X射线衍射实验方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:冶金工业

作者:李树棠

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-3-1

价格:15.00元

装帧:

isbn号码:9787502412227

丛书系列:

图书标签:

• X射线衍射
• 晶体学
• 实验物理
• 材料科学
• 固体物理
• 结构分析
• 粉末衍射
• 单晶衍射
• 衍射技术
• 科学研究

X射线衍射实验方法：探索物质结构的奥秘 X射线衍射（XRD）作为一种强大而成熟的无损检测技术，在材料科学、化学、物理、地质学、生物学乃至考古学等众多领域扮演着至关重要的角色。它能够提供关于晶体物质的精确结构信息，包括晶格参数、晶面间距、晶粒尺寸、微晶应变、织构、相组成以及原子排列等。掌握X射线衍射实验的原理、方法和数据解析技巧，对于深入理解物质的微观结构与宏观性能之间的关系，以及推动相关学科的研究与发展具有不可估量的价值。 本书旨在系统地阐述X射线衍射实验的核心技术与操作流程，从基础理论的铺垫，到仪器的选择与校准，再到样品制备与数据采集，最终深入到复杂的数据解析与应用。本书的编写力求理论与实践相结合，不仅讲解“是什么”和“为什么”，更注重“怎么做”，为读者提供一套全面、实用且易于理解的X射线衍射实验指南。 第一部分：X射线衍射基础理论 在深入探讨实验技术之前，理解X射线衍射的基本原理是必不可少的。本部分将从以下几个方面展开： 1. X射线的产生与性质： 介绍X射线的产生机制（如伦琴管的工作原理），其电磁波性质，以及与物质相互作用时表现出的衍射、散射、吸收等现象。重点阐述X射线的波长、能量等参数与实验结果的关系。 2. 晶体结构与晶格： 详细介绍晶体的周期性结构，晶胞、晶带、晶面等基本概念。解释密勒指数（Miller indices）在描述晶面和晶向中的作用，以及如何通过晶体学基本知识来理解衍射峰的位置。 3. 布拉格定律（Bragg's Law）： 这是X射线衍射的基石。本书将深入解析布拉格方程 $2d sin heta = nlambda$ 的物理意义，讲解晶面间距 $d$、衍射角 $ heta$ 和X射线波长 $lambda$ 之间的精确关系。通过具体的例子，展示布拉格定律如何指导我们理解衍射峰的产生。 4. 衍射强度与结构因子： 除了衍射角，衍射峰的强度也蕴含着丰富的结构信息。本部分将介绍结构因子（structure factor）的概念，它反映了原子在晶胞中的散射能力及其相对位置对衍射强度的影响。讲解如何通过结构因子来推断原子在晶体中的具体位置。 5. 衍射仪器的基本组成与工作原理： 介绍X射线衍射仪的主要组成部分，包括X射线源（灯丝、阳极）、单色器、样品台、探测器（如闪烁计数器、比例计数器、半导体探测器）以及数据采集与处理系统。阐述这些组件如何协同工作以实现X射线衍射实验。 第二部分：X射线衍射实验方法与操作 理论知识为实践奠定基础，本部分将聚焦于X射线衍射实验的实际操作，力求使读者掌握精确、高效的实验流程。 1. 仪器的选择与性能参数： 讲解在进行不同类型研究时，如何选择合适的X射线衍射仪。对比不同X射线源（如Cu Kα, Mo Kα）的特性及其适用范围。重点介绍仪器的关键性能参数，如衍射角扫描范围、角分辨率、探测器效率等，以及它们对实验结果的影响。 2. 仪器的日常维护与校准： 强调仪器的定期维护和精确校准对于获取可靠实验数据的必要性。详细介绍X射线管的启动与关机流程，真空系统的检查，以及常用校准方法（如使用标准样品进行角峰校准）。 3. 样品制备技术： 样品制备是X射线衍射实验的关键环节，直接影响到衍射图谱的质量。本部分将分类介绍不同形态样品的制备方法： 粉末样品： 详细讲解干法研磨、湿法研磨、压片、粘附等常用粉末样品制备技术，以及如何避免样品在制备过程中引入择优取向。 块状样品： 介绍如何处理金属块、陶瓷块等大尺寸样品，包括表面抛光、粘附支撑等。 薄膜样品： 讲解薄膜样品在滑台或特殊附件上的放置方式，以及如何优化入射角以获得更好的信号。 液体/糊状样品： 介绍使用特殊样品盒或附件处理不易固定的样品。 4. X射线衍射数据采集： 实验参数的设置： 详细指导读者如何根据样品特性和研究目的，合理设置衍射角扫描范围（$2 heta$）、扫描步长、扫描速度、管电压、管电流等关键参数。 扫描模式的选择： 介绍连续扫描（$ heta-2 heta$ 扫描）和摇摆扫描（rocking curve/$omega$ 扫描）等常用扫描模式，以及它们各自的适用场景。 探测器的选择与优化： 根据样品情况，选择合适的探测器类型，并根据实验需求优化探测器的窗口、增益等参数。 数据记录与保存： 强调规范的数据记录格式和有效的数据备份策略。 5. 滑角（Grazing Incidence）XRD（GIXRD）与掠入射（Reflection）XRD： 介绍GIXRD在研究薄膜、表面层等浅层结构时的优势，讲解其基本原理和实验设置。 6. 高温/低温XRD： 介绍在不同温度下进行XRD实验的特殊设备和操作注意事项，以及它们在相变研究中的应用。 7. 同步辐射XRD： 简要介绍同步辐射光源的优势（高亮度、能量可调），以及其在快速采集、小尺寸样品、特殊压力环境等极端条件下XRD研究中的应用。 第三部分：X射线衍射数据解析与应用 获得高质量的衍射数据是第一步，如何从中提取有用的信息并进行物理解释，是XRD实验的核心价值所在。本部分将系统讲解数据解析的常用方法和典型应用。 1. 衍射图谱的定性分析： 衍射峰的识别与归属： 讲解如何识别衍射图谱中的各个衍射峰，并与标准卡片（如PDF卡片）进行比对，从而确定样品中存在的物相。 物相检索： 详细介绍如何使用数据库（如ICDD PDF数据库）进行物相检索，包括关键词检索、峰位检索、强度比检索等。 晶体结构分析的初步判断： 通过衍射峰的数目、位置分布以及强度特征，对样品的晶体结构类型（如立方、四方、六方等）进行初步判断。 2. 衍射峰参数的精确标定： 峰位（Position）的精确测定： 介绍拟合算法（如高斯拟合、洛伦兹拟合、Voigt拟合）在精确确定衍射峰中心位置方面的应用。 峰宽（Width）的分析： 讲解衍射峰宽的影响因素，包括晶粒尺寸、微晶应变、仪器展宽等。 峰高（Height）与峰面积（Area）的分析： 介绍如何利用峰的强度信息进行定量分析。 3. 晶格常数测定： 基于布拉格定律的计算： 讲解如何利用多个衍射峰的精确位置，通过拟合算法计算出精确的晶格常数。 标准法与内标法： 介绍不同的晶格常数测定方法，以及它们在提高精度方面的作用。 4. 晶粒尺寸与微晶应变的分析（Scherrer方程与W-H公式）： Scherrer方程： 详细推导和应用Scherrer方程，分析衍射峰宽与晶粒尺寸的关系，讲解其局限性。 Williamson-Hall (W-H) 方法： 介绍W-H方法如何同时考虑晶粒尺寸效应和微晶应变效应，通过分析不同衍射角下峰宽的变化，分离出这两者对峰宽的贡献。 5. 织构分析： 讲解择优取向（texture）对衍射图谱的影响，介绍极图（pole figure）的采集和解析方法，以及如何通过极图了解材料的织构。 6. 定量物相分析（Rietveld精修）： Rietveld精修法的基本原理： 详细介绍Rietveld精修法的核心思想，即通过拟合计算出的衍射图谱与实验测得的衍射图谱之间的差异，来优化结构模型和参数。 模型构建与参数优化： 讲解如何构建晶体结构模型，包括原子位置、占位度、热振动参数、晶格畸变等。以及如何通过最小二乘法进行参数优化。 Rietveld精修的应用： 介绍Rietveld精修在精确测定物相含量、晶格畸变、择优取向等方面的强大能力。 7. 晶体结构的解析（De novo结构解析）： 从零开始解析未知晶体结构： 介绍在没有先验知识的情况下，如何从衍射数据中推断出晶体结构的解决方案。 常用方法： 简要介绍 Patterson 函数法、直接法等经典晶体结构解析方法。 8. X射线衍射在材料科学中的典型应用： 相鉴定与物相含量测定： 在合金、陶瓷、催化剂、药物等领域，对混合物进行物相分析和定量。 相变研究： 监测材料在加热、加压等过程中的结构变化，研究相转变动力学。 晶体结构测定与精修： 确定新材料的晶体结构，优化已知材料的结构参数。 薄膜与表面研究： 分析薄膜的晶体结构、取向、界面特性等。 纳米材料表征： 测量纳米晶粒的尺寸、形状与晶格畸变。 应力与形变分析： 测定材料中的宏观应力与微观形变。 无定形材料的表征： 尽管XRD主要用于晶体材料，但也可以提供关于无定形材料的结构信息，如短程有序度。 9. 常见问题及故障排除： 针对实验过程中可能遇到的各种问题，如信号弱、背景高、峰形异常、设备故障等，提供实用的排查思路和解决方案。 本书特色： 理论与实践并重： 深入浅出地讲解XRD的基本理论，同时提供详细的实验操作指南和数据处理技巧。 图文并茂： 配备大量的示意图、实验照片和衍射图谱，帮助读者直观理解抽象概念。 案例丰富： 结合多个学科领域的实际应用案例，展示XRD技术的强大功能和广泛前景。 面向不同读者： 适合本科生、研究生、科研人员以及从事材料相关工作的技术人员阅读。 通过学习本书，读者将能够系统掌握X射线衍射实验的核心技术，能够独立进行XRD实验，准确解析衍射数据，从而在各自的研究领域取得突破。本书不仅是一本实验手册，更是一本开启探索物质微观世界奥秘的钥匙。

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这本书的语言风格极其**跳跃且充满思辨性**，它似乎更倾向于引导读者进行批判性思考，而非简单的知识灌输。我特别欣赏作者在引入新概念时所采取的那种**“先提出悖论，再寻找证据”**的叙事策略。比如，在讨论对称性破缺对材料电学特性的影响时，作者没有直接给出结论，而是先抛出了一个看似矛盾的实验现象，然后层层剥茧地引入群论的概念来解释这种“不和谐”背后的“和谐规律”。这种写作方式，对于那些已经有一定基础，渴望深入理解原理深层逻辑的读者来说，无疑是极具吸引力的。然而，对于初学者而言，可能会觉得开篇的切入点略显陡峭，需要花费更多时间去适应这种**哲学思辨与技术细节交织**的叙述节奏。书中对于历史背景的梳理也十分到位，它不仅仅是罗列时间线，而是将重大的科学发现置于当时的社会和技术背景下进行考察，使得每一次理论的突破都显得有血有肉，充满了人性的光辉与挣扎。这种多维度的叙事角度，让这本书的阅读体验远超一本单纯的技术手册。

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我必须强调这本书**在理论深度上的“克制”**。它显然是建立在扎实的物理学基础之上的，但作者极其高明地掌握了“点到为止”的艺术。在涉及复杂量子力学或群论的推导时，作者通常只会给出关键的结论和物理意义的阐释，而将冗长、令人望而生畏的数学推导巧妙地“隐藏”在了附录或者脚注中。这使得全书的**阅读门槛被有效降低**，让更多的工程师和应用科学家能够专注于**现象背后的物理机制**，而不是被复杂的数学符号所困扰。例如，在解释傅里叶变换在结构分析中的应用时，书中用到了大量类比和几何解释，而非纯粹的积分运算，这极大地帮助我这种对高阶数学不太敏感的读者，快速掌握了这种分析工具的本质威力。这本书的核心价值在于，它成功地将“高手过招”的精髓，用“大白话”的形式传递了出来，既保证了科学的严谨性，又确保了知识的易得性，是一种非常高明的科普与专业书籍之间的平衡。

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这本书的结构组织**松散却又浑然一体**，它更像是一部由数个优秀专题讲座汇编而成的文集，而非线性推进的教科书。每一章节的独立性都很强，读者可以根据自己的兴趣点随意切入，而不会感到上下文的割裂。比如，我今天可能只对“薄膜样品制备过程中的应力分析”感兴趣，那么我可以直接翻到那一节，内容详尽到几乎可以作为独立的工作指南来使用，没有任何多余的背景铺垫。但有趣的是，当你读完几个看似不相关的章节后，会惊喜地发现，作者巧妙地通过一些隐晦的交叉引用和共性的物理原理，将这些知识点串联了起来，最终指向一个统一的认知框架。这种**模块化设计**极大地提高了阅读效率，尤其适合繁忙的专业人士进行碎片化学习和即时查阅。唯一的不足可能在于，对于那些需要系统性、从零开始构建知识体系的新手来说，可能需要自己额外花力气去构建这些模块间的逻辑桥梁。但对我而言，这种自由度正是其最大的魅力所在。

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这本书的装帧设计确实让人眼前一亮，封面上那种深邃的蓝色调与抽象的晶体结构图案结合得恰到好处，散发着一种专业而又引人入胜的气质。我是在一个周末的下午偶然翻到它的，当时正为手头一个材料科学的项目寻找一些理论支持。书的扉页和前言部分，作者在阐述研究背景时，那种严谨又不失文学性的笔触，立刻抓住了我的注意力。特别是作者对于“结构决定性质”这一核心思想的探讨，简直可以说是将理论的冰冷与科学的魅力完美地融合在了一起。全书的排版清晰，字体大小适中，大量的图表和插图都经过精心制作，线条的粗细和色彩的搭配都体现了出版方的专业水准。阅读过程中，我发现很多原本在教科书里显得晦涩难懂的概念，通过书中精心设计的示意图和对比分析，变得异常直观和易于理解。例如，关于晶格缺陷的研究部分，作者没有停留在简单的定义上，而是通过多尺度的视角，展示了这些微观结构是如何影响宏观性能的，这种宏观与微观的无缝衔接，极大地拓宽了我的思路。总而言之，这本书在视觉呈现和基础框架的搭建上，无疑是做到了行业内的顶尖水准，让人在阅读时就感受到了一种对知识的尊重和对美的追求。

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这本书的**实用性与前沿性达到了一个令人惊叹的平衡点**。我是一名活跃在科研一线的工作者，最看重的是理论如何快速有效地转化为实验操作和数据解读。这本书在这方面做得非常出色，它没有沉溺于过于抽象的数学推导，而是将大量的篇幅用于**案例分析和误差来源的探讨**。比如，在描述数据处理流程时，作者详细列举了不同类型噪声对最终结果的系统性影响，并提供了多套成熟的滤波和校正方案，甚至对不同商业软件处理结果的差异性也进行了细致的对比。我尝试依照书中的步骤重现了几个经典实验，发现只要严格遵守其指引，结果的稳定性和可重复性得到了显著提升。更值得称赞的是，书中对**最新一代检测技术的展望**部分，虽然篇幅不多，但其敏锐的洞察力预示了未来几年该领域的研究热点，这为我们制定长期的研究规划提供了极宝贵的参考。它像一位经验丰富的老手，不仅教你如何钓鱼，还告诉你哪片水域即将迎来丰收。

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