材料現(xiàn)代測試分析技術

　　前言材料科學是以材料為研究對象，以固體物理、化學、熱動力學等為理論基礎，與工程科學相融合的產(chǎn)物;是運用各種檢測手段，探討材料的組分、結(jié)構與性能之間關系的一門基礎性交叉應用學科。材料的性能與材料中的各種物相有關，而對每一種物相的化學成分及其晶體結(jié)構的分析表征水平又取決于對各種檢測手段的理解和掌握的深度和廣度，可以說各種材料的研究與應用水平依賴于材料現(xiàn)代測試技術。本書是作者在材料科學與工程專業(yè)、化學化工專業(yè)多年教學經(jīng)驗的基礎上編寫而成的。考慮到材料現(xiàn)代測試技術的種類繁多，在有限的學時內(nèi)不可能面面俱到，因此，在內(nèi)容的選擇上。主要以材料研究中最基本，最成熟的一些測試分析方法為主，而舍去一些不太成熟或應用面偏窄的內(nèi)容.例如，電子能量損失譜分析（EELS）、低能電子衍射分析（LEED）等;在內(nèi)容的具體編排上，重點考慮知識體系的系統(tǒng)性和兼容性。材料表征最主要的對象是物相，物相是指由一種或多種原子鍵合面形成的具有獨特組分和獨特結(jié)構的晶態(tài)物質(zhì)。材料學專業(yè)的學生一般都專門學習過品體學知識，但與材料現(xiàn)代測試技術有關的內(nèi)容則有必要再溫習一遍本書第1部分介紹晶體結(jié)構的基礎知識，其目的是讓讀者學會應用（晶體學國際表（A卷）0.32種點群的《特征標表）和《點群與位置群相關表》，學會編制品體結(jié)構文件CIF文件或利用各種晶體結(jié)構數(shù)據(jù)庫等。這部分知識所涉及的符號較多，但內(nèi)容有限且不復雜。第2部分與原子核外的電子能級結(jié)構有關，涉及X射線光電子能譜（XPS）分析、X射線能譜（EDS）分析.X射線波譜（WDS）分析、X射線熒光光譜（XRF）分析和軟X射線光譜（SXES）分析等內(nèi)容，讀者通過 XPS來理解原子核外的電子能級結(jié)構知識，形象、直觀，再學習EDS.WDS.XRF.SXES甚至EELS等，就變得相對容易。第3部分介紹X射線衍射分析。與傳統(tǒng)教材不同的是，本書對消光概念包括點陣消光、空間群消光和結(jié)構消光進行了全面總結(jié)，并用實例來加以說明，目的是讓讀者能看懂《晶體學國際表（A卷））中各空間群的消光規(guī)律表;另外，由于Rietveld全譜擬合法是X射線衍射分析的新知識而需要普及.所以本書對 Rietveld全譜擬合法的基本原理及相關軟件的使用方法進行了重點介紹。第4部分介紹電子顯微分析。其中.背散射電子衍射（EBSD）分析是近年來發(fā)展較快的分析技術.在金屬材料、陶瓷材料的表征上有很好的應用前景，但理解起來需要較扎實的晶體投影知識和較好的空間想象力，可作為選擇性教學內(nèi)容。第5部分介紹熱分析。其內(nèi)容包括熱分析的基本原理、9種材料專業(yè)較常用的熱分析儀器簡介以及熱分析的應用等。第6部分介紹振動光譜分析方法。近十多年來。在振動光譜領域，除拉曼光諧儀和紅外光譜儀不斷更新?lián)Q代以外，發(fā)展最快的是振動光語的計算技術。通過計算，可以得到分子或品體中各種振動模式的諮峰位置和相對強度，有望改變以往靠“猜測”或"代代相傳的經(jīng)驗”解釋振動光譜的歷史，傳統(tǒng)的教科書一般只介紹“分子”振動光譜，但與材料有關的多是“品體”振動光譜。本書第6部分在這方面做了新的嘗試.除振動光譜的傳統(tǒng)知識以外，還重點介紹了分子和晶體振動光譜的群論分析方法，以及晶體振動光譜的計算等內(nèi)容。網(wǎng)絡上有言：“有圖有真相！"其意思是說有圖形圖像就能清楚了解事情的真相。多年的教學實踐經(jīng)驗表明，若要在課堂上將”材料現(xiàn)代測試分析技術”這門涉及眾多知識體系的課程講得生動、學得輕松愉快。實例圖譜是不可或缺的，PPT課件可長可短，增加實例、圖形、圖像或動畫很容易;面作為教材則不然，增加實例需要精挑細選。本書由原美國中西部顯微和微觀分析學會（MMMS）材料科學部主任現(xiàn)材料復合新技術國家重點實驗室（武漢理工大學）納微結(jié)構研究中心執(zhí)行主任吳勁松教授擔任主審，并對本書晶體結(jié)構基礎（第1章）、光電子能譜分析（第2章）、X射線能譜光譜分析（第3章），粉末晶體X射線銜射分析（第4章）、透射電子顯微分析（第5章）和掃描電子顯微與電子背散射行射分析（第6章）進行了字斟句酌的審閱，提出了許多寶貴的修改意見和建議。本書第7章（熱分析）由中國科學技術大學理化科學實驗中心丁延偉教授審閱并提出了許多重要的修改建議。丁教授在我國熱分析專業(yè)領域享譽盛名·曾出版《熱分析基礎）等專著5部，并作為主編或副主編編寫了中華人民共和國教育行業(yè)標準中幾乎所有的與“熱分析方法”有關的標準，這些標準也是本書第7章的重要參考資料。本書第8章（振動光譜）由中國物理學會第七屆光散射專業(yè)委員會主任委員、《光散射學報》常務副主編、中國科學院大學劉玉龍教授審閱并提出了許多修改建議、特別是有關“拉曼效應”區(qū)別于其他效應或其他散射的關鍵所在，使編著者受益匪淺。借此機會對上述三位著名學者表示誠摯的敬意和感謝！本書在寫作過程中，得到了武漢理工大學出版社和武漢理工大學材料研究與測試中心領導的鼓勵，也得到了相關儀器室老師們的大力支持。陳文怡、卓蓉暉、安繼明老師提供了部分熱分析圖譜，車善斌、趙素玲、李豫梅、朱婉婷老師提供了部分掃描電子顯微鏡圖像和X射線能圖，劉小青、鄧兆、胡執(zhí)-老師提供了部分透射電子顯微鏡圖像和X射線能譜圖、沈春華、秦麟卿老師提供了部分X射線衍射圖，孫育斌、陳和生，楊光正老師提供了部分紅外光譜圖和拉曼光譜圖，楊梅君，聶曉蓓老師提供了部分電子探針圖，周靈德老師提供了部分X射線熒光光譜圖，方德老師提供了部分X射線光電子能譜圖.大連工業(yè)大學呂佳慧老師提供了部分透射電鏡圖像和X射線能譜圖，對于相關單位領導的鼓勵，同行提供圖像和圖譜，作者在此一并表示衷心的感謝！由于作者的學術水平有限，書中難免存在錯誤和不足之處，歡迎讀者批評指正.以便再版時加以改正。作者于武昌馬房山2022年9月

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