中子衍射技術(shù)及其應(yīng)用

內(nèi)容概要

“中子衍射技術(shù)及其應(yīng)用”是基于材料中物質(zhì)對(duì)入射中子的吸收、散射和衍射等現(xiàn)象，對(duì)物質(zhì)（材料）晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)研究的學(xué)科分支。全書分為13章。包括晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，中子射線及其與物質(zhì)的交互作用，中子衍射的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，中子衍射散射實(shí)驗(yàn)方法，晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定，自旋結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)的測(cè)定，物相衍射分析，材料殘余應(yīng)力衍射測(cè)定，材料織構(gòu)的衍射測(cè)定，中子小角衍射散射的應(yīng)用，新型材料的衍射散射分析，物質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的非彈性散射研究以及中子衍射散射的工業(yè)應(yīng)用。
中子衍射技術(shù)及其應(yīng)用可供固體物理、材料科學(xué)與工程、化學(xué)與化工、生物學(xué)與生物工程和醫(yī)藥與藥物工程等專業(yè)的高校及科研院所的教師、研究生、高年級(jí)本科生閱讀，也可供從事衍射分析的專業(yè)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

姜傳海，男，1963年9月生，漢族，教授，博士生導(dǎo)師。1983年7月畢業(yè)于蘭州大學(xué)物理系，1983年8月～1995年8月在哈爾濱汽輪機(jī)廠材料研究所工作，1995年9月～2000年2月在哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料系攻讀博士學(xué)位，2001年3月～2003年11月在上海交通大學(xué)材料學(xué)院從事博士后工作，2001年12月至今在上海交通大學(xué)材料學(xué)院從事材料表征，教學(xué)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開發(fā)研究，2007年在法國(guó)國(guó)立高等工程技術(shù)學(xué)院（ENSAM）做高級(jí)訪問學(xué)者。
現(xiàn)擔(dān)任中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)材料分會(huì)理事及殘余應(yīng)力專業(yè)委員會(huì)副主任兼秘書長(zhǎng)，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)失效分析分會(huì)理事及噴丸技術(shù)專業(yè)委員會(huì)常務(wù)副主任、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)理化檢驗(yàn)分會(huì)理事、中國(guó)晶體學(xué)會(huì)理事及粉末衍射專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)物理學(xué)會(huì)X射線衍射專業(yè)委員會(huì)委員、上海市物理學(xué)會(huì)X射線與同步輻射專業(yè)委員會(huì)主任等。
開設(shè)有材料組織結(jié)構(gòu)表征、X射線衍射原理和技術(shù)、材料近代物理測(cè)試方法、不完整晶體結(jié)構(gòu)及其分析方法、同步輻射技術(shù)及其應(yīng)用課程。
共主持國(guó)家、省部級(jí)及大中型企業(yè)科研項(xiàng)目50余項(xiàng)。發(fā)表論文200余篇，被SCI及EI檢索150余篇。
著有《材料的射線衍射和散射分析》、《X射線衍射技術(shù)及其應(yīng)用》和《材料組織結(jié)構(gòu)表征》。
楊傳錚，男，1939年8月生，侗族，教授。1963年6月畢業(yè)于上?？茖W(xué)技術(shù)大學(xué)金屬物理專業(yè)，1963年7月～1988年9月在中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所從事材料物理和X射線衍射及電子顯微鏡應(yīng)用方面的研究，1988年10月～1993年5月先后應(yīng)美網(wǎng)EXXON研究與工程公司和美國(guó)Biosym技術(shù)有限公司邀請(qǐng)，在美國(guó)長(zhǎng)島Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室從事材料的同步輻射和中子衍射散射合作研究，1993年6月～1999年8月在上海大學(xué)物理系任教，現(xiàn)已退休。
先后開設(shè)激光光講學(xué)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的理論與方法、同步輻射應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用物理的沿系列講座等研究生課程。在各種期刊雜志上發(fā)表相關(guān)論文60余篇。著有《物相衍射分析》和《晶體的射線衍射基礎(chǔ)》。“材科科學(xué)中的晶體結(jié)構(gòu)和缺陷的X射線研究”獲1982年國(guó)家自然科學(xué)四等獎(jiǎng)（排名第二），“遙控武X射線貌相機(jī)”獲1984年上海市重大科研成果三等獎(jiǎng)（排名第一）。
曾任中國(guó)物理學(xué)會(huì)X射線衍射專業(yè)委員會(huì)委員（1982年～1998年），第一屆委員兼秘書長(zhǎng)（1982年～1986年），上海市物理學(xué)會(huì)X射線與同步輻射專業(yè)委員會(huì)第一屆委員兼秘書長(zhǎng)（1982年～1992年），上海市金屬學(xué)會(huì)理事兼材料專業(yè)委員會(huì)副主任，現(xiàn)任上海市物理學(xué)會(huì)X射線與同步輻射專業(yè)委員會(huì)顧問。
2004年3月至今，對(duì)納米材料和電池活性物質(zhì)及電極過(guò)程進(jìn)行大量研究，發(fā)表論文40余篇。著有《同步輻射X射線應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》、《納米材料的X射線分析》、《材料的射線衍射和散射分析》和《X射線衍射技術(shù)及其應(yīng)用》。

書籍目錄

前言第1章 晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1.1 晶體點(diǎn)陣1.1.1 點(diǎn)陣概念1.1.2 晶胞、晶系1.1.3 點(diǎn)陣類型1.2 晶體的宏觀對(duì)稱性和點(diǎn)群1.2.1 宏觀對(duì)稱元素和宏觀對(duì)稱操作1.2.2 宏觀對(duì)稱性和點(diǎn)群1.3 晶體的微觀對(duì)稱性和空間群1.3.1 微觀對(duì)稱要素與對(duì)稱操作1.3.2 230種空間群1.4 倒易點(diǎn)陣1.4.1 倒易點(diǎn)陣概念的引入1.4.2 正點(diǎn)陣與倒易點(diǎn)陣間的幾何關(guān)系1.5 晶體極射赤面投影1.5.1 晶體極射赤面投影原理1.5.2 標(biāo)準(zhǔn)極圖1.6 晶體的結(jié)合類型1.6.1 離子結(jié)合1.6.2 共價(jià)結(jié)合1.6.3 金屬結(jié)合1.6.4 分子結(jié)合1.6.5 氫鍵結(jié)合1.6.6 混合鍵晶體1.7 磁對(duì)稱性和磁結(jié)構(gòu)1.7.1 磁性原子的自旋結(jié)構(gòu)1.7.2 磁點(diǎn)陣1.7.3 磁點(diǎn)群1.7.4 磁空間群1.7.5 磁性結(jié)構(gòu)主要參考文獻(xiàn)第2章 中子射線及其與物質(zhì)的交互作用2.1 引言2.2 原子反應(yīng)堆中子源2.3 脈沖中子源2.4 三種源的比較2.5 中子射線源的線束設(shè)備2.6 中子與物質(zhì)的交互作用2.6.1 物質(zhì)對(duì)中子射線的吸收2.6.2 中子射線的折射2.6.3 中子射線的反射2.7 物質(zhì)對(duì)入射中子的散射2.7.1 中子的核散射2.7.2 中子的磁散射主要參考文獻(xiàn)第3章 中子衍射的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論3.1 相干散射和非相干散射3.2 射線衍射線束的方位3.2.1 勞厄方程3.2.2 布拉格公式3.3 多晶體核衍射強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論3.3.1 單個(gè)核的散射強(qiáng)度3.3.2 固體原子核集的衍射強(qiáng)度3.3.3 多晶物質(zhì)的積分散射3.4 中子的磁散射強(qiáng)度3.4.1 順磁材料的磁散射3.4.2 鐵磁和反鐵磁材料的散射3.4.3 稀土原子的散射3.5 中子衍射強(qiáng)度公式及其比較3.5.1 中子衍射強(qiáng)度公式3.5.2 三種結(jié)構(gòu)因子的比較和其中原子位置參數(shù)3.5.3 fX、b、μ的比較3.5.4 磁衍射形狀因子主要參考文獻(xiàn)第4章 中子衍射散射實(shí)驗(yàn)方法4.1 中子衍射實(shí)驗(yàn)方法的基本類型4.2 中子照相法4.3 高分辨粉末衍射儀4.4 中子單晶衍射儀4.5 其他中子散射衍射裝置4.5.1 中子小角度散射術(shù)4.5.2 中子材料織構(gòu)測(cè)定儀4.5.3 中子貌相實(shí)驗(yàn)設(shè)備4.5.4 中子干涉量度術(shù)4.6 中子非彈性散射譜術(shù)4.7 原位中子衍射裝置主要參考文獻(xiàn)第5章 晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定5.1 多晶樣品衍射花樣的Rietveld結(jié)構(gòu)精修5.1.1 Rietveld結(jié)構(gòu)精修的原理5.1.2 Rietveld結(jié)構(gòu)精修的步驟5.2 YFe10Si2的晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)的測(cè)定5.3 多晶樣品結(jié)構(gòu)測(cè)定從頭計(jì)算法5.4 粉末衍射花樣指標(biāo)化的計(jì)算機(jī)程序5.4.1 Ito(伊藤)指標(biāo)化程序5.4.2 TREOR指標(biāo)化程序5.4.3 DICVOL指標(biāo)化程序5.4.4 Jade程序包中的衍射花樣指標(biāo)化5.5 重疊峰的分離5.5.1 晶面間距相近的重疊峰的分離5.5.2 晶面間距相同的重疊峰的分離5.6 多晶樣品結(jié)構(gòu)測(cè)定實(shí)例5.6.1 不計(jì)衍射強(qiáng)度的多晶樣品結(jié)構(gòu)測(cè)定實(shí)例5.6.2 計(jì)衍射強(qiáng)度的多晶樣品結(jié)構(gòu)測(cè)定實(shí)例5.7 單晶樣品的結(jié)構(gòu)測(cè)定5.7.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得5.7.2 單晶結(jié)構(gòu)測(cè)定的相角問題5.7.3 解相角的各種方法5.7.4 單晶結(jié)構(gòu)的精修5.7.5 單晶結(jié)構(gòu)測(cè)定小結(jié)5.8 單晶樣品晶體結(jié)構(gòu)中子衍射測(cè)定實(shí)例主要參考文獻(xiàn)第6章 自旋結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)的測(cè)定6.1 磁散射效應(yīng)和晶體的衍射強(qiáng)度6.2 衍射花樣中磁散射的特征和磁散射效應(yīng)分離6.2.1 衍射花樣中磁散射的特征6.2.2 磁散射效應(yīng)分離6.3 MnO的晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)的測(cè)定6.4 高Tc超導(dǎo)體的磁相圖和自旋關(guān)系的研究6.4.1 La2-x(Sr,Ba)xCuO4-y和YBa2Cu3O6+x磁相圖6.4.2 La2CuO4和YBa2Cu3O6自旋關(guān)系的研究6.5 磁結(jié)構(gòu)中子衍射的測(cè)定舉例6.5.1 Er2Fe13-xMnxB的磁結(jié)構(gòu)的測(cè)定6.5.2 Y(Mn1-xCox)12磁結(jié)構(gòu)的測(cè)定主要參考文獻(xiàn)第7章 物相衍射分析7.1 物相鑒定7.1.1 物相鑒定(定性相分析)的原理7.1.2 PCPDFWIW在定性相分析系統(tǒng)中的應(yīng)用7.2 多相試樣的衍射強(qiáng)度7.3 采用標(biāo)樣的定量相分析方法7.3.1 內(nèi)標(biāo)法7.3.2 增量法7.3.3 外標(biāo)法7.3.4 基體效應(yīng)消除法(K值法)7.3.5 標(biāo)樣方法的實(shí)驗(yàn)比較7.4 無(wú)標(biāo)樣的定量相分析方法7.4.1 直接比較法7.4.2 絕熱法7.4.3 Zevin的無(wú)標(biāo)樣法及其改進(jìn)7.4.4 無(wú)標(biāo)樣法的實(shí)驗(yàn)比較7.5 中子衍射物相分析注意事項(xiàng)7.5.1 PDF標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)的格式7.5.2 衍射花樣中的線條分布和相對(duì)強(qiáng)度7.5.3 中子衍射物相分析注意要點(diǎn)7.6 相變研究7.6.1 結(jié)構(gòu)相變和非結(jié)構(gòu)相變7.6.2 現(xiàn)代相變研究主要參考文獻(xiàn)第8章 材料殘余應(yīng)力衍射測(cè)定8.1 應(yīng)力的分類及其射線衍射效應(yīng)8.1.1 第Ⅰ類內(nèi)應(yīng)力8.1.2 第Ⅱ類內(nèi)應(yīng)力8.1.3 第Ⅲ類內(nèi)應(yīng)力8.2 平面宏觀應(yīng)力測(cè)定原理8.2.1 材料中應(yīng)變與晶面間距8.2.2 平面應(yīng)力表達(dá)式8.3 平面宏觀應(yīng)力的測(cè)定方法8.3.1 同傾法8.3.2 側(cè)傾法8.4 三維應(yīng)力的測(cè)定8.5 中子衍射法應(yīng)變測(cè)定裝置8.6 殘余應(yīng)變中子衍射測(cè)定的一些例子8.6.1 焊接應(yīng)力測(cè)定的兩個(gè)例子8.6.2 合成物和多相材料中的殘余應(yīng)力8.6.3 滲碳層中的殘余應(yīng)力8.6.4 三維應(yīng)力測(cè)定實(shí)例8.6.5 原位測(cè)定殘余應(yīng)力的兩個(gè)例子主要參考文獻(xiàn)第9章 材料織構(gòu)的衍射測(cè)定9.1 晶粒取向和織構(gòu)及其分類9.1.1 晶體取向的表達(dá)式9.1.2 晶體學(xué)織構(gòu)及分類9.2 極圖測(cè)定9.2.1 極圖測(cè)定的衍射幾何和方法9.2.2 數(shù)據(jù)處理和極圖的描繪9.3 反極圖的測(cè)定9.4 三維取向分布函數(shù)9.4.1 一般介紹9.4.2 極密度分布函數(shù)9.4.3 取向分布函數(shù)的表達(dá)式9.4.4 取向分布函數(shù)的計(jì)算9.4.5 取向分布函數(shù)截面圖和取向線9.5 材料織構(gòu)分析9.5.1 理想取向的分析9.5.2 多重織構(gòu)組分分析9.5.3 織構(gòu)的形成和演變主要參考文獻(xiàn)第10章 中子小角衍射散射的應(yīng)用10.1 中子反射率和中子折射指數(shù)10.2 材料顆粒大小的小角中子散射研究10.2.1 多粒子系統(tǒng)的小角散射10.2.2 材料微粒大小及其分布的測(cè)定10.3 材料分形(fractal)結(jié)構(gòu)研究10.3.1 分形10.3.2 來(lái)自質(zhì)量和表面尺冪度體的小角散射10.3.3 散射強(qiáng)度與尺冪度體維度的關(guān)系10.3.4 分形結(jié)構(gòu)測(cè)定實(shí)例——碳納米管的分形10.4 應(yīng)用實(shí)例——含氮奧氏體鋼拉伸形變中納米偏聚主要參考文獻(xiàn)第11章 新型材料的衍射散射分析11.1 薄膜和一維超點(diǎn)陣材料的分析11.1.1 工程薄膜和多層膜的研究11.1.2 一維超點(diǎn)陣材料的分析11.2 納米材料微結(jié)構(gòu)分析11.2.1 測(cè)定納米材料微結(jié)構(gòu)時(shí)各有關(guān)參數(shù)的獲得11.2.2 晶粒大小、微應(yīng)力及層錯(cuò)的寬化效應(yīng)11.2.3 分離微晶和微應(yīng)力寬化效應(yīng)的最小二乘方法11.2.4 分離微晶-層錯(cuò)XRD線寬化效應(yīng)的最小二乘方法11.2.5 分離微應(yīng)力-層錯(cuò)二重寬化效應(yīng)的最小二乘方法11.2.6 微晶-微應(yīng)力-層錯(cuò)三重寬化效應(yīng)的最小二乘方法11.2.7 計(jì)算程序系列的結(jié)構(gòu)11.2.8 納米材料顆粒大小的小角中子散射分析11.3 介孔材料的射線分析11.3.1 介孔材料的分類11.3.2 介孔材料的結(jié)構(gòu)特征11.3.3 介孔材料的應(yīng)用11.3.4 介孔材料射線表征方法的特點(diǎn)11.3.5 孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算11.3.6 介孔材料分析實(shí)例11.3.7 介孔材料的分形結(jié)構(gòu)SAXS研究主要參考文獻(xiàn)第12章 物質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的非彈性散射研究12.1 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)研究理論基礎(chǔ)簡(jiǎn)介12.1.1 核的振動(dòng)和聲子12.1.2 聲子散射譜的實(shí)驗(yàn)測(cè)定和數(shù)據(jù)分析12.2 結(jié)晶物質(zhì)的點(diǎn)陣動(dòng)力學(xué)研究12.2.1 晶體內(nèi)的點(diǎn)陣動(dòng)力學(xué)12.2.2 晶體表面和界面的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)12.2.3 多晶樣品中的聲子12.2.4 薄膜和納米晶中的聲子12.3 非晶物質(zhì)、聚合物和生物高分子中的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)12.3.1 非晶固體的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)12.3.2 高聚合物(polymer)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)12.3.3 生物大分子的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)12.4 高Tc超導(dǎo)體的點(diǎn)陣動(dòng)力學(xué)研究12.4.1 YBa2Cu3O7的溫度效應(yīng)12.4.2 氧含量對(duì)YBa2Cu3O7-δ的影響12.4.3 高Tc和低Tc材料的比較12.5 小結(jié)主要參考文獻(xiàn)第13章 中子衍射散射的工業(yè)應(yīng)用13.1 材料微結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)定13.2 材料微粒子(微孔)大小及分布的測(cè)定13.3 多相產(chǎn)品分析13.4 材料的織構(gòu)分析13.5 單晶質(zhì)量檢查13.6 殘余應(yīng)力測(cè)定的工業(yè)應(yīng)用13.7 材料的中子射線照相13.8 材料的中子衍射綜合表征主要參考文獻(xiàn)附錄附表1 晶體結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)的晶系、布拉維點(diǎn)陣、點(diǎn)群、空間群數(shù)目的比較附表2(a) 晶體的布拉維點(diǎn)陣一覽表附表2(b) 磁布拉維點(diǎn)陣一覽表附表3(a) 晶體點(diǎn)群一覽表附表3(b) 磁點(diǎn)群一覽表附表3(c) 可接受的磁點(diǎn)群目錄附表4(a) 晶體230個(gè)空間群一覽表附表4(b) 六方晶系磁空間群一覽表附表4(c) 立方晶系磁空間群一覽表《現(xiàn)代物理基礎(chǔ)叢書》已出版書目

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   必須指出的是，多相材料中的相間應(yīng)力，從其作用與平衡范圍上講，應(yīng)屬于第Ⅱ類應(yīng)力的范疇。然而不同物相的衍射譜線互不重合，不但造成圖8.4所示的寬化效應(yīng)，而且可能導(dǎo)致各物相的衍射譜線位移。因此，其射線衍射效應(yīng)與宏觀應(yīng)力相類似，故又稱為偽宏觀應(yīng)力，可以利用宏觀應(yīng)力測(cè)量方法來(lái)評(píng)定這類偽宏觀應(yīng)力。 8 .1.3 第Ⅲ類內(nèi)應(yīng)力 材料中第Ⅲ類內(nèi)應(yīng)力也是一種微觀應(yīng)力，其作用與平衡范圍為晶胞尺寸數(shù)量級(jí)，是原子之間的相互作用應(yīng)力，例如，晶體缺陷——空位、間隙原子或位錯(cuò)等周圍的應(yīng)力場(chǎng)等。根據(jù)衍射強(qiáng)度理論，當(dāng)射線照射到理想晶體材料上時(shí)，被周期性排列的原子所散射，各散射波的干涉作用，使得空間某方向上的散射波互相疊加，從而觀測(cè)到很強(qiáng)的衍射線，在第Ⅲ類內(nèi)應(yīng)力作用下，由于部分原子偏離其初始平衡位置，破壞了晶體中原子的周期性排列，造成了各原子射線散射波周相差的改變，散射波疊加，即衍射強(qiáng)度要比理想點(diǎn)陣的小，這類內(nèi)應(yīng)力越大，則各原子偏離其平衡位置的距離越大，材料的射線衍射強(qiáng)度越低。由于該問題比較復(fù)雜，目前尚沒有一種成熟方法來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量材料中的第Ⅲ類內(nèi)應(yīng)力。 三類應(yīng)力對(duì)材料的點(diǎn)陣影響不同，使得衍射線條分別有線條位移、線形寬化和衍射強(qiáng)度降低的三種效應(yīng)。因此，可利用衍射方法測(cè)定各種應(yīng)力。其中X射線衍射法應(yīng)用最廣，有專門的應(yīng)力測(cè)定儀對(duì)大型工件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，中子衍射也有應(yīng)用。

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《中子衍射技術(shù)及其應(yīng)用》的特色是專業(yè)讀物和高級(jí)科普相結(jié)合。所謂專業(yè)讀物是指《中子衍射技術(shù)及其應(yīng)用》可供從事（中子和X射線）衍射實(shí)驗(yàn)工作的專業(yè)人員工作中參考；所謂高級(jí)科普是指《中子衍射技術(shù)及其應(yīng)用》可供欲在科學(xué)和工程技術(shù)中使用中子衍射散射技術(shù)的研究人員閱讀。《中子衍射技術(shù)及其應(yīng)用》可供固體物理、材料科學(xué)與工程、化學(xué)與化工、生物學(xué)與生物工程和醫(yī)藥與藥物工程等專業(yè)的高校及科研院所的教師、研究生、高年級(jí)本科生閱讀，也可供從事衍射分析的專業(yè)人員參考。業(yè)應(yīng)用等。

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