聚合物近代仪器分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:汪昆华

出品人:

页数:325

译者:

出版时间:2000-5

价格:24.0

装帧:平装

isbn号码:9787302039129

丛书系列:

图书标签:

• 现代
• 聚合物
• 仪器分析
• 近代分析
• 材料科学
• 化学
• 物理
• 表征
• 光谱学
• 色谱学
• 热分析

《材料科学前沿：非晶态与纳米结构材料的结构表征技术》 内容概要 本书聚焦于当代材料科学研究中的两大核心领域：非晶态材料（如玻璃、无定形聚合物、金属玻璃）和纳米结构材料（如量子点、纳米线、二维材料）的结构表征技术。本书旨在为高年级本科生、研究生以及材料研究人员提供一个系统、深入且实用的指南，阐述如何利用先进的物理和化学分析手段，揭示这些复杂材料在不同尺度下的微观结构、原子排列、缺陷特征以及动态行为。 全书分为六个主要部分，涵盖了从基础理论到尖端实验方法的全景式介绍，强调了数据解释和结构-性能关系的构建。 --- 第一部分：基础理论与表征体系概览 本部分首先回顾了晶体学、固态物理学中关于周期性和非周期性结构的基本概念。重点讲解了傅里叶变换在结构分析中的核心地位，以及如何将衍射数据与实空间结构进行关联。随后，构建了一个现代材料表征实验室的框架图，详细比较了不同表征技术（如电子束、X射线、中子束、光谱学）的适用范围、优缺点以及数据获取的普适性原则。特别指出，在处理无序体系时，传统晶体学方法必须进行必要的修正和重新诠释。 第二部分：先进衍射技术及其在无序体系中的应用 本部分是本书的基石之一，专门探讨了如何利用X射线衍射 (XRD)、中子衍射 (ND) 和电子衍射 (ED) 来解析非晶态材料的结构。 PDF（对分布函数）分析： 详细阐述了如何从宽衍射峰（Broaden Peaks）中提取出原子对分布函数 (Pair Distribution Function, PDF)。针对金属玻璃和高熵氧化物玻璃，深入分析了短程有序（SRO）和中程有序（MRO）的量化方法，包括如何识别“类晶簇”（Icosahedral Clusters）和局部拓扑结构。 小角散射 (SAXS/SANS)： 重点讲解了小角X射线散射和中子散射在确定纳米颗粒尺寸分布、孔隙率、链段尺寸和形态学（如球状、棒状、片状）方面的应用。针对嵌段共聚物和聚合物溶液，详细解析了介观尺度的相分离结构和蠕变行为对散射曲线的影响。 同步辐射技术： 介绍了高能X射线在穿透性强、高通量实验中的优势，特别是如何利用高分辨PDF和原位/动态散射来监测材料在极端条件（高压、高温、应力）下的结构演变，例如玻璃转变过程中的结构弛豫。 第三部分：高分辨率成像技术与局域结构探究 本部分侧重于空间分辨能力极强的成像技术，用于直观地观察纳米尺度下的形貌和晶体缺陷。 透射电子显微镜 (TEM) 与高分辨 TEM (HRTEM)： 详细介绍了样品制备（聚焦离子束 FIB、电化学抛光）的关键步骤，避免制备伪影对结构信息的干扰。对于无定形材料，重点讨论了晶格像的解释难题，以及如何利用像衬度模拟来确认缺陷（如位错、晶界）的真实存在。 扫描透射电子显微镜 (STEM) 与原子尺度成像： 深入讲解了HAADF-STEM（高角度环形暗场）和ABF-STEM（亚原子层对比）的成像原理。着重分析了如何利用EDX/EELS 谱成像（Spectrum Imaging）技术，实现元素分布和化学价态在纳米尺度上的二维或三维映射，这对于分析纳米复合材料的界面化学至关重要。 扫描隧道显微镜 (STM) 与原子力显微镜 (AFM)： 侧重于表面和近表面结构的分析。STM 部分讨论了表面电子态的调控及其对局域结构的影响。AFM 则深入探讨了在不同模式下（接触、轻敲、力谱）获取的形貌、硬度、粘附力等力学信息，以及如何通过相成像揭示材料表面的化学/结构异质性。 第四部分：光谱学与化学态分析 光谱学方法是确定材料局部化学环境和电子结构的不可替代的工具。本部分详细区分了不同技术在探究非晶态和纳米结构时的侧重点。 X射线光电子能谱 (XPS) 与俄歇电子能谱 (AES)： 侧重于元素鉴定、化学价态分析和表面污染物的识别。针对纳米氧化物和表面改性层，详细阐述了如何通过峰拟合（Peak Deconvolution）精确分离出不同化学环境下的原子信号，例如识别不同配位数的金属离子或不同类型的化学键。 能量色散X射线光谱 (EDS/EDX) 与电子能量损失谱 (EELS)： 强调了这些技术在 TEM/STEM 联用时的协同效应。EELS 在识别轻元素（如碳、氧、氮）的电子结构信息方面具有独特优势，特别是在分析碳基纳米材料（如石墨烯、碳纳米管）的 $sp^2/sp^3$ 比例和缺陷时。 拉曼光谱与红外光谱 (FTIR)： 讨论了振动光谱如何作为“结构指纹”来区分材料的分子排列和键合环境。对于聚合物，解释了特征峰的位移与链段的缠结和结晶度的关系；对于无机材料，则关注声子模式对局部结构畸变的敏感性。 第五部分：原位/动态表征：理解材料的演化过程 理解材料的“活的”状态，即其在真实工作条件下的结构变化，是现代材料科学的关键挑战。本部分专门介绍如何整合表征技术与外部刺激源（如温度、应力、电场、光照）。 原位拉伸/蠕变测试与同步衍射/散射： 结合力学加载设备与 SAXS/WAXS 联用，实时追踪聚合物或金属玻璃在塑性变形过程中的纤维化、取向和应力诱导的结构重构。 原位加热 TEM/SEM： 用于监测材料在升温过程中的烧结、相变、气相释放或热分解。重点讨论如何解决高温样品台对电子束成像的干扰问题。 电化学环境下的表征： 介绍如何设计特殊设计的电化学池，实现在电池或催化剂工作状态下（如锂离子在电极材料中的嵌入/脱出过程）进行同步 X 射线吸收谱 (XAS) 或中子衍射分析，以揭示动态的结构和价态变化。 第六部分：数据处理与多尺度结构建模 本部分关注如何将来自不同尺度的表征数据融合成一个一致的、可预测的材料结构模型。 多尺度数据整合 (Multi-Scale Data Integration)： 强调从原子尺度（PDF/HRTEM）到介观尺度（SAXS/TEM 形态学）再到宏观尺度（DSC/力学测试）信息的层级构建方法。 计算模拟与表征数据对比： 详细介绍了分子动力学模拟 (MD) 和密度泛函理论 (DFT) 在预测理想结构下的衍射和光谱信号方面的应用。指导读者如何利用模拟结果来解释实验数据中出现的异常峰或衬度变化，例如计算特定缺陷团簇的 PDF 信号。 缺陷工程与结构调控： 最后，通过多个案例研究（如高熵合金的局部无序、非晶氧化物的玻璃形成能力调控），总结了如何利用表征数据指导材料的设计，实现对特定性能（如高硬度、高韧性或特定催化活性）的精确结构调控。 --- 本书的特色在于其对非晶态和纳米尺度的聚焦，避免了对完美晶体学的冗余介绍，而是着重于处理无序、不均匀和界面现象所带来的分析挑战。它提供了一套完整的工具箱，帮助研究人员从复杂的数据海洋中提炼出关于材料微观世界的关键信息。

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这本书的编排逻辑和行文风格，给我一种非常现代和严谨的科技报告感。我尤其欣赏它对“热分析”这部分的详尽论述。通常，DSC（差示扫描量热法）和 TGA（热重分析）被视为最基础的表征手段，很多书籍只是蜻蜓点水地介绍一下 $ ext{Tg}$（玻璃化转变温度）和 $ ext{Tm}$（熔点）。但《聚合物近代仪器分析》对这些参数的“提纯”和“精确获取”进行了深入探讨。例如，它详细分析了如何通过不同的升降温速率、气氛控制和基线校正方法，来获得最准确的 $ ext{Tg}$ 值，并解释了 $ ext{Kinetic}$ 区域的DSC数据如何用于预测材料的长期稳定性。对于TGA，它不仅展示了热分解曲线，更将分解步骤与具体的化学键断裂机理联系起来，甚至引入了如何使用在线质谱（$ ext{MS}$）联用来实时捕获小分子分解产物，这极大地提升了对聚合物热稳定性的认知深度。这种将基础测试与前沿联用技术紧密结合的叙事方式，对于提升分析人员的综合素养非常有帮助。

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这本《聚合物近代仪器分析》的书名本身就充满了吸引力，对于我们这些深耕高分子材料领域的研究者来说，它简直就是一本及时的“救星”。我是在一个项目攻关的关键时期接触到这本书的，当时我们正在尝试用一种新型的分子量测定方法来验证一批合成聚合物的分子量分布，但手头的资料零散且不够系统。这本书的出现，一下子将我从信息碎片中解救出来。首先，它对GPC/SEC（凝胶渗透色谱/尺寸排阻色谱）的原理阐述得极其透彻，不仅讲解了传统的RI检测器，还深入探讨了多角度光散射（MALS）和粘度计检测器在获取绝对分子量信息时的协同作用，这一点对于理解聚合物的拓扑结构至关重要。我特别欣赏它在“方法验证与常见问题排查”一章中提供的详实案例，那些关于基线漂移、柱效下降以及校正曲线拟合失败的具体处理步骤，几乎可以作为我们实验室的SOP（标准操作规程）来参考，极大地提高了实验效率和结果的可信度。它不是那种只停留在理论表面的教科书，而是真正沉淀了大量一线实验经验的实用手册。

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作为一名资深的高分子材料工程师，我们工作的核心往往在于如何精确控制材料的形貌和界面特性，这直接关系到最终产品的性能表现，比如阻隔性、机械强度和耐候性。我购买这本书的初衷，主要是想深入了解一下像扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）这类形貌分析手段，是如何与更精细化的分析技术相结合的。这本书在微观形貌表征这一块的处理是极其到位的。它不仅详细对比了冷冻断裂技术和超微切片技术在制备样品时的优缺点，还重点介绍了 $ ext{EDS}$（能量分散X射线光谱）在TEM下的微区元素分析能力，尤其是在分析复合材料中填料分散均匀性以及界面相容性时的应用案例，具有极高的参考价值。此外，书中关于原子力显微镜（AFM）在聚合物表面粗糙度、弹性模量成像方面的应用讨论也十分深入，特别是如何通过 $ ext{Phase Imaging}$ 来区分不同硬度的聚合物相，这直接指导了我们在共混物设计中的策略调整。这本书真正实现了从宏观到微观的无缝连接。

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我是一位关注高分子材料性能与结构关联性的博士研究生，平时对那些晦涩难懂的公式推导感到头疼。这本书在处理复杂定量分析时，展现出一种令人耳目一新的“应用导向型”讲解模式。例如，在涉及聚合物动态力学分析（DMA）时，它并没有花费大量篇幅去推导复杂的粘弹性本构方程，而是将重点放在了如何通过改变振动频率、应力应变模式（拉伸、压缩、三点弯曲）来精确捕捉聚合物在不同温度和时间尺度下的松弛行为。书中关于如何从 $ an(delta)$ 峰分析高分子链段运动的信息，以及如何利用储能模量 $ ext{E}'$ 来评估材料的有效交联密度或填料网络形成情况，讲解得非常直观易懂。而且，它还专门开辟了一章讨论动态表征与其他静态测试（如拉伸强度测试）的结果如何进行交叉验证和相互印证，这为我们进行全面的材料性能评估提供了坚实的理论框架和实际操作指导。这本书的实用性和前瞻性，远超出了我最初的预期。

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我是一个对光谱学，尤其是FTIR和NMR在聚合物结构确证方面的应用抱有浓厚兴趣的初级研究人员。说实话，很多教材对这些仪器的介绍往往过于侧重基础物理原理的推导，而对于如何将这些原理应用到具体聚合物的官能团变化、共聚物序列分析乃至微观链段运动状态的探究上，总是显得力不从心。然而，这本书在处理高分子光谱分析这一块的处理方式简直是教科书级别的典范。例如，在核磁共振部分，作者没有满足于介绍 ${}^1 ext{H}$ NMR 和 ${}^{13} ext{C}$ NMR 的基本化学位移，而是花了大量篇幅阐述如何利用二维谱（如 $ ext{HSQC}$、$ ext{HMBC}$）来精确解析复杂聚合物主链或侧链的连接方式，甚至是微量的结构缺陷。更妙的是，它还涉及到了固态 $ ext{NMR}$ 在分析高分子结晶度和链段取向性上的应用，这对于我们研究工程塑料的力学性能至关重要。读完这几章，我感觉自己对聚合物“指纹”的解读能力得到了质的飞跃，不再仅仅是识别官能团，而是开始“读懂”分子内部的语言。

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