材料电子及中子分析技术

目 录
第1章 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 8
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 18
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 21
1．4．1 晶体的微观对称 21
1．4．2 晶体的空间群及其符号 23
1．5 晶体的投影 24
1．5．1 球面投影 24
1．5．2 极射赤面投影 25
1．5．3 极式网与乌氏网 26
1．5．4 晶带的极射赤面投影 29
1．5．5 标准极射赤面投影图（标准投影图或标准极图） 31
1．6 倒易点阵 32
1．6．1 正点阵 32
1．6．2 倒易点阵 32
1．6．3 正倒空间之间的关系 34
1．6．4 倒易矢量的基本性质 35
1．6．5 晶带定律 36
1．6．6 广义晶带定律 37
本章小结 37
思考题 40
第2章 电子显微分析的基础 42
2．1 电子波的波长 42
2．2 电子与固体物质的作用 43
2．2．1 电子散射 43
2．2．2 电子与固体物质作用时激发的物理信号 47
2．3 电子衍射 51
2．3．1 电子衍射的方向 52
2．3．2 电子衍射的强度 55
2．3．3 电子衍射与X射线衍射的异同点 59
2．3．4 电子衍射的厄瓦尔德图解 60
2．3．5 电子衍射花样的形成原理及电子衍射的基本公式 61
2．3．6 零层倒易面及非零层倒易面 62
2．3．7 标准电子衍射花样 63
2．3．8 偏移矢量 67
本章小结 70
思考题 71
第3章 透射电子显微镜 73
3．1 工作原理 73
3．2 分辨率 74
3．2．1 光学显微镜的分辨率 74
3．2．2 透射电子显微镜的分辨率 75
3．3 电磁透镜 77
3．3．1 静电透镜 77
3．3．2 电磁透镜 77
3．4 电磁透镜的像差 79
3．4．1 球差 79
3．4．2 像散 80
3．4．3 色差 81
3．5 电磁透镜的景深与焦长 82
3．5．1 景深 82
3．5．2 焦长 82
3．6 透射电镜的电子光学系统 83
3．6．1 照明系统 84
3．6．2 成像系统 86
3．6．3 观察记录系统 88
3．7 主要附件 88
3．7．1 样品倾斜装置（样品台） 88
3．7．2 电子束平移和倾斜装置 89
3．7．3 消像散器 89
3．7．4 光阑 90
3．7．5 球差矫正器 91
3．8 透射电镜中的电子衍射 93
3．8．1 有效相机常数 93
3．8．2 选区电子衍射 94
3．9 常见的电子衍射花样 95
3．9．1 单晶电子衍射花样 95
3．9．2 多晶体的电子衍射花样 99
3．10 几种特殊斑点花样 99
3．10．1 双晶带衍射斑点花样 99
3．10．2 斑点指数标定的不唯一性 101
3．10．3 晶体取向关系测定 102
3．10．4 层错能测定 103
本章小结 105
思考题 107
第4章 复杂电子衍射花样 108
4．1 超点阵斑点花样 108
4．1．1 超点阵定义 108
4．1．2 超点阵的分类 108
4．1．3 面心立方点阵超点阵结构因子 110
4．1．4 超点阵斑点花样 111
4．2 孪晶斑点花样 112
4．2．1 孪晶的定义与分类 112
4．2．2 孪晶斑点花样产生原理 113
4．2．3 孪晶斑点花样理论推算 115
4．3 高阶劳埃斑点花样 119
4．3．1 高阶劳埃斑点的定义 119
4．3．2 高阶劳埃斑点的分类与特征 119
4．3．3 高阶劳埃斑点花在零层倒易面上的投影 120
4．3．4 高阶劳埃斑点花样在零层倒易面上的标定 123
4．3．5 高阶劳埃斑点花样的应用 125
4．4 二次衍射花样 127
4．4．1 二次衍射的定义 127
4．4．2 二次衍射的产生原理 127
4．5 菊池花样 129
4．5．1 菊池花样的定义 129
4．5．2 菊池花样的产生原理 129
4．5．3 菊池花样的应用―取向分析 133
4．6 会聚束电子衍射花样 135
4．6．1 会聚束电子衍射原理 135
4．6．2 会聚束电子衍射的3个重要参数 135
4．6．3 会聚束电子衍射中的重要花样 136
4．6．4 会聚束电子衍射成像 140
4．6．5 会聚束电子衍射花样的指数标定 140
4．6．6 应用分析 141
本章小结 143
思考题 145
第5章 透射电子显微镜的成像分析 146
5．1 透射电镜的图像衬度理论 146
5．1．1 衬度的概念与分类 146
5．1．2 衍射衬度运动学理论与应用 148
5．1．3 非理想晶体的衍射衬度 154
5．1．4 非理想晶体的缺陷成像分析 155
5．2 衍射衬度动力学简介 165
5．3 非完整晶体衬度 168
5．4 透射电镜的样品制备 169
5．4．1 基本要求 170
5．4．2 薄膜样品的制备过程 170
本章小结 172
思考题 173
第6章 薄晶体的高分辨像 174
6．1 高分辨电子显微像的形成原理 174
6．1．1 试样透射函数 175
6．1．2 衬度传递函数S(u，v) 177
6．1．3 像平面上的像面波函数B(x，y) 179
6．1．4 *佳欠焦条件及电镜*高分辨率 180
6．1．5 **通带宽度（sin? =-1）的影响因素 181
6．2 高分辨像举例 187
6．2．1 晶格条纹像 187
6．2．2 一维结构像 188
6．2．3 二维晶格像 189
6．2．4 二维结构像 191
本章小结 193
思考题 193
第7章 原位透射电子显微分析技术 194
7．1 原位透射电镜的类型 194
7．2 加热式原位透射电镜 194
7．2．1 工作原理 194
7．2．2 应用举例 195
7．3 冷冻式原位透射电镜 196
7．3．1 工作原理 196
7．3．2 应用举例 197
7．4 电学式原位透射电镜 198
7．4．1 工作原理 198
7．4．2 应用举例 199
7．5 力学式原位透射电镜 199
7．5．1 工作原理 199
7．5．2 应用举例 200
7．6 光学式原位透射电镜 201
7．6．1 工作原理 201
7．6．2 应用举例 201
7．7 气体环境式原位透射电镜 202
7．7．1 工作原理 202
7．7．2 应用举例 202
7．8 液体池环境式原位透射电镜 204
7．8．1 工作原理 204
7．8．2 应用举例 205
7．9 4D-UEM四维超快原位透射电镜 210
7．9．1 工作原理 210
7．9．2 应用举例 211
7．10 电子束激励式原位透射电镜 212
7．10．1 工作原理 212
7．10．2 应用举例 212
本章小结 213
思考题 213
第8章 电子背散射衍射 215
8．1 基本原理 215
8．1．1 电子背散射衍射（EBSD） 216
8．1．2 扫描电镜的透射菊池衍射 216
8．2 EBSD系统简介 217
8．3 EBSD衍射谱标定与晶体取向确定 218
8．3．1 EBSD衍射谱标定 218
8．3．2 晶体取向确定 221
8．4 EBSD分辨率 224
8．5 EBSD样品制备 225
8．6 EBSD的应用 225
8．6．1 取向衬度成像 226
8．6．2 织构分析 226
8．6．3 晶粒取向差及晶界特性分析 227
8．6．4 物相鉴定 228
8．6．5 晶格缺陷分析 228
8．6．6 三维取向成像 230
本章小结 231
思考题 232
第9章 扫描电子显微镜及电子探针分析技术 233
9．1 扫描电镜的结构 233
9．1．1 电子光学系统 234
9．1．2 信号检测和信号处理系统、图像显示和记录系统 235
9．1．3 真空系统 236
9．2 扫描电镜的主要性能参数 236
9．2．1 分辨率 236
9．2．2 放大倍数 237
9．2．3 景深 237
9．3 表面成像衬度 238
9．3．1 二次电子成像衬度 238
9．3．2 背散射电子成像衬度 239
9．4 二次电子衬度像的应用 240
9．5 背散射电子衬度像的应用 242
9．6 扫描电镜下的原位拉伸 244
9．7 电子探针 245
9．7．1 电子探针波谱仪 245
9．7．2 电子探针能谱仪 247
9．7．3 能谱仪与波谱仪的比较 249
9．8 电子探针分析及应用 249
9．8．1 定性分析 249
9．8．2 定量分析 251
9．9 扫描透射电子显微镜 251
9．9．1 工作原理 252
9．9．2 性能特点 253
9．9．3 应用举例 254
9．10 扫描电镜的发展 255
本章小结 256
思考题 257
第10章 其他电子分析技术 258
10．1 低能电子衍射 258
10．1．1 低能电子衍射原理 258
10．1．2 低能电子衍射装置的结构与花样特征 259
10．1．3 LEED的应用举例 260
10．2 反射高能电子衍射 261
10．2．1 工作原理 261
10．2．2 特点 263
10．2．3 应用举例 263
10．3 俄歇电子能谱 264
10．3．1 俄歇电子能谱仪的结构原理 264
10．3．2 俄歇电子能谱 265
10．3．3 定性分析 267
10．3．4 定量分析 267
10．3．5 化学价态分析 268
10．3．6 AES的应用举例 268
10．3．7 俄歇电子能谱仪的*新进展 271
10．4 X射线光电子能谱 272
10．4．1 X射线光电子能谱仪的工作原理 272
10．4．2 X射线光电子能谱仪的系统组成 272
10．4．3 X射线光电子能谱及表征 274
10．4．4 X射线光电子能谱仪的功用 276
10．4．5 XPS的应用举例 278
10．4．6 XPS的发展趋势 281
10．5 扫描隧道显微镜 282
10．5．1 STM的基本原理 282
10．5．2 STM的工作模式 283
10．5．3 STM的特点 283
10．5．4 STM的应用举例 284
10．6 聚焦离子束 287
10．6．1 工作原理 287
10．6．2 离子束与材料的相互作用 288
10．6．3 聚焦离子束的应用 289
10．7 电子能量损失谱 291
10．7．1 工作原理 291
10．7．2 作用 292
10．7．3 特点 292
10．7．4 EELS的应用举例 292
本章小结 294
思考题 296
第11章 原子探针分析技术 297
11．1 原子探针技术的发展史 297
11．2 场离子显微镜 297
11．2．1 场离子显微镜的结构原理 298
11．2．2 场电离 298
11．2．3 场离子显微图像 300
11．3 原子探针 302
11．3．1 场蒸发 302
11．3．2 原子探针的基本原理 302
11．3．3 原子探针层析 303
11．3．4 原子探针脉冲模式 304
11．3．5 原子探针样品制备 305
11．3．6 原子探针层析的应用 307
本章小结 310
思考题 311
第12章 中子分析技术 312
12．1 中子源 312
12．2 中子与物质的相互作用 313
12．2．1 吸收 313
12．2．2 散射 314
12．3 中子衍射 319
12．3．1 中子衍射原理 319
12．3．2 中子衍射的方向和强度 320
12．4 中子散射仪 323
12．5 中子散射技术的应用 324
12．5．1 物相结构分析 324
12．5．2 磁结构分析 325
12．5．3 残余应力分析 327
12．5．4 织构分析 328
12．5．5 小角散射分析 330
12．6 极化中子技术 331
12．6．1 中子自旋和极化 331
12．6．2 极化中子实验测量系统 332
12．6．3 极化中子散射 333
12．6．4 极化中子的拉莫尔进动 333
12．7 中子成像分析 334
12．7．1 成像原理 334
12．7．2 中子成像技术 334
本章小结 336
思考题 336
附录 338
附录1 常用物理常数 338
附录2 晶体的三类分法及其对称特征 338
附录3 32种点群对称元素示意图 339
附录4 宏观对称元素及说 340
附录5 32种点群的习惯符号、国际符号及圣佛利斯符号 341
附录6 常见晶体的标准电子衍射花样 342
参考文献 347