Electron Diffraction Techniques, pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Cowley, John M. (EDT)

出品人:

页数:432

译者:

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价格:2399.00元

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isbn号码:9780198557333

丛书系列:

图书标签:

• Electron Diffraction
• Diffraction Techniques
• Materials Science
• Crystallography
• Electron Microscopy
• Solid State Physics
• Surface Science
• Thin Films
• Nanomaterials
• X-ray Diffraction

晶体结构分析新视角：超越衍射的材料表征方法 图书简介 本书聚焦于现代材料科学与凝聚态物理研究领域中，用于探究物质微观结构、电子态及界面特性的先进表征技术。我们深刻认识到，精确的结构信息是理解宏观性能的关键，因此本书系统性地梳理和深入探讨了一系列在传统电子衍射（Electron Diffraction）之外，为研究人员提供更丰富、更细致物理解释的实验手段与理论框架。 本书旨在为研究生、科研人员以及希望拓宽材料表征视野的工程师提供一本内容详实、技术前沿的参考手册。我们强调的是互补性与集成性——如何利用不同技术的优势，构建一个全方位的材料“画像”，从而解决那些仅凭单一技术难以攻克的复杂科学问题。 第一部分：高分辨率形貌与缺陷成像技术 (High-Resolution Morphology and Defect Imaging) 本部分详细介绍透射电子显微镜（TEM）中的成像技术，特别是那些侧重于直接可视化和缺陷分析的方法，它们与衍射模式提供了对晶格的直观补充。 第一章：球差校正高角度环形暗场成像 (HAADF-STEM) 与 Z-对比度 我们将深入探讨球差校正扫描透射电子显微镜（STEM）的核心优势，特别是高角度环形暗场（HAADF）模式。HAADF图像的亮度强烈依赖于原子序数（$Z$），提供了优异的质量衬度。本章将详细分析如何利用这一特性，定量解析不同元素在纳米结构中的分布，例如在复杂氧化物界面、合金析出相或异质结中的精确原子排序。内容涵盖： 1. STEM成像原理的量子力学基础：讨论电子束与物质的相互作用截面、像差对图像质量的影响，以及如何通过球差校正器（Cs校正器）来提升分辨率至亚埃级别。 2. 质量衬度与原子列识别：区分晶体缺陷（如位错、堆垛层错）在HAADF图像中的典型形貌特征，并介绍利用深度学习辅助工具进行自动缺陷识别的最新进展。 3. 谱像学集成 (Hyperspectral Mapping)：重点介绍能量色散X射线谱（EDX）和/或电子能量损失谱（EELS）与STEM成像的同步采集与三维重建技术，以实现原子尺度的元素分布和价态映射。 第二章：原位（In-situ）电镜技术在动态过程研究中的应用 本章着眼于材料在真实工作条件（如加热、施加电场、拉伸或反应气氛下）的行为。动态过程的研究揭示了材料的稳定性、相变机制和催化活性。 1. 原位加热与相变动力学：探讨如何设计原位加热台，观察晶界迁移、纳米粒子烧结或热力学不稳定的相如何随温度演变。重点分析温度梯度对衍射图案变化的影响及图像捕获的同步性挑战。 2. 原位电化学与环境TEM (ETEM)：聚焦于电池材料（如锂离子电池电极）在充放电循环中的体积变化、电解液/电极界面的演变，以及催化剂表面反应活性位点的实时观察。 3. 数据采集与分析挑战：讨论高速采集系统（如像素级探测器）在处理高帧率数据流时的技术要求，以及如何从时序图像序列中提取运动学信息，而非仅仅静态结构。 第二部分：表面与界面敏感的谱学探测方法 (Surface and Interface Sensitive Spectroscopy) 本部分转向那些对材料表面或近表面区域具有高度敏感性的探测技术，这些技术提供了电子结构和化学态信息，是对晶格结构分析的有力补充。 第三章：X射线光电子能谱（XPS）与化学态分析 XPS作为一种高灵敏度的表面分析技术，是确定材料表面元素组成和化学价态的标准工具。 1. 光电离理论与谱峰归属：深入讲解光电效应的基本原理，包括光电子的激发、逃逸深度以及受激发的电子如何被能量分析器捕获。重点讲解如何通过结合化学位移（Chemical Shift）来区分不同配位环境下的原子（如金属氧化物中的$ ext{M}^{2+}$与$ ext{M}^{3+}$）。 2. 深度剖析技术 (Depth Profiling)：介绍通过离子刻蚀结合XPS测量的方法，用于构建材料的垂直化学梯度信息。讨论离子束损伤对敏感材料（如有机物或多孔材料）的潜在影响与校正方法。 3. 表面敏化效应与污染控制：详细讨论在超高真空（UHV）环境下，样品制备对表面重建和吸附层形成的影响，确保测得的谱学信息准确代表真实界面状态。 第四章：二次离子质谱（SIMS）与高灵敏度同位素分析 SIMS是目前分析材料深层和表面痕量元素（包括同位素）最灵敏的技术之一。 1. 溅射机制与离子产额：阐述初级离子束轰击如何导致样品材料溅射并形成二次离子。分析不同基体材料（Matrix Effect）和入射离子种类对二次离子产额的影响，这是SIMS定量分析的核心难点。 2. 动态SIMS与静态SIMS的区分：动态SIMS用于深度剖析，侧重于大通量、宏观层面的元素分布；静态SIMS则在极低剂量下工作，用于表征单分子层或极薄膜的分子碎片信息。 3. 同位素示踪技术：重点介绍利用稳定同位素（如 $^{18} ext{O}$ 或 $^{6} ext{Li}$）作为示踪剂，来追踪材料内部的扩散路径或参与反应的物种，这在电池传输机制和半导体掺杂研究中至关重要。 第三部分：电子结构与光学性质的探究 (Electronic Structure and Optical Probing) 本部分侧重于非结构性的物理性质探究，这些性质直接关联于电子的能带结构和晶格的振动模式。 第五章：拉曼光谱与红外吸收光谱 (Raman and IR Spectroscopy) 拉曼和红外光谱是研究材料晶格振动模式（声子）和分子结构的关键手段。 1. 群论在晶格振动分析中的应用：系统介绍如何利用晶体的对称性（点群）来预测和区分拉曼活性和红外活性的振动模式。解释晶格振动与电子激发、电荷转移过程的耦合机制。 2. 应力与局域场效应的拉曼响应：讨论机械应力（如薄膜应变）如何导致拉曼峰的蓝移或红移（应力效应），以及局域环境变化（如杂质、缺陷）对散射强度的影响。 3. 表面增强拉曼散射（SERS）：详述SERS现象，它极大地增强了对吸附在特定金属纳米结构表面的分子信号的探测能力，是高灵敏度化学传感的基础。 第六章：紫外光电子能谱（UPS）与能带边缘分析 UPS是确定材料功函数和价带顶位置的黄金标准技术。 1. 功函数与费米能级测量：详细阐述UPS如何通过测量光电子的最高动能来精确确定材料的功函数，这对于设计器件界面（如有机光电器件或异质结）至关重要。 2. 价带结构重构：分析UPS谱图的低结合能部分，理解其如何反映材料的价带边缘和电子态密度（DOS）。 3. 紫外吸收光谱（UVS）在带隙分析中的作用：结合UVS数据，讨论如何确定材料的直接和间接光学带隙，并解释光学跃迁与电子结构的关系。 通过整合上述多种互补的技术，本书为读者提供了一套全面的、从原子排列到电子特性的多尺度、多维度材料表征工具箱，强调了实验数据的交叉验证与综合解释，从而推动材料科学研究达到新的深度和精度。

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说实话，我之前对电子衍射这个领域一直有些敬畏，总觉得它深奥难懂，充斥着复杂的数学公式和晦涩的物理概念。直到我开始阅读这本《电子衍射技术》，这种感觉才彻底消散。作者在内容组织上简直是大师级的处理，他巧妙地将理论框架与实际应用案例紧密结合起来，让抽象的概念变得触手可及。例如，在讨论晶体结构解析的部分，作者没有直接抛出复杂的傅里叶变换公式，而是先通过一个经典的“光绕射”类比，让读者建立起直观的认识，然后再逐步引入电子束的波动性及其在晶体周期势场中的行为。这种循序渐进的教学方法，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。更让我赞叹的是，书中对数据处理和误差分析的重视程度。它详细介绍了如何利用软件对衍射斑点进行精确测量和指数化，并对常见的仪器误差来源进行了归类讨论，这对于追求高精度测量的我来说，简直是如获至宝的实用指南。这本书真正做到了理论指导实践，实践反哺理论的完美闭环。

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作为一名材料物理方向的研究生，我手里攒了不少关于晶体缺陷和相变研究的实验数据，但总感觉分析得不够深入，缺乏一个统一的理论指导体系。《电子衍射技术》的出现，恰好弥补了这一空白。这本书在解释衍射峰的半峰宽、积分强度以及形状变化与微观结构（如晶粒尺寸、应变场、堆垛层错等）之间的定量关系时，展现出了极高的专业水准。它提供了一套完整的分析工具箱，无论是传统的Rietveld精修方法在电子衍射数据中的适配性探讨，还是新兴的电子全息成像技术在衍射信息提取上的潜力挖掘，都有相当深入的论述。特别是关于非晶材料或短程有序材料的电子衍射分析，书中有专门的章节阐述了如何从模糊的衍射环中提取出有意义的结构信息，这部分内容在其他综述性文章中是很少见的深度。读完后，我立刻着手重新处理了我手中几组关键的样品数据，发现以往忽略的很多微小信息点现在都有了理论依据去解释，研究的深度和广度都有了质的飞跃。

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坦白讲，市面上的专业书籍往往偏重理论的纯粹性，而忽略了实际操作中的“脏活累活”，导致读者在面对真实世界的复杂样品时束手无策。然而，这本《电子衍射技术》却以一种非常务实和“接地气”的态度，系统地梳理了从仪器设置到结果解读的每一个环节。它用大量的篇幅讨论了束流的单色性对衍射图谱的影响、样品倾转角度的选取对菊池线清晰度的制约，甚至连真空度对低能电子衍射（LEED）结果的潜在干扰都有提及。这种对实验细节的精雕细琢，体现了作者深厚的工程背景和丰富的实验经验。我特别欣赏它在对比不同衍射模式（SAED、RHEED、LEED）适用范围和优缺点时的公正和客观。它没有盲目推崇某一种技术，而是根据研究对象的尺度和性质，给出了最合理的选择建议。这本书对于实验室的常规操作指导手册来说，绝对是一次革命性的升级，它让“实验误差”不再是玄学，而是可以被系统性控制和理解的物理量。

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这本书的叙事风格有一种奇特的吸引力，它不像传统学术著作那样板着脸孔，反而带着一种对科学探索的热情和对复杂现象的敬畏。在介绍高阶的对称性群理论在衍射图谱分类中的应用时，作者没有直接引用繁复的群论符号，而是通过构建具体的晶格模型和电子束路径，让读者“看到”对称性是如何在二维平面上“投影”出来的。这种“可视化”的讲解方式，极大地提升了阅读体验。更值得一提的是，书中对电子衍射在新型功能材料，如拓扑绝缘体、二维材料（如石墨烯和过渡金属硫化物）中的前沿应用做了及时且深入的总结。它不仅回顾了经典理论，更展望了未来研究的方向，引导读者思考当前技术瓶颈在哪里，以及如何利用电子衍射的独特优势去突破这些瓶颈。这本书的视野开阔，内容的时效性也很强，对于渴望站在学科前沿的科研人员来说，它无疑是一份极具前瞻性的指引，让人在合上书本后，依然充满探索未知的动力和清晰的思路。

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这本《电子衍射技术》的书籍，简直是为我们这些科研工作者量身定做的宝典！我刚拿到手的时候，就被它严谨的逻辑和详尽的论述深深吸引住了。书中对于不同类型电子衍射实验的原理阐述得非常透彻，从最基础的布拉格定律在电子散射中的应用，到复杂的菊池花样分析，作者都用生动形象的语言和精妙的图表进行了深入浅出的讲解。尤其让我印象深刻的是关于样品制备的章节，那里面详细列举了从薄膜到纳米晶体的各种制备方法及其对应的衍射特征，这些都是我在实际操作中经常遇到的瓶颈。读完这部分内容，我感觉自己对如何优化实验参数、提高数据质量有了全新的认识。它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的前辈在手把手地传授多年积累的独门秘笈。那些关于高分辨透射电镜（HRTEM）中衍射衬度分析的讨论，更是深入到了前沿研究的层面，为我后续的课题设计提供了坚实的理论支撑。全书的排版和插图质量也无可挑剔，清晰的图例和准确的标注极大地便利了理解。

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