$X-ray Diffraction$

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出版者:Kluwer Academic Print on Demand

作者:Suryanarayana, C./ Norton, M. Grant

出品人:

页数:292

译者:

出版时间:1998-6

价格:$ 168.37

装帧:HRD

isbn号码:9780306457449

丛书系列:

图书标签:

X射线衍射
衍射
晶体学
材料分析
结构分析
粉末衍射
单晶衍射
布拉格定律
材料科学
物理学

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具体描述

In this, the only book available to combine both theoretical and practical aspects of x-ray diffraction, the authors emphasize a 'hands on' approach through experiments and examples based on actual laboratory data. Part I presents the basics of x-ray diffraction and explains its use in obtaining structural and chemical information. In Part II, eight experimental modules enable the students to gain an appreciation for what information can be obtained by x-ray diffraction and how to interpret it. Examples from all classes of materials - metals, ceramics, semiconductors, and polymers - are included. Diffraction patterns and Bragg angles are provided for students without diffractometers. It features 192 illustrations.

晶体结构与物质性能的深度探索：超越X射线衍射的视角图书名称：《晶体结构与物质性能的深度探索：超越X射线衍射的视角》图书简介：本书旨在为材料科学、凝聚态物理、化学以及地质学等领域的科研人员、高级学生和工程师提供一个全面而深入的知识体系，该体系侧重于理解和表征固体材料的微观结构，同时将视野扩展至传统X射线衍射（XRD）技术之外的关键分析方法与理论框架。尽管X射线衍射是确定晶体结构最成熟的工具之一，但现代科学研究对物质结构与性能关系的要求日益精细化和多维度化，需要整合多种互补的技术手段和理论模型。本书的叙事逻辑并非简单地罗列技术手册，而是构建了一个从宏观性能到原子尺度，再到电子结构演变的完整探究路径。它深刻认识到，材料的最终功能（如导电性、磁性、催化活性、机械强度）是其内部原子排列、晶格缺陷、电子态密度以及表面/界面结构共同作用的结果。因此，我们必须超越单一的衍射峰分析，去探究那些影响材料性能的关键“细节”。第一部分：结构测定的多维补充本部分重点讨论在传统XRD分析中难以捕捉或需要进一步验证的结构信息。我们首先深入探讨中子衍射（Neutron Diffraction）的原理与应用。与X射线不同，中子对轻元素（如氢、锂、氧）具有极高的敏感度，并且能够区分化学性质相近但原子序数不同的同位素。这使得中子衍射成为研究氢键网络、锂离子电池电极材料中锂离子分布以及磁性有序结构分析的无可替代的工具。我们将详细分析如何利用中子衍射的磁性散射截面来解析复杂的磁结构，这对于理解铁磁体、反铁磁体以及多铁性材料至关重要。其次，同步辐射光源下的高能X射线散射技术被提升到核心地位。虽然基础的XRD依赖于实验室X射线源，但同步辐射提供的极高通量、准单色光束和极小的光斑尺寸，使得材料表征进入了“快照”和“原位（In-situ）”时代。本部分将详细阐述粉末衍射（Powder Diffraction）的快速采集与结构精修，特别是Rietveld精修方法的进阶应用，包括对微应变、择优取向（Texture）的精确量化。更重要的是，我们将聚焦于小角X射线散射（SAXS）和广角X射线散射（WAXS）的联用，用于定量分析纳米颗粒、聚合物链段的尺寸、形状和堆积方式，这是理解分散体系稳定性和力学性能的关键。第二部分：缺陷工程与微观形貌的表征晶体材料的性能往往被缺陷所主宰。本部分将焦点转向透射电子显微镜（TEM）及其衍生技术。我们不将TEM视为XRD的替代品，而是其在原子尺度上的重要补充。首先，高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和球差校正扫描透射电子显微镜（STEM）被用于直接成像晶格缺陷，如位错、堆垛层错、晶界和孪晶界。我们将详细解析如何通过图像处理和几何相位分析（GPA）来精确映射应变场。随后，本书深入探讨电子衍射（Electron Diffraction）的潜力。在TEM中获得的选区电子衍射图样（SAED）能快速确定微小晶粒或特定区域的晶体结构和取向，特别适用于对多晶材料或相分离体系的局部分析。此外，能量色散X射线光谱（EDS）和电子能量损失谱（EELS）的联用，使我们能够同时获得化学成分（元素种类和分布）和电子结构信息（价态、化学键合）。例如，通过分析氧的ELNES边，可以精细判断氧化物的氧空位浓度和晶格氧的配位环境，这是直接影响其催化和储能性能的结构特征。第三部分：原子振动、电子态与动力学研究结构稳定性和热力学性质与原子在晶格中的振动密切相关。本部分关注非衍射的散射和光谱学方法，这些方法提供了XRD无法直接提供的原子动态信息。拉曼光谱（Raman Spectroscopy）和红外吸收光谱（IR Spectroscopy）是研究分子振动、晶格振动模式（声子）以及化学键合环境的有力工具。我们将阐释如何通过分析特定峰的频率、强度和带宽的变化，来识别材料中的相变、晶格畸变、压力效应以及局域对称性的破坏。例如，在电池材料的研究中，拉曼光谱能有效监测电极材料在充放电循环中晶格的重构过程。更为前沿的是，本书探讨了非弹性中子散射（Inelastic Neutron Scattering, INS）和电子能量损失谱（EELS）在激发态研究中的应用。INS能够直接测量声子色散关系，从而计算出材料的晶格动力学参数和比热容。EELS虽然主要用于化学键信息，但在高能激发下，可以揭示电子在动量空间中的分布，为理解电子-声子耦合提供微观证据。第四部分：表面与界面：性能的门户现代功能材料（如催化剂、传感器、半导体器件）的性能往往由表面和界面决定。本部分将系统介绍表征固-气、固-液界面的技术。 X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）因其对化学态和元素普查的极高灵敏度，成为分析材料表面几纳米深度的核心手段。我们将详细讲解如何通过谱峰的化学位移来区分元素的不同价态（例如，金属氧化物表面还原态和氧化态的比例），这对理解催化剂的活性位点至关重要。此外，原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）提供了在纳米尺度甚至原子尺度上对表面形貌、电势分布（开尔文探针力显微镜 KPFM）和局部电学性质的直接成像能力。STM尤其关键，它直接反映了电子态密度在表面布居的分布情况，为理解表面吸附和反应奠定了基础。总结与展望：本书强调的理念是：晶体结构分析不再是一个孤立的步骤，而是需要一个多技术融合的平台。通过整合衍射技术（确定平均结构）、电子显微学（确定缺陷与局部结构）、光谱学（确定原子动态与电子态）以及表面分析技术，研究人员才能真正构建起“结构-性能-机理”之间的完整桥梁。本书为读者提供了跨越传统藩篱的工具箱，助力其在复杂材料体系的研究中取得突破性进展。