目錄
前言
第1章 X射線粉末衍射 1
1.1 關于X射線 1
1.1.1 韌致輻射 1
1.1.2 特征X射線 2
1.1.3 X射線的產(chǎn)生——X射線管 3
1.2 X射線與物質的相互作用 4
1.3 X射線的吸收 4
1.4 晶體結構基礎 5
1.4.1 布拉維晶格 5
1.4.2 晶面與晶面指數(shù) 7
1.4.3 晶向指數(shù) 8
1.5 X射線的衍射 9
1.6 粉末衍射儀法 12
1.7 粉末XRD譜的定性分析 14
1.8 衍射強度 16
1.8.1 一個電子對X射線的散射強度 16
1.8.2 一個原子對X射線的散射強度 17
1.8.3 一個晶胞對X射線的散射強度 18
1.8.4 系統(tǒng)消光：點陣消光和結構消光 19
1.8.5 多重性因子 20
1.8.6 角因子 21
1.8.7 吸收因子 22
1.8.8 溫度因子 22
1.9 XRD譜圖的定量分析 22
1.9.1 物相含量的定量分析 22
1.9.2 相對結晶度分析 24
1.9.3 未知物相的指標化 25
1.9.4 晶胞參數(shù)修正 25
1.9.5 晶粒尺度與衍射峰展寬 27
1.10 全譜結構擬合法簡介 28
1.11 原位XRD 31
本章小結 32
第2章 X射線光電子能譜與俄歇電子能譜 33
2.1 X射線光電子能譜 33
2.1.1 光電效應——X射線的粒子性 33
2.1.2 光電離 33
2.1.3 電子結合能與材料的表面功函數(shù) 34
2.1.4 光電子的逃逸深度——XPS與表面分析 37
2.1.5 XPS譜儀的基本結構 37
2.1.6 樣品測試要求 38
2.1.7 認識XPS 譜圖 38
2.1.8 荷電效應與中和 44
2.1.9 關于結合能的定標問題 44
2.1.10 化學位移與原子的化學態(tài) 46
2.1.11 定性與定量分析 47
2.1.12 角分辨技術 49
2.1.13 深度剖析 50
2.1.14 XPS 元素成像 50
2.1.15 XPS 價帶譜 51
2.1.16 紫外光電子能譜 52
2.1.17 準原位與近常壓XPS 53
2.2 俄歇電子能譜 55
2.2.1 俄歇效應 55
2.2.2 電子束激發(fā)的俄歇電子 56
2.2.3 俄歇電子的動能 56
2.2.4 俄歇電子能譜儀的分辨率和靈敏度 58
2.2.5 認識俄歇電子能譜 58
2.2.6 定性與定量分析 60
2.2.7 掃描俄歇微探針 60
2.2.8 俄歇電子能譜的應用 61
本章小結 62
第3章 X射線吸收精細結構 63
3.1 X射線的吸收 63
3.1.1 光子與物質作用 63
3.1.2 X射線吸收系數(shù) 64
3.1.3 吸收邊 64
3.2 X射線吸收譜 66
3.2.1 初識XAFS譜 66
3.2.2 XAFS的兩個部分：XANES和EXAFS 67
3.3 X射線吸收近邊結構 68
3.3.1 XANES簡介 68
3.3.2 吸收邊與價態(tài) 70
3.3.3 L 吸收邊XANES 72
3.3.4 XANES與XPS的對比 73
3.3.5 掃描透射X 射線顯微分析 74
3.4 擴展X 射線吸收精細結構 75
3.4.1 EXAFS簡介 75
3.4.2 EXAFS中吸收系數(shù)振蕩的物理內(nèi)涵 76
3.4.3 EXAFS的定量分析 79
3.4.4 傅里葉變換——徑向結構函數(shù) 82
3.4.5 EXAFS 數(shù)據(jù)處理分析 83
3.4.6 小波分析 87
3.4.7 EXAFS的應用實例 88
本章小結 88
第4章 固體核磁共振波譜 90
4.1 核磁共振的基本原理 90
4.1.1 角動量取向空間量子化 90
4.1.2 施特恩-格拉赫實驗——原子磁矩取向的空間量子化 92
4.1.3 磁場中的核自旋 93
4.1.4 第一個核磁共振實驗 94
4.1.5 化學位移 95
4.1.6 脈沖傅里葉變換核磁共振 96
4.2 核磁共振實驗的基本物理過程 96
4.2.1 核磁共振譜儀 96
4.2.2 核自旋磁化的經(jīng)典力學模型 97
4.2.3 旋轉坐標系、脈沖寬度和扳轉角 99
4.2.4 自旋-晶格弛豫 103
4.2.5 自旋-自旋弛豫 103
4.2.6 完成一個最基本的NMR 實驗 104
4.3 固體中的核自旋相互作用 104
4.3.1 偶極-偶極相互作用 105
4.3.2 化學位移作用 107
4.3.3 核電四極相互作用 110
4.4 常用固體核磁共振實驗方法 116
4.4.1 魔角旋轉 116
4.4.2 半整數(shù)四極核的高分辨粉末譜 118
4.4.3 異核去耦技術 122
4.4.4 交叉極化 123
4.5 固體NMR 的應用實例 124
本章小結 128
第5章 電子順磁共振波譜 129
5.1 電子順磁共振的基本原理 129
5.1.1 電子的自旋、自旋磁矩和朗德因子 129
5.1.2 EPR的基本原理 130
5.2 電子順磁共振譜簡析 132
5.2.1 EPR譜儀 132
5.2.2 EPR譜 133
5.2.3 超精細相互作用 134
5.2.4 自旋捕獲 138
5.2.5 EPR譜的各向異性與粉末譜 139
5.2.6 多自旋體系的零場分裂 140
5.3 EPR 譜的應用實例 141
本章小結 142
第6章 多孔材料的氣體吸附技術143
6.1 氣體分子的吸附 143
6.1.1 分子間作用力 143
6.1.2 吸附的本質 144
6.1.3 氣體吸附等溫線 144
6.2 氣體吸附的單層及多層理論模型 145
6.2.1 朗繆爾單分子層吸附模型 145
6.2.2 多分子層吸附等溫方程——BET 方程147
6.2.3 比表面積的測量 149
6.3 氣體吸附的過程描述 150
6.3.1 物理吸附測量——靜態(tài)容量法 150
6.3.2 介孔中的毛細凝聚 152
6.3.3 氣體吸附過程靜態(tài)描述 153
6.3.4 吸附等溫線的類型 154
6.3.5 脫附滯后環(huán) 155
6.4 孔徑分布分析 156
6.4.1 孔分布分析 156
6.4.2 TSE現(xiàn)象 158
6.5 多孔材料的氮氣吸附應用 160
本章小結 162
第7章 透射電子顯微鏡及電子衍射 163
7.1 TEM 成像原理及基本構造 163
7.1.1 用電子束成像 163
7.1.2 透射電子顯微鏡的基本構造 164
7.1.3 透射電子顯微鏡的工作模式 166
7.2 電子衍射 167
7.2.1 倒易點陣 168
7.2.2 共晶帶的晶面對應的倒易矢量 171
7.2.3 勞厄方程 172
7.2.4 埃瓦爾德球 172
7.2.5 電子衍射公式 173
7.2.6 偏離參量 174
7.2.7 電子衍射圖樣 175
7.2.8 選區(qū)電子衍射及衍射圖樣標定 177
7.2.9 單晶電子衍射圖樣標定 178
7.2.10 多晶衍射花樣 180
7.2.11 二次衍射 181
7.2.12 高階勞厄帶 181
7.3 不同成像模式與襯度成像 182
7.4 衍射襯度像 183
7.4.1 厚度條紋 186
7.4.2 等傾條紋 187
7.4.3 晶體缺陷分析 188
7.5 高分辨透射電子像與相位襯度 189
7.6 掃描透射像 191
7.7 透射電子顯微鏡新技術簡介 193
7.7.1 iDPC-STEM成像技術 193
7.7.2 原位透射電子顯微鏡 194
7.7.3 冷凍透射電子顯微鏡 196
本章小結 196
第8章 電子能量損失譜 198
8.1 電子束的能量損失 198
8.1.1 激發(fā)聲子的能量損失 198
8.1.2 低能損失：激發(fā)等離激元或激發(fā)價電子躍遷 199
8.1.3 激發(fā)芯能級電子的能量損失 200
8.2 透射電子顯微鏡中的電子能量損失譜儀 200
8.3 初識電子能量損失譜 202
8.3.1 零損失區(qū) 202
8.3.2 低能損失區(qū) 202
8.3.3 高能損失區(qū) 204
8.4 用電子能量損失譜進行元素分析 204
8.4.1 利用EELS 譜進行元素分布成像 204
8.4.2 EELS 與EDS 206
8.5 電子能量損失譜的精細結構 207
8.5.1 電子能量損失近邊結構 207
8.5.2 擴展電子能量損失精細結構 209
8.5.3 EELS 與XAFS 的對應關系 211
8.6 EELS 的應用實例 211
本章小結 215
第9章 掃描電子顯微鏡 217
9.1 掃描電子顯微鏡的基本原理 217
9.1.1 二次電子 217
9.1.2 掃描電子顯微鏡成像的基本工作原理 218
9.1.3 圖像襯度 219
9.1.4 掃描電子顯微鏡的樣品制備 220
9.2 背散射電子的應用 220
9.2.1 背散射電子簡介 220
9.2.2 電子背散射衍射技術 221
9.3 電子探針顯微分析 225
9.4 掃描電子顯微鏡新技術 228
本章小結 229
第10章 掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡 230
10.1 掃描隧道顯微鏡 230
10.1.1 量子隧穿效應 230
10.1.2 掃描隧道顯微鏡的基本原理 232
10.1.3 掃描隧道顯微鏡的工作模式 235
10.1.4 STM儀器的基本構造 235
10.1.5 STM實例分析 236
10.1.6 掃描隧道譜 238
10.1.7 針尖的原子操縱 241
10.2 原子力顯微鏡 242
10.2.1 原子力顯微鏡的工作原理 242
10.2.2 原子力顯微鏡的成像模式 243
10.2.3 AFM假象 244
10.2.4 AFM的應用實例 246
本章小結 249
第11章 正電子湮沒壽命譜 250
11.1 關于正電子 250
11.1.1 正電子的發(fā)現(xiàn) 250
11.1.2 放射核的衰變 251
11.1.3 正電子湮沒 251
11.1.4 指數(shù)衰變規(guī)律 252
11.2 正電子湮沒壽命 253
11.2.1 正電子與物質相互作用過程：熱化-擴散-湮沒 253
11.2.2 正電子壽命 253
11.2.3 正電子湮沒與結構缺陷 254
11.3 正電子湮沒壽命譜的測量與分析 255
11.3.1 正電子湮沒壽命譜儀 255
11.3.2 符合法 255
11.3.3 正電子湮沒壽命譜的分析 257
11.4 正電子湮沒壽命譜的應用實例 258
11.5 正電子激發(fā)的俄歇電子能譜 262
11.6 正電子發(fā)射計算機斷層掃描簡介 262
本章小結 264
第12章 穆斯堡爾譜 265
12.1 穆斯堡爾效應 265
12.1.1 原子核的能態(tài)和殼層模型 265
12.1.2 原子核的放射性與衰變 266
12.1.3 原子核的γ 射線共振吸收 266
12.1.4 原子核輻射的反沖現(xiàn)象 267
12.1.5 多普勒效應與γ 射線的頻移 269
12.2 穆斯堡爾譜儀 270
12.3 穆斯堡爾譜的分析 271
12.3.1 同質異能位移 271
12.3.2 核電四極相互作用 272
12.3.3 磁超精細相互作用 273
12.4 引力紅移實驗 275
12.5 穆斯堡爾譜的應用實例 276
本章小結 279
參考文獻 280