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第1章 晶体学基础 1

1.1 晶体及其基本性质 1

1.1.1 晶体的概念 1

1.1.2 空间点阵的四要素 1

1.1.3 布拉菲阵胞 2

1.1.4 典型晶体结构 4

1.1.5 晶体的基本性质 7

1.1.6 准晶体简介 8

1.2 晶向、晶面及晶带 9

1.2.1 晶向及其表征 9

1.2.2 晶面及其表征 10

1.2.3 晶带及其表征 11

1.3 晶体的宏观对称及点群 12

1.3.1 对称的概念 12

1.3.2 对称元素及对称操作 12

1.3.3 对称元素的组合及点群 17

1.3.4 晶体的分类 18

1.3.5 准晶体的点群及其分类 18

1.3.6 点群的国际符号 19

1.3.7 点群的圣佛利斯符号 20

1.4 晶体的微观对称与空间群 21

1.4.1 晶体的微观对称 21

1.4.2 晶体的空间群及其符号 22

1.5 晶体的投影 24

1.5.1 球面投影 24

1.5.2 极式网与乌氏网 26

1.5.3 晶带的极射赤面投影 29

1.5.4 标准极射赤面投影图（标准极图） 31

1.6 倒易点阵 32

1.6.1 正点阵 32

1.6.2 倒易点阵 32

1.6.3 正倒空间之间的关系 33

1.6.4 倒易矢量的基本性质 34

1.6.5 晶带定律 35

1.6.6 广义晶带定律 36

本章小结 36

思考题 38

第2章 X射线的物理基础 41

2.1 X射线的发展史 41

2.2 X射线的性质 41

2.2.1 X射线的产生 41

2.2.2 X射线的本质 42

2.3 X射线谱 43

2.3.1 X射线连续谱 44

2.3.2 X射线特征谱 45

2.4 X射线与物质的相互作用 47

2.4.1 X射线的散射 47

2.4.2 X射线的吸收 49

2.4.3 吸收限的作用 52

本章小结 53

思考题 54

第3章 X射线的衍射原理 56

3.1 X射线衍射的方向 56

3.1.1 劳埃方程 56

3.1.2 布喇格方程 57

3.1.3 布喇格方程的讨论 59

3.1.4 衍射矢量方程 62

3.1.5 布喇格方程的厄瓦尔德图解 63

3.1.6 布喇格方程的应用 64

3.1.7 常见的衍射方法 64

3.2 X射线的衍射强度 66

3.2.1 单电子对X射线的散射 66

3.2.2 单原子对X射线的散射 68

3.2.3 单胞对X射线的散射强度 70

3.2.4 单晶体的散射强度与干涉函数 75

3.2.5 多晶体的衍射强度 76

3.2.6 影响多晶体衍射强度的其他因数 78

本章小结 80

思考题 83

第4章 X射线的多晶衍射分析及其应用 84

4.1 X射线衍射仪 84

4.1.1 测角仪 84

4.1.2 计数器 86

4.1.3 计数电路 88

4.1.4 X射线衍射仪的常规测量 89

4.2 X射线物相分析 90

4.2.1 物相的定性分析 91

4.2.2 物相的定量分析 97

4.3 点阵常数的精确测定 102

4.3.1 测量原理 102

4.3.2 误差源分析 102

4.3.3 测量方法 103

4.4 宏观应力的测定 106

4.4.1 内应力的产生、分类及其衍射效应 106

4.4.2 宏观应力的测定原理 107

4.4.3 宏观应力的测定方法 110

4.4.4 应力常数K的确定 113

4.5 微观应力及晶粒大小的测定 115

4.5.1 微观应力的测定 115

4.5.2 晶粒大小的测定 115

4.6 非晶态物质及其晶化后的衍射 116

4.6.1 非晶态物质结构的主要特征 116

4.6.2 非晶态物质的结构表征及其结构常数 116

4.6.3 非晶态物质的晶化 119

4.7 膜厚的测量 121

4.8 多晶体的织构分析 121

4.8.1 织构及其表征 121

4.8.2 丝织构的测定 124

4.8.3 板织构的测定 126

4.8.4 反极图的测绘与分析 130

本章小结 132

思考题 134

第5章 电子显微分析的基础 137

5.1 光学显微镜的分辨率 138

5.2 电子波的波长 139

5.3 电子与固体物质的作用 140

5.3.1 电子散射 140

5.3.2 电子与固体作用时激发的信息 142

5.4 电子衍射 146

5.4.1 电子衍射与X射线衍射的异同点 146

5.4.2 电子衍射的方向——布喇格方程 147

5.4.3 电子衍射的厄瓦尔德图解 148

5.4.4 电子衍射花样的形成原理及电子衍射的基本公式 149

5.4.5 零层倒易面及非零层倒易面 150

5.4.6 标准电子衍射花样 151

5.4.7 偏移矢量 154

本章小结 156

思考题 158

第6章 透射电子显微镜 159

6.1 工作原理 159

6.2 电磁透镜 160

6.2.1 静电透镜 160

6.2.2 电磁透镜的聚集原理 161

6.3 电磁透镜的像差 162

6.3.1 球差 163

6.3.2 像散 163

6.3.3 色差 164

6.4 电磁透镜的景深与焦长 165

6.4.1 景深 165

6.4.2 焦长 165

6.5 电镜分辨率 166

6.5.1 点分辨率 167

6.5.2 晶格分辨率 167

6.6 电镜的电子光学系统 168

6.6.1 照明系统 168

6.6.2 成像系统 170

6.6.3 观察记录系统 171

6.7 主要附件 171

6.7.1 样品倾斜装置（样品台） 172

6.7.2 电子束的平移和倾斜装置 173

6.7.3 消像散器 173

6.7.4 光阑 173

6.8 透射电镜中的电子衍射 174

6.8.1 有效相机常数 174

6.8.2 选区电子衍射 175

6.9 常见的电子衍射花样 176

6.9.1 单晶体的电子衍射花样 177

6.9.2 多晶体的电子衍射花样 180

6.9.3 复杂的电子衍射花样 180

6.10 透射电镜的图像衬度理论 186

6.10.1 衬度的概念与分类 186

6.10.2 衍射衬度运动学理论与应用 189

6.10.3 非理想晶体的衍射衬度 194

6.10.4 非理想晶体的缺陷成像分析 195

6.11 透射电镜的样品制备 203

6.11.1 基本要求 203

6.11.2 薄膜样品的制备过程 204

本章小结 205

思考题 207

第7章 薄晶体的高分辨像 209

7.1 高分辨电子显微像的形成原理 209

7.1.1 试样透射函数的近似表达式 209

7.1.2 衬度传递函数S（u,v） 211

7.1.3 像平面上的像面波函数B（x,y） 213

7.1.4 最佳欠焦条件及电镜最高分辨率 214

7.1.5 第一通带宽度（sinx=—1）的影响因素 215

7.2 高分辨像举例 221

7.2.1 晶格条纹像 221

7.2.2 一维结构像 223

7.2.3 二维晶格像 223

7.2.4 二维结构像 225

本章小结 227

思考题 227

第8章 扫描电子显微镜及电子探针 228

8.1 扫描电镜的结构 228

8.1.1 电子光学系统 229

8.1.2 信号检测处理、图像显示和记录系统 230

8.1.3 真空系统 231

8.2 扫描电镜的主要性能参数 231

8.2.1 分辨率 231

8.2.2 放大倍数 232

8.2.3 景深 232

8.3 表面成像衬度 233

8.3.1 二次电子成像衬度 233

8.3.2 背散射电子成像衬度 233

8.4 二次电子衬度像的应用 235

8.5 背散射电子衬度像的应用 237

8.6 电子探针 238

8.6.1 电子探针波谱仪 239

8.6.2 电子探针能谱仪 241

8.6.3 能谱仪与波谱仪的比较 242

8.7 电子探针分析及应用 243

8.7.1 定性分析 243

8.7.2 定量分析 244

8.8 扫描电镜的发展 245

本章小结 246

思考题 246

第9章 表面分析技术 248

9.1 俄歇电子能谱仪（AES） 248

9.1.1 俄歇电子能谱仪的结构原理 248

9.1.2 俄歇电子谱 249

9.1.3 定性分析 250

9.1.4 定量分析 251

9.1.5 化学价态分析 251

9.1.6 AES的应用举例 252

9.1.7 俄歇能谱仪的最新进展 254

9.2 X射线光电子能谱仪（XPS） 254

9.2.1 X射线光电子能谱仪的工作原理 254

9.2.2 X射线光电子能谱仪的系统组成 255

9.2.3 光电子能谱及表征 257

9.2.4 X射线光电子能谱中峰的种类 258

9.2.5 X射线光电子谱仪的功用 262

9.2.6 XPS的应用举例 264

9.2.7 XPS的发展趋势 267

9.3 扫描隧道电镜（STM） 268

9.3.1 STM的基本原理 268

9.3.2 STM的工作模式 269

9.3.3 STM的特点 269

9.3.4 STM的应用举例 270

9.4 低能电子衍射（LEED） 272

9.4.1 低能电子衍射的基本原理 273

9.4.2 低能电子衍射仪的结构与花样特征 274

9.4.3 低能电子衍射的应用举例 274

本章小结 276

思考题 278

第10章 热分析技术 279

10.1 热分析技术的发展史 279

10.2 热分析方法 279

10.2.1 热重分析法 280

10.2.2 差热分析法 281

10.2.3 差示扫描量热法 285

10.3 热分析测量的影响因素 287

10.3.1 实验条件 287

10.3.2 试样特性 288

10.4 热分析的应用 289

10.4.1 块体金属玻璃 289

10.4.2 硅酸盐 292

10.4.3 陶瓷反应合成 293

10.4.4 内生型复合材料 294

10.4.5 含能材料 295

10.4.6 反应活化能的计算 296

10.5 热分析技术的新发展 299

10.5.1 联用技术 299

10.5.2 温度调制式差示扫描量热技术 300

10.5.3 动态热机械分析技术 301

本章小结 302

思考题 302

第11章 光谱分析技术 304

11.1 原子发射光谱 304

11.1.1 基本原理 304

11.1.2 仪器 305

11.1.3 分析方法 307

11.1.4 应用 309

11.2 原子吸收光谱 309

11.2.1 基本原理 309

11.2.2 仪器 309

11.2.3 干扰与去除 310

11.2.4 分析方法 310

11.2.5 应用 311

11.3 原子荧光光谱法 311

11.3.1 基本原理 311

11.3.2 仪器 312

11.3.3 原子荧光光谱法的优点 312

11.4 紫外—可见分光光度法 312

11.4.1 基本原理 312

11.4.2 基本概念 313

11.4.3 紫外—可见分光光度计 314

11.4.4 紫外—可见分光光度法的应用 315

11.5 红外光谱 316

11.5.1 基本原理 316

11.5.2 红外光谱仪 319

11.5.3 试样的处理和制备 319

11.5.4 红外光谱法的应用 320

11.6 激光拉曼光谱法 324

11.6.1 基本原理 324

11.6.2 拉曼光谱仪 326

11.6.3 激光拉曼光谱的应用 326

本章小结 327

思考题 328

附录A 常用物理常数 329

附录B 晶体的三类分法及其对称特征 329

附录C 32种点群对称元素示意图 330

附录D 宏观对称元素及说明 331

附录E 32种点群的习惯符号、国际符号及圣佛利斯符号 332

附录F 质量吸收系数μm 333

附录G 原子散射因子f 334

附录H 原子散射因子校正值△f 335

附录I 粉末法的多重因素Phkl 336

附录J 某些物质的特征温度Θ 336

附录K 德拜函数φ(x)/x+1/4之值 337

附录L 应力测定常数 337

附录M 常见晶体的标准电子衍射花样 338

参考文献 344