性分析185

4.2.7 有机化合物的定量分析188

4.2.8 有机质谱的应用188

4.2.9 无机质谱分析方法188

4.3 色谱189

4.3.1 概述189

4.3.2 气相色谱分析191

4.3.3 气相色谱-质谱联用分析197

4.3.4 高效液相色谱200

4.3.5 平板色谱法203

习题205

第5章 X射线分析206

5.1 X射线的检测与X射线谱仪206

5.1.1 二维图像的记录206

5.1.2 X射线光粒子计数器206

5.1.3 X射线能谱仪208

5.1.4 X射线分光计210

5.1.5 单色器213

5.2 X射线荧光谱分析214

5.2.1 X射线荧光谱仪214

5.2.2 X射线的二次激发216

5.2.3 波谱图217

5.2.4 荧光X射线定性分析218

5.2.5 荧光X射线定量分析219

5.2.6 能谱图与定性、定量分析221

5.2.7 能谱仪和波谱仪的比较221

5.3 粉末衍射分析222

5.3.1 多晶体的X射线衍射强度223

5.3.2 德拜法照相224

5.3.3 粉末衍射仪224

5.3.4 试样制备与扫描测试228

5.3.5 衍射图谱229

5.3.6 单相物质的晶型分析234

5.3.7 物质的物相定性分析236

5.3.8 物质的物相定量分析239

5.3.9 点阵常数的精确测定243

5.3.10 宏观应力分析246

5.3.11 微晶尺寸和微观应力的测试249

5.4 单晶衍射分析250

5.4.1 劳埃法250

5.4.2 旋转晶体法254

5.5 多晶织构分析与针孔法256

5.5.1 织构256

5.5.2 织构的表示与多晶体极图256

5.5.3 针孔法与多晶织构试样的衍射257

5.5.4 织构的测定259

习题261

第6章 光学显微镜263

6.1 像的观察与记录263

6.2 光学金相显微分析264

6.2.1 光学金相显微镜264

6.2.2 显微镜光学性能266

6.2.3 试样制备269

6.2.4 显微镜观察方式277

6.2.5 摄像279

6.2.6 偏振光显微280

6.2.7 相衬金相282

6.2.8 显微硬度及其测定285

6.3 定量金相287

6.3.1 基本测量方法288

6.3.2 定量金相的计算289

6.3.3 计算机金相图像分析系统292

6.4 低倍观察方法292

6.4.1 概述292

6.4.2 检验方法293

6.4.3 体视显微镜294

6.5 透射光学显微方法294

6.5.1 复型294

6.5.2 透射偏光显微镜295

习题295

第7章 电子显微方法297

7.1 电子像的观察和记录297

7.2 透射电子显微镜297

7.2.1 仪器构造297

7.2.2 仪器性能300

7.3 试样制备302

7.3.1 粉末试样膜302

7.3.2 试样复型303

7.3.3 薄膜试样304

7.4 成像方式306

7.4.1 显微成像306

7.4.2 衍射成像307

7.5 电子衍射图像分析309

7.5.1 电子衍射309

7.5.2 电子衍射花样及其几何特征311

7.5.3 多晶试样的物相鉴定及衍射花样指标化313

7.5.4 单晶试样的物相鉴定及衍射花样指标化314

7.5.5 选区电子衍射中图像相对于花样的磁转角标定319

7.5.6 复杂衍射花样320

7.5.7 菊池衍射花样322

7.6 透射电子显微图像分析324

7.6.1 柱体近似324

7.6.2 非晶体试样质厚衬度成像原理325

7.6.3 复型成像的衬度325

7.6.4 复型浮雕图像分析327

7.6.5 电镜放大倍数与点分辨本领的测定327

7.6.6 晶体试样衍射衬度成像原理327

7.6.7 双光束条件329

7.6.8 理想晶体的衍射强度331

7.6.9 缺陷晶体的衍射强度333

7.6.10 堆积层错334

7.6.11 位错335

7.6.12 畴结构336

7.6.13 第二相粒子337

7.6.14 电子衍射运动学理论的局限性338

7.6.15 薄晶体的高分辨像338

7.7 低能电子衍射和低能电子显微镜339

7.7.1 低能电子衍射分析339

7.7.2 低能电子显微分析340

习题342

第8章 探针和扫描显微分析344

8.1 电子的检测与能谱仪344

8.1.1 电子检测器344

8.1.2 电子能量分析器345

8.1.3 离子能量分析器347

8.2 电子探针与扫描电子显微分析348

8.2.1 电子束轰击固体试样激发的物理信号348

8.2.2 电子探针X射线显微分析仪349

8.2.3 扫描电子显微镜的结构与工作原理351

8.2.4 扫描电子显微镜的性能354

8.2.5 试样制备356

8.2.6 扫描图像分析357

8.2.7 X射线能谱分析358

8.2.8 背散射电子衍射分析358

8.2.9 电子探针与扫描电子显微镜的比较360

8.2.10 其他电子显微分析技术361

8.3 电子能谱分析362

8.3.1 光电子能谱362

8.3.2 俄歇电子能谱367

8.4 离子束表面分析371

8.4.1 离子散射谱371

8.4.2 二次离子质谱376

8.4.3 离子显微镜380

8.4.4 场离子显微镜381

8.5 激光探针显微分析382

8.6 探针扫描显微分析383

8.6.1 扫描隧道显微镜383

8.6.2 原子力扫描显微镜385

8.6.3 近场光学显微镜386

习题389

第9章 热分析390

9.1 示差热分析法390

9.1.1 示差热分析仪的工作原理391

9.1.2 DTA曲线的分析393

9.1.3 差热分析测量的影响因素398

9.2 示差扫描量热法399

9.2.1 示差扫描量热仪的工作原理399

9.2.2 DSC曲线的分析399

9.3 热重分析法401

9.3.1 热重分析仪的工作原理402

9.3.2 TG曲线的分析402

9.3.3 热重分析测量的影响因素405

9.4 联用技术及其他405

习题408

参考文献409

附录410

Ⅰ 一些元素常用的紫外、可见光谱线410

Ⅱ 元素的主要K、L系谱线的波长（A）413

Ⅲ 化学元素K、L系主要谱线的光子能量（keV）415

Ⅳ 元素的吸收限波长（A）419

Ⅴ 元素对X射线的质量吸收系数（cm2/g）422

Ⅵ 原子散射因子424

Ⅶ 原子散射因子修正值427

Ⅷ 一些物质的德拜温度428

Ⅸ 多重性因子428

Ⅹ 立方晶体晶面（或晶向）夹角数值428

Ⅺ 立方晶体标准投影图430

Ⅻ 面心立方晶体电子衍射图谱432

Ⅻ 体心立方晶体电子衍射图谱433

ⅩⅢ 密排六方晶体电子衍射图谱434

ⅩⅤ 常用材料分析方法名称及英文缩写435