本書內(nèi)容是材料相關(guān)學(xué)科的重要必修知識(shí),書中內(nèi)容包括材料現(xiàn)代測(cè)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)、常用物理及化學(xué)相關(guān)測(cè)試分析方法等。全書注重基本原理和實(shí)際應(yīng)用,共分為7章,第1章為X射線衍射分析原理、方法及應(yīng)用;第2章為掃描電子顯微分析;第3章為透射電子顯微分析;第4章為熱分析技術(shù);第5章為原子力顯微鏡;第6章為常用物性測(cè)試分析方法;第7章為常用光譜分析方法簡(jiǎn)介。
本書根據(jù)實(shí)際教學(xué)和應(yīng)用需要,為適應(yīng)材料學(xué)、材料科學(xué)與工程、金屬材料工程、無機(jī)材料工程、納米材料與技術(shù)等材料類相關(guān)專業(yè)的教學(xué)而編寫,也可作為冶金、石油、機(jī)械、化工等專業(yè)的教材,并可供相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。
“材料分析測(cè)試技術(shù)與應(yīng)用”是材料相關(guān)學(xué)科的重要必修課之一。編者根據(jù)多年的使用經(jīng)驗(yàn)和體會(huì),在參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料和書籍的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)家教育部頒布的“國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)”,通過將課堂授課和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合,使學(xué)生掌握材料分析的相關(guān)技術(shù),編寫了《材料分析測(cè)試技術(shù)與應(yīng)用》一書。書中內(nèi)容包括材料現(xiàn)代測(cè)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)、常用物理及化學(xué)相關(guān)測(cè)試分析方法等,從相關(guān)的基本原理出發(fā),使學(xué)生逐步了解分析設(shè)備的操作過程及解決實(shí)際問題的具體應(yīng)用。
全書共分7章,第1章為X射線衍射分析原理、方法及應(yīng)用;第2章為掃描電子顯微分析;第3章為透射電子顯微分析;第4章為熱分析技術(shù);第5章為原子力顯微鏡;第6章為常用物性測(cè)試分析方法;第7章為常用光譜分析方法簡(jiǎn)介。鑒于材料分析工作的理論和實(shí)踐性強(qiáng),在編寫過程中,編者著重于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用分析方法解決具體問題的能力,提供詳細(xì)的應(yīng)用實(shí)例,使學(xué)生在學(xué)習(xí)本書后能掌握具體的分析方法,同時(shí)配合大量插圖、圖表、實(shí)例,讓概念更清晰化。此外,為了鞏固所學(xué)知識(shí),每章都有一定量的思考題。
參加本書編寫的人員有:重慶科技學(xué)院馬毅龍博士編寫第1章,董季玲博士編寫第2、3章,丁皓博士編寫第4、7章,高榮禮博士編寫第5章,高榮禮與郭東林博士共同編寫第6章。全書由馬毅龍博士統(tǒng)稿。在編寫過程中參考了許多文獻(xiàn),主要參考文獻(xiàn)列于各章后,在此謹(jǐn)向所有參考文獻(xiàn)的作者致以誠(chéng)摯的感謝。在本書的編寫和出版過程中,得到了重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院的大力支持,在此表示衷心的感謝!
本書根據(jù)實(shí)際教學(xué)和應(yīng)用需要,為適應(yīng)材料類相關(guān)專業(yè)的教學(xué)而編寫,也可作為冶金、石油、機(jī)械、化工等專業(yè)的教材,并可供相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。由于材料測(cè)試技術(shù)發(fā)展日新月異,技術(shù)不斷更新,加上編者水平所限,不足之處敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
2017年7月
第1章 X射線衍射分析原理、方法及應(yīng)用1
1.1晶體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介1
1.1.1晶體結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)1
1.1.2點(diǎn)陣與點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)2
1.1.3晶體的宏觀對(duì)稱性3
1.1.4倒易點(diǎn)陣6
1.1.5晶帶及晶帶定理8
1.2X射線基礎(chǔ)9
1.2.1X射線簡(jiǎn)介9
1.2.2連續(xù)X射線譜10
1.2.3特征X射線譜11
1.3晶體對(duì)X射線衍射12
1.3.1衍射方向12
1.3.2衍射強(qiáng)度13
1.3.3X射線輻射防護(hù)15
1.4X射線衍射儀15
1.4.1X射線發(fā)生器16
1.4.2測(cè)角儀17
1.4.3X射線探測(cè)儀17
1.4.4測(cè)量方式和實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇18
1.5粉末衍射方法應(yīng)用19
1.5.1物相分析19
1.5.2晶胞參數(shù)的精確測(cè)定及其應(yīng)用20
1.5.3薄膜分析中常用的X射線方法21
1.6實(shí)例21
1.6.1Jade基本功能21
1.6.2Jade的用戶界面22
1.6.3查看PDF卡片22
1.6.4物相定性分析25
1.6.5物相定量分析28
1.6.6晶粒大小及微觀應(yīng)變的計(jì)算30
思考題33
參考文獻(xiàn)33
第2章 掃描電子顯微分析34
2.1掃描電子顯微鏡簡(jiǎn)介34
2.2電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的信號(hào)34
2.2.1二次電子34
2.2.2背散射電子35
2.2.3特征X射線36
2.2.4俄歇電子37
2.3掃描電子顯微鏡的工作原理38
2.4掃描電子顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)39
2.4.1電子光學(xué)系統(tǒng)40
2.4.2信號(hào)收集處理、圖像顯示和記錄系統(tǒng)42
2.4.3真空系統(tǒng)與電源系統(tǒng)43
2.5掃描電子顯微鏡的性能43
2.5.1放大倍數(shù)43
2.5.2分辨率44
2.5.3景深44
2.6掃描電子顯微鏡襯度原理45
2.6.1表面形貌襯度45
2.6.2成分襯度47
2.6.3電壓襯度48
2.6.4磁襯度48
2.7電子探針顯微分析48
2.7.1電子探針的發(fā)展48
2.7.2電子探針的基本原理及構(gòu)造48
2.7.3電子探針分析方法52
2.7.4樣品制備要求53
2.7.5電子探針的應(yīng)用53
2.8電子背散射衍射及應(yīng)用54
2.8.1EBSD的結(jié)構(gòu)及基本原理54
2.8.2EBSD的分辨率55
2.8.3EBSD樣品的制備56
2.8.4EBSD的應(yīng)用57
2.9掃描電子顯微鏡樣品的制備58
2.10常見典型斷口59
2.10.1韌窩斷口59
2.10.2解理斷口59
2.10.3準(zhǔn)解理斷口60
2.10.4脆性沿晶斷口60
2.10.5疲勞斷口61
思考題61
參考文獻(xiàn)62
第3章 透射電子顯微分析63
3.1透射電子顯微鏡簡(jiǎn)介63
3.1.1透射電子顯微分析發(fā)展簡(jiǎn)史63
3.1.2透射電子顯微鏡的分辨率64
3.2電磁透鏡的像差65
3.2.1幾何像差66
3.2.2色差68
3.3透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與成像原理68
3.3.1電子光學(xué)系統(tǒng)68
3.3.2輔助系統(tǒng)74
3.3.3透射電子顯微鏡成像原理75
3.4電子衍射75
3.4.1電子衍射基本原理76
3.4.2選區(qū)電子衍射77
3.4.3磁轉(zhuǎn)角78
3.4.4單晶體電子衍射花樣標(biāo)定78
3.4.5多晶體電子衍射花樣標(biāo)定80
3.5透射電子顯微鏡襯度原理80
3.5.1質(zhì)厚襯度80
3.5.2衍射襯度81
3.5.3相位襯度82
3.6掃描透射電子顯微鏡83
3.6.1掃描透射電子顯微鏡的工作原理83
3.6.2掃描透射電子顯微鏡的特點(diǎn)83
3.7透射電子顯微鏡樣品制備85
3.7.1表面復(fù)型技術(shù)85
3.7.2薄膜制備技術(shù)86
3.7.3粉末制備技術(shù)90
3.7.4透射電子顯微鏡樣品制備的其他方法91
3.8透射電子顯微鏡的應(yīng)用91
3.8.1形貌分析91
3.8.2晶體缺陷分析92
3.8.3晶體結(jié)構(gòu)分析93
3.9透射電子顯微鏡的基本操作95
思考題96
參考文獻(xiàn)97
第4章 熱分析技術(shù)98
4.1熱分析技術(shù)簡(jiǎn)介98
4.2熱重分析法99
4.2.1系統(tǒng)組成99
4.2.2基本原理99
4.2.3影響因素101
4.2.4測(cè)試技術(shù)102
4.3差熱分析法103
4.3.1系統(tǒng)組成103
4.3.2基本原理104
4.3.3影響因素105
4.3.4測(cè)試技術(shù)106
4.4差示掃描量熱法106
4.4.1系統(tǒng)組成與原理106
4.4.2影響因素107
4.4.3測(cè)試方法108
4.5熱分析的應(yīng)用108
4.5.1差熱分析及差示掃描量熱分析法的應(yīng)用108
4.5.2熱重分析法的應(yīng)用111
4.5.3熱分析技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)111
思考題112
參考文獻(xiàn)112
第5章 原子力顯微鏡113
5.1原子力顯微鏡的基本知識(shí)113
5.1.1顯微技術(shù)簡(jiǎn)介113
5.1.2原子力顯微鏡工作原理114
5.1.3原子力顯微鏡的功能技術(shù)118
5.2原子力顯微鏡的應(yīng)用122
5.2.1在材料科學(xué)方面中的應(yīng)用122
5.2.2在其他有關(guān)方面中的應(yīng)用127
5.3原子力顯微鏡的表面分析129
5.4原子力顯微鏡與其他顯微分析技術(shù)130
5.4.1原子力顯微鏡與其他顯微分析技術(shù)的比較130
5.4.2原子力顯微鏡與掃描電子顯微鏡132
思考題133
參考文獻(xiàn)133
第6章 常用物性測(cè)試分析方法135
6.1磁性測(cè)量系統(tǒng)135
6.1.1設(shè)計(jì)原理135
6.1.2測(cè)量選項(xiàng)137
6.1.3MPMS設(shè)備的應(yīng)用和需要注意的問題138
6.2物理性質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)140
6.2.1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介141
6.2.2基本系統(tǒng)141
6.2.3測(cè)量原理和方法143
6.2.4PPMS的主要應(yīng)用146
6.2.5PPMS需要注意的問題147
6.3電滯回線測(cè)試系統(tǒng)147
6.3.1鐵電體的概念147
6.3.2鐵電體的特點(diǎn)148
6.3.3測(cè)量?jī)x簡(jiǎn)介149
6.3.4測(cè)量結(jié)果150
6.4太陽能電池測(cè)試系統(tǒng)151
6.4.1太陽能電池的基本原理151
6.4.2太陽能電池參數(shù)的定義151
6.4.3太陽光模擬器152
6.4.4太陽光模擬器的主要指標(biāo)152
6.4.5測(cè)試方法154
6.4.6測(cè)試結(jié)果154
思考題159
參考文獻(xiàn)159
第7章 常用光譜分析方法簡(jiǎn)介160
7.1光譜分析方法160
7.2紫外-可見光譜161
7.2.1簡(jiǎn)介161
7.2.2基本原理和系統(tǒng)組成161
7.3紅外吸收光譜166
7.3.1簡(jiǎn)介166
7.3.2基本原理和系統(tǒng)組成166
7.3.3樣品制備169
7.3.4應(yīng)用舉例170
7.4拉曼光譜170
7.4.1簡(jiǎn)介170
7.4.2激光拉曼光譜與紅外光譜比較172
7.4.3試驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)技術(shù)172
思考題173
參考文獻(xiàn)174
附錄175
附錄1常見晶體的標(biāo)準(zhǔn)電子衍射花樣175
附錄2立方晶體和六方晶體可能出現(xiàn)的反射181