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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110

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115

4.7膜厚的测量117

4.8多晶体的织构分析117

4.8.1织构及其表征117

4.8.2丝织构的测定120

4.8.3板织构的测定122

4.8.4反极图的测绘与分析126

4.8.5织构的三维取向分布函数法129

4.9晶粒大小的测定130

4.10小角X射线散射132

4.10.1小角X射线散射的基本原理132

4.10.2小角X射线散射实验136

4.10.3小角X射线散射技术的特点138

4.10.4小角X射线散射技术的应用138

4.11淬火钢中残余奥氏体的测量142

本章小结142

思考题145

5电子显微分析的基础147

5.1光学显微镜的分辨率148

5.2电子波的波长149

5.3电子与固体物质的作用150

5.3.1电子散射151

5.3.2电子与固体作用时激发的信息153

5.4电子衍射156

5.4.1电子衍射与X射线衍射的异同点157

5.4.2电子衍射的方向——布拉格方程158

5.4.3电子衍射的厄瓦尔德图解158

5.4.4电子衍射花样的形成原理及电子衍射的基本公式159

5.4.5零层倒易面及非零层倒易面160

5.4.6标准电子衍射花样161

5.4.7偏移矢量164

本章小结166

思考题168

6透射电子显微镜169

6.1工作原理169

6.2电磁透镜170

6.2.1静电透镜170

6.2.2电磁透镜170

6.3电磁透镜的像差172

6.3.1球差172

6.3.2像散173

6.3.3色差173

6.4电磁透镜的景深与焦长175

6.4.1景深175

6.4.2焦长175

6.5电镜分辨率176

6.5.1点分辨率176

6.5.2晶格分辨率177

6.6电镜的电子光学系统178

6.6.1照明系统178

6.6.2成像系统180

6.6.3观察记录系统181

6.7主要附件181

6.7.1样品倾斜装置（样品台）181

6.7.2电子束的平移和倾斜装置182

6.7.3消像散器182

6.7.4光阑183

6.8透射电镜中的电子衍射184

6.8.1有效相机常数184

6.8.2选区电子衍射185

6.9常见的电子衍射花样186

6.9.1单晶体的电子衍射花样186

6.9.2多晶体的电子衍射花样189

6.9.3复杂的电子衍射花样190

6.10透射电镜的图像衬度理论196

6.10.1衬度的概念与分类196

6.10.2衍射衬度运动学理论与应用199

6.10.3非理想晶体的衍射衬度204

6.10.4非理想晶体的缺陷成像分析205

6.11透射电镜的样品制备213

6.11.1基本要求213

6.11.2薄膜样品的制备过程214

本章小结215

思考题217

7薄晶体的高分辨像219

7.1高分辨电子显微像的形成原理219

7.1.1试样透射函数的近似表达式219

7.1.2衬度传递函数S（u，v）221

7.1.3像平面上的像面波函数B（x，y）223

7.1.4最佳欠焦条件及电镜最高分辨率225

7.1.5第一通带宽度（sinx=-1）的影响因素226

7.2高分辨像举例231

7.2.1晶格条纹像231

7.2.2一维结构像233

7.2.3二维晶格像234

7.3.4二维结构像235

本章小结237

思考题237

8扫描电子显微镜及电子探针238

8.1扫描电镜的结构238

8.1.1电子光学系统239

8.1.2信号检测处理、图像显示和记录系统240

8.1.3真空系统241

8.2扫描电镜的主要性能参数241

8.2.1分辨率241

8.2.2放大倍数242

8.2.3景深242

8.3表面成像衬度242

8.3.1二次电子成像衬度243

8.3.2背散射电子成像衬度244

8.4二次电子衬度像的应用245

8.5背散射电子衬度像的应用247

8.6电子探针248

8.6.1电子探针波谱仪248

8.6.2电子探针能谱仪251

8.6.3能谱仪与波谱仪的比较252

8.7电子探针分析及应用253

8.7.1定性分析253

8.7.2定量分析255

8.8扫描电镜的发展255

本章小结256

思考题257

9表面分析技术258

9.1俄歇电子能谱分析（Auger Electron Spec-troscopy， AES）258

9.1.1俄歇电子能谱仪的结构原理258

9.1.2俄歇电子谱259

9.1.3定性分析260

9.1.4定量分析261

9.1.5化学价态分析262

9.1.6 AES的应用举例262

9.1.7俄歇能谱仪的最新进展264

9.2 X射线光电子能谱仪（X-Ray Pho-toelectron Spectroscopy， XPS）265

9.2.1 X射线光电子能谱仪的工作原理265

9.2.2 X射线光电子能谱仪的系统组成265

9.2.3 X光电子能谱及表征267

9.2.4 X光电子谱仪的功用269

9.2.5 XPS的应用举例271

9.2.6 XPS的发展趋势274

9.3扫描隧道电镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）274

9.3.1 STM的基本原理274

9.3.2 STM的工作模式275

9.3.3 STM的特点276

9.3.4 STM的应用举例277

9.4原子力显微镜（Atom Force Microscope，AFM）279

9.4.1原子力显微镜的工作原理279

9.4.2原子力显微镜的工作模式280

9.4.3试样制备281

9.4.4形貌成像的应用281

9.5低能电子衍射（Lower Energy Electron Diffraction， LEED）283

9.5.1低能电子衍射的基本原理284

9.5.2低能电子衍射仪的结构与花样特征285

9.5.3 LEED的应用举例285

本章小结287

思考题289

10热分析技术290

10.1热分析技术的发展史290

10.2热分析方法290

10.2.1热重分析法（TG）291

10.2.2差热分析法（DTA）292

10.2.3差示扫描量热法（DSC）295

10.3热分析测量的影响因素297

10.3.1实验条件297

10.3.2试样特性298

10.4热分析的应用299

10.4.1块体金属玻璃299

10.4.2硅酸盐301

10.4.3陶瓷反应合成302

10.4.4内生型复合材料303

10.4.5含能材料304

10.4.6反应活化能的计算305

10.5热分析技术的新发展307

10.5.1联用技术307

10.5.2温度调制式差示扫描量热技术309

10.5.3动态热机械分析技术309

本章小结309

思考题310

11红外光谱和拉曼光谱311

11.1红外光谱311

11.1.1基本原理311

11.1.2红外光谱与分子结构313

11.1.3影响基团频率的因素314

11.1.4红外光谱仪314

11.1.5试样的处理和制备315

11.1.6图谱解析315

11.1.7红外光谱法的应用315

11.1.8红外光谱新技术318

11.2拉曼光谱法319

11.2.1基本原理319

11.2.2拉曼光谱仪与样品的放置320

11.2.3拉曼光谱与红外光谱比较321

11.2.4拉曼光谱在材料中的应用321

本章小结325

思考题326

附录327

附录1 常用物理常数327

附录2 晶体的三类分法及其对称特征327

附录3 32种点群对称元素示意图328

附录4 宏观对称元素及说明329

附录5 32种点群的习惯符号、国际符号及圣佛利斯符号330

附录6 质量吸收系数μm331

附录7 原子散射因子f332

附录8 原子散射因子校正值△f333

附录9 粉末法的多重因素Phkl333

附录10 某些物质的特征温度？333

附录11 德拜函数ф（x）/x+1/4之值334

附录12 应力测定常数334

附录13 常见晶体的标准电子衍射花样335

参考文献340