材料現(xiàn)代測試技術(shù)

前言

材料、能源和信息已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱，而材料則是其中的物質(zhì)基礎(chǔ)。進入21世紀以來，新材料、信息、生物技術(shù)被視為21世紀新技術(shù)的主要標志。材料科學(xué)發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個國家科學(xué)水平、國民經(jīng)濟水平及綜合國力的重要標志，許多國家都把新材料的研究開發(fā)放在了優(yōu)先發(fā)展的地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對材料性能的要求日益廣泛和苛刻，對材料性能及其組分和微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系越來越感興趣，因而材料測試技術(shù)在材料研究中起著非常重要的作用。編者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗和體會，在參考國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需要編寫了本書。書中內(nèi)容包括材料現(xiàn)代測試技術(shù)基礎(chǔ)、衍射技術(shù)、電子顯微分析技術(shù)、熱分析技術(shù)、光譜分析技術(shù)、色譜分析技術(shù)等，共11章。闡述了各種測試儀器組件工作原理、測試技術(shù)過程特點，并力求將這些測試基礎(chǔ)理論以及測試技術(shù)應(yīng)用于材料制備及加工工程實踐中，從而優(yōu)化材料設(shè)計。本書還結(jié)合材料學(xué)科發(fā)展及新技術(shù)，介紹了最新材料測試技術(shù)在現(xiàn)代材料制備及加工工程實踐中的應(yīng)用。本書內(nèi)容系統(tǒng)而實用，書中每章的內(nèi)容提要、學(xué)習(xí)目標、思考題也便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標要求。本書根據(jù)現(xiàn)代社會對寬口徑、厚基礎(chǔ)的人才培養(yǎng)需要，為適應(yīng)材料學(xué)和材料加工專業(yè)的教學(xué)而編寫，也可作為冶金、石油、機械、化工工程等專業(yè)的教材，并可供相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。本書由廖曉玲編寫7～11章，周安若編寫1～3章，蔡葦編寫4～6章。在本書的編寫和出版過程中，得到了重慶科技學(xué)院及其冶金與材料工程學(xué)院的大力支持，在此表示衷心的感謝！由于編者水平所限，不足之處敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《材料現(xiàn)代測試技術(shù)》介紹了材料現(xiàn)代測試技術(shù)理論基礎(chǔ)以及現(xiàn)代材料常用的各種測試技術(shù)，包括衍射分析技術(shù)、電子顯微分析技術(shù)、熱分析技術(shù)、光譜分析技術(shù)、色譜分離技術(shù)等共11章?！恫牧犀F(xiàn)代測試技術(shù)》闡述了各種測試儀器組件工作原理、測試技術(shù)過程特點以及這些技術(shù)在材料研究中的應(yīng)用情況?！恫牧犀F(xiàn)代測試技術(shù)》內(nèi)容力求簡明、實用，具有適用于多學(xué)科教學(xué)的特點，每章的內(nèi)容提要、學(xué)習(xí)目標及思考題便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標要求?！　　恫牧犀F(xiàn)代測試技術(shù)》可作為冶金、石油、機械、化工工程、材料制備工程、材料加工工程等專業(yè)的本科生教材，也可供相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

1 緒論1.1 材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1.1.1 原子能態(tài)及其特征1.1.2 分子運動與能態(tài)1.1.3 原子的磁矩和原子核自旋1.1.4 固體的能帶結(jié)構(gòu)1.1.5 晶體結(jié)構(gòu)1.1.6 倒易點陣1.1.7 晶帶1.2 電磁輻射與材料的相互作用1.2.1 電磁輻射與波粒二象性1.2.2 物質(zhì)波1.2.3 輻射的吸收與發(fā)射1.2.4 輻射的散射1.2.5 光電離1.3 粒子束與材料的相互作用1.3.1 散射1.3.2 電子與固體的相互作用1.4 材料現(xiàn)代分析技術(shù)分類及特點1.4.1 X射線衍射分析1.4.2 電子衍射分析1.4.3 光譜分析過程與儀器簡述1.4.4 電子能譜分析方法概述1.4.5 電子顯微分析方法概述1.4.6 色譜、質(zhì)譜分析方法概述思考題2 X射線衍射分析及應(yīng)用2.1 概述2.2 X射線物理學(xué)基礎(chǔ)2.2.1 X射線的產(chǎn)生與性質(zhì)2.2.2 X射線譜2.2.3 X射線與物質(zhì)的相互作用2.2.4 X射線的吸收2.3 X射線衍射方向2.3.1 勞埃方程2.3.2 布拉格方程2.3.3 衍射矢量方程與厄瓦爾德圖解2.3.4 X射線衍射實驗方法2.4 X射線衍射強度2.4.1 多晶衍射花樣的形成2.4.2 一個電子對X射線的散射2.4.3 原子對X射線的散射2.4.4 一個晶胞對X射線的散射2.4.5 一個小晶體的衍射2.4.6 影響多晶(粉末)積分強度的其他因素2.4.7 多晶(粉末)衍射的積分強度2.5 多晶衍射方法2.5.1 德拜照相法2.5.2 立方系多晶衍射花樣的測量、計算和標定2.5.3 X射線衍射儀2.6 X射線衍射的應(yīng)用2.6.1 X射線物相分析2.6.2 點陣常數(shù)的精確測定2.6.3 宏觀應(yīng)力的測定思考題3 電子衍射分析及應(yīng)用3.1 高能電子衍射3.1.1 電子衍射基本公式3.1.2 多晶電子衍射成像原理與衍射花樣特征3.1.3 多晶電子衍射花樣的標定3.1.4 單晶電子衍射成像原理與衍射花樣特征3.1.5 單晶電子衍射花樣的標定3.2 低能電子衍射3.2.1 單晶表面原子排列與二維點陣3.2.2 二維點陣的倒易點陣3.2.3 低能電子衍射原理3.2.4 低能電子衍射儀3.2.5 低能電子衍射分析與應(yīng)用思考題4 透射電子顯微分析技術(shù)及應(yīng)用4.1 光學(xué)顯微鏡的分辨率4.2 透射電子顯微鏡簡介及特點4.2.1 透射電子顯微鏡簡介4.2.2 透射電子顯微鏡的特點4.3 透射電子顯微鏡的工作原理與結(jié)構(gòu)4.3.1 透射電子顯微鏡的工作原理4.3.2 透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)4.4 試樣制備4.4.1 塊體材料上制備透射電子顯微鏡薄膜樣品4.4.2 粉末試樣4.4.3 復(fù)型樣品4.5 透射電子顯微鏡的發(fā)展4.5.1 透射電子顯微鏡功能的擴展4.5.2 分辨率的不斷提高4.5.3 現(xiàn)代計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的應(yīng)用4.6 透射電子顯微鏡的應(yīng)用4.6.1 用于氣溶膠單顆粒的研究4.6.2 用于C／C復(fù)合材料的研究4.6.3 用于納米粉體的研究4.6.4 用于鐵電材料電疇觀察思考題5 掃描電子及電子探針顯微分析技術(shù)及應(yīng)用5.1 掃描電鏡的特點5.2 掃描電鏡的工作原理5.3 掃描電鏡的結(jié)構(gòu)5.3.1 電子光學(xué)系統(tǒng)5.3.2 掃描系統(tǒng)5.3.3 信號檢測和放大系統(tǒng)5.3.4 圖像顯示與記錄系統(tǒng)5.3.5 真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)5.4 掃描電鏡的主要性能指標5.4.1 分辨率5.4.2 放大倍數(shù)5.4.3 景深5.5 樣品的制備5.6 掃描電鏡圖像及其襯度5.6.1 掃描電鏡圖像的襯度5.6.2 二次電子像5.6.3 背散射電子像5.7 電子探針顯微分析的原理及應(yīng)用5.7.1 電子探針的結(jié)構(gòu)與工作原理5.7.2 電子探針的分析方法及應(yīng)用5.8 掃描電鏡的發(fā)展5.8.1 概述5.8.2 場發(fā)射掃描電鏡5.8.3 低真空掃描電鏡5.8.4 低電壓掃描電鏡5.8.5 背散射衍射技術(shù)5.8.6 微納米顯微操縱思考題6 熱分析技術(shù)及應(yīng)用6.1 熱分析技術(shù)簡介6.1.1 熱分析技術(shù)的發(fā)展歷史6.1.2 熱分析技術(shù)的分類6.2 差熱分析6.2.1 差熱分析的基本原理6.2.2 差熱分析儀6.2.3 差熱分析曲線及解析6.2.4 影響差熱曲線的因素6.3 差示掃描量熱分析法6.3.1 差示掃描量熱分析的基本原理6.3.2 差示掃描量熱儀6.3.3 影響差示掃描量熱曲線的因素6.3.4 差示掃描量熱的應(yīng)用6.4 熱重分析6.4.1 熱重分析的基本原理及熱重分析儀6.4.2 影響熱重分析的因素6.4.3 熱重分析的應(yīng)用6.5 熱膨脹分析6.5.1 熱膨脹分析的基本原理和熱膨脹曲線6.5.2 熱膨脹儀及其應(yīng)用6.6 熱機械分析6.6.1 靜態(tài)熱機械分析6.6.2 動態(tài)熱機械分析……7 原子光譜分析技術(shù)8 分子光譜分析技術(shù)9 核磁共振分析技術(shù)10 質(zhì)譜分析技術(shù)11 色譜分析技術(shù)參考文學(xué)附錄

章節(jié)摘錄

插圖：5.8.3低真空掃描電鏡用掃描電鏡觀察非導(dǎo)體的表面形貌，以往需將樣品首先進行干燥處理，然后在其表面上噴鍍導(dǎo)電層，以消除樣品上堆積的電子。由于噴鍍的導(dǎo)電層很薄，因此樣品表面的形貌細節(jié)無大損傷。但導(dǎo)電層畢竟改變了樣品表面的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)，使這兩種信息的反差減弱，而且干燥容易引起脆性材料微觀結(jié)構(gòu)的變化；更為重要的是干燥終止了材料的正常反應(yīng)，使反應(yīng)動力學(xué)不能連續(xù)進行。低真空是為了解決不導(dǎo)電樣品分析的一種工作模式。其關(guān)鍵技術(shù)是采用了一級壓差光闌，實現(xiàn)了兩級真空。發(fā)射電子束的電子室和使電子束聚焦的鏡筒必須置于清潔的高真空狀態(tài)，一般用1個機械泵和擴散泵可以滿足。而樣品室不一定要太高的真空，可用另一個機械泵來實現(xiàn)樣品室的低真空狀態(tài)。當聚焦的電子束進入低真空樣品室后，與殘余的空氣分子碰撞并將其電離，這些離子化帶有正電的氣體分子在一個附加電場的作用下向充電的樣品表面運動，與樣品表面充電的電子中和，這樣就消除了非導(dǎo)體表面的充電現(xiàn)象，從而可實現(xiàn)非導(dǎo)體樣品自然狀態(tài)的直接觀察。低真空掃描電鏡包括環(huán)境掃描電鏡（ESEM），既可在低真空下工作，也可在高真空下工作。場發(fā)射電子槍的環(huán)境掃描電鏡在低真空下的分辨率已達到普通掃描電鏡在高真空下的水平，且使用時，高真空、低真空和環(huán)境三個模式可以根據(jù)情況任意選擇，并且在三種情況下都配有二次電子探測器，都能達到3.5nm的二次電子像分辨率。

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