The Basics of Crystallography and Diffraction pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Hammond, Christopher

出品人:

页数:448

译者:

出版时间:2009-6

价格:$ 67.80

装帧:

isbn号码:9780199546459

丛书系列:

图书标签:

• Crystallography
• Diffraction
• X-ray Diffraction
• Materials Science
• Solid State Physics
• Crystal Structure
• Powder Diffraction
• Bragg's Law
• Structural Analysis
• Scientific Computing

《晶体学与衍射基础》是一本旨在为初学者和希望巩固基础知识的读者提供清晰、易懂的晶体学和衍射入门指南。本书的重点在于系统地阐述晶体结构的基本原理，以及如何利用衍射技术来探测和解析这些结构。 本书首先会深入浅出地介绍晶体学中最核心的概念。读者将学习到晶体是如何形成的，以及构成晶体的基本单元——原子、分子或离子——是如何在三维空间中以高度有序的方式排列的。这里会详细讲解晶格（lattice）的概念，包括点阵（point lattice）、晶胞（unit cell）及其选择，并介绍描述晶体对称性的各种操作，如平移、旋转、反演和镜面反射，从而引出空间群（space group）这一描述晶体完整对称性的关键概念。本书将避免过多的抽象数学推导，而是侧重于通过直观的图示和形象的比喻来帮助读者理解这些复杂的几何关系。 在理解了晶体结构的基本构成之后，本书将转向如何“看”见这些原子尺度的结构，而衍射技术便是在此发挥关键作用。本书会详细介绍X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）的基本原理。读者将了解到，当X射线与晶体中的电子相互作用时，会发生相干散射，并且在特定条件下（布拉格定律）会产生干涉，形成具有特定方向和强度的衍射束。本书会花费大量篇幅解释布拉格定律（Bragg's Law）的物理意义，说明晶面间距、入射X射线波长以及衍射角度之间的定量关系。 除了X射线，本书还会简要介绍其他衍射技术，如中子衍射（neutron diffraction）和电子衍射（electron diffraction），并讨论它们各自的特点、优势以及在特定研究领域的应用。例如，中子衍射能够探测轻原子（如氢原子）以及磁性结构，而电子衍射则在分析薄膜材料和纳米结构方面具有独特优势。 本书的核心内容之一将是解析衍射数据以确定晶体结构的过程。读者将学习到如何从衍射图样（diffraction pattern）中提取出重要的信息，如衍射点的分布（反映晶胞参数和对称性）和衍射点的强度（反映原子在晶胞中的位置）。本书会介绍一些常用的结构解析方法，例如直接法（direct methods）和Patterson方法，并解释它们是如何利用衍射强度来推断相位信息的，从而重建物体的电子密度分布，最终揭示出原子排列的具体情况。 此外，《晶体学与衍射基础》还会探讨不同类型的晶体材料，并结合实例说明晶体结构与其宏观性质之间的联系。例如，金属的晶体结构如何影响其延展性，陶瓷的结构如何决定其硬度和耐高温性，以及半导体的结构如何影响其电学性能。本书也会简要涉及一些与晶体学和衍射相关的应用领域，例如材料科学、矿物学、化学、物理学以及生物学（如蛋白质晶体学）。 本书的语言风格力求清晰、严谨且具有启发性，避免使用过于专业或晦涩的术语，或者在必要时提供详细的解释。对于需要深入理解的公式或概念，本书会提供清晰的推导过程，并辅以插图和表格，以帮助读者建立起物理图像。目标读者包括大学本科生、研究生以及任何对晶体结构及其探测方法感兴趣的科研人员或技术人员。通过阅读本书，读者将能够掌握晶体学和衍射领域的基本知识体系，为进一步深入学习和研究打下坚实的基础。

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我对这本书的学术严谨性感到由衷的敬佩。在许多关于晶体学入门的书籍中，为了追求易读性，往往会对一些复杂的晶体学概念进行必要的简化，但这有时会导致对更深层次物理本质的忽略。这本书似乎找到了一个完美的平衡点。它在讲解如何确定晶体结构（如劳厄法和旋转晶体法）时，非常忠实地还原了早期物理学家们在实验中遇到的困境和随后的逻辑推导过程。例如，在阐述如何通过衍射斑点确定晶胞参数时，作者详细讨论了衍射仪器的几何误差如何影响最终测得的角度值，以及如何通过统计学方法对这些误差进行校正。这种对“实验实践”细节的关注，使得这本书远超一本纯粹理论参考书的范畴。它更像是一本“大师的实验日志”，让你感受到科学发现过程中的那种反复试错和精密计算的艰辛与乐趣。对于那些希望将晶体学知识应用于材料科学或凝聚态物理研究的学生来说，书中关于缺陷晶体结构和非晶态材料衍射行为的章节，提供了超越标准教科书的广度和深度，绝对是宝贵的资源。

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这本书的封面设计极具工业时代的怀旧感，那种厚重的纸张质感和老式印刷体的标题，让人瞬间联想到那个精密仪器与科学探索交织的黄金年代。我原以为它会是一本枯燥的教科书，毕竟“晶体学”和“衍射”这两个词汇本身就带着一股学术的冷峻。然而，翻开第一页，我立刻被作者那行云流水的叙事风格所吸引。他没有急于抛出复杂的数学公式，而是从更宏观的层面——物质世界的结构之美——娓娓道来。比如，他对晶格点的描述，不像教科书里那样干巴巴地堆砌符号，而是将其比喻为宇宙中构建万物的基本“乐高积木”，充满了具象化的想象力。尤其是在讲解布拉格定律时，作者没有直接给出那著名的 $nlambda = 2d sin heta$，而是先花了大篇幅去描绘X射线束与晶体原子层之间的“舞蹈”，那种光束的反射与叠加，仿佛是精心编排的芭蕾舞，每一个动作都精确无误，体现了自然界隐藏的秩序。这种叙事方式极大地降低了初学者的入门门槛，让人在不知不觉中就领略了晶体学迷人的逻辑框架，而非仅仅停留在符号的记忆层面。我不得不说，这种对物理现象的诗意化处理，在同类专业书籍中实属罕见，它成功地将一门硬核的物理学科，转化为一场关于结构与对称性的视觉盛宴。

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我拿到这本书时，正面临一个棘手的科研项目，需要深入理解衍射图谱中那些细微的峰位移动和强度变化，这通常意味着材料内部存在复杂的缺陷或应力。市面上大多数参考资料对于如何从理论层面推导出实际图谱的细微特征，往往只是点到为止，将复杂的傅里叶变换和结构因子计算留给读者自行消化。然而，这本书在处理“衍射线强度与结构因子”的部分，展现了令人惊讶的深度和清晰度。作者非常细致地拆解了结构因子 $F_{hkl}$ 的计算过程，不仅仅是给出公式，而是深入探讨了不同原子在晶胞内的相对位置如何协同作用，影响最终衍射峰的强弱。有一章专门分析了“高对称性晶体中由于原子散射因子差异导致的峰强变化”，作者通过一系列精巧的类比，比如将原子想象成不同“音色”的乐器，在共同演奏时产生的干涉效果，让我茅塞顿开。特别是他关于“消光”（Extinction）现象的讨论，没有止步于现象描述，而是深入挖掘了影响消光程度的真实晶体质量参数，这对于我优化实验数据处理至关重要。这本书的价值在于，它将理论模型与实际的实验观察紧密地耦合在一起，让你在理解“是什么”的同时，也明白了“为什么会是这样”。

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这本书的排版和插图设计，简直是一场视觉上的革命。我读过许多关于对称性群和点群的教材，它们通常充斥着密密麻麻的符号和二维投影图，让人在脑海中构建三维空间结构时倍感吃力。但这本书在这方面做了大量创新。它大量使用了高质量的、富有层次感的3D渲染图，来展示晶体学的十二类点群和全部三十二类空间群。更巧妙的是，它引入了“动态视角”的概念——通过不同的投影方式，引导读者从不同的观察角度去体会这些对称操作的等效性。例如，在解释反演中心（Inversion Center）时，它不仅给出了数学定义，还配上了一张清晰的图示，展示了晶胞内任意一点如何通过中心点被精确映射到另一个位置。这种对空间几何的直观表达，极大地弥补了纯文字描述的不足。此外，书中的注释和边栏设计也十分用心，很多重要的概念，如“同真性”（Homotheticity）和“螺旋轴”（Screw Axis），都被放置在易于查阅的独立框内，配有简短却精辟的总结，使得学习路径非常流畅，不会因为突然插入的复杂概念而打断阅读的连贯性。

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这本书的语言风格有一种古典的英式幽默，使得长时间的阅读体验保持了令人愉悦的轻松感，这在处理如此硬核的主题时，是一个巨大的优势。作者偶尔会穿插一些历史小故事，比如某个晶体学发现背后的轶事，或是某位先驱科学家在实验室里发生的趣闻，这些小插曲就像是紧张的数学推导中的“调味剂”。我特别喜欢他描述“对称性”时的那种哲学性探讨，他将晶体对称群不仅仅看作是一组数学变换的集合，而是将之提升到一种“宇宙的语言”的高度，讨论了为什么自然界似乎偏爱某些特定的对称模式。这种将科学探究与人文思辨相结合的方式，极大地激发了我的好奇心，让我不再仅仅将晶体学视为一套工具，而是将其视为理解世界底层秩序的一种哲学途径。这本书没有生硬地要求读者接受结论，而是鼓励读者通过理解其背后的逻辑链条，去主动“发现”这些规律，这种启发式的教学方法，远比死记硬背公式有效得多，确保了知识的内化而非表面的掌握。

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