Complementarity Between Neutron and Synchrotron X-Ray Scattering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Furrer, Albert (EDT)

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:

价格:1501.52元

装帧:HRD

isbn号码:9789810235581

丛书系列:

图书标签:

• Neutron scattering
• Synchrotron X-ray scattering
• Complementarity
• Condensed matter physics
• Materials science
• Scattering techniques
• Structural analysis
• Magnetic materials
• Soft matter
• Polymers

材料科学中的多尺度结构探究：一个超越单一散射方法的视角 图书名称： 材料科学中的多尺度结构探究：一个超越单一散射方法的视角 作者： [作者姓名留空或使用化名] 出版年份： [出版年份留空或使用一个假设的年份] 页数： [页数留空或使用一个假设的数字] 内容简介： 本书旨在为材料科学家、凝聚态物理学家以及从事结构表征的工程师提供一个全面而深入的视角，探讨如何利用多种互补的结构探测技术，跨越不同长度尺度，对复杂材料体系进行精确、深入的结构解析。在当今的前沿材料研究中，材料的性能往往与其中从原子级到微米级的结构组织密切相关，单一的表征手段已难以完全捕捉其复杂性。因此，本书系统地阐述了如何整合和交叉验证来自不同散射和成像技术的证据，以构建一个完整、可靠的材料结构模型。 全书共分为六个主要部分，逻辑上由浅入深，从基础理论到前沿应用层层递进。 --- 第一部分：结构表征的基础原理与挑战 本部分首先回顾了现代材料结构分析的基石——衍射和散射理论。重点不再是单一技术的详细数学推导，而是强调不同技术在探测波长、能量转移和空间分辨率上的内在差异。 第一章：散射理论的普适性与局限性 本章详细分析了电磁波与物质相互作用的物理机制，特别是如何通过傅里叶变换将观测到的散射强度转换为结构信息（如对位函数或结构因子）。我们讨论了“有限信息”的根本问题——任何实验都只能提供有限的、受噪声影响的截断信息。通过案例分析，展示了仅依赖劳厄图或粉末衍射图谱，在解析无序或低对称性晶体结构时所面临的固有挑战。 第二章：长度尺度的分界点 本章聚焦于材料科学研究中常见的长度尺度划分（皮米级、纳米级、微米级和宏观尺度）。我们探讨了为何某些现象（如晶界扩散、相分离形核）恰好发生在两种或三种尺度交汇的区域，以及传统技术（如X射线衍射、透射电子显微镜）在跨越这些界限时的分辨率瓶颈和信息丢失。 --- 第二部分：高能射线与低能散射的协同作用 本部分的核心在于如何将高穿透性、高能量分辨率的探测技术与侧重于表面或低能激发态的分析方法结合起来。 第三章：高能X射线对体相结构的高效利用 本章探讨了同步辐射源提供的高通量、高准直度的X射线在探测大尺寸、高吸收性材料（如核燃料、大型电池电极、地质样品）体相结构中的不可替代性。重点分析了高压原位实验中，X射线衍射（XRD）如何揭示材料在极端条件下的晶格演化和相变路径。 第四章：中子散射在轻元素和磁性结构中的独特优势 本章深入阐述了中子作为一种探针的特性：对轻元素（如氢、锂）的高灵敏度以及对磁矩的直接响应。我们将对比中子衍射（ND）与X射线衍射（XRD）在解析水合离子或有机聚合物结构时的互补性。特别分析了小角中子散射（SANS）如何与小角X射线散射（SAXS）结合，实现从纳米尺度的孔隙结构到微米尺度的聚集体形态的无缝过渡。 --- 第三部分：微区分析与空间分辨率的提升 本部分关注于如何将结构信息与材料的实际空间分布联系起来，这是理解宏观性能的关键。 第五章：聚焦技术与元素特异性 本章分析了聚焦技术（如微束X射线衍射、聚焦离子束辅助的TEM样品制备）如何实现空间分辨的结构分析。我们详述了荧光探测（XRF）与衍射信号的耦合，以同时获得元素分布和局部晶体结构信息，尤其是在研究异质结或界面区域时。 第六章：电子束技术的结构解析与局限 本章讨论了透射电子显微镜（TEM）及其衍生的技术（如高分辨TEM、电子衍射）在原子尺度成像方面的能力。然而，重点强调了电子束对软物质和含锂材料可能造成的损伤，并讨论了如何通过低剂量技术和离线分析（如结合同步辐射数据进行图像重建）来克服这些局限性。 --- 第四部分：动态过程与时间分辨表征 材料的功能往往体现在其动态响应中。本部分探讨了如何利用快速探测技术来捕获结构演化的瞬态过程。 第七章：飞秒/皮秒时间尺度下的激发态结构 本章聚焦于超快散射技术。我们分析了如何通过泵浦-探测（Pump-Probe）方案，结合高次谐波产生（HHG）或快速闪光X射线，来追踪光激发下晶格振动、电子结构松弛和超快相变。这部分内容展示了如何通过时间域的对比，区分不同弛豫机制对结构演化的贡献。 第八章：原位与非平衡态过程的监控 本章关注于在实际工作条件下（加热、电化学循环、应力加载）对结构变化的实时监测。探讨了如何整合多通道探测器，同步采集不同散射信号，以解析在非平衡态下出现的中间相或亚稳态结构，这些结构在平衡态下是不可见的。 --- 第五部分：数据处理与结构建模的整合策略 跨多种技术收集到的数据在维度、分辨率和噪声特性上存在显著差异。本部分提供了将这些异构数据融合进行一致性建模的方法论。 第九章：数据配准与尺度匹配 详细阐述了处理来自SANS/SAXS、XRD和TEM的结构因子时，如何进行有效的波长和$Q$空间（或$q$空间）的配准。讨论了正则化方法和贝叶斯推断在数据融合中的应用，以解决尺度不匹配带来的系统误差。 第十章：多模型拟合与不确定性量化 本章强调了“一致性”而非“完美匹配”。介绍了如何建立一个统一的、包含多个尺度的结构模型，并使用全局优化算法来同时拟合来自不同实验的数据集。重点讨论了不确定性传播分析在评估最终结构模型可靠性中的重要性。 --- 第六部分：前沿应用案例研究 最后一部分通过具体的材料体系案例，展示了这种多方法整合的强大效能。 第十一章：复杂氧化物界面中的电荷排序与结构畸变 案例分析了钙钛矿或铁电体中，界面应力如何导致界面附近的晶格畸变和电荷分离。通过高角度环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）揭示原子尺度的失配，结合中子衍射（用于确定轻元素氧的位移）和高能同步辐射XRD（用于整体晶胞参数的精确测量），构建了界面应力场的全景图。 第十二章：高熵合金的短程有序与晶界扩散 针对高熵合金中复杂的局域结构，本书展示了如何利用高分辨率的电子衍射图谱识别微小的短程有序（SRO）畴，同时利用中子小角散射（SANS）探测这些SRO畴在扩散过程中的聚集行为，从而解释了宏观硬化机制。 --- 总结： 《材料科学中的多尺度结构探究》不仅仅是一本实验技术的汇编，更是一部关于研究哲学和数据整合策略的指南。它力求引导读者跳出单一仪器的思维定式，认识到材料的“真实结构”是多维度、多尺度的综合体现，只有通过审慎的、互补的技术组合，才能真正揭示驱动材料性能的核心秘密。本书对于致力于开发下一代能源材料、智能结构和先进功能器件的研究人员具有极高的参考价值。

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