| 材料分析检测技术
索书号：TB3/G464
第1章 材料分析检测技术概述……………………………………………………… (1)
1.1 引言………………………………………………………………………………… (1)
1.2 衍射分析方法概述………………………………………………………………… (1)
1.2.1 X射线衍射分析……………………………………………………………… (2)
1.2.2 电子衍射分析………………………………………………………………… (5)
1.3 电子显微分析方法概述…………………………………………………………… (8)
1.3.1 电子显微分析的物理学基础———德布罗意波…………………………………… (8)
1.3.2 电子显微分析………………………………………………………………… (10)
1.4 电子能谱分析方法概述………………………………………………………… (12)
1.5 光谱分析方法概述……………………………………………………………… (13)
1.5.1 光谱分析过程与仪器简述…………………………………………………… (13)
1.5.2 光谱分析方法的大致应用…………………………………………………… (15)
1.6 计算机在分析测试技术中的应用概述………………………………………… (16)
1.6.1 计算机在X射线结构分析中的应用…………………………………………… (16)
1.6.2 计算机在透射电子显微分析中的应用………………………………………… (19)
第2章 X射线衍射分析……………………………………………………………… (20)
2.1 X射线物理学基础……………………………………………………………… (20)
2.1.1 X射线的产生………………………………………………………………… (20)
2.1.2 连续X射线谱………………………………………………………………… (23)
2.1.3 特征X射线谱………………………………………………………………… (25)
2.2 X射线衍射几何………………………………………………………………… (27)
2.2.1 布拉格方程…………………………………………………………………… (27)
2.2.2 倒易点阵及衍射矢量方程…………………………………………………… (31)
2.3 X射线衍射强度………………………………………………………………… (36)
2.3.1 一个电子的散射强度………………………………………………………… (37)
2.3.2 原子散射强度………………………………………………………………… (38)
2.3.3 晶胞衍射强度………………………………………………………………… (39)
2.3.4 小晶体散射的积分强度……………………………………………………… (40)
2.3.5 多晶体衍射积分强度………………………………………………………… (43)
2.3.6 影响衍射强度的其他因素…………………………………………………… (45)
2.4 X射线衍射方法………………………………………………………………… (47)
2.4.1 多晶体衍射方法……………………………………………………………… (47)
2.4.2 单晶体衍射方法……………………………………………………………… (54)
2.5 X射线衍射分析………………………………………………………………… (55)
2.5.1 物相分析…………………………………………………………………… (55)
2.5.2 点阵常数的精确测定………………………………………………………… (61)
2.5.3 宏观内应力测定……………………………………………………………… (63)
2.5.4 晶体取向的测定……………………………………………………………… (67)
2.5.5 聚合物材料X射线分析……………………………………………………… (69)
2.5.6 非晶材料的X射线散射分析………………………………………………… (70)
2.5.7 薄膜材料的X射线散射分析………………………………………………… (74)
2.5.8 计算机在X射线结构分析与材料设计中的应用………………………………… (77)
习 题…………………………………………………………………………………… (77)
第3章 扩展X射线吸收精细结构谱分析………………………………………… (79)
3.1 基本原理………………………………………………………………………… (79)
3.1.1 XAS现象…………………………………………………………………… (79)
3.1.2 EXAFS现象………………………………………………………………… (80)
3.1.3 波的傅立叶变换……………………………………………………………… (80)
3.1.4 径向分布函数(RDF)和径向结构函数(RSF)…………………………………… (81)
3.2 扩展X射线吸收精细结构谱实验方法………………………………………… (83)
3.2.1 XAFS数据采集……………………………………………………………… (83)
3.2.2 EXAFS数据拟合……………………………………………………………… (84)
3.3 X射线吸收精细结构谱的应用………………………………………………… (87)
3.3.1 扩展X射线吸收精细结构谱在催化剂研究中的应用…………………………… (87)
3.3.2 用扩展X射线吸收精细结构谱研究大气颗粒物中铁的种态…………………… (88)
习 题…………………………………………………………………………………… (89)
第4章 透射电子显微分析…………………………………………………………… (90)
4.1 透射电子显微镜构造及工作原理……………………………………………… (90)
4.1.1 透射电镜成像原理…………………………………………………………… (90)
4.1.2 透射电镜结构………………………………………………………………… (91)
4.1.3 透射电镜电子光学系统……………………………………………………… (92)
4.1.4 加速电压与电子波的波长…………………………………………………… (98)
4.1.5 电子束倾斜、平移原理……………………………………………………… (99)
4.1.6 电磁透镜对电子束的会聚作用及焦距………………………………………… (99)
4.1.7 光阑的限场作用…………………………………………………………… (101)
4.1.8 显微镜的分辨本领………………………………………………………… (101)
4.1.9 电磁透镜的像差…………………………………………………………… (102)
4.1.10 透射电镜合轴……………………………………………………………… (104)
4.2 样品制备………………………………………………………………………… (104)
4.2.1 粉末样品的制备…………………………………………………………… (106)
4.2.2 薄膜样品的制备…………………………………………………………… (107)
4.3 衍射斑的形成理论与基本成像操作…………………………………………… (111)
4.3.1 衍射斑的形成理论………………………………………………………… (112)
4.3.2 电子衍射谱的标定………………………………………………………… (119)
4.3.3 电子衍射技术……………………………………………………………… (127)
4.4 电子显微学衍衬成像理论……………………………………………………… (128)
4.4.1 基本概念…………………………………………………………………… (129)
4.4.2 衍衬运动学理论…………………………………………………………… (132)
4.4.3 衍衬动力学理论…………………………………………………………… (137)
4.4.4 常用衍衬分析成像方法……………………………………………………… (139)
4.5 高分辨电子显微镜简介………………………………………………………… (140)
4.5.1 相位衬度…………………………………………………………………… (141)
4.5.2 相位传递函数与Scherzer欠焦条件…………………………………………… (141)
4.5.3 高分辨显微图像…………………………………………………………… (142)
4.5.4 扫描透射技术……………………………………………………………… (146)
4.5.5 球差校正技术……………………………………………………………… (146)
4.6 透射电子显微镜在材料科学中的应用………………………………………… (148)
4.6.1 位错衬度分析及柏氏矢量的确定…………………………………………… (149)
4.6.2 层错分析…………………………………………………………………… (156)
4.6.3 波纹图……………………………………………………………………… (160)
4.6.4 第二相应变场衬度………………………………………………………… (161)
习 题………………………………………………………………………………… (161)
第5章 扫描电子显微镜和电子探针分析………………………………………… (163)
5.1 扫描电子显微分析……………………………………………………………… (163)
5.1.1 工作原理及构造…………………………………………………………… (163)
5.1.2 扫描电镜的像衬度及其应用………………………………………………… (169)
5.2 电子探针显微分析……………………………………………………………… (174)
5.2.1 电子探针的分析原理和构造………………………………………………… (175)
5.2.2 X射线谱仪………………………………………………………………… (175)
5.2.3 电子探针的分析方法和应用………………………………………………… (178)
习 题………………………………………………………………………………… (181)
第6章 扫描隧道显微分析和原子力显微分析………………………………… (182)
6.1 扫描隧道显微镜………………………………………………………………… (182)
6.1.1 扫描隧道显微镜的工作原理………………………………………………… (182)
6.1.2 扫描隧道显微镜分析的特点及应用………………………………………… (185)
6.2 原子力显微镜…………………………………………………………………… (191)
6.2.1 原子力显微镜的工作原理…………………………………………………… (191)
6.2.2 原子力显微镜的应用………………………………………………………… (195)
习 题………………………………………………………………………………… (196)
第7章 光电子能谱分析……………………………………………………………… (197)
7.1 X射线光电子能谱……………………………………………………………… (197)
7.1.1 X射线光电子能谱的基本原理……………………………………………… (197)
7.1.2 X射线光电子能谱仪………………………………………………………… (199)
7.1.3 X射线光电子能谱分析与应用……………………………………………… (201)
7.1.4 样品的制备………………………………………………………………… (204)
7.2 紫外光电子能谱………………………………………………………………… (205)
7.2.1 紫外光电子能谱的原理……………………………………………………… (206)
7.2.2 紫外光电子能谱仪………………………………………………………… (206)
7.2.3 紫外光电子能谱分析与应用………………………………………………… (208)
习 题………………………………………………………………………………… (210)
第8章 俄歇电子能谱分析…………………………………………………………… (211)
8.1 基本原理………………………………………………………………………… (211)
8.1.1 俄歇电子发射……………………………………………………………… (211)
8.1.2 俄歇电子能量……………………………………………………………… (213)
8.1.3 俄歇电子产额……………………………………………………………… (215)
8.1.4 电子能谱…………………………………………………………………… (216)
8.1.5 电子逃逸深度……………………………………………………………… (217)
8.2 基本装置与实验方法…………………………………………………………… (218)
8.2.1 基本装置…………………………………………………………………… (218)
8.2.2 数据收取…………………………………………………………………… (219)
8.2.3 定量分析…………………………………………………………………… (220)
8.2.4 化学态的判断……………………………………………………………… (221)
8.2.5 结果形式…………………………………………………………………… (222)
8.2.6 方法的局限性……………………………………………………………… (223)
8.3 应用实例………………………………………………………………………… (224)
8.3.1 微电子学的应用…………………………………………………………… (224)
8.3.2 多层膜的研究……………………………………………………………… (227)
8.3.3 表面偏聚的研究…………………………………………………………… (228)
8.3.4 晶界的化学成分…………………………………………………………… (229)
8.4 AES方法的特点和局限性……………………………………………………… (230)
习 题………………………………………………………………………………… (231)
第9章 原子光谱分析………………………………………………………………… (232)
9.1 原子发射光谱分析……………………………………………………………… (232)
9.1.1 原子发射光谱分析原理……………………………………………………… (232)
9.1.2 原子发射光谱分析仪器……………………………………………………… (233)
9.1.3 原子发射光谱分析方法……………………………………………………… (234)
9.1.4 电感耦合等离子体发射光谱分析…………………………………………… (237)
9.2 原子吸收光谱分析……………………………………………………………… (238)
9.2.1 原子吸收光谱分析原理……………………………………………………… (238)
9.2.2 原子吸收光谱分析仪器……………………………………………………… (239)
9.2.3 原子吸收光谱分析方法……………………………………………………… (242)
9.3 原子荧光光谱分析……………………………………………………………… (244)
9.3.1 原子荧光光谱分析原理……………………………………………………… (244)
9.3.2 原子荧光分析仪器………………………………………………………… (245)
9.3.3 原子荧光分析方法及应用…………………………………………………… (246)
习 题………………………………………………………………………………… (246)
第10章 分子光谱分析……………………………………………………………… (247)
10.1 紫外-可见吸收光谱法……………………………………………………… (247)
10.1.1 基本原理…………………………………………………………………… (247)
10.1.2 分光光度计………………………………………………………………… (252)
10.1.3 紫外-可见吸收光谱应用………………………………………………… (253)
10.2 分子荧光光谱法……………………………………………………………… (257)
10.2.1 基本原理…………………………………………………………………… (258)
10.2.2 荧光光谱仪………………………………………………………………… (261)
10.2.3 分子荧光光谱应用………………………………………………………… (262)
10.3 红外吸收光谱法……………………………………………………………… (264)
10.3.1 基本原理…………………………………………………………………… (264)
10.3.2 红外光谱吸收仪…………………………………………………………… (265)
10.3.3 红外光谱仪的应用………………………………………………………… (268)
习 题………………………………………………………………………………… (272)
第11章 拉曼光谱分析……………………………………………………………… (274)
11.1 概述…………………………………………………………………………… (274)
11.2 拉曼光谱的基本原理………………………………………………………… (275)
11.2.1 瑞利散射和拉曼散射……………………………………………………… (275)
11.2.2 拉曼光谱图………………………………………………………………… (275)
11.2.3 红外活性振动和拉曼活性振动……………………………………………… (277)
11.2.4 拉曼光谱选律……………………………………………………………… (278)
11.2.5 拉曼光谱的参数…………………………………………………………… (279)
11.3 红外光谱与拉曼光谱的比较………………………………………………… (280)
11.4 激光拉曼光谱仪……………………………………………………………… (283)
11.4.1 色散型激光拉曼光谱仪…………………………………………………… (283)
11.4.2 傅立叶拉曼光谱仪………………………………………………………… (283)
11.5 拉曼光谱的应用……………………………………………………………… (284)
11.5.1 在有机化学中的应用……………………………………………………… (284)
11.5.2 在无机化学中的应用……………………………………………………… (286)
11.5.3 在分析化学中的应用……………………………………………………… (287)
11.5.4 表面增强拉曼光谱………………………………………………………… (288)
11.5.5 拉曼光谱在高分子材料中的应用…………………………………………… (290)
11.5.6 拉曼光谱在生物学中的应用………………………………………………… (290)
11.5.7 拉曼光谱在物理学中的应用和研究………………………………………… (293)
习 题………………………………………………………………………………… (295)
第12章 核磁共振谱分析…………………………………………………………… (297)
12.1 核磁共振谱法基本原理……………………………………………………… (297)
12.1.1 基本原理…………………………………………………………………… (297)
12.1.2 化学位移与磁屏蔽………………………………………………………… (299)
12.1.3 自旋偶合和自旋裂分……………………………………………………… (300)
12.2 核磁共振谱仪………………………………………………………………… (302)
12.3 核磁共振谱分析与应用……………………………………………………… (303)
习 题………………………………………………………………………………… (305)
第13章 电子自旋共振波谱分析…………………………………………………… (306)
13.1 电子自旋共振波谱的基本原理……………………………………………… (306)
13.2 超精细结构…………………………………………………………………… (307)
13.3 电子自旋共振波谱仪………………………………………………………… (308)
13.4 电子自旋共振波谱的应用…………………………………………………… (309)
13.4.1 电子自旋共振波谱测定中的标准物质……………………………………… (309)
13.4.2 电子自旋共振波谱的应用………………………………………………… (309)
习 题………………………………………………………………………………… (310)
第14章 穆斯堡尔谱分析…………………………………………………………… (311)
14.1 穆斯堡尔谱分析……………………………………………………………… (311)
14.1.1 穆斯堡尔谱原理…………………………………………………………… (311)
14.1.2 穆斯堡尔效应……………………………………………………………… (313)
14.1.3 化学位移…………………………………………………………………… (313)
14.1.4 核的四极矩分裂…………………………………………………………… (314)
14.2 穆斯堡尔谱仪与穆斯堡尔谱的应用………………………………………… (315)
14.2.1 穆斯堡尔谱仪的工作原理………………………………………………… (315)
14.2.2 穆斯堡尔谱仪构造………………………………………………………… (316)
14.2.3 穆斯堡尔谱分析与应用…………………………………………………… (317)
习 题………………………………………………………………………………… (318)
第15章 热分析………………………………………………………………………… (319)
15.1 差热分析法…………………………………………………………………… (319)
15.1.1 基本原理与差热分析仪…………………………………………………… (319)
15.1.2 差热曲线分析与应用……………………………………………………… (321)
15.1.3 影响差热分析曲线测定结果的因素………………………………………… (322)
15.2 差示扫描量热法……………………………………………………………… (325)
15.2.1 基本原理与差示扫描量热仪………………………………………………… (325)
15.2.2 影响差示扫描量热曲线测定结果的因素…………………………………… (327)
15.3 热重法………………………………………………………………………… (327)
15.3.1 基本原理与热重法仪……………………………………………………… (327)
15.3.2 影响热重曲线的因素……………………………………………………… (328)
15.3.3 热重法的应用……………………………………………………………… (329)
习 题………………………………………………………………………………… (330)
参考文献…………………………………………………………………………………… (331)
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