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绪论1

第1篇　组织形貌分析3

第1章　组织形貌分析概论3

第2章　光学显微技术5

2.1　光学显微镜的发展历程5

2.2　光学显微镜的成像原理6

2.2.1　衍射的形成6

2.2.2　阿贝成像原理7

2.3　光学显微镜的构造和光路图9

2.3.1　光学系统9

2.3.2　机械装置9

2.4　显微镜的重要光学技术参数10

2.4.1　数值孔径10

2.4.3　放大率和有效放大率11

2.4.2　分辨率11

2.4.4　光学透镜的像差12

2.5　样品制备13

2.5.1　取样14

2.5.2　镶样14

2.5.3　磨光14

2.5.4　抛光14

2.5.5　腐蚀15

第3章　扫描电子显微镜16

3.1 扫描电镜的特点16

3.2 电子束与固体样品作用时产生的信号17

3.2.1　弹性散射和非弹性散射17

3.2.2　电子显微镜常用的信号18

3.2.3　各种信号的深度和区域大小18

3.3　扫描电镜的工作原理19

3.4.1　电子光学系统20

3.4　扫描电镜的构造20

3.4.2　信号收集及显示系统23

3.4.3　真空系统和电源系统24

3.5　扫描电镜衬度像24

3.5.1　二次电子像24

3.5.2　背散射电子像26

3.6　扫描电镜的主要优势28

3.6.1　分辨率28

3.6.2　放大倍数28

3.6.3　景深29

3.7　扫描电镜的制样方法30

3.8　扫描电镜应用实例30

3.8.1　断口形貌分析30

3.8.2　纳米材料形貌分析31

3.8.3　在微电子工业方面的应用32

第4章　扫描探针显微分析技术33

4.1　扫描隧道显微镜（STM）33

4.2　原子力显微技术34

4.2.1　原子力显微镜的结构34

4.2.2　造成原子力显微镜悬臂偏转的力35

4.2.3　两种类型的原子力显微镜35

4.3　其他扫描探针显微技术37

4.3.1　磁力显微技术（MFM）37

4.3.2　力调制显微技术（FMM）38

4.3.3　相位检测显微技术（PDM）39

4.3.4　静电力显微技术（EFM）40

4.3.5　扫描电容显微技术（SCM）40

4.3.6　热扫描显微技术（TSM）40

4.3.8　纳米光刻41

4.3.7　近场扫描光学显微技术（NSOM）41

第2篇　晶体物相分析42

第5章　物相分析概论42

5.1 材料的相组成及其对性能的影响42

5.2　物相分析的含义43

5.3　物相分析的手段43

5.3.1　X射线衍射43

5.3.2　电子衍射44

5.3.3　中子衍射44

第6章　晶体几何学基础45

6.1　正空间点阵45

6.1.1　晶体结构与空间点阵45

6.1.2　晶向和晶面46

6.2.1　倒易点阵的引入47

6.2　倒易点阵47

6.1.3　晶带47

6.2.2　倒易点阵定义48

6.2.3　倒易点阵与正空间点阵的关系48

第7章　电磁波及物质波的衍射理论50

7.1　衍射的概念与原理50

7.1.1　X射线衍射产生的物理原因50

7.1.2　电子衍射产生的物理原因51

7.2　衍射方向51

7.2.1　布拉格方程51

7.2.2　厄瓦尔德图解53

7.3　衍射强度54

7.3.1　单电子的散射强度54

7.3.2　原子散射强度56

7.3.3　晶胞散射强度57

7.3.4　晶粒衍射强度59

7.3.5　多晶体衍射强度62

7.3.6　影响衍射强度的其他因素62

7.3.7　完整的多晶体试样衍射强度公式63

第8章　X射线物相分析64

8.1　X射线的产生及其与物质的作用方式64

8.1.1　X射线的发现64

8.1.2　X射线的本质、产生及命名规则64

8.1.3　X射线谱66

8.1.4　X射线与物质的相互作用68

8.1.5　三种常用的实验方法70

8.2　德拜（Debye）相机和X射线衍射仪72

8.2.1　德拜相机72

8.2.2　X射线衍射仪74

8.3　X射线衍射（XRD）物相分析方法77

8.3.1　定性分析78

8.3.2　定量分析80

第9章　电子衍射及显微分析86

9.1　透射电镜的一般知识86

9.1.1　什么是透射电镜86

9.1.2　透射电镜发展简史87

9.1.3　为什么要用透射电镜88

9.2　透射电镜的工作原理——阿贝成像原理90

9.3　透射电镜的结构90

9.3.1　电子光学系统90

9.3.2　真空系统93

9.3.3　电源与控制系统93

9.3.4　电磁透镜93

9.4.1　电子衍射花样的形成94

9.4　电子衍射物相分析94

9.4.2　电子衍射的基本公式95

9.4.3　各种结构的衍射花样96

9.4.4　选区电子衍射97

9.4.5　衍射花样分析98

9.5　电子显微衬度像106

9.5.1　衬度定义106

9.5.2　四种衬度106

9.6　衍射衬度理论解释——运动学理论111

9.6.1　运动学理论的基本假设111

9.6.2　完整晶体衍射衬度的运动学理论112

9.6.3　不完整晶体的衍射衬度理论114

10.2　各种特征信号的产生机制117

10.1　原子中电子的分布和跃迁117

第10章　成分和价键分析概论117

第3篇　成分和价键（电子）结构分析117

10.3　各种成分分析手段的比较120

10.3.1　X光谱的特点和分析手段比较120

10.3.2　电子能谱的特点和分析手段比较121

第11章　X射线光谱分析122

11.1 电子探针仪122

11.2　能谱仪123

11.2.1　Si（Li）半导体探测器123

11.2.2　能量色散谱仪的结构和工作原理123

11.3　波谱仪124

11.3.1　波谱仪的结构和工作原理124

11.3.2　波谱图126

11.4　波谱仪和能谱仪的分析模式及应用127

11.5 波谱仪与能谱仪的比较128

11.6　X射线光谱分析及应用130

11.6.1　定性分析130

11.6.2　定量分析130

第12章　X射线光电子能谱分析131

12.1　X射线光电子能谱分析的基本原理131

12.1.1　光电子的产生131

12.1.2　化学位移134

12.2　X射线光电子能谱实验技术136

12.2.1　X射线光电子谱仪136

12.2.2　实验方法138

12.2.3　X射线光电子谱仪谱图分析140

12.3　X光电子能谱的应用145

12.3.2　生物医用材料聚醚氨酯的表面表征146

12.3.1　半导体方面的研究146

第13章　俄歇电子能谱149

13.1　俄歇过程理论149

13.1.1　俄歇电子的能量149

13.1.2　俄歇电子的强度150

13.2　饿歇电子谱仪152

13.2.1　初级探针系统152

13.2.2　能量分析器及信号检测系统153

13.2.3　俄歇谱仪的分辨率和灵敏度154

13.3　俄歇电子能谱图的分析技术155

13.3.1　俄歇电子能谱的定性分析155

13.3.2　表面元素的半定量分析156

13.3.3　表面元素的化学价态分析157

13.3.4　元素深度分布分析158

13.3.5　微区分析159

13.4.1　表面吸附和化学反应的研究160

13.4　俄歇电子能谱的应用160

13.4.2　薄膜的界面扩散反应研究161

13.4.3　薄膜制备的研究161

第4篇　分子结构分析163

第14章　分子结构分析概论163

14.1　分子光谱与分子结构163

14.2　分子光谱分类164

14.2.1　分子吸收光谱164

14.2.2　分子发射光谱165

14.2.3　核磁共振波谱165

第15章　振动光谱166

15.1　红外光谱基本原理166

15.1.1　分子中基团特性与共振频率的关系166

15.1.2　多原子分子的简正振动和红外对称性选择定则167

15.2.1　基团振动和红外光谱区域的关系168

15.2　基团频率和红外光谱区域的关系168

15.2.2　影响基团频率的因素170

15.3　红外光谱的解析176

15.3.1　红外光谱解析的标准谱图方法176

15.3.2　红外光谱的解析176

15.3.3　红外光谱的解析步骤179

15.4　傅里叶红外光谱180

15.4.1　红外光谱仪及其基本实验技术180

15.4.2　红外光谱的样品制备技术183

15.5　傅里叶变换红外光谱在材料研究中的应用184

15.5.1　有机高分子材料184

15.5.2　无机非金属材料195

15.6　红外光谱表面及界面结构分析方法196

15.6.1　透射光谱与光谱差减196

15.6.2　衰减全反射197

15.6.3　漫反射红外光谱198

15.6.4　傅里叶变换红外光声光谱199

15.6.5　反射吸收光谱201

15.7　激光拉曼光谱203

15.7.1　拉曼散射及拉曼位移203

15.7.2　激光拉曼光谱与红外光谱的比较203

15.7.3　拉曼光谱在材料研究中的应用205

第16章　核磁共振光谱213

16.1　核磁共振的基本原理213

16.1.1　原子核的自旋和磁矩213

16.1.2　饱和与弛豫215

16.2　化学位移216

16.2.1　化学位移的产生和表示方法216

16.2.2　影响化学位移的因素216

16.3 自旋偶合及自旋裂分220

16.4　质子化学位移与分子结构的关系222

16.4.1　键合在非环sp3杂化碳原子上的质子224

16.4.2　键合在非芳环sp2碳原子上的质子227

16.4.3　键合在芳环和杂芳环sp2碳原子上的质子228

16.4.4　键合在sp碳原子上的质子229

16.4.5　与O、S、N等杂原子相连的质子229

16.5　13C-核磁共振谱230

16.5.1　13C的化学位移230

16.5.2　13C的弛豫和分子结构235

16.5.3　分子运动速度与弛豫时间235

16.5.4　核磁共振实验技术236

16.5.5　核磁共振技术在材料研究中的应用238

附录247

参考文献254