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第1章 绪论1

1.1 材料结构与材料性能的关系1

1.2 材料结构表征的基本方法3

1.2.1 化学成分分析3

1.2.2 结构测定4

1.2.3 形貌观察5

参考文献8

第2章 红外光谱及激光拉曼光谱9

2.1 红外光谱的基本原理9

2.1.1 双原子分子的振动--谐振子和非谐振子9

2.1.2 多原子分子的简正振动12

2.1.3 红外光谱的吸收和强度14

2.2 红外光谱与分子结构15

2.2.1 基团振动与红外光谱区域的关系15

2.2.2 影响基团频率的因素17

2.3 红外光谱图的解析方法21

2.3.1 谱带的三个重要特征21

2.3.2 解析技术22

2.3.3 影响谱图质量的因素24

2.4 红外光谱仪及制样技术24

2.4.1 红外光谱仪的进展24

2.4.2 傅里叶变换红外光谱仪原理25

2.4.3 傅里叶变换红外光谱法的主要优点27

2.4.4 红外光谱的表示方法28

2.4.5 样品的制备技术29

2.5 红外光谱在材料研究领域中的应用31

2.5.1 高分子材料的研究31

2.5.2 材料表面的研究37

2.5.3 无机材料的研究38

2.5.4 有机金属化合物的研究40

2.6 红外光谱新技术及其应用41

2.6.1 时间分辨光谱41

2.6.2 红外光热光声光谱技术43

2.6.3 气相色谱-红外光谱及热重分析-红外光谱联用技术44

2.6.4 傅里叶变换红外光谱显微技术50

2.6.5 傅里叶变换红外发射光谱技术53

2.7 激光拉曼光谱56

2.7.1 基本概念56

2.7.2 实验方法59

2.7.3 在材料结构研究中的应用61

参考文献72

第3章 核磁共振波谱73

3.1 核磁共振的基本原理和谱线的精细结构73

3.1.1 核磁共振的基本原理73

3.1.2 原子核的弛豫76

3.1.3 化学位移78

3.1.4 偶合常数91

3.2.1 脉冲傅里叶变换核磁共振原理96

3.2 脉冲傅里叶变换核磁共振实验96

3.2.2 13C核磁共振谱97

3.2.3 脉冲傅里叶变换核磁共振实验方法109

3.2.4 解析核磁共振时的注意事项119

3.3 二维核磁共振波谱125

3.3.1 二维核磁共振的概述125

3.3.2 二维谱的实验过程126

3.3.3 二维核磁共振的分类128

3.3.4 二维NMR谱的类型128

3.4.1 高分辨固体的NMR基本原理130

3.4 高分辨固体核磁共振130

3.4.2 高分辨固体NMR的基本实验131

3.5 核磁共振在材料科学研究中的应用132

3.5.1 宽谱线核磁共振132

3.5.2 溶液高分辨NMR波谱的应用135

3.5.3 固体高分辨NMR谱在材料结构研究中的应用160

3.5.4 核磁共振波谱在无机和金属化合物方面的应用168

第4章 质谱172

4.1 质谱的基本知识173

4.1.1 质谱仪的基本原理173

4.2 离子的主要类型175

4.1.2 质谱的表示法175

4.2.1 分子离子176

4.2.2 同位素离子176

4.2.3 碎片离子178

4.2.4 亚稳离子180

4.2.5 多电荷离子181

4.3 质谱碎裂的一般机制181

4.3.1 α与σ碎裂181

4.3.2 i碎裂181

4.3.4 γd过程182

4.4 质谱的辅助技术182

4.3.3 γH重排182

4.4.1 常见的几种“软电离的方法”184

4.4.2 气相色谱-质谱及液相色谱-质谱联用(GC/MS，LC/MS)186

4.5 质谱的应用188

4.5.1 分子式的确定188

4.5.2 质谱技术在高聚物分析中的应用190

4.5.3 质谱学在无机材料分析中的应用202

4.5.4 质谱的新进展206

参考文献207

第5章 X射线衍射分析209

5.1 X射线的产生及其性质209

5.1.1 X射线的发现和X射线学的发展过程209

5.1.3 X射线的产生及X射线谱211

5.1.2 X射线与电磁波谱211

5.1.4 X射线与物质的相互作用216

5.2 X射线衍射原理221

5.2.1 晶体学基础221

5.2.2 布拉格定律226

5.2.3 衍射矢量方程及厄瓦尔德(P.P.Ewald)图解229

5.2.4 X射线衍射线束的强度232

5.3 X射线衍射分析方法237

5.3.1 粉晶法成相原理237

5.3.2 德拜照相法238

5.3.3 衍射仪法241

5.4 粉晶X射线物相分析246

5.4.1 物相的定性分析247

5.4.2 物相的定量分析253

5.5 一些X射线衍射分析方法的应用262

5.5.1 多晶体点阵常数的精确测定262

5.5.2 晶面取向度的测定270

5.5.3 晶体结晶度的测定271

5.5.4 转动晶体法测聚合物结构273

5.5.5 晶粒尺寸的测定277

5.5.6 膜厚的测量278

参考文献278

6.1.1 电子与物质的相互作用279

6.1 透射电子显微镜279

第6章 电子显微技术279

6.1.2 透射电镜的成像原理280

6.1.3 透射电镜的构造292

6.1.4 电子衍射299

6.1.5 电子衍射谱举例308

6.1.6 试样的制备方法309

6.1.7 透射电镜在材料科学研究中的应用312

6.2 扫描电子显微镜(SEM)321

6.2.1 工作原理322

6.2.2 性能和特点322

6.2.3 扫描电镜的结构323

6.2.4 衬度和分辨率324

6.2.5 扫描电镜在材料科学研究中的应用329

6.3 X射线显微分析336

6.3.1 X射线能谱仪(EDS)336

6.3.2 X射线波谱仪(WDS)341

6.3.3 波谱仪与能谱仪的比较344

6.3.4 X射线显微分析在材料科学研究中的应用344

参考文献346

第7章 X射线光电子能谱分析347

7.1 X射线光电子能谱分析的基本原理347

7.1.1 X射线光电子能谱分析的创立和发展347

7.1.2 光电效应348

7.1.3 原子能级的划分349

7.1.4 电子结合能Eb351

7.1.5 XPS信息深度356

7.1.6 化学位移357

7.2 光电子能谱实验技术360

7.2.1 光电子能谱仪360

7.2.2 待测样品制备方法364

7.2.3 XPS谱图解释365

7.2.4 XPS谱图能量校正379

7.2.5 XPS谱图定性和定量分析380

7.3.2 元素窄区谱分析383

7.3 X射线光电子能谱的应用383

7.3.1 表面元素全分析383

参考文献393

第8章 材料热分析394

8.1 热分析技术的概述394

8.2 热重分析法396

8.2.1 热重分析基本原理396

8.2.2 影响热重分析的因素397

8.2.3 热重分析的应用398

8.3 差热分析法(DTA)403

8.3.1 差热分析基本原理403

8.3.2 影响差热分析的因素407

8.3.3 差热分析的应用408

8.3.4 其他类型的差热分析421

8.4 示差扫描量热分析法423

8.4.1 示差扫描量热分析基本原理423

8.4.2 影响示差扫描量热分析的因素425

8.4.3 示差扫描量热分析的应用426

8.5 动态热机械分析432

8.5.1 粘弹仪和动态热机械分析仪基本原理432

8.5.2 粘弹仪和动态热机械分析仪的应用434

8.6.1 热分析仪器的发展趋势437

8.6 热分析技术的发展趋势及一些先进技术介绍437

8.6.2 一些先进的热分析技术介绍438

参考文献445

附录1 MgKu(1254eV)激发时各元素的光电截面447

附录2 原子的弛豫能量453

附录3 元素的电负性454

附录4 元素的有机分析意义的俄歇线455

附录5-1 电子结合能标识元素表(以MgKa为激发源)456

附录5-2 电子结合能标识元素表(以AlKa为激发源)458

附录6 顺磁态与逆磁态离子460

附录7 原子灵敏度因子(ASF)461

附录8 表面分析用元素周期表463