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1 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7

1.2 晶向、晶面及晶带8

1.2.1 晶向及其表征8

1.2.2 晶面及其表征9

1.2.3 晶带及其表征11

1.3 晶体的宏观对称及点群11

1.3.1 对称的概念11

1.3.2 对称元素及对称操作11

1.3.3 对称元素的组合及点群16

1.3.4 晶体的分类17

1.3.5 准晶体的点群及其分类17

1.3.6 点群的国际符号19

1.3.7 点群的圣佛利斯符号19

1.4 晶体的微观对称与空间群20

1.4.1 晶体的微观对称20

1.4.2 晶体的空间群及其符号22

1.5 晶体的投影23

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28

1.5.4 标准极射赤面投影图（标准极图）30

1.6 倒易点阵30

1.6.1 正点阵31

1.6.2 倒点阵（倒易点阵）31

1.6.3 正倒空间之间的关系31

1.6.4 倒易矢量的基本性质33

1.6.5 晶带定律34

1.6.6 广义晶带定律35

本章小结35

思考题37

2 X射线的物理基础39

2.1 X射线的发展史39

2.2 X射线的性质39

2.2.1 X射线的产生39

2.2.2 X射线的本质40

2.3 X射线谱41

2.3.1 X射线连续谱42

2.3.2 X射线特征谱43

2.4 X射线与物质的相互作用46

2.4.1 X射线的散射46

2.4.2 X射线的吸收47

2.4.3 吸收限的作用50

本章小结51

思考题52

3 X射线的衍射原理53

3.1 X射线衍射的方向53

3.1.1 劳埃方程53

3.1.2 布拉格方程55

3.1.3 布拉格方程的讨论56

3.1.4 衍射矢量方程59

3.1.5 布拉格方程的厄瓦尔德图解60

3.1.6 布拉格方程的应用61

3.1.7 常见的衍射方法61

3.2 X射线的衍射强度63

3.2.1 单电子对X射线的散射63

3.2.2 单原子对X射线的散射65

3.2.3 单胞对X射线的散射67

3.2.4 单晶体的散射强度与干涉函数72

3.2.5 多晶体的衍射强度74

3.2.6 影响多晶体衍射强度的其他因子75

本章小结78

思考题80

4 X射线的多晶衍射分析及其应用81

4.1 X射线衍射仪81

4.1.1 测角仪81

4.1.2 计数器83

4.1.3 计数电路85

4.1.4 X射线衍射仪的常规测量86

4.2 X射线物相分析87

4.2.1 物相的定性分析87

4.2.2 物相的定量分析93

4.3 点阵常数的精确测定98

4.3.1 测量原理98

4.3.2 误差源分析98

4.3.3 测量方法99

4.4 宏观应力的测定103

4.4.1 内应力的产生、分类及其衍射效应103

4.4.2 宏观应力的测定原理103

4.4.3 宏观应力的测定方法106

4.4.4 应力常数K的确定109

4.5 微观应力的测定111

4.6 非晶态物质及其晶化后的衍射112

4.6.1 非晶态物质结构的主要特征112

4.6.2 非晶态物质的结构表征及其结构常数112

4.6.3 非晶态物质的晶化114

4.7 多晶体的织构分析117

4.7.1 织构及其表征117

4.7.2 丝织构的测定与分析120

4.7.3 板织构的测定与分析123

4.8 晶粒大小的测定133

4.9 小角X射线散射135

4.9.1 小角X射线散射的基本原理135

4.9.2 小角X射线散射实验139

4.9.3 小角X射线散射技术的特点140

4.9.4 小角X射线散射技术的应用141

4.10 淬火钢中残余奥氏体的测量144

4.11 薄膜的测量145

4.11.1 薄膜厚度的测量145

4.11.2 薄膜应力的测量145

本章小结146

思考题149

5 电子显微分析的基础151

5.1 光学显微镜的分辨率152

5.2 电子波的波长153

5.3 电子与固体物质的作用154

5.3.1 电子散射155

5.3.2 电子与固体作用时激发的信息157

5.4 电子衍射160

5.4.1 电子衍射与X射线衍射的异同点161

5.4.2 电子衍射的方向——布拉格方程162

5.4.3 电子衍射的厄瓦尔德图解162

5.4.4 电子衍射花样的形成原理及电子衍射的基本公式163

5.4.5 零层倒易面及非零层倒易面164

5.4.6 标准电子衍射花样165

5.4.7 偏移矢量168

本章小结170

思考题172

6 透射电子显微镜173

6.1 工作原理173

6.2 电磁透镜174

6.2.1 静电透镜174

6.2.2 电磁透镜174

6.3 电磁透镜的像差176

6.3.1 球差176

6.3.2 像散177

6.3.3 色差177

6.4 电磁透镜的景深与焦长179

6.4.1 景深179

6.4.2 焦长179

6.5 电镜分辨率180

6.5.1 点分辨率180

6.5.2 晶格分辨率181

6.6 电镜的电子光学系统182

6.6.1 照明系统182

6.6.2 成像系统184

6.6.3 观察记录系统186

6.7 主要附件186

6.7.1 样品倾斜装置（样品台）186

6.7.2 电子束的平移和倾斜装置187

6.7.3 消像散器187

6.7.4 光阑188

6.8 透射电镜中的电子衍射189

6.8.1 有效相机常数189

6.8.2 选区电子衍射190

6.9 常见的电子衍射花样191

6.9.1 单晶体的电子衍射花样191

6.9.2 多晶体的电子衍射花样194

6.9.3 复杂的电子衍射花样195

6.10 透射电镜的图像衬度理论205

6.10.1 衬度的概念与分类205

6.10.2 衍射衬度运动学理论与应用207

6.10.3 非理想晶体的衍射衬度213

6.10.4 非理想晶体的缺陷成像分析213

6.11 透射电镜的样品制备222

6.11.1 基本要求223

6.11.2 薄膜样品的制备过程223

本章小结224

思考题227

7 薄晶体的高分辨像229

7.1 高分辨电子显微像的形成原理229

7.1.1 试样透射函数的近似表达式230

7.1.2 衬度传递函数S（u，v）232

7.1.3 像平面上的像面波函数 B（x，y）234

7.1.4 最佳欠焦条件及电镜最高分辨率236

7.1.5 第一通带宽度（sinχ＝-1）的影响因素236

7.2 高分辨像举例242

7.2.1 晶格条纹像242

7.2.2 一维结构像244

7.2.3 二维晶格像245

7.2.4 二维结构像246

本章小结249

思考题249

8 扫描电子显微镜及电子探针250

8.1 扫描电镜的结构250

8.1.1 电子光学系统251

8.1.2 信号检测处理、图像显示和记录系统252

8.1.3 真空系统253

8.2 扫描电镜的主要性能参数253

8.2.1 分辨率253

8.2.2 放大倍数254

8.2.3 景深254

8.3 表面成像衬度254

8.3.1 二次电子成像衬度255

8.3.2 背散射电子成像衬度255

8.4 二次电子衬度像的应用257

8.5 背散射电子衬度像的应用259

8.6 电子探针260

8.6.1 电子探针波谱仪260

8.6.2 电子探针能谱仪262

8.6.3 能谱仪与波谱仪的比较264

8.7 电子探针分析及应用264

8.7.1 定性分析264

8.7.2 定量分析266

8.8 扫描透射电子显微镜267

8.9 扫描电镜的发展269

本章小结270

思考题271

9 表面分析技术272

9.1 俄歇电子能谱分析272

9.1.1 俄歇电子能谱仪的结构原理272

9.1.2 俄歇电子谱273

9.1.3 定性分析274

9.1.4 定量分析275

9.1.5 化学价态分析276

9.1.6 AES的应用举例276

9.1.7 俄歇能谱仪的最新进展278

9.2 X射线光电子能谱仪279

9.2.1 X射线光电子能谱仪的工作原理279

9.2.2 X射线光电子能谱仪的系统组成279

9.2.3 X光电子能谱及表征281

9.2.4 X光电子谱仪的功用283

9.2.5 XPS的应用举例285

9.2.6 XPS的发展趋势288

9.3 X射线荧光光谱288

9.3.1 工作原理288

9.3.2 结构组成288

9.3.3 应用289

9.4 扫描隧道电镜290

9.4.1 STM的基本原理290

9.4.2 STM的工作模式291

9.4.3 STM的特点292

9.4.4 STM的应用举例292

9.5 原子力显微镜295

9.5.1 原子力显微镜的工作原理295

9.5.2 原子力显微镜的工作模式296

9.5.3 试样制备297

9.5.4 形貌成像的应用297

9.6 聚焦离子束299

9.6.1 工作原理300

9.6.2 离子束与材料的相互作用301

9.6.3 聚焦离子束的应用301

9.7 低能电子衍射303

9.7.1 低能电子衍射的基本原理304

9.7.2 低能电子衍射仪的结构与花样特征305

9.7.3 LEED的应用举例305

本章小结307

思考题309

10 热分析技术310

10.1 热分析技术的发展史310

10.2 热分析方法310

10.2.1 热重分析法（TG）311

10.2.2 差热分析法（DTA）312

10.2.3 差示扫描量热法（DSC）315

10.3 热分析测量的影响因素317

10.3.1 实验条件317

10.3.2 试样特性318

10.4 热分析的应用319

10.4.1 块体金属玻璃319

10.4.2 硅酸盐321

10.4.3 陶瓷反应合成322

10.4.4 内生型复合材料323

10.4.5 含能材料324

10.4.6 反应活化能的计算325

10.5 热分析技术的新发展327

10.5.1 联用技术327

10.5.2 温度调制式差示扫描量热技术329

10.5.3 动态热机械分析技术329

本章小结329

思考题330

11 电子背散射衍射331

11.1 基本原理331

11.1.1 电子背散射衍射（EBSD）332

11.1.2 扫描电镜的透射菊池衍射332

11.2 EBSD仪器简介333

11.3 EBSD衍射谱标定与晶体取向确定334

11.3.1 EBSD衍射谱标定334

11.3.2 晶体取向确定337

11.4 EBSD分辨率339

11.5 EBSD样品制备340

11.6 EBSD的应用341

11.6.1 取向衬度成像341

11.6.2 织构分析342

11.6.3 晶粒取向差及晶界特性分析342

11.6.4 物相鉴定343

11.6.5 晶格缺陷分析344

本章小结344

思考题345

12 光谱分析346

12.1 红外光谱347

12.1.1 基本原理347

12.1.2 红外光谱与分子结构间的关系350

12.1.3 红外吸收光谱仪353

12.1.4 试样制备及处理355

12.1.5 应用实例356

12.2 拉曼光谱359

12.2.1 基本原理359

12.2.2 拉曼光谱仪器和拉曼光谱术361

12.2.3 拉曼光谱与红外光谱的比较362

12.2.4 试样的准备与安置363

12.2.5 拉曼光谱在材料研究中的应用364

12.3 电感耦合等离子体原子发射光谱366

本章小结369

思考题369

附录370

附录1 常用物理常数370

附录2 晶体的三类分法及其对称特征370

附录3 32种点群对称元素示意图371

附录4 宏观对称元素及说明372

附录5 32种点群的习惯符号、国际符号及圣佛利斯符号373

附录6 质量吸收系数μm374

附录7 原子散射因子f375

附录8 原子散射因子校正值△f376

附录9 粉末法的多重因素Phkl376

附录10 某些物质的特征温度？376

附录11 德拜函数？＋1/4之值377

附录12 应力测定常数377

附录13 常见晶体的标准电子衍射花样378

参考文献383