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第1章 晶体结构和磁结构基础1

1.1 晶体点阵1

1.1.1 点阵概念1

1.1.2 晶胞、晶系2

1.1.3 点阵类型2

1.2 晶体的宏观对称性和点群4

1.2.1 宏观对称元素和宏观对称操作4

1.2.2 宏观对称性和点群7

1.3 晶体的微观对称性和空间群10

1.3.1 微观对称要素与对称操作10

1.3.2 230种空间群12

1.4 倒易点阵12

1.4.1 倒易点阵概念的引入12

1.4.2 正点阵与倒易点阵间的几何关系14

1.5 晶体极射赤面投影16

1.5.1 晶体极射赤面投影原理16

1.5.2 标准极图18

1.6 晶体的结合类型19

1.6.1 离子结合20

1.6.2 共价结合21

1.6.3 金属结合21

1.6.4 分子结合22

1.6.5 氢键结合22

1.6.6 混合键晶体23

1.7 磁对称性和磁结构25

1.7.1 磁性原子的自旋结构25

1.7.2 磁点阵25

1.7.3 磁点群27

1.7.4 磁空间群28

1.7.5 磁性结构30

主要参考文献31

第2章 中子射线及其与物质的交互作用32

2.1 引言32

2.2 原子反应堆中子源33

2.3 脉冲中子源35

2.4 三种源的比较38

2.5 中子射线源的线束设备40

2.6 中子与物质的交互作用44

2.6.1 物质对中子射线的吸收44

2.6.2 中子射线的折射49

2.6.3 中子射线的反射50

2.7 物质对入射中子的散射52

2.7.1 中子的核散射52

2.7.2 中子的磁散射53

主要参考文献54

第3章 中子衍射的运动学理论55

3.1 相干散射和非相干散射55

3.2 射线衍射线束的方位55

3.2.1 劳厄方程55

3.2.2 布拉格公式58

3.3 多晶体核衍射强度的运动学理论59

3.3.1 单个核的散射强度59

3.3.2 固体原子核集的衍射强度61

3.3.3 多晶物质的积分散射68

3.4 中子的磁散射强度69

3.4.1 顺磁材料的磁散射71

3.4.2 铁磁和反铁磁材料的散射73

3.4.3 稀土原子的散射73

3.5 中子衍射强度公式及其比较75

3.5.1 中子衍射强度公式75

3.5.2 三种结构因子的比较和其中原子位置参数76

3.5.3 fX、b、μ的比较78

3.5.4 磁衍射形状因子78

主要参考文献82

第4章 中子衍射散射实验方法83

4.1 中子衍射实验方法的基本类型83

4.2 中子照相法84

4.3 高分辨粉末衍射仪85

4.4 中子单晶衍射仪88

4.5 其他中子散射衍射装置90

4.5.1 中子小角度散射术90

4.5.2 中子材料织构测定仪91

4.5.3 中子貌相实验设备91

4.5.4 中子干涉量度术92

4.6 中子非弹性散射谱术92

4.7 原位中子衍射装置93

主要参考文献95

第5章 晶体结构的测定97

5.1 多晶样品衍射花样的Rietveld结构精修98

5.1.1 Rietveld结构精修的原理98

5.1.2 Rietveld结构精修的步骤101

5.2 YFe10Si2的晶体结构和磁结构的测定102

5.3 多晶样品结构测定从头计算法104

5.4 粉末衍射花样指标化的计算机程序106

5.4.1 Ito（伊藤）指标化程序106

5.4.2 TREOR指标化程序107

5.4.3 DICVOL指标化程序108

5.4.4 Jade程序包中的衍射花样指标化111

5.5 重叠峰的分离112

5.5.1 晶面间距相近的重叠峰的分离113

5.5.2 晶面间距相同的重叠峰的分离114

5.6 多晶样品结构测定实例115

5.6.1 不计衍射强度的多晶样品结构测定实例115

5.6.2 计衍射强度的多晶样品结构测定实例118

5.7 单晶样品的结构测定120

5.7.1 实验数据的获得120

5.7.2 单晶结构测定的相角问题121

5.7.3 解相角的各种方法122

5.7.4 单晶结构的精修124

5.7.5 单晶结构测定小结127

5.8 单晶样品晶体结构中子衍射测定实例128

主要参考文献131

第6章 自旋结构和磁结构的测定132

6.1 磁散射效应和晶体的衍射强度133

6.2 衍射花样中磁散射的特征和磁散射效应分离134

6.2.1 衍射花样中磁散射的特征134

6.2.2 磁散射效应分离137

6.3 MnO的晶体结构和磁结构的测定137

6.4 高Tc超导体的磁相图和自旋关系的研究140

6.4.1 La2-x(Sr,Ba)xCuO4-y和YBa2Cu3O6+x磁相图140

6.4.2 La2CuO4和YBa2Cu3O6自旋关系的研究141

6.5 磁结构中子衍射的测定举例142

6.5.1 Er2Fe13-xMnxB的磁结构的测定143

6.5.2 Y(Mn1-xCox)12磁结构的测定145

主要参考文献148

第7章 物相衍射分析149

7.1 物相鉴定149

7.1.1 物相鉴定（定性相分析）的原理149

7.1.2 PCPDFWIW在定性相分析系统中的应用151

7.2 多相试样的衍射强度154

7.3 采用标样的定量相分析方法155

7.3.1 内标法156

7.3.2 增量法159

7.3.3 外标法161

7.3.4 基体效应消除法（K值法）166

7.3.5 标样方法的实验比较169

7.4 无标样的定量相分析方法170

7.4.1 直接比较法170

7.4.2 绝热法170

7.4.3 Zevin的无标样法及其改进172

7.4.4 无标样法的实验比较176

7.5 中子衍射物相分析注意事项177

7.5.1 PDF标准数据库的格式177

7.5.2 衍射花样中的线条分布和相对强度178

7.5.3 中子衍射物相分析注意要点180

7.6 相变研究180

7.6.1 结构相变和非结构相变180

7.6.2 现代相变研究181

主要参考文献183

第8章 材料残余应力衍射测定184

8.1 应力的分类及其射线衍射效应184

8.1.1 第Ⅰ类内应力185

8.1.2 第Ⅱ类内应力186

8.1.3 第Ⅲ类内应力186

8.2 平面宏观应力测定原理187

8.2.1 材料中应变与晶面间距187

8.2.2 平面应力表达式188

8.3 平面宏观应力的测定方法190

8.3.1 同倾法190

8.3.2 侧倾法191

8.4 三维应力的测定193

8.5 中子衍射法应变测定装置194

8.6 残余应变中子衍射测定的一些例子197

8.6.1 焊接应力测定的两个例子198

8.6.2 合成物和多相材料中的残余应力200

8.6.3 渗碳层中的残余应力201

8.6.4 三维应力测定实例202

8.6.5 原位测定残余应力的两个例子203

主要参考文献205

第9章 材料织构的衍射测定206

9.1 晶粒取向和织构及其分类206

9.1.1 晶体取向的表达式206

9.1.2 晶体学织构及分类207

9.2 极图测定207

9.2.1 极图测定的衍射几何和方法207

9.2.2 数据处理和极图的描绘208

9.3 反极图的测定209

9.4 三维取向分布函数210

9.4.1 一般介绍210

9.4.2 极密度分布函数211

9.4.3 取向分布函数的表达式212

9.4.4 取向分布函数的计算213

9.4.5 取向分布函数截面图和取向线213

9.5 材料织构分析214

9.5.1 理想取向的分析215

9.5.2 多重织构组分分析218

9.5.3 织构的形成和演变219

主要参考文献221

第10章 中子小角衍射散射的应用222

10.1 中子反射率和中子折射指数222

10.2 材料颗粒大小的小角中子散射研究223

10.2.1 多粒子系统的小角散射223

10.2.2 材料微粒大小及其分布的测定225

10.3 材料分形（fractal）结构研究229

10.3.1 分形229

10.3.2 来自质量和表面尺幂度体的小角散射230

10.3.3 散射强度与尺幂度体维度的关系232

10.3.4 分形结构测定实例——碳纳米管的分形232

10.4 应用实例——含氮奥氏体钢拉伸形变中纳米偏聚233

主要参考文献234

第11章 新型材料的衍射散射分析235

11.1 薄膜和一维超点阵材料的分析235

11.1.1 工程薄膜和多层膜的研究235

11.1.2 一维超点阵材料的分析236

11.2 纳米材料微结构分析239

11.2.1 测定纳米材料微结构时各有关参数的获得240

11.2.2 晶粒大小、微应力及层错的宽化效应241

11.2.3 分离微晶和微应力宽化效应的最小二乘方法244

11.2.4 分离微晶-层错XRD线宽化效应的最小二乘方法245

11.2.5 分离微应力-层错二重宽化效应的最小二乘方法246

11.2.6 微晶-微应力-层错三重宽化效应的最小二乘方法247

11.2.7 计算程序系列的结构248

11.2.8 纳米材料颗粒大小的小角中子散射分析249

11.3 介孔材料的射线分析251

11.3.1 介孔材料的分类251

11.3.2 介孔材料的结构特征251

11.3.3 介孔材料的应用253

11.3.4 介孔材料射线表征方法的特点254

11.3.5 孔结构参数的计算255

11.3.6 介孔材料分析实例255

11.3.7 介孔材料的分形结构SAXS研究259

主要参考文献262

第12章 物质动态结构的非弹性散射研究264

12.1 动态结构研究理论基础简介264

12.1.1 核的振动和声子264

12.1.2 声子散射谱的实验测定和数据分析266

12.2 结晶物质的点阵动力学研究269

12.2.1 晶体内的点阵动力学270

12.2.2 晶体表面和界面的动力学结构273

12.2.3 多晶样品中的声子275

12.2.4 薄膜和纳米晶中的声子276

12.3 非晶物质、聚合物和生物高分子中的动力学结构278

12.3.1 非晶固体的动力学结构278

12.3.2 高聚合物（polymer）动力学结构279

12.3.3 生物大分子的动力学结构281

12.4 高Tc超导体的点阵动力学研究282

12.4.1 YBa2Cu3O7的温度效应282

12.4.2 氧含量对YBa2Cu3O7-δ的影响282

12.4.3 高Tc和低Tc材料的比较284

12.5 小结287

主要参考文献289

第13章 中子衍射散射的工业应用291

13.1 材料微结构参数的测定291

13.2 材料微粒子（微孔）大小及分布的测定296

13.3 多相产品分析297

13.4 材料的织构分析298

13.5 单晶质量检查298

13.6 残余应力测定的工业应用298

13.7 材料的中子射线照相299

13.8 材料的中子衍射综合表征301

主要参考文献302

附录304

附表1 晶体结构和磁结构的晶系、布拉维点阵、点群、空间群数目的比较304

附表2（a） 晶体的布拉维点阵一览表304

附表2（b） 磁布拉维点阵一览表304

附表3（a） 晶体点群一览表305

附表3（b） 磁点群一览表305

附表3（c） 可接受的磁点群目录305

附表4（a） 晶体230个空间群一览表306

附表4（b） 六方晶系磁空间群一览表307

附表4（c） 立方晶系磁空间群一览表308

《现代物理基础丛书》已出版书目310