现代材料分析测试技术(罗树琼)

《现代材料分析测试技术》以本科生培养目标为准则，介绍各种分析测试技术的基本理论、基本方法与基本技能，重点放在分析测试技术最常用的分析测试方法的应用。书中以材料常用的X射线衍射分析、电子显微分析和热分析基本测试方法为主要内容，辅以红外光谱分析和核磁共振分析。在编写过程中，以面向应用为主，尽量简化甚至去除深奥的理论推导，采用应用实例传递知识，增加理解，以达到易学易用的目的。同时，本书内容注重结合材料分析测试技术的前沿发展，在分析测试方法应用方面采用了科研工作中的大量实际案例。 本教材可作为高等院校材料类各专业本科生、研究生的教材，还可作为材料工作者的参考用书。

罗树琼，河南理工大学 副教授。焦作市高层次人才，校二级元培学者，校级创新型团队带头人。 SCI期刊Journal of Cleaner Production 和 Construction and Building Materials审稿人, 中国硅酸盐学会固废分会会员，河南省硅酸盐学会会员。 主讲《材料分析测试技术》《新型建材与工程案例分析》《建筑装饰材料》《材料机械与设备》《混凝土外加剂》。参与《混凝土材料学》首批国*家级一*流本科课程、河南省精品课程、河南省本科线下一*流课程建设。参与编写高等教育“十一五”规划教材《材料实验与测试技术》，普通高等教育“十二五”规划教材《混凝土材料学》。 主要从事新型建筑材料、固体废弃物资源化利用的研究，以及利用新型微波加热技术处置固体废弃物、制备低碳生态建筑材料。 管学茂，河南理工大学 教授，材料学专业工学博士，博士后。1988年参加工作， 现任河南理工大学材料科学与工程学院院长。河南省高校青年骨干教师、河南省优秀教师、河南省杰出青年基金资助对象。 研究无机非金属建筑材料的组成/结构、合成/制备、性能和使用性能，研究内容包括水泥基材料、化学外加剂、功能建筑材料、节能建筑材料、特种水泥、固体废弃物在建材中的资源化利用；研究非金属建筑材料在建筑工程、矿山工程、道路工程、水利。

第1章X射线衍射 1.1X射线物理学基础 1 1.1.1X射线的基本性质 1 1.1.2X射线的产生及X射线谱 1 1.1.3X射线与物质的相互作用 6 1.2X射线的衍射基础 8 1.2.1几何晶体学简介 8 1.2.2X射线衍射的方向 14 1.2.3倒易点阵 15 1.2.4多晶衍射花样的形成 20 1.2.5衍射强度的影响因素 21 1.3X射线多晶衍射方法及应用 29 1.3.1X射线衍射仪法 29 1.3.2X射线物相分析 36 1.4粉末衍射方法的应用 40 1.4.1X射线衍射方法的依据 40 1.4.2物相定性鉴定 40 1.4.3物相定量分析 49 思考题 52 参考文献 52 第2章扫描电子显微镜与电子探针 2.1电子束与固体样品作用时产生的信号 54 2.2扫描电镜的构造和工作原理 57 2.2.1电子光学系统 58 2.2.2扫描系统 60 2.2.3信号收集和图像显示系统 60 2.3扫描电镜的主要性能 61 2.3.1分辨率 61 2.3.2放大倍数 61 2.3.3景深 62 2.4扫描电镜的电子图像及衬度 63 2.4.1表面形貌衬度原理及应用 63 2.4.2原子序数衬度原理及应用 64 2.5扫描电镜在材料分析中的应用 66 2.5.1扫描电镜样品制备技术 66 2.5.2扫描电镜优质图像的获得 68 2.5.3扫描电镜的分析方法及应用 70 2.6电子探针显微分析技术及应用 74 2.6.1电子探针的工作原理与结构 75 2.6.2电子探针仪的分析方法及应用 77 思考题 80 参考文献 81 第3章透射电子显微镜 3.1电子光学基础 82 3.1.1电子波与电磁波 82 3.1.2电磁透镜的像差与分辨率 86 3.1.3电磁透镜的景深和焦长 89 3.2透射电子显微镜的构造和工作原理 90 3.2.1透射电子显微镜的成像原理 90 3.2.2透射电子显微镜的结构 92 3.2.3电子光学系统 92 3.2.4真空系统 98 3.2.5供电系统 99 3.3透射电镜的操作 99 3.3.1透射电镜的操作步骤 100 3.3.2图像观察与记录 103 3.4透射电镜的衬度 104 3.4.1质厚衬度 104 3.4.2衍射衬度 105 3.4.3相位衬度 107 3.5电子衍射原理与衍射花样的标定 108 3.5.1电子衍射的原理 109 3.5.2选区衍射 114 3.5.3多晶电子衍射的标定 118 3.5.4单晶电子衍射的标定 118 3.6衍衬成像分析 125 3.6.1运动学理论 125 3.6.2衍衬动力学简介 132 3.6.3消光距离的导出 135 3.6.4衍射衬度运动学理论推导过程中存在的问题 136 3.6.5晶体缺陷分析 136 3.7样品制备技术 143 3.7.1粉末样品的制备 143 3.7.2薄膜样品的制备 144 3.8透射电子显微镜的发展 149 3.8.1透射电子显微镜功能的扩展 149 3.8.2分辨率的不断提高 153 3.8.3现代计算机技术和微电子技术的应用 153 思考题 153 参考文献 154 第4章热分析技术 4.1概述 156 4.1.1热分析的历史和发展 156 4.1.2热分析的定义与分类 157 4.2差热分析 158 4.2.1差热分析的基本原理 158 4.2.2差热分析的实验方法 159 4.2.3差热分析的应用 160 4.3差示扫描量热分析 161 4.3.1差示扫描量热分析的基本原理 161 4.3.2差示扫描量热分析的实验方法 163 4.3.3差示扫描量热分析的应用 165 4.4热重分析 168 4.4.1热重分析的基本原理 168 4.4.2热重分析的实验方法 169 4.4.3热重分析的应用 170 4.5热分析技术的发展 173 4.5.1热分析仪的发展 173 4.5.2综合热分析 173 思考题 175 参考文献 176 第5章红外吸收光谱分析 5.1概述 177 5.1.1红外光谱的发展史 177 5.1.2红外光区的划分 178 5.2基本原理 178 5.2.1产生条件 178 5.2.2分子振动 179 5.2.3基频峰与泛频峰 182 5.3实验技术 182 5.3.1红外光谱仪 182 5.3.2样品制备 185 5.4红外吸收光谱 186 5.4.1图谱解析三要素 186 5.4.2影响频率位移的因素 188 5.4.3影响谱带强度的因素 191 5.4.4常用图谱介绍 191 5.5红外吸收光谱分析的应用 199 5.5.1定性分析 199 5.5.2定量分析 200 思考题 202 参考文献 202 第6章核磁共振波谱法 6.1核磁共振波谱法的发展与应用 204 6.1.1核磁共振的发展 204 6.1.2NMR谱仪的基本组件 204 6.2NMR的基本原理 205 6.2.1原子核的自旋和核磁矩 205 6.2.2塞曼效应 206 6.3化学位移及影响因素 208 6.3.1化学位移的产生 208 6.3.2化学位移的表示 209 6.3.3氢谱的解析 210 6.3.4影响化学位移的因素 210 6.4自旋耦合与自旋分裂 211 6.4.1自旋耦合与自旋分裂现象 211 6.4.2耦合常数 212 6.4.3核的化学等价和磁等价 213 6.5核磁共振氢谱 213 6.5.1核磁共振氢谱的特点 213 6.5.21H-NMR谱中影响化学位移的主要因素 214 6.5.3各种常见特征质子的化学位移 216 6.6核磁共振碳谱 217 6.6.113C-NMR的特点 217 6.6.213C的化学位移 218 6.6.3碳谱中影响化学位移的因素 219 6.6.4有机化合物中13C的化学位移 222 6.6.5碳谱中的耦合现象 222 6.6.613C核磁共振中的质子去耦技术 223 6.6.7碳谱的解析 223 6.7固体核磁共振 224 6.7.1固体核磁共振实验技术 225 6.7.2固体核磁共振实验的特点 227 6.7.3固体NMR对仪器性能的要求 228 思考题 230 参考文献 230 第7章综合应用与分析 7.1稀土镁合金材料应用分析测试技术实例 231 7.1.1稀土镁合金中SEM的应用 231 7.1.2稀土镁合金中TEM的应用 232 7.2PAM-SCGM分析实例 235 7.2.1实验材料及方法 235 7.2.2PAM-SCGM中水化热的应用 235 7.2.3PAM-SCGM中XRD的应用 236 7.2.4PAM-SCGM中FT-IR的应用 237 7.2.5PAM-SCGM中TGA的应用 237 7.2.6PAM-SCGM中MIT的应用 239 7.2.7PAM-SCGM中吸水率测试的应用 240 7.2.8PAM-SCGM中SEM-EDS的应用 241 7.3水泥基复合材料应用分析测试技术实例 242 7.3.1水泥基复合材料中XRD、SEM的应用 242 7.3.2水泥基复合材料中TEM的应用 244 7.3.3水泥基复合材料中综合热分析的应用 245 7.3.4水泥基复合材料中NMR的应用 247 思考题 249 参考文献 250