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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23

1.5.2极式网与乌氏网25

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

2.43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数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94

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99

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104

4.4.3宏观应力的测定方法107

4.4.4应力常数K的确定109

4.5微观应力及晶粒大小的测定111

4.5.1衍射线的宽化111

4.5.2衍射线形的卷积合成及其宽度表征112

4.5.3 Kα双线分离——Rachinger图解法114

4.5.4物理宽度与仪器宽度的分离116

4.5.5微观应力宽度与晶粒细化宽度的分离117

4.6非晶态物质及其晶化后的衍射119

4.6.1非晶态物质结构的主要特征119

4.6.2非晶态物质的结构表征及其结构常数120

4.6.3非晶态物质的晶化122

4.7膜厚的测量124

4.8多晶体的织构分析125

4.8.1织构及其表征125

4.8.2丝织构的测定127

4.8.3板织构的测定130

4.8.4反极图的测绘与分析134

本章小结136

思考题138

5电子显微分析的基础140

5.1光学显微镜的分辨率141

5.2电子波的波长142

5.3电子与固体物质的作用143

5.3.1电子散射144

5.3.2电子与固体作用时激发的信息146

5.4电子衍射149

5.4.1电子衍射与X射线衍射的异同点150

5.4.2电子衍射的方向——布拉格方程151

5.4.3电子衍射的厄瓦尔德图解151

5.4.4电子衍射花样的形成原理及电子衍射的基本公式152

5.4.5零层倒易面及非零层倒易面153

5.4.6标准电子衍射花样154

5.4.7偏移矢量156

本章小结158

思考题160

6透射电子显微镜161

6.1工作原理161

6.2电磁透镜162

6.2.1静电透镜162

6.2.2电磁透镜162

6.3电磁透镜的像差164

6.3.1球差164

6.3.2像散165

6.3.3色差165

6.4电磁透镜的景深与焦长167

6.4.1景深167

6.4.2焦长167

6.5电镜分辨率168

6.5.1点分辨率168

6.5.2晶格分辨率169

6.6电镜的电子光学系统170

6.6.1照明系统170

6.6.2成像系统172

6.6.3观察记录系统173

6.7主要附件173

6.7.1样品倾斜装置（样品台）173

6.7.2电子束的平移和倾斜装置174

6.7.3消像散器174

6.7.4光栏175

6.8透射电镜中的电子衍射176

6.8.1有效相机常数176

6.8.2选区电子衍射177

6.9常见的电子衍射花样178

6.9.1单晶体的电子衍射花样178

6.9.2多晶体的电子衍射花样181

6.9.3复杂的电子衍射花样182

6.10透射电镜的图像衬度理论188

6.10.1衬度的概念与分类188

6.10.2衍射衬度运动学理论与应用191

6.10.3非理想晶体的衍射衬度196

6.10.4非理想晶体的缺陷成像分析197

6.11透射电镜的样品制备205

6.11.1基本要求205

6.11.2薄膜样品的制备过程206

本章小结207

思考题209

7薄晶体的高分辨像211

7.1晶格条纹像的形成212

7.2相位传递函数与Scherzer聚焦215

7.2.1相位传递函数215

7.2.2相位传递函数曲线的影响因素218

7.2.3加速电压对相位传递函数的影响222

7.2.4球差系数对相位传递函数的影响222

7.3高分辨像举例223

7.3.1晶格条纹像223

7.3.2一维结构像225

7.3.3二维晶格像226

7.3.4二维结构像227

本章小结229

思考题229

8扫描电子显微镜及电子探针230

8.1扫描电镜的结构230

8.1.1电子光学系统231

8.1.2信号检测处理、图像显示和记录系统232

8.1.3真空系统233

8.2扫描电镜的主要性能参数233

8.2.1分辨率233

8.2.2放大倍数234

8.2.3景深234

8.3表面成像衬度234

8.3.1二次电子成像衬度235

8.3.2背散射电子成像衬度236

8.4二次电子衬度像的应用237

8.5背散射电子衬度像的应用239

8.6电子探针240

8.6.1电子探针波谱仪240

8.6.2电子探针能谱仪243

8.6.3能谱仪与波谱仪的比较244

8.7电子探针分析及应用245

8.7.1定性分析245

8.7.2定量分析247

8.8扫描电镜的发展247

本章小结248

思考题249

9表面分析技术250

9.1俄歇电子能谱分析250

9.1.1俄歇电子能谱仪的结构原理250

9.1.2俄歇电子谱251

9.1.3定性分析252

9.1.4定量分析253

9.1.5化学价态分析254

9.1.6AES的应用举例254

9.1.7俄歇能谱仪的最新进展256

9.2 X射线光电子能谱仪257

9.2.1 X射线光电子能谱仪的工作原理257

9.2.2 X射线光电子能谱仪的系统组成257

9.2.3光电子能谱259

9.2.4光电子能谱中峰的种类260

9.2.5 X光电子谱仪的功用264

9.2.6 XPS的应用举例266

9.2.7 XPS的发展趋势269

9.3扫描隧道电镜269

9.3.1 STM的基本原理269

9.3.2 STM的工作模式270

9.3.3 STM的特点271

9.3.4 STM的应用举例272

9.4低能电子衍射274

9.4.1低能电子衍射的基本原理275

9.4.2低能电子衍射仪的结构与花样特征276

9.4.3 LEED的应用举例276

本章小结278

思考题280

10热分析技术281

10.1热分析技术的发展史281

10.2热分析方法281

10.2.1热重分析法（TG）282

10.2.2差热分析法（DTA）283

10.2.3差示扫描量热法（DSC）286

10.3热分析测量的影响因素288

10.3.1实验条件288

10.3.2试样特性289

10.4热分析的应用290

10.4.1块体金属玻璃290

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

10.5热分析技术的新发展296

10.5.1联用技术296

10.5.2温度调制式差示扫描量热技术298

10.5.3动态热机械分析技术298

本章小结298

思考题299

11光谱分析技术300

11.1原子发射光谱300

11.1.1基本原理300

11.1.2仪器301

11.1.3分析方法304

11.1.4应用305

11.2原子吸收光谱305

11.2.1基本原理305

11.2.2仪器305

11.2.3干扰与去除306

11.2.4分析方法306

11.2.5应用307

11.3原子荧光光谱法307

11.3.1基本原理307

11.3.2仪器308

11.3.3原子荧光光谱法的优点308

11.4紫外—可见分光光度法308

11.4.1基本原理308

11.4.2基本概念309

11.4.3紫外—可见分光光度计310

11.4.4紫外—可见分光光度法应用311

11.5红外光谱311

11.5.1基本原理312

11.5.2红外光谱仪313

11.5.3试样的处理和制备314

11.5.4红外光谱法的应用314

11.6激光Raman光谱法315

11.6.1基本原理315

11.6.2激光Raman光谱仪315

11.6.3 Raman光谱的应用316

本章小结316

思考题317

附录318

附录1常用物理常数318

附录2晶体的三类分法及其对称特征318

附录3 32种点群对称元素示意图319

附录4宏观对称元素及说明320

附录5 32种点群的习惯符号、国际符号及圣佛利斯符号321

附录6质量吸收系数μm322

附录7原子散射因子f323

附录8原子散射因子校正值△f324

附录9粉末法的多重因素P hkl324

附录10某些物质的特征温度？324

附录11德拜函数φ（x）/x＋1/4之值325

附录12应力测定常数325

附录13常见晶体的标准电子衍射花样326

参考文献331