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第1篇 晶体学基础3

第1章 晶体简介3

1.1 晶体学发展历程3

1.2 晶体主要特征4

1.3 周期点阵6

第2章 晶体的对称性8

2.1 宏观对称性8

2.1.1 宏观对称性的种类8

2.1.2 点 群12

2.1.3 晶 系14

2.1.4 点群符号15

2.2 点阵描述17

2.2.1 晶向指数17

2.2.2 晶面指数18

2.2.3 晶面间距与晶面夹角20

2.2.4 晶带20

2.3 晶体微观对称性及空间群21

2.3.1 晶体的微观对称性21

2.3.2 空间群26

2.4 实际晶体结构30

2.4.1 实际晶体结构举例30

2.4.2 常用晶体学手册及软件介绍32

第3章 倒易点阵35

3.1 倒易点阵的定义35

3.2 基本性质36

3.3 倒易点阵与正点阵的转换37

习 题43

参考文献45

第2篇 X射线衍射分析49

第1章 X射线物理基础49

1.1 X射线衍射分析简史49

1.2 X射线的本质与产生49

1.2.1 X射线的本质49

1.2.2 X射线的产生50

1.2.3 两种X射线51

1.3 X射线与物质的交互作用54

1.3.1 散射现象55

1.3.2 吸收现象56

1.4 X射线防护60

第2章 X射线衍射几何61

2.1 X射线衍射现象61

2.2 劳厄方程和布拉格方程62

2.2.1 劳厄方程62

2.2.2 布拉格方程65

2.2.3 布拉格方程的讨论67

2.3 衍射方程的厄瓦尔德图解68

2.4 X射线衍射方法69

第3章 X射线衍射强度72

3.1 单个电子的散射强度73

3.2 原子的散射强度74

3.3 晶胞的散射强度75

3.3.1 结构因子75

3.3.2 几种典型晶体点阵的消光规律76

3.4 晶体的散射强度80

3.4.1 理想小晶体的散射80

3.4.2 真实晶体的散射强度82

3.5 多晶体的衍射强度84

3.5.1 参加衍射的晶粒数84

3.5.2 多重性因子84

3.5.3 单位弧长的衍射强度85

3.5.4 影响衍射强度的其他因素86

3.6 粉末多晶体衍射强度的计算与应用88

第4章 粉末多晶体X射线衍射仪90

4.1 测角仪91

4.2 计数器92

4.3 单色器94

4.4 测量条件95

第5章 X射线物相鉴定99

5.1 标准X射线衍射卡片99

5.1.1 卡片介绍99

5.1.2 索引方法101

5.2 物相鉴定102

5.3 物相含量分析104

5.3.1 基本原理104

5.3.2 分析方法106

第6章 点阵常数的精确测定112

6.1 粉末衍射线的指标化112

6.1.1 立方晶系晶体的指标化112

6.1.2 非立方晶系晶体的指标化（解析法）114

6.2 点阵常数的精确测定115

6.2.1 点阵参数测定中的误差来源115

6.2.2 点阵参数的精确测定方法118

第7章 X射线宏观应力分析123

7.1 基本原理123

7.1.1 残余应力的分类123

7.1.2 测量原理124

7.2 宏观应力测定125

7.2.1 基本公式125

7.2.2 测量方法127

7.2.3 样品要求131

7.2.4 测量参数131

7.2.5 定峰法132

第8章 亚晶粒大小和显微畸变的测定135

8.1 衍射线的宽化135

8.1.1 仪器引起的宽化135

8.1.2 物理宽化135

8.1.3 谱线线形的卷积合成137

8.2 亚晶尺寸和微观应力的测定138

8.2.1 Ka1和Ka2双线的分离138

8.2.2 几何宽化与物理宽化的分离139

8.2.3 细晶宽化与显微畸变宽化的分离140

第9章 非晶材料X射线分析及结晶度测定142

9.1 非晶材料X射线分析142

9.2 结晶度测定144

第10章 织构测量146

10.1 织构的分类146

10.2 织构的简易测量146

10.3 织构的精确测量147

10.3.1 极射赤面投影147

10.3.2 极图的测量149

10.3.3 反极图及其测量153

10.3.4 三维取向分布函数155

习 题156

参考文献159

第3篇 透射电子显微学167

第1章 电子光学基础167

1.1 显微镜的分辨率167

1.2 电磁透镜169

1.2.1 短磁透镜的聚焦原理169

1.2.2 电磁透镜的设计171

1.2.3 磁透镜的焦距与光学性质172

1.3 电磁透镜的像差172

1.3.1 几何像差172

1.3.2 色 差174

1.3.3 电磁透镜的分辨率174

1.4 透镜的景深和焦长175

1.4.1 景 深175

1.4.2 焦 长176

第2章 透射电子显微镜178

2.1 透射电子显微镜的发展简史178

2.2 透射电子显微镜和光学显微镜的比较178

2.3 透射电子显微镜的基本结构180

2.4 透射电子显微镜的实际分辨率191

2.5 透射电子显微镜的样品制备192

2.5.1 粉末样品的制备193

2.5.2 薄膜样品的制备195

2.5.3 透射电子显微镜样品制备的其他方法201

第3章 电子与物质的相互作用204

3.1 电子的弹性散射205

3.2 电子的非弹性散射206

3.2.1 透射电子206

3.2.2 等离子体激发207

3.2.3 声子激发207

3.3 辐照损伤207

第4章 电子衍射208

4.1 电子衍射与X射线衍射的区别208

4.2 电子衍射基本原理209

4.2.1 阿贝成像原理209

4.2.2 布拉格定律图解210

4.2.3 晶带定律210

4.2.4 电子衍射的强度211

4.2.5 电子衍射基本公式216

4.3 倒易点阵平面的画法218

4.4 选区电子衍射219

4.4.1 有效相机常数219

4.4.2 磁转角220

4.4.3 选区电子衍射220

4.5 单晶电子衍射223

4.5.1 单晶电子衍射花样的产生及其几何特征223

4.5.2 单晶电子衍射花样的标定225

4.6 多晶电子衍射237

4.6.1 多晶电子衍射花样的产生及其几何特征237

4.6.2 多晶电子衍射花样的标定238

4.6.3 多晶织构样品的电子衍射花样240

4.7 单晶、多晶和非晶电子衍射谱比较241

第5章 复杂电子衍射谱244

5.1 超点阵结构244

5.2 长周期结构245

5.3 会聚束电子衍射246

5.4 二次衍射248

5.5 波纹图249

5.6 高阶劳厄带252

5.6.1 高阶劳厄带的种类252

5.6.2 高阶劳厄带的应用253

5.7 菊池线254

5.7.1 菊池线的产生254

5.7.2 菊池线的几何特征256

5.7.3 菊池花样应用258

5.8 孪 晶260

第6章 透射电子显微术图像衬度266

6.1 质厚衬度267

6.2 衍射衬度269

6.2.1 电子衍衬像的运动学理论269

6.2.2 电子衍衬像的动力学理论285

6.3 相位衬度289

6.3.1 高分辨透射电子显微术的发展史290

6.3.2 相位衬度的成像原理290

6.3.3 高分辨透射电子显微镜在材料科学中的应用295

第7章 扫描透射电子显微镜298

7.1 扫描透射电子显微镜的工作原理298

7.2 扫描透射电子显微镜的特点299

7.3 扫描透射电子显微镜的应用300

习 题302

参考文献304

第4篇 扫描电子显微镜与电子探针显微分析313

第1章 扫描电子显微镜概述和发展历史313

1.1 扫描电子显微镜概述313

1.2 扫描电子显微镜的发展历史313

第2章 电子与物质的交互作用315

2.1 电子与固体物质的相互作用区315

2.1.1 原子序数的影响315

2.1.2 入射电子束能量的影响316

2.1.3 样品的倾斜角效应316

2.2 电子束与样品相互作用产生的信号316

2.2.1 非弹性散射机制317

2.2.2 背散射电子318

2.2.3 二次电子319

2.2.4 吸收电子320

2.2.5 透射电子321

2.2.6 特征X射线321

2.2.7 俄歇电子322

2.2.8 阴极荧光322

第3章 扫描电子显微镜的原理、结构和性能323

3.1 扫描电子显微镜的工作原理323

3.2 扫描电子显微镜的结构324

3.2.1 电子光学系统324

3.2.2 扫描系统325

3.2.3 信号的检测及放大系统326

3.2.4 图像的显示与记录系统326

3.2.5 真空系统与电源系统326

3.3 扫描电子显微镜的主要性能326

3.3.1 分辨率326

3.3.2 景 深329

3.3.3 放大倍率329

3.3.4 加速电压330

3.4 扫描电子显微镜样品的制备332

第4章 表面形貌衬度原理及其应用334

4.1 二次电子检测器334

4.2 二次电子成像原理335

4.3 二次电子形貌衬度的应用举例337

第5章 原子序数衬度原理及其应用339

5.1 背散射电子检测器339

5.2 背散射电子像衬度原理340

5.3 背散射电子像衬度的应用举例342

5.4 吸收电子衬度原理及应用343

第6章 电子背散射衍射344

6.1 EBSD的结构及基本原理344

6.1.1 EBSD系统的组成344

6.1.2 EBSD系统硬件345

6.1.3 菊池带345

6.1.4 取向标定原理346

6.1.5 菊池带的自动识别原理347

6.2 EBSD的分辨率348

6.3 取向显微术及取向成像349

6.4 EBSD样品的制备349

6.5 EBSD数据采集与处理步骤350

6.6 EBSD的应用350

6.6.1 物相鉴定及相含量测定350

6.6.2 晶体取向信息351

6.6.3 应变信息354

第7章 电子探针显微分析355

7.1 电子探针仪的理论基础与构造356

7.1.1 理论基础356

7.1.2 仪器构造356

7.2 X射线谱仪——能谱仪与波谱仪358

7.2.1 能谱仪359

7.2.2 波谱仪362

7.2.3 波谱仪与能谱仪的比较366

7.3 电子探针分析366

7.3.1 电子探针用样品与标样366

7.3.2 电子探针分析方法368

7.3.3 电子探针微区分析应用举例375

习题376

参考文献377

第5篇 其他显微分析方法385

第1章 能谱分析类385

1.1 俄歇电子能谱385

1.1.1 俄歇电子能谱的基本分析原理385

1.1.2 俄歇电子能谱仪的结构386

1.1.3 俄歇电子能谱仪的应用388

1.2 X射线光电子能谱390

1.2.1 X射线光电子能谱的测量原理391

1.2.2 X射线光电子能谱的结构392

1.2.3 X射线光电子能谱的应用393

1.3 X射线荧光光谱396

1.3.1 X射线荧光光谱的原理396

1.3.2 X射线荧光光谱的结构397

1.3.3 X射线荧光光谱的应用399

1.3.4 几种表面微区成分分析技术的对比400

1.4 电子能量损失谱分析400

1.4.1 电子能量损失谱的原理401

1.4.2 电子能量损失谱仪的基本结构401

1.4.3 电子能量损失谱的应用402

第2章 光谱分析类404

2.1 红外光谱404

2.1.1 红外光谱仪的工作原理404

2.1.2 红外光谱与分子振动406

2.1.3 红外光谱408

2.1.4 影响基团频率的因素409

2.1.5 红外光谱分析应用409

2.2 拉曼光谱410

2.2.1 拉曼光谱概述及原理410

2.2.2 拉曼光谱仪的工作原理411

2.2.3 拉曼光谱的特点412

2.2.4 红外光谱与拉曼光谱比较413

2.2.5 拉曼光谱分析应用414

2.3 紫外－可见吸收光谱415

2.3.1 紫外－可见吸收光谱的产生机理416

2.3.2 紫外－可见吸收光谱法的特点及其影响因素418

2.3.3 紫外－可见吸收光谱仪的工作原理418

2.3.4 紫外－可见吸收光谱法的应用418

第3章 探针型显微镜分析类420

3.1 场离子显微镜与原子探针420

3.1.1 场离子显微镜的结构420

3.1.2 场离子显微镜的成像原理421

3.1.3 原子探针423

3.1.4 场离子显微镜的应用424

3.2 扫描隧道显微镜与原子力显微镜425

3.2.1 扫描隧道显微镜425

3.2.2 原子力显微镜430

参考文献433

附录434

附录Ⅰ 晶面间距计算公式434

附录Ⅱ 晶面夹角计算公式434

附录Ⅲ 质量吸收系数μm/ρ435

附录Ⅳ 原子散射因子f436

附录Ⅴ 粉末法的多重性因子PHKL437

附录Ⅵ 标准电子衍射花样437