材料現代微觀分析技術：基本原理及應用（簡體書）

《材料現代微觀分析技術:基本原理及應用》以材料現代微觀分析技術中的顯微組織分析、表面形貌分析、晶體結構分析、元素分析為重點，介紹透射電鏡、掃描電鏡、電子衍射(包括背散射電子衍射)、X射線衍射、能譜儀、波譜儀、掃描探針顯微鏡的結構原理、儀器的操作使用、分析方法的物理基礎、具體的試驗方法以及應用實例。《材料現代微觀分析技術:基本原理及應用》介紹普遍使用的現代分析儀器以及實驗方法，對已經很少使用的分析儀器以及方法只是一帶而過，書中的實例大都引用材料微觀分析方面的最新成果。書末附有實驗指導書以及附錄。
《材料現代微觀分析技術:基本原理及應用》可作為材料科學與工程的本科生教材或者教學參考書，也可供從事材料研究以及分析檢測工作的科技人員參考。

《材料現代微觀分析技術:基本原理及應用》為高等學校教材之一。

第1章 概論
1.1 材料工程與微觀分析技術
1.2 微觀分析技術的發展歷程
1.3 現代微觀分析儀器簡介
1.3.1 電子與物質的相互作用
1.3.2 微觀分析儀器簡介
習題

第2章 電子光學基礎
2.1 電子射線的特性
2.2 電子槍
2.2.1 熱電子發射型電子槍
2.2.2 場發射型電子槍
2.3 電磁透鏡
2.3.1 電磁透鏡的結構
2.3.2 電磁透鏡的像差
2.3.3 電磁透鏡的分辨率
2.3.4 電磁透鏡的景深與焦長
習題

第3章 透射電子顯微鏡
3.1 透射電子顯微鏡的分類
3.2 透射電子顯微鏡的基本構成
3.2.1 電子光學系統
3.2.2 真空系統
3.2.3 電源系統
3.3 透射電子顯微鏡的基本操作方法
3.3.1 合軸操作
3.3.2 圖像觀察與記錄
3.4 透射電子顯微鏡的樣品制備
3.4.1 金屬薄膜樣品的制備方法
3.4.2 納米粉末樣品的制備方法
3.4.3 界面薄膜樣品制備
3.4.4 復型樣品的制備方法
習題

第4章 電子衍射
4.1 電子衍射實驗
4.2 電子衍射原理
4.2.1 布拉格定律
4.2.2 埃瓦爾德球圖解
4.2.3 倒易點陣
4.2.4 電子衍射基本公式
4.2.5 結構因素與結構消光
4.2.6 晶帶定律和零層倒易面
4.2.7 偏離矢量以及影響倒易點形狀的因素
4.3 單晶電子衍射譜的標定
4.3.1 單晶電子衍射譜的對稱性
4.3.2 單晶電子衍射譜的標定方法
4.4 多晶電子衍射譜的標定
4.4.1 多晶電子衍射譜的形成
4.4.2 多晶電子衍射譜的標定方法
4.5 復雜電子衍射譜
4.5.1 高階勞埃斑
4.5.2 超點陣斑點
4.5.3 二次衍射
4.5.4 孿晶斑點
4.5.5 菊池花樣
習題

第5章 透射電鏡的圖像襯度及其應用
5.1 質厚襯度
5.1.1 質厚襯度成像原理
5.1.2 質厚襯度的應用實例
5.2 衍射襯度
5.2.1 衍射襯度成像原理
5.2.2 衍射襯度的應用
5.3 相位襯度
5.3.1 相位襯度成像原理
5.3.2 相位襯度像的種類
5.3.3 相位襯度像的應用
5.4 成像模式的相互關系
習題

第6章 掃描電子顯微鏡
6.1 掃描電子顯微鏡的結構原理
6.1.1 電子光學系統
6.1.2 信號檢測放大系統
6.1.3 圖像顯示記錄系統
6.1.4 真空系統
6.1.5 電源系統
6.2 掃描電子顯微鏡的主要性能
6.2.1 掃描電子顯微鏡的分辨率
6.2.2 掃描電子顯微鏡的放大倍數
6.2.3 掃描電子顯微鏡的景深
6.3 掃描電子顯微鏡的樣品制備
6.4 掃描電子顯微鏡的圖像襯度及應用
6.4.1 表面形貌襯度及應用
6.4.2 原子序數襯度及應用
習題

第7章 背散射電子衍射
7.1 背散射電子衍射儀的工作原理
7.1.1 背散射電子衍射儀的基本構成
7.1.2 背散射電子衍射儀的工作原理
7.2 背散射電子衍射的應用
7.2.1 晶粒尺寸及形狀的分布
7.2.2 材料織構分析
7.2.3 晶粒之間取向差分析
7.2.4 物相鑒定及相比率計算
7.2.5 應變測量
習題

第8章 成分分析
8.1 特征X射線的產生
8.2 波譜儀工作原理
8.3 能譜儀工作原理
8.4 波譜儀和能譜儀比較
8.5 X射線譜儀的分析方法及其應用
習題

第9章 X射線衍射
9.1 X射線物理學基礎
9.1.1 X射線的本質
9.1.2 X射線的產生
9.1.3 X射線譜
9.1.4 X射線與物質的相互作用
9.1.5 X射線的防護
9.2 X射線衍射原理及衍射強度
9.2.1 X射線衍射原理
9.2.2 X射線衍射強度的處理過程
9.2.3 多晶體的X射線衍射強度
9.3 X射線衍射儀
9.3.1 X射線衍射儀的結構原理
9.3.2 X射線衍射儀的樣品制備
9.3.3 X射線對物質的衍射譜
9.4 X射線衍射定性物相分析
9.4.1 定性分析的基本原理
9.4.2 PDF卡片的組成
9.4.3 PDF卡片索引
9.4.4 物相分析方法
9.4.5 物相分析時應注意的問題
習題

第10章 掃描探針顯微鏡
10.1 掃描隧道顯微鏡
10.1.1 隧道效應
10.1.2 掃描隧道顯微鏡的工作原理
10.1.3 掃描隧道顯微鏡的結構
10.1.4 掃描隧道顯微鏡的工作模式
10.1.5 掃描隧道顯微鏡的特點
10.1.6 掃描隧道顯微鏡的應用舉例
10.2 原子力顯微鏡
10.2.1 原子之間的作用力
10.2.2 原子力顯微鏡的結構及工作原理
10.2.3 原子力顯微鏡的工作模式
10.2.4 原子力顯微鏡的特點
10.2.5 原子力顯微鏡的應用舉例
習題

實驗指導書
實驗一 材料顯微組織與相結構的TEM分析
實驗二 材料顯微組織以及微區成分分析
實驗三 多相物質X射線衍射物相分析
關于Jade軟件

附錄
附錄1 物理常數、換算系數和電子波長等
附錄2.1 常用材料的化學減薄液
附錄2.2 常用材料的電解減薄液
附錄3 常用材料的電解拋光液
附錄4 常見晶體標準電子衍射花樣
附錄5 立方晶體晶面(或晶向)夾角表
附錄6 常用晶體學公式
附錄7 常見晶體的晶面間距
附錄8 鋼中相的電子衍射譜標定用數據表
附錄9 特征X射線的波長和能量表
參考文獻

電子光學系統包括電子槍、三級聚光鏡（末級聚光鏡也稱物鏡）、消像散器和樣品室等部件。其作用是將來自電子槍的電子束聚焦成亮度高一直徑小的入射束照射到樣品上，激發樣品產生各種物理信號。樣品室可以放置不同用途的樣品臺，如拉伸臺、加熱臺和冷卻臺等。試樣放在樣品臺上，操作時通過樣品移動機構可以使試樣沿x、y、z軸三個方向移動，同時還可以使試樣繞軸傾斜或旋轉。
掃描系統包括掃描發生器、掃描線圈和放大倍率選擇器等部件，其作用是將開關電路對積分電容反復充電、放電產生的鋸齒波同步地送入鏡筒中的掃描線圈和顯像管的掃描線圈，使二者的電子束作同步掃描，通過改變電子束偏轉角度來調節放大倍率。掃描電鏡的放大倍數等于顯示屏的寬度與電子束在試樣上掃描的寬度之比。入射電子束束斑直徑是掃描電鏡分辨本領的極限。
信號收集處理顯示系統包括探測器、放大器和顯像管等部件，其作用是檢測試樣在入射電子束作用下產生的物理信號，調制顯像管亮度，顯示出反映試樣表面特征的電子圖像。不同的物理信號要使用不同的探測器。通常用電子探測器（閃爍計數器）來探測二次電子、背散射電子和透射電子，此外，還有X射線探測器和陰極熒光探測器。顯示單元裝有兩個顯像管：一個是長余輝顯像管，作觀察圖像用；另一個是短余輝顯像管，作拍攝圖像用，可以獲得高分辨率照片。顯示系統還裝有字符顯示附件，將自動記錄底片編號、加速電壓、放大倍率及其標尺。
其他系統的構造及功能與透射電鏡基本相同。
掃描電鏡的成像原理不同于光學顯微鏡和透射電鏡，它無成像透鏡，它是用類似于電視攝像顯像方式，用細聚焦電子束在樣品表面掃描，激發產生某些物理信號，檢測這些信號經調制成像。在掃描電鏡中，從電子槍射出的電子束經三級聚光鏡聚焦後，在掃描線圈的作用下，在試樣表面作行、幀掃描，激發產生各種物理信號，其強度取決于試樣表面的形貌和成分特征。探測器接收這些物理信號，經放大器放大，送至顯像管柵極，調制其亮度，顯示出由暗亮差別所反映的試樣表面特征的掃描電子圖像。由于顯像管和鏡筒中的電子束在同一個掃描線圈作用下作同步掃描，顯像管的亮度是由試樣激發出的電子信號強度來調制的，因此來自試樣表面某一點的信號強度與顯示屏上相應點的亮度是一一對應的，試樣表面狀態不同則圖像上相應點的亮度也必然不同。