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第1章 绪论 1

1.1　材料的组织结构与性能 1

1.1.1　组织结构与性能的关系 1

1.1.2　微观组织结构控制 2

1.2　显微组织结构的内容 2

1.3　材料分析技术与材料的关系 2

1.4　分析技术简介 2

1.4.1　X射线衍射 2

1.4.2　光谱分析 2

1.4.3　核磁共振 3

1.4.4　热分析技术 3

1.4.5　表层分析技术 3

1.4.6　电子显微镜 3

第2章　X射线衍射分析 5

2.1　X射线衍射基本概念 5

2.1.1　X射线衍射分析历史 5

2.1.2　X射线的产生及X射线谱 5

2.1.3　X射线与物质的相互作用 6

2.1.4　光的散射和衍射 7

2.2　晶体空间点阵 8

2.3　X射线分析法原理 9

2.3.1　X射线在晶体中的衍射 9

2.3.2　X射线衍射的实验方法简介 10

2.3.3　小角X射线散射法 12

2.3.4　样品的制备方法简介 13

2.4　多晶体物相分析 14

2.4.1 X射线衍射物相分析的基本原理 14

2.4.2　物相分析的定性分析 14

2.4.3　物相的定量分析 15

2.4.4　物质状态的鉴定 16

2.4.5　单晶和多晶取向测定 17

2.4.6　晶粒度的测定 18

2.4.7　介孔结构测定 19

2.4.8　宏观应力测定 19

2.4.9　薄膜厚度和界面结构测定 19

2.4.10　多层膜结构测定 20

2.5　X射线法最新进展及应用 21

2.5.1　同步辐射X射线吸收精细结构方法 21

2.5.2　Rietveld方法 22

2.5.3　X射线衍射法其他应用 23

参考文献 24

第3章　红外吸收光谱 27

3.1　引言 27

3.1.1　红外吸收光谱的基本原理 28

3.1.2　红外吸收光谱的基本概念 28

3.2　双原子分子的振动和转动 29

3.2.1　转子模型 29

3.2.2　振子模型 31

3.2.3　双原子分子的红外振-转光谱 32

3.3　简正振动 33

3.3.1　3n—5或3n—6规则 33

3.3.2　简正坐标和简正振动 33

3.3.3　分子对称性 35

3.4　振动光谱的解释和应用 36

3.4.1　倍频、组频、差频 36

3.4.2　配位效应 36

3.4.3　Fermi共振和振动耦合 37

3.4.4　特征频率 38

3.5　各类有机化合物的红外吸收光谱 38

3.5.1 烷烃 38

3.5.2　烯烃及其他含双键的化合物 39

3.5.3　炔烃和其他含叁键及具有累积双键的化合物 40

3.5.4　芳烃和杂芳烃 40

3.5.5　含羟基的化合物 41

3.5.6　醚、环氧和过氧化合物 42

3.5.7　羰基化合物 42

3.5.8　胺 43

3.5.9　酰胺 43

3.5.10　氨基酸和铵盐 43

3.5.11　其他化合物 44

3.6　红外吸收光谱数据小结 45

3.7　利用红外吸收光谱推测有机化合物结构 45

参考文献 46

第4章　激光拉曼光谱法 48

4.1　拉曼散射光谱的基本概念 48

4.1.1　瑞利散射、拉曼散射及拉曼位移 48

4.1.2　拉曼光谱选律和选择定则 49

4.1.3　拉曼退偏振比 49

4.1.4　拉曼光谱图 50

4.2　激光拉曼光谱与红外光谱比较 50

4.3　激光拉曼光谱法实验技术 52

4.3.1　仪器组成 52

4.3.2　样品的处理方法 53

4.4　拉曼光谱法在有机材料研究中的应用 53

4.4.1 拉曼光谱的选择定则与分子构象 53

4.4.2　高分子材料的拉曼去偏振度及红外二向色性 54

4.4.3　复合材料形变的拉曼光谱研究 55

4.5　拉曼光谱法在生物材料和纳米材料中的应用 56

4.5.1　生物学材料的拉曼散射光谱 56

4.5.2　纳米材料的某些特性 58

4.5.3　碳纳米管的拉曼散射 58

4.5.4　半导体纳米材料的拉曼散射 60

参考文献 61

第5章　紫外-可见光谱及荧光光谱 63

5.1　引言 63

5.2　紫外-可见吸收光谱 63

5.2.1 紫外-可见吸收光谱的基本原理 63

5.2.2　紫外-可见吸收光谱可获悉的信息 64

5.2.3 紫外-可见吸收光谱的基本概念 64

5.2.4　饱和有机化合物的紫外吸收光谱 67

5.2.5　不饱和有机化合物的紫外吸收光谱 67

5.2.6　紫外吸收光谱的应用 70

5.3　荧光光谱 70

5.3.1　分子的激发与弛豫 71

5.3.2　由荧光光谱可获悉的信息 71

5.3.3　荧光的激发光谱和发射光谱 72

5.3.4　荧光分析法的灵敏度和选择性 72

5.3.5　测量方法 73

5.3.6　光谱解析 74

5.3.7　无机化合物的荧光 74

5.3.8　有机化合物的荧光 76

5.4　分子的电子光谱在材料研究中的应用 81

5.4.1 紫外-可见光谱及荧光光谱应用于材料分析 81

5.4.2　材料中微量元素或添加剂含量的测定 82

5.4.3 电子光谱研究聚合反应动力学 82

参考文献 83

第6章　核磁共振谱 85

6.1　NMR概述 85

6.1.1　核磁共振谱的分类 85

6.1.2　核磁共振的产生 86

6.1.3　化学位移 86

6.1.4　自旋的耦合与裂分 88

6.2　核磁共振波谱仪及实验要求 89

6.2.1　CW-核磁共振仪结构 89

6.2.2　核磁共振波谱仪分类和测试原理 89

6.2.3　实验技术 90

6.3　1H-核磁共振波谱（氢谱） 91

6.3.1　屏蔽作用与化学位移 91

6.3.2　谱图的表示方法 92

6.3.3　影响化学位移的主要因素 93

6.3.4　谱图解析实例 95

6.4　13C核磁共振谱 96

6.4.1　13C-NMR概述 96

6.4.2　13C-NMR与1H-NMR的比较 97

6.4.3　影响13C化学位移的因素 97

6.4.4　碳核磁谱图解析和典型实例 99

6.5　高分辨NMR在聚合物材料研究中的应用 100

6.5.1　有机材料的定性分析 100

6.5.2　共聚物组成的测定 102

6.5.3　共聚物序列结构的研究 102

6.5.4　高分子键接方式和异构体的研究 103

6.6　核磁共振新技术 105

6.6.1 固体NMR在材料结构研究中的应用 105

6.6.2　二维NMR谱和材料的NMR成像技术 106

6.6.3　NMR仪器的改进 107

参考文献 108

第7章　热分析技术 109

7.1　热分析概论 109

7.1.1　热分析技术的发展 109

7.1.2　热分析定义及分类 110

7.2　差热分析与差示扫描量热法 112

7.2.1　DTA与DSC仪器的组成与原理 113

7.2.2　差热分析与差示扫描量热法峰面积的计算 115

7.2.3　影响DTA与DSC曲线的因素 118

7.2.4　DTA与DSC数据的标定 120

7.3　热重分析与微商热重法 121

7.3.1　热重分析与微商热重法的基本原理 121

7.3.2　热天平的基本结构 122

7.3.3　影响热重数据的因素 124

7.3.4　热重试验及图谱辨析 125

7.4　热膨胀法和热机械分析 127

7.4.1　热膨胀法 128

7.4.2　热机械分析 129

7.5　热分析技术在材料研究中的应用 129

7.5.1　材料的结晶行为 129

7.5.2　材料液晶的多重转变 133

7.5.3　材料的玻璃化转变Tg及共聚共混物相容性 134

7.5.4　材料的热稳定性及热分解机理 137

7.5.5　材料的剖析 138

7.5.6　动态热机械分析评价材料的使用性能 139

7.6　热分析联用技术的发展与热分析仪器的改进 142

7.6.1　热分析联用技术 143

7.6.2　热分析仪器的最新进展 146

参考文献 147

第8章　表面分析技术 150

8.1　X射线光电子能谱 150

8.1.1　X射线光电子谱基本原理 150

8.1.2　结合能 151

8.1.3　化学位移 152

8.1.4　X射线光电子能谱分析方法 154

8.1.5　X射线光电子能谱仪 159

8.2　俄歇电子能谱 161

8.2.1　俄歇电子能谱的基本原理 161

8.2.2　俄歇电子的能量和产额 162

8.2.3　俄歇电子能谱分析方法 164

8.2.4　俄歇电子能谱仪 167

8.2.5　扫描俄歇显微探针（SAM） 168

参考文献 170

第9章　扫描电子显微镜 171

9.1　电子与物质的相互作用 171

9.1.1　电子散射 171

9.1.2　背散射电子 172

9.1.3　二次电子 172

9.2　扫描电子显微镜结构和成像原理 173

9.2.1 扫描电子显微镜的工作原理 173

9.2.2　扫描电子显微镜的结构 175

9.2.3　扫描电子显微镜的性能 178

9.2.4　扫描电子显微镜的特点 178

9.2.5　样品制备 179

9.2.6　影响电子显微镜影像品质的因素 179

9.3　场发射扫描电子显微镜 179

9.3.1 场发射扫描电子显微镜的结构 179

9.3.2　场发射扫描电子显微镜的特点 180

9.4　电子探针显微分析 181

9.4.1　EPMA原理和结构 181

9.4.2　X射线能谱仪 181

9.4.3　X射线波谱仪 183

9.4.4　定性分析 184

9.4.5　定量分析 184

9.5　其他电子成像技术结合EDS分析 186

9.6　EMPA-扫描电子显微镜分析方法和应用 186

9.6.1　分析方法 186

9.6.2　应用 186

参考文献 187

第10章　透射电子显微镜 188

10.1　电子波与电磁透镜 188

10.1.1　光学显微镜的分辨率极限 188

10.1.2　电子波的波长 189

10.1.3　电磁透镜 190

10.1.4　电磁透镜的像差和分辨率 192

10.1.5　电磁透镜的景深和焦长 194

10.2　透射电镜的结构 195

10.2.1　照明系统 196

10.2.2　成像系统 198

10.2.3　观察记录系统 199

10.3　透射电镜样品制备方法 199

10.3.1　复型技术 200

10.3.2　粉末样品制备技术 203

10.3.3　电解减薄技术 204

10.3.4　超薄切片法 205

10.3.5　离子减薄技术 206

10.3.6　聚焦离子束法 206

10.4　电子衍射 207

10.4.1　电子衍射原理 208

10.4.2　电子衍射图的分析及标定 213

10.4.3　复杂电子衍射花样 217

10.4.4　高分辨电子显微镜 221

参考文献 223

第11章　扫描探针显微镜 225

11.1　扫描探针显微镜概述 225

11.1.1　扫描探针显微镜的发展历程 225

11.1.2　扫描探针显微镜的特点 227

11.2　扫描探针显微镜的工作原理 227

11.2.1 扫描隧道显微镜的工作原理 227

11.2.2　原子力显微镜的工作原理 229

11.3　工作方式 230

11.3.1 扫描隧道显微镜的成像模式 230

11.3.2　原子力显微镜的成像模式 231

11.4　其他类型的扫描探针显微镜 234

11.4.1　光子扫描隧道显微镜 234

11.4.2　侧向力显微镜 235

11.4.3　磁力显微镜 235

11.4.4　静电力显微镜 236

11.4.5　化学力显微镜 236

11.4.6　扫描电化学显微镜 236

11.4.7　力调制显微镜 236

11.5　扫描探针显微镜在现代材料研究中的应用 237

11.5.1 扫描探针显微镜在微纳技术和超精密加工中的应用 237

11.5.2　扫描探针显微镜在高分子领域的应用 240

11.5.3 扫描探针显微镜在微电子技术方面的应用 243

11.5.4　应用前景 244

参考文献 244