电子显微镜中的电子能量损失谱学

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出版者:高等教育
作者:埃杰顿
出品人:
页数:444
译者:
出版时间:2011-3
价格:68.00元
装帧:
isbn号码:9787040315356
丛书系列:材料科学经典著作选译
图书标签:
  • EELS
  • 材料学
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具体描述

《材料科学经典著作选译:电子显微镜中的电子能量损失谱学(第2版)》主要内容:段晓峰等编著的《电子显微镜中的电子能量损失谱学》是目前国际上最主要的一本从基本原理、仪器、应用等方面对电子能量损失谱进行全面综述的专著。作者Ravmond F.Egerton教授是电子显微学杂志Micron的主编,在国际显微学界享有盛誉。全书共分五章:第一章简要介绍了电子能量损失谱学,包括快电子与固体的相互作用、电子能量损失谱实验技术的进展,以及和其他分析技术的比较;第二章介绍了电子能量损失谱的仪器设备的原理和能量分析与能量选择系统;第三章系统地介绍了电子散射理论,重点讨论了非弹性散射的模型和理论、外壳层和内壳层电子激发的原子理论;第四章为能量损失谱的定量分析的原理和方法;第五章通过大量的例子介绍了能量损失谱的应用。附录推广了相对论下的Bethe理论,以给出有关参数化小角度内壳层散射截面的公式,并提供了很多分析所需的计算程序源代码和重要的物理参数,以方便读者使用。

《电子显微镜中的电子能量损失谱学》 内容简介 本书深入探讨了电子显微镜(TEM/STEM)中电子能量损失谱学(EELS)这一强大的表征技术。EELS通过分析样品与高能电子束相互作用时损失的能量,能够提供有关样品化学组成、电子结构、原子键合以及光学性质等方面的丰富信息。本书旨在为读者构建一个全面而深入的EELS知识体系,从基础理论到实际应用,涵盖了该领域的核心概念、实验技术和数据解读方法。 第一部分:EELS基础理论 本部分将详细阐述EELS的基本物理原理。首先,我们将介绍电子束与物质相互作用的散射过程,重点讲解非弹性散射的产生机制,包括等离子体激发、电子跃迁以及声子激发等。在此基础上,我们将详细介绍EELS信号的形成,包括自由电子损失(自由电子等离子体激元)和束缚电子损失(特征损失,如价带到导带的跃迁、内层电子的跃迁)。 本书还将深入探讨EELS的理论模型,如偶极近似模型,并解释其在不同能量损失范围内的适用性。读者将了解到如何从理论上预测和理解不同元素和化合物的EELS谱特征,包括特征能量损失峰的位置、强度以及形状。此外,我们还将讨论影响EELS信号的各种因素,如样品厚度、电子束能量、探测角度等,并介绍如何对这些因素进行校正,以获得准确的谱学数据。 第二部分:EELS实验技术与仪器 本部分将聚焦于EELS的实验操作和仪器配置。我们将详细介绍高性能透射电子显微镜(TEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)在EELS分析中的关键作用,包括电子枪、聚焦系统、样品台以及探测器等关键组件的设计和优化。 本书将重点介绍EELS探测器的类型及其工作原理,如能量过滤器的不同设计(如成像能量过滤器、线阵探测器)以及它们的优势和局限性。我们将深入讲解EELS谱的采集过程,包括如何优化电子束的能量分辨率、角度分辨率以及空间分辨率,以获得高质量的EELS谱。 此外,本书还将介绍各种EELS谱采集模式,如点扫描EELS、线扫描EELS和面积扫描EELS(成像EELS)。我们将详细解释这些模式的适用场景以及如何根据研究目标选择合适的采集策略。同时,我们还将讨论如何进行样品制备以适应EELS分析的需求,以及在实验过程中可能遇到的常见问题及其解决方案。 第三部分:EELS数据分析与解读 本部分是本书的核心内容之一,将详细介绍EELS谱的分析方法和数据解读技巧。首先,我们将从基础入手,讲解如何对原始EELS谱进行预处理,包括背景扣除、能量校准以及去卷积等关键步骤。 本书将重点介绍不同能量损失区域的谱学信息及其解读。例如,低能损失区域(0-50 eV)主要反映样品的等离子体激元共振,可以提供关于价带结构、导电性以及化学键合的信息。中能损失区域(50-1000 eV)通常对应于内层电子的跃迁,是进行元素成分分析的关键区域,我们将详细介绍如何通过特征能量损失边缘的峰位、峰形以及峰间距来识别元素,并利用强度比进行定量分析。高能损失区域(>1000 eV)则可以提供有关原子外层电子结构和多体效应的信息。 本书还将深入探讨EELS在材料科学中的应用,包括: 元素分析与化学态分析: 如何通过EELS准确识别样品中的元素组成,以及如何利用特征边缘的细微变化(如形状、位移)来区分不同化学价态和化学键合状态。 电子结构研究: 如何利用EELS分析样品的电子能带结构、局域密度 of states (LDOS) 以及空穴态,从而理解材料的光学、电学和磁学性质。 缺陷与界面分析: 如何利用高空间分辨率的EELS对材料中的缺陷、杂质、晶界和界面进行表征,揭示其对材料性能的影响。 光学性质表征: 如何利用EELS获取材料的介电函数、折射率、吸收系数等光学参数,为理解材料与光相互作用提供依据。 第四部分:EELS的高级应用与前沿技术 本部分将介绍EELS在更广泛的科学领域以及新兴技术中的应用。我们将探讨: EELS与其它显微技术的联用: 如EELS与能量色散X射线谱学(EDX)、电子背散射衍射(EBSD)、原子力显微镜(AFM)等联用,实现多维度、多尺度、多信息的综合表征。 定量EELS: 进一步深入讲解如何进行更精确的定量EELS分析,包括如何处理厚样品效应、如何利用标准样品进行校准,以及如何获得元素含量百分比。 三维EELS(STEM-EELS Tomography): 介绍如何通过三维EELS技术构建样品的化学成分和电子结构的三维图像,揭示材料内部的复杂结构。 低维材料的EELS分析: 重点介绍EELS在二维材料(如石墨烯、过渡金属二硫化物)、纳米线、量子点等低维材料研究中的独特优势和应用。 生物与软材料的EELS: 探讨EELS在分析生物样品、聚合物、有机材料等领域中的挑战与机遇,以及如何通过低剂量EELS等技术来克服样品损伤问题。 计算EELS: 介绍利用第一性原理计算(如密度泛函理论DFT)来模拟和预测EELS谱,为实验数据的解读提供理论支撑。 结论 《电子显微镜中的电子能量损失谱学》是一本综合性著作,旨在为材料科学家、物理学家、化学家以及相关领域的学生提供一个全面、深入的EELS学习平台。本书不仅系统地阐述了EELS的基础理论和实验技术,更通过丰富的实例分析,展示了EELS在解析复杂材料结构、理解其物理化学性质以及推动科学前沿研究中的强大能力。通过本书的学习,读者将能够熟练掌握EELS技术,并将其应用于自己的研究领域,从而在科学探索的道路上取得更大的突破。

作者简介

目录信息

第一章 电子能量损失谱学引论 1.1 快电子与固体的相互作用 1.2 电子能量损失谱 1.3 实验技术的进展 1.3.1 能量选择(能量过滤)电子显微镜 1.3.2 作为电子显微镜附件的谱仪 1.4 其他分析方法 1.4.1 离子束方法 1.4.2 入射光子 1.4.3 电子束技术 1.5 EELS和EDX的比较 1.5.1 探测极限与空间分辨率 1.5.2 对样品的要求 1.5.3 定量化的精度 1.5.4 使用的便捷性和信息内容 1.6 进一步的阅读第二章 电子能量损失谱的仪器设备 2.1 能量分析和能量选择系统 2.1.1 磁棱镜谱仪 2.1.2 能量选择磁棱镜装置 2.1.3 Wien过滤器 2.1.4 电子单色器 2.2 磁棱镜谱仪的光学系统 2.2.1 一阶性质 2.2.2 高阶聚焦 2.2.3 像差校正谱仪的设计 2.2.4 一些实际情况的考虑 2.2.5 谱仪合轴 2.3 谱仪前置透镜的使用 2.3.1 CTEM透镜的配置 2.3.2 透镜像差对空间分辨率的影响 2.3.3 透镜像差对收集效率的影响 2.3.4 透镜对能量分辨率的影响 2.3.5 STEM的光学系统 2.4 能量损失谱的串行记录 2.4.1 探测狭缝的设计 2.4.2 串行记录的电子探测器 2.4.3 串行采集的噪声特性 2.4.4 信号处理与存储 2.4.5 能量损失谱的扫描 2.4.6 重合计数 2.5 能量损失谱的并行记录 2.5.1 自扫描二极管阵列的操作 2.5.2 间接曝光系统 2.5.3 直接曝光系统-. 2.5.4 并行采集系统的噪声特性 2.5.5 二极管阵列假象的处理 2.6 能量选择成像(ESI) 2.6.1 镜筒后置能量过滤器 2.6.2 棱镜一镜面过滤器和Ω过滤器 2.6.3 STEM模式下的能量过滤 2.6.4 谱-成像 2.6.5 元素分布图 2.6.6 能量过滤TEM和STEM的比较 2.6.7 Z比例成像第三章 电子散射理论 3.1 弹性散射 3.1.1 一般表述 3.1.2 原子模型 3.1.3 衍射效应 3.1.4 电子通道效应 3.1.5 声子散射 3.2 非弹性散射 3.2.1 原子模型 3.2.2 Bethe理论 3.2.3 介电性的表述 3.2.4 固态效应 3.3 外壳层电子的激发 3.3.1 体等离子体 3.3.2 单电子激发 3.3.3 激子 3.3.4 辐射损失 3.3.5 表面等离子体 3.3.6 表面反射谱 3.3.7 小粒子的表面模式 3.4 单次散射、复散射和多次散射 3.4.1 泊松定律 3.4.2 非弹性复散射的角分布 3.4.3 弹性散射的影响 3.4..4 多重散射 3.4.5 相干的双重等离子体激发 3.5 内壳层损失边的背底 3.5.1 价电子散射 3.5.2 芯损失边的拖尾 3.5.3 轫致辐射能量损失 3.5.4 复散射 3.6 内壳层激发的原子理论 3.6.1 广义振子强度 3.6.2 散射运动学 3.6.3 电离散射截面 3.7 内壳层损失边的形状 3.7.1 损失边的基本形状 3.7.2 偶极选择定则 3.7.3 复散射的影响 3.7.4 阈值能量的化学位移 3.8 近边精细结构(ELNES) 3.8.1 态密度解释 3.8.2 偶极近似的有效性 3.8.3 分子轨道理论 3.8.4 多重散射(xANES)理论 3.8.5 芯激子 3.8.6 多重态与晶体场分裂 3.9 广延能量损失精细结构(EXELFs)第四章 能量损失谱的定量分析 4.1 去除低能损失区的复散射 4.1.1 Fourie-log解卷积 4.1.2 Misell-Jones法和矩阵法 4.1.3 角度受限谱的解卷积 4.2 Kramers-Kronig分析 4.2.1 角度修正 4.2.2 数据外推与归一化 4.2.3 介电函数的推导 4.2.4 表面损失的修正 4.2.5 对结果的校核 4.3 内壳层损失边中复散射的去除 4.3.1 Fourier-log解卷积 4.3.2 :Fourier-ratio解卷积 4.3.3 收集光阑的影响 4.4 电离损失边的背底拟合 4.4.1 最小二乘法拟合 4.4.2 双窗口法 4.4.3 更复杂的方法 4.4.4 背底去除的误差 4.5 基于内壳层电离边的元素分析 4.5.1 积分方法 4.5.2 部分散射截面的计算 4.5.3 对入射束会聚性的修正 4.5.4 对参考谱的MLS拟合 4.5.5 能量差分和空间差值技术 4.6 能量损失谱的广延精细结构分析 4.6.1 数据分析的傅里叶变换方法 4.6.2 曲线拟合步骤第五章 能量损失谱的应用 5.1 样品厚度的测量 5.1.1 log-ratio方法 5.1.2 绝对厚度的K-K加和定则测量 5.1.3 质量厚度的Bethe加和定则测量 5.2 低能损失谱 5.2.1 用低能损失精细结构鉴定物相 5.2.2 由等离子体能量测合金的组成 5.2.3 表面、界面和小粒子的表征 5.3 能量过滤像和衍射花样 5.3.1 零损失像 5.3.2 零损失衍射花样 5.3.3 低能损失像 5.3.4 z比例像 5.3.5 衬度调节与MPL成像 5.3.6 芯损失像和元素分布图 5.4 利用芯损失谱的元素分析 5.4.1 氢、氦的测量 5.4.2 锂、铍和硼的测量 5.4.3 碳、氮和氧的测量 5.4.4 氟和较重元素的测量 5.5 空间分辨率和探测极限 5.5.1 电子光学上的考虑 5.5.2 弹性散射造成的分辨率降低 5.5.3 非弹性散射的离域性 5.5.4 统计上的局限性 5.6 EELS谱的结构信息 5.6.1 电离边的取向依赖性 5.6.2 芯损失衍射花样 5.6.3 ELNES指纹和原子配位 5.6.4 从白线比例确定价态 5.6.5 化学位移的应用 5.6.6 广延精细结构的应用 5.6.7 电子-康普顿(ECOSS)测量 5.7 特定材料体系中的应用 5.7.1 碳基材料 5.7.2 聚合物与生物样品 5.7.3 辐照损伤与钻孔 5.7.4 高温超导体附录A 相对论Bethe理论附录B 计算机程序 B.1 矩阵解卷积 B.2 Fourier-log解卷积 B.3 Kramers-Kronig分析法与厚度测量 B.4 Foreier-ratio解卷积 B.5 入射束会聚度的修正 B.6 类氢K壳层散射截面 B.7 修正后的类氢L壳层散射截面 B.8 参数化的K,L,M,N和0壳层散射截面 B.9 Lenz截面和复散射角分布 B.10 振子强度与散射截面间的转换 B.11 平均能量与非弹性散射平均自由程间的转换附录C 一些单质与化合物的等离子体振荡能量附录D 内壳层能量和损失边的形状附录E 电子波长和相对论因子基本常数参考文献索引译者后记
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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如果让我评价这本书在技术深度上的表现,那简直可以用“教科书级别”来形容,但又超越了传统教科书的刻板。作者在引述前沿研究成果时,引用链非常扎实,显示出其对该领域发展历程的深刻洞察。我特别关注了关于高分辨率谱学成像的章节,其中对角点效应(Edge Onset Analysis)的讨论深入到了量子力学层面,但同时又配以详实的计算实例,展示了如何将理论转化为可操作的参数。对于那些已经在实验室工作一段时间,希望将自己的分析推向极致的专业人士来说,这本书提供了宝贵的“提升上限”的路径。它强迫读者重新审视那些似乎已经掌握的概念,并在更精细的尺度上进行思考,这种对细节的执着,是区分普通参考书和经典著作的关键所在。

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这本书的价值绝不仅仅体现在文字和图表上,它所构建的知识体系,对我后续的研究思路产生了显著的启发作用。在阅读到关于谱学信号与材料微观结构响应机制的对应关系时,我突然意识到了自己先前研究中一个被忽略的关键变量。作者在对比不同材料体系(如半导体与氧化物)在相同激发条件下的反应差异时,提供了一种全新的跨学科分析框架。这本著作的真正力量在于,它不仅教会了读者“如何测量”,更重要的是引导读者去思考“测量结果背后隐藏的物理真相到底是什么”。它成功地架设了一座从基础物理定律到尖端材料表征技术的坚固桥梁,对我来说,这是一次思维层面的重塑和升级。

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初读目录时,我被其章节的逻辑性和覆盖面的全面性所折服。它并非简单地堆砌理论公式,而是构建了一个非常清晰的学习路径。从基础的电子散射理论讲起,逐步深入到能量损失机制的微观图像,再到各种谱学方法的实际应用与数据解析,每一步都衔接得天衣无缝。尤其是关于不同探测技术(如EELS、EDS等)的交叉对比分析部分,作者没有采取那种居高临下的说教姿态,而是真正站在一个希望深入理解这些工具的用户角度,详尽地剖析了各自的优劣势和适用场景。我感觉作者对这个领域的热情是溢于言表的,这种热情通过文字传递出来,极大地激发了我探索更深层次知识的动力。这种结构化的呈现方式,使得即使是初入此领域的读者,也能沿着这条清晰的脉络,逐步建立起对复杂现象的直观认知。

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这本书的语言风格非常独特,它在保持高度的学术严谨性的同时,又巧妙地融入了一种类似“智者对话”的亲切感。作者在阐述那些极其抽象的物理概念时,常常会使用一些非常精妙的比喻和类比,这些恰到好处的辅助说明,瞬间打破了公式的壁垒,让那些原本深藏在傅里叶变换和德拜模型的深处的内容,变得可以触摸和理解。我尤其欣赏其中对实验数据拟合和误差分析章节的处理方式。它没有停留在“应该怎么做”的理想状态,而是非常坦诚地讨论了“在实际操作中会遇到哪些麻烦”,并提供了多种实用的规避策略和后处理技巧。这种务实精神,让这本书不仅仅是一本理论教科书,更像是一位经验丰富的导师,时刻在身边提供指导。

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这本书的装帧和设计给我留下了非常深刻的第一印象。封面采用了一种沉稳的深蓝色调,搭配精致的银色字体,那种质感让人立刻感觉到这是一本专业且有分量的学术著作。内页的纸张选择也非常考究,触感细腻,油墨的印刷清晰度极高,即便是那些复杂的图表和晶格结构示意图,细节也都纤毫毕现,这在阅读需要高度专注的技术书籍时,极大地提升了阅读体验。我特别欣赏它在版式设计上的考量,行间距和字号的设置都非常合理,即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。书脊的装订牢固,翻阅时书页可以平摊,这对于需要对照不同章节或频繁查阅特定公式的用户来说,简直是福音。整体来看,这本书在物理实体上的投入和打磨,完全配得上它所涵盖内容的深度和广度,让人在捧起它的那一刻,就充满了对知识的敬畏感。

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ECNU黄老师推荐,朱静老师提议。

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