现代衍射方法

本书全面介绍了各种现代衍射方法，注重实践案例，特别是在原位测量方面，旨在使读者深入了解现代衍射技术的广泛应用，尤其是与当今材料科学的密切结合，在科学研究中发挥着日益强大的作用。
全书共分四部分，第一部分是衍射揭示晶体结构信息，包括单晶结构解析（第1章）、粉末衍射全谱精修（第2章）和非晶、无序晶体、纳米晶的全散射分析（第3章）；第二部分是衍射材料微结构和缺陷分析，包括第4章的线形分析理论与技术，以及工程技术领域的实际应用，如第5、6章的应力衍射分析，特别是深度分布分析，第7章的取向织构衍射分析（包括X射线、同步辐射、中子、透射电子、背散射电子），第8、9章侧重薄膜及表面的衍射分析；第三部分是物相的定性定量分析，介绍现代流行的Rietveld精修方法，即衍射全谱拟合（第10章），以及这种方法在材料动力学研究中的具体应用（第11章）；第四部分主要涉及现代衍射的仪器装置，第12章介绍各类光源（同步辐射、中子和实验室光源）、衍射几何等，第13章介绍了衍射设备的检定和校验方法，第14章专门介绍同步辐射光源的应用，第15章是高能电子衍射，第16章对原位衍射测试中的主要问题做了点评和总结。
本书实用案例可为社会各界涉及晶体衍射的科研工作者提供启发，也可对工程实践应用提供具体的指导。总之，本书既可作为有一定衍射理论基础的研究人员和测试人员的指南式参考工具书，也可作为理工科研究生的教学用书或参考资料。

中文版序
译者序
前言
第一部分结构确定
第1章单晶结构测定3
1.1引言3
1.2电子密度4
1.3衍射和相位问题7
1.4傅里叶循环和差值傅里叶图9
1.5衍射强度的统计特性11
1.6帕特森函数13
1.7帕特森法16
1.8直接法17
1.9电荷翻转和低密度消除18
1.10展望与总结21
参考文献22
第2章现代Rietveld精修实用指南24
2.1峰值强度25
2.2峰位置27
2.3峰形27
2.4背景34
2.5数学过程34
2.6一致性判断因子35
2.7模拟退火的全局优化方法36
2.8刚体39
2.9罚函数介绍40
2.10参数化Rietveld精修42
2.10.1时间相关的标度因子的参数化动力学分析43
2.10.2压力决定的晶格常数参数化以确定状态方程45
2.10.3温度相关的对称模式的参数化以确定有序参数46
参考文献50
第3章全散射分析纳米颗粒结构54
3.1引言54
3.2全散射实验56
3.2.1X射线的使用58
3.2.2中子的使用59
3.3结构模型与精修60
3.3.1粒子形状因子建模61
3.3.2有限纳米颗粒建模62
3.4案例65
3.4.1BaTiO365
3.4.2CdSe/ZnS核-壳颗粒68
3.5展望72
参考文献73
第二部分微结构分析
第4章衍射线形分析81
4.1引言81
4.2仪器宽化82
4.2.1使用参考（标准）样品确定仪器峰形83
4.2.2通过计算确定仪器峰形84
4.2.3扣除/结合仪器线宽84
4.3结构、样品宽化85
4.3.1衍射线宽化测量和衍射线的傅里叶级数形式85
4.3.2柱体长度/晶粒尺寸和柱体长度/晶粒尺寸分布86
4.3.3微应变宽化88
4.3.4各向异性尺寸和（类）微应变衍射线宽化93
4.3.5宏观各向异性94
4.3.6晶粒尺寸和衍射相干性96
4.4线形分析的实际应用99
4.4.1线形分解99
4.4.2线形合成103
4.5结论107
参考文献108
第5章X射线衍射法分析残余应力117
5.1引言117
5.2近表面X射线残余应力分析的原理118
5.2.1基本关系118
5.2.2衍射数据采集的模式：角色散和能量色散119
5.2.3应变深度剖析方法：拉普拉斯和实空间法121
5.3近表面X射线残余应力分析高级补充方法130
5.3.1多层膜体系的残余应力深度剖析130
5.3.2表面处理的块体样品中的残余应力梯度评估135
5.4结论139
参考文献140
第6章中子衍射应力分析144
6.1引言144
6.2技术基础144
6.2.1d0问题145
6.2.2宏观应变与微观应变146
6.2.3应变张量146
6.2.4衍射线宽化147
6.3仪器147
6.3.1角色散仪147
6.3.2飞行时间仪149
6.3.3特殊仪器151
6.4测试能力151
6.4.1材料种类151
6.4.2空间分辨率151
6.4.3穿透深度152
6.4.4准确度152
6.4.5中子测试能力152
6.5应用实例153
6.5.1钢轨153
6.5.2焊接件154
6.5.3陶瓷材料154
6.5.4复合材料155
参考文献156
第7章通过高级衍射方法进行织构分析158
7.1引言158
7.2同步辐射X射线161
7.2.1一般方法161
7.2.2同步辐射硬X射线162
7.2.3原位高压实验163
7.2.4从衍射图像到取向分布167
7.2.5劳厄技术的新进展170
7.2.6同步辐射的应用171
7.3中子衍射172
7.3.1一般性评价172
7.3.2单色中子174
7.3.3多色飞行时间中子175
7.3.4特殊技术178
7.3.5TOF中子的数据分析178
7.3.6中子的应用181
7.4电子衍射184
7.4.1透射电子显微镜184
7.4.2扫描电子显微镜184
7.4.3EBSD的应用187
7.5方法比较190
7.6结论192
参考文献192
第8章材料表面X射线衍射方法205
8.1引言205
8.2X射线反射率207
8.3低维材料的布拉格散射（晶体截断杆散射）211
8.3.1薄膜衍射211
8.3.2半无限体系的表面衍射213
8.4掠入射X射线衍射230
8.5实验几何233
8.6展望234
参考文献235
第9章不完美氧化物外延膜的微纳米结构239
9.1衍射振幅和强度240
9.1.1衍射振幅240
9.1.2衍射强度240
9.2相关体积242
9.2.1晶粒尺寸和形状242
9.2.2晶粒尺寸波动243
9.2.3晶粒形状起伏246
9.3晶格应变247
9.3.1统计性247
9.3.2空间性249
9.4应用实例252
9.5应变梯度254
9.5.1背景254
9.5.2应变分布反演254
9.5.3示例255
9.6结论256
参考文献257
第三部分相分析和相变
第10章Rietveld法定量相分析263
10.1引言263
10.2数学理论264
10.2.1基于Rietveld的方法264
10.2.2准确度提高267
10.2.3与热参数的关系269
10.3在矿物和材料研究中的应用271
10.3.1水热溶液的结晶物271
10.3.2能量色散衍射275
10.3.3矿物勘探中的定量相分析280
10.3.4雷诺杯285
10.3.5由QPA衍生的动力学在新型材料设计中的使用286
10.4结论291
参考文献291
第11章粉末衍射分析固体相变和其他随时间变化过程的动力学296
11.1引言296
11.2动力学概念298
11.2.1过程速率298
11.2.2温度依赖的过程速率301
11.2.3等温传导过程的速率定律303
11.2.4非等温传导过程的速率定律309
11.3通过粉末衍射跟踪过程动力学310
11.4原位和非原位测量模式比较311
11.5动力学过程的类型和实例315
11.5.1固体的局域成分保留不变315
11.5.2孤立固态体系中的局域浓度变化320
11.5.3与流体物质反应的固体成分变化322
11.6结论324
参考文献324
第四部分衍射方法和仪器
第12章实验室X射线粉末衍射仪：发展及案例335
12.1引言：历史简介335
12.2实验室X射线粉末衍射：仪器337
12.2.1概述337
12.2.2实验室X射线源的单色化339
12.2.3德拜-谢乐（-赫耳）几何341
12.2.4针孔单色技术342
12.2.5（准）聚焦几何342
12.2.6（准）聚焦几何的仪器偏差346
12.2.7平行光几何346
12.2.8近期的近期新发展353
12.3案例356
12.3.1平行光衍射法356
12.3.2二维衍射法359
参考文献360
第13章NIST参考标样校准实验室X射线衍射设备371
13.1引言371
13.2仪器线形函数372
13.3SRM、仪器和数据收集程序380
13.4数据分析方法386
13.5仪器检定和校验391
13.6结论400
参考文献401
第14章同步辐射衍射：功能、仪器和案例404
14.1引言404
14.2同步辐射源的基础物理学405
14.2.1辐射源存储环405
14.2.2自由电子激光和其他新兴的X射线源408
14.3采用高亮度光源的衍射应用409
14.3.1微衍射409
14.3.2表面和界面的衍射415
14.4高Q分辨率测量418
14.5波长可调性的应用：共振散射419
14.5.1共振散射案例1：多重反常衍射420
14.5.2共振散射案例2：二元合金中短程局域相关性的3λ确定422
14.5.3共振散射案例3：磁结构和相关长度的确定424
14.6未来展望：超快科学与相干性426
14.6.1相干衍射426
14.6.2超快衍射427
参考文献427
第15章高能电子衍射：功能、仪器和案例431
15.1引言431
15.2仪器432
15.2.1基本原理432
15.2.2TEM中的衍射模式433
15.2.3飞秒电子衍射435
15.3TEM中的电子衍射方法436
15.3.1进动电子衍射（PED）436
15.3.2定量会聚电子束衍射（QCBED）437
15.3.3大角度会聚电子束衍射（LACBED）438
15.3.4大角度回摆电子束衍射（LARBED）439
15.3.5衍射层析成像441
15.3.6实空间晶体学442
15.3.7电子相干衍射成像443
15.3.8应变分布的电子衍射444
15.4总结与展望445
参考文献445
第16章原位衍射测量：挑战、仪器和案例452
16.1引言452
16.2仪器和实验挑战453
16.2.1一般性问题453
16.2.2吸收453
16.2.3探测方法的挑战455
16.3案例457
16.3.1电极材料的电化学原位研究和锂离子电池的工作态研究457
16.3.2电场中压电陶瓷的原位研究462
参考文献472