現代材料分析方法

本書對材料研究過程中常用的分析方法進行介紹，包括X射線衍射分析、紅外吸收光譜、激光拉曼光譜、核磁共振譜、紫外？可見光譜、熒光光譜及各種電子顯微鏡等，其內容涉及高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料、複合材料等綜合領域。本書主要是結合實例進行講解，注重實用性，能提高材料類專業學生從事材料研究所必需的實際技能。

第1章緒論1

11材料的組織結構與性能1

111組織結構與性能的關係1

112微觀組織結構控制2

12顯微組織結構的內容2

13材料分析技術與材料的關係2

14分析技術簡介2

141X射線衍射2

142光譜分析2

143核磁共振3

144熱分析技術3

145表層分析技術3

146電子顯微鏡3

第2章X射線衍射分析5

21X射線衍射基本概念5

211X射線衍射分析歷史5

212X射線的產生及X射線譜5

213X射線與物質的相互作用6

214光的散射和衍射7

22晶體空間點陣8

23X射線分析法原理9

231X射線在晶體中的衍射9

232X射線衍射的實驗方法簡介10

233小角X射線散射法12

234樣品的製備方法簡介13

24多晶體物相分析14

241X射線衍射物相分析的基本

原理14

242物相分析的定性分析14

243物相的定量分析15

244物質狀態的鑒定16

245單晶和多晶取向測定17

246晶粒度的測定18

247介孔結構測定19

248宏觀應力測定19

249薄膜厚度和界面結構測定19

2410多層膜結構測定20

25X射線法最新進展及應用21

251同步輻射X射線吸收精細結構

方法21

252Rietveld方法22

253X射線衍射法其他應用23

參考文獻24

第3章紅外吸收光譜27

31引言27

311紅外吸收光譜的基本原理28

312紅外吸收光譜的基本概念28

32雙原子分子的振動和轉動29

321轉子模型29

322振子模型31

323雙原子分子的紅外振轉光譜32

33簡正振動33

3313n-5或3n-6規則33

332簡正坐標和簡正振動33

333分子對稱性35

34振動光譜的解釋和應用36

341倍頻、組頻、差頻36

342配位效應36

343Fermi共振和振動耦合37

344特徵頻率38

35各類有機化合物的紅外吸收光譜38

351烷烴38

352烯烴及其他含雙鍵的化合物39

353炔烴和其他含叄鍵及具有累積

雙鍵的化合物40

354芳烴和雜芳烴40

355含羥基的化合物41

356醚、環氧和過氧化合物42

357羰基化合物42

358胺43

359醯胺43

3510氨基酸和銨鹽43

3511其他化合物44

36紅外吸收光譜數據小結45

37利用紅外吸收光譜推測有機化合物

結構45

參考文獻46

第4章激光拉曼光譜法48

41拉曼散射光譜的基本概念48

411瑞利散射、拉曼散射及拉曼

位移48

412拉曼光譜選律和選擇定則49

413拉曼退偏振比49

414拉曼光譜圖50

42激光拉曼光譜與紅外光譜比較50

43激光拉曼光譜法實驗技術52

431儀器組成52

432樣品的處理方法53

44拉曼光譜法在有機材料研究中的

應用53

441拉曼光譜的選擇定則與分子

構象53

442高分子材料的拉曼去偏振度及

紅外二向色性54

443複合材料形變的拉曼光譜研究55

45拉曼光譜法在生物材料和納米材料

中的應用56

451生物學材料的拉曼散射光譜56

452納米材料的某些特性58

453碳納米管的拉曼散射58

454半導體納米材料的拉曼散射60

參考文獻61

第5章紫外可見光譜及熒光光譜63

51引言63

52紫外可見吸收光譜63

521紫外可見吸收光譜的基本原理63

522紫外可見吸收光譜可獲悉的

信息64

523紫外可見吸收光譜的基本概念64

524飽和有機化合物的紫外吸收

光譜67

525不飽和有機化合物的紫外吸收

光譜67

526紫外吸收光譜的應用70

53熒光光譜70

531分子的激發與弛豫71

532由熒光光譜可獲悉的信息71

533熒光的激發光譜和發射光譜72

534熒光分析法的靈敏度和選擇性72

535測量方法73

536光譜解析74

537無機化合物的熒光74

538有機化合物的熒光76

54分子的電子光譜在材料研究中的

應用81

541紫外可見光譜及熒光光譜應用於

材料分析81

542材料中微量元素或添加劑含量的

測定82

543電子光譜研究聚合反應動力學82

參考文獻83

第6章核磁共振譜85

61NMR概述85

611核磁共振譜的分類85

612核磁共振的產生86

613化學位移86

614自旋的耦合與裂分88

62核磁共振波譜儀及實驗要求89

621CW核磁共振儀結構89

622核磁共振波譜儀分類和測試

原理89

623實驗技術90

631H核磁共振波譜(氫譜)91

631屏蔽作用與化學位移91

632譜圖的表示方法92

633影響化學位移的主要因素93

634譜圖解析實例95

6413C核磁共振譜96

64113CNMR概述96

64213CNMR與1HNMR的比較97

643影響13C化學位移的因素97

644碳核磁譜圖解析和典型實例99

65高分辨NMR在聚合物材料研究中的

應用100

651有機材料的定性分析100

652共聚物組成的測定102

653共聚物序列結構的研究102

654高分子鍵接方式和異構體的

研究103

66核磁共振新技術105

661固體NMR在材料結構研究中的

應用105

662二維NMR譜和材料的NMR成像

技術106

663NMR儀器的改進107

參考文獻108

第7章熱分析技術109

71熱分析概論109

711熱分析技術的發展109

712熱分析定義及分類110

72差熱分析與差示掃描量熱法112

721DTA與DSC儀器的組成與

原理113

722差熱分析與差示掃描量熱法峰

面積的計算115

723影響DTA與DSC曲線的因素118

724DTA與DSC數據的標定120

73熱重分析與微商熱重法121

731熱重分析與微商熱重法的基本

原理121

732熱天平的基本結構122

733影響熱重數據的因素124

734熱重試驗及圖譜辨析125

74熱膨脹法和熱機械分析127

741熱膨脹法128

742熱機械分析129

75熱分析技術在材料研究中的應用129

751材料的結晶行為129

752材料液晶的多重轉變133

753材料的玻璃化轉變Tg及共聚

共混物相容性134

754材料的熱穩定性及熱分解機理137

755材料的剖析138

756動態熱機械分析評價材料的

使用性能139

76熱分析聯用技術的發展與熱分析儀器

的改進142

761熱分析聯用技術143

762熱分析儀器的最新進展146

參考文獻147

第8章表面分析技術150

81X射線光電子能譜150

811X射線光電子譜基本原理150

812結合能151

813化學位移152

814X射線光電子能譜分析方法154

815X射線光電子能譜儀159

82俄歇電子能譜161

821俄歇電子能譜的基本原理161

822俄歇電子的能量和產額162

823俄歇電子能譜分析方法164

824俄歇電子能譜儀167

825掃描俄歇顯微探針(SAM)168

參考文獻170

第9章掃描電子顯微鏡171

91電子與物質的相互作用171

911電子散射171

912背散射電子172

913二次電子172

92掃描電子顯微鏡結構和成像原理173

921掃描電子顯微鏡的工作原理173

922掃描電子顯微鏡的結構175

923掃描電子顯微鏡的性能178

924掃描電子顯微鏡的特點178

925樣品製備179

926影響電子顯微鏡影像品質的

因素179

93場發射掃描電子顯微鏡179

931場發射掃描電子顯微鏡的結構179

932場發射掃描電子顯微鏡的特點180

94電子探針顯微分析181

941EPMA原理和結構181

942X射線能譜儀181

943X射線波譜儀183

944定性分析184

945定量分析184

95其他電子成像技術結合EDS分析186

96EMPA掃描電子顯微鏡分析方法和

應用186

961分析方法186

962應用186

參考文獻187

第10章透射電子顯微鏡188

101電子波與電磁透鏡188

1011光學顯微鏡的解析度極限188

1012電子波的波長189

1013電磁透鏡190

1014電磁透鏡的像差和解析度192

1015電磁透鏡的景深和焦長194

102透射電鏡的結構195

1021照明系統196

1022成像系統198

1023觀察記錄系統199

103透射電鏡樣品製備方法199

1031復型技術200

1032粉末樣品製備技術203

1033電解減薄技術204

1034超薄切片法205

1035離子減薄技術206

1036聚焦離子束法206

104電子衍射207

1041電子衍射原理208

1042電子衍射圖的分析及標定213

1043複雜電子衍射花樣217

1044高分辨電子顯微鏡221

參考文獻223

第11章掃描探針顯微鏡225

111掃描探針顯微鏡概述225

1111掃描探針顯微鏡的發展歷程225

1112掃描探針顯微鏡的特點227

112掃描探針顯微鏡的工作原理227

1121掃描隧道顯微鏡的工作原理227

1122原子力顯微鏡的工作原理229

113工作方式230

1131掃描隧道顯微鏡的成像模式230

1132原子力顯微鏡的成像模式231

114其他類型的掃描探針顯微鏡234

1141光子掃描隧道顯微鏡234

1142側向力顯微鏡235

1143磁力顯微鏡235

1144靜電力顯微鏡236

1145化學力顯微鏡236

1146掃描電化學顯微鏡236

1147力調製顯微鏡236

115掃描探針顯微鏡在現代材料研究中

的應用237

1151掃描探針顯微鏡在微納技術和

超精密加工中的應用237

1152掃描探針顯微鏡在高分子領域

的應用240

1153掃描探針顯微鏡在微電子技術

方面的應用243

1154應用前景244

參考文獻244