材料現(xiàn)代測試分析技術(shù)

　　前言材料科學(xué)是以材料為研究對(duì)象，以固體物理、化學(xué)、熱動(dòng)力學(xué)等為理論基礎(chǔ)，與工程科學(xué)相融合的產(chǎn)物;是運(yùn)用各種檢測手段，探討材料的組分、結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門基礎(chǔ)性交叉應(yīng)用學(xué)科。材料的性能與材料中的各種物相有關(guān)，而對(duì)每一種物相的化學(xué)成分及其晶體結(jié)構(gòu)的分析表征水平又取決于對(duì)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(yīng)用水平依賴于材料現(xiàn)代測試技術(shù)。本書是作者在材料科學(xué)與工程專業(yè)、化學(xué)化工專業(yè)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上編寫而成的。考慮到材料現(xiàn)代測試技術(shù)的種類繁多，在有限的學(xué)時(shí)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(yīng)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(diǎn)考慮知識(shí)體系的系統(tǒng)性和兼容性。材料表征最主要的對(duì)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(dú)特組分和獨(dú)特結(jié)構(gòu)的晶態(tài)物質(zhì)。材料學(xué)專業(yè)的學(xué)生一般都專門學(xué)習(xí)過品體學(xué)知識(shí)，但與材料現(xiàn)代測試技術(shù)有關(guān)的內(nèi)容則有必要再溫習(xí)一遍本書第1部分介紹晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)，其目的是讓讀者學(xué)會(huì)應(yīng)用（晶體學(xué)國際表（A卷）0.32種點(diǎn)群的《特征標(biāo)表）和《點(diǎn)群與位置群相關(guān)表》，學(xué)會(huì)編制品體結(jié)構(gòu)文件CIF文件或利用各種晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫等。這部分知識(shí)所涉及的符號(hào)較多，但內(nèi)容有限且不復(fù)雜。第2部分與原子核外的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，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(jí)結(jié)構(gòu)知識(shí)，形象、直觀，再學(xué)習(xí)EDS.WDS.XRF.SXES甚至EELS等，就變得相對(duì)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(duì)消光概念包括點(diǎn)陣消光、空間群消光和結(jié)構(gòu)消光進(jìn)行了全面總結(jié)，并用實(shí)例來加以說明，目的是讓讀者能看懂《晶體學(xué)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(shí)而需要普及.所以本書對(duì) Rietveld全譜擬合法的基本原理及相關(guān)軟件的使用方法進(jìn)行了重點(diǎn)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(shù).在金屬材料、陶瓷材料的表征上有很好的應(yīng)用前景，但理解起來需要較扎實(shí)的晶體投影知識(shí)和較好的空間想象力，可作為選擇性教學(xué)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(yīng)用等。第6部分介紹振動(dòng)光譜分析方法。近十多年來。在振動(dòng)光譜領(lǐng)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(dòng)光語的計(jì)算技術(shù)。通過計(jì)算，可以得到分子或品體中各種振動(dòng)模式的諮峰位置和相對(duì)強(qiáng)度，有望改變以往靠“猜測”或"代代相傳的經(jīng)驗(yàn)”解釋振動(dòng)光譜的歷史，傳統(tǒng)的教科書一般只介紹“分子”振動(dòng)光譜，但與材料有關(guān)的多是“品體”振動(dòng)光譜。本書第6部分在這方面做了新的嘗試.除振動(dòng)光譜的傳統(tǒng)知識(shí)以外，還重點(diǎn)介紹了分子和晶體振動(dòng)光譜的群論分析方法，以及晶體振動(dòng)光譜的計(jì)算等內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)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(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，若要在課堂上將”材料現(xiàn)代測試分析技術(shù)”這門涉及眾多知識(shí)體系的課程講得生動(dòng)、學(xué)得輕松愉快。實(shí)例圖譜是不可或缺的，PPT課件可長可短，增加實(shí)例、圖形、圖像或動(dòng)畫很容易;面作為教材則不然，增加實(shí)例需要精挑細(xì)選。本書由原美國中西部顯微和微觀分析學(xué)會(huì)（MMMS）材料科學(xué)部主任現(xiàn)材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（武漢理工大學(xué)）納微結(jié)構(gòu)研究中心執(zhí)行主任吳勁松教授擔(dān)任主審，并對(duì)本書晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（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(jìn)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(xué)技術(shù)大學(xué)理化科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(lǐng)域享譽(yù)盛名·曾出版《熱分析基礎(chǔ)）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(biāo)準(zhǔn)中幾乎所有的與“熱分析方法”有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)也是本書第7章的重要參考資料。本書第8章（振動(dòng)光譜）由中國物理學(xué)會(huì)第七屆光散射專業(yè)委員會(huì)主任委員、《光散射學(xué)報(bào)》常務(wù)副主編、中國科學(xué)院大學(xué)劉玉龍教授審閱并提出了許多修改建議、特別是有關(guān)“拉曼效應(yīng)”區(qū)別于其他效應(yīng)或其他散射的關(guān)鍵所在，使編著者受益匪淺。借此機(jī)會(huì)對(duì)上述三位著名學(xué)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(xué)出版社和武漢理工大學(xué)材料研究與測試中心領(lǐng)導(dǎo)的鼓勵(lì)，也得到了相關(guān)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(xué)呂佳慧老師提供了部分透射電鏡圖像和X射線能譜圖，對(duì)于相關(guān)單位領(lǐng)導(dǎo)的鼓勵(lì)，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(xué)術(shù)水平有限，書中難免存在錯(cuò)誤和不足之處，歡迎讀者批評(píng)指正.以便再版時(shí)加以改正。作者于武昌馬房山2022年9月

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