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出版者:化学工业出版社

作者:布里格斯

出品人:

页数:197 页

译者:曹立礼

出版时间:2001年1月1日

价格:19.0

装帧:平装

isbn号码:9787502533977

丛书系列:

图书标签:

• 材料学
• 聚合物
• 表面分析
• 材料科学
• 表面化学
• 分析化学
• 表征
• 聚合物材料
• 界面科学
• 光谱学
• 显微学

表面科学与工程的深度探索：现代材料表征技术及其应用 内容提要： 本书聚焦于现代材料科学前沿领域——材料表面与界面现象的深入解析及其在工程应用中的关键作用。全书系统梳理了从微观尺度到宏观尺度的表面结构、化学态、电子态以及力学性能的表征手段和理论基础，旨在为材料科学家、工程师以及相关领域的研究人员提供一本全面、深入且具有实践指导意义的参考书。 第一章：引言：表面与界面在材料性能中的核心地位 材料的宏观性能往往由其表面和界面性质所决定。本章首先阐述了“表面”这一概念在不同尺度上的定义与重要性，例如，在催化、腐蚀、润滑、生物相容性以及电子器件性能中，表面原子排列、缺陷密度和化学配位环境的微小变化，都可能导致整体性能的巨大差异。随后，本章回顾了表面科学的发展历程，重点讨论了实现对原子级、分子级表面结构进行精确调控与表征的必要性。我们引入了表面敏感度与信息深度（信息穿透深度）的概念，为后续章节介绍的各类表征技术提供了理论框架。同时，本章也概述了当前材料设计中面临的主要挑战，如高熵材料表面的不确定性、二维材料的边缘效应以及复杂多相界面的相互作用机制。 第二章：真空技术与样品制备：实现高分辨表征的前提 高质量的表面分析依赖于超高真空（UHV）环境，以避免环境分子（如水蒸气、氧气）对真实表面的污染和修饰。本章详细介绍了UHV系统的设计原理、真空度等级的划分（高真空HV、超高真空UHV）及其对实验结果的影响。我们将深入探讨分子泵、扩散泵、低温泵等关键真空组件的工作机制。 样品制备是表面分析中至关重要的一环，它直接决定了后续谱学和显微镜分析的有效性。本章将重点介绍几种先进的样品处理技术： 1. 原位（In-situ）处理技术： 如离子束刻蚀（Ar+ Sputtering）、电子束或离子束诱导沉积（EBI/IBID）用于表面清洁和结构修改。 2. 薄膜生长与外延技术： 概述分子束外延（MBE）和化学气相沉积（CVD）中对衬底准备和界面控制的要求。 3. 样品转移技术： 特别针对2D材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的无损转移方法及其对缺陷引入的控制。 第三章：电子光谱学：深入探究表面化学态与电子结构 电子光谱学是确定材料表面元素组成、化学价态和电子能带结构的基石。本章将系统讲解几种主要的电子谱学技术及其定量分析方法： 1. X射线光电子能谱（XPS/ESCA）： 详细介绍光电效应的物理基础，费米能级（$E_F$）的确定，以及峰位偏移（化学位移）对化学环境的敏感性。本章包含对先进谱图解析方法的讨论，如多峰拟合、峰形去卷积（Deconvolution）技术，以及如何利用俄歇电子能谱（AES）进行深度剖析（Depth Profiling）。 2. 俄歇电子能谱（AES）： 侧重于其高空间分辨率的潜力，以及在半导体器件和集成电路中的缺陷分析应用。讨论了俄歇参数（Auger Parameter）在区分不同化学环境中的应用。 3. 紫外光电子能谱（UPS）： 聚焦于对材料价带结构、功函数（Work Function）的测量。通过分析不同激发光能量下的光电子动能，揭示材料与电极界面处的能级弯曲现象。 第四章：离子与原子束分析：高灵敏度的元素与同位素探测 针对需要更高灵敏度或需要探测深层信息的应用，离子束技术提供了独特的优势。 1. 二次离子质谱（SIMS）： 详细阐述了主、次离子产生机制，区分了静态（Static SIMS，表面分子识别）和动态（Dynamic SIMS，深度剖析）模式。重点分析了矩阵效应（Matrix Effect）对定量分析的挑战及其校正方法。 2. 离子束分析技术（Rutherford Backscattering Spectrometry, RBS）： 介绍如何利用弹性后向散射的能量损失来确定表层元素的质量和浓度分布，适用于轻元素在重基底中的探测。 3. 核反应分析（NRAs）： 讨论如何利用特定核反应的特征伽马射线或粒子来高选择性地定量分析如氢、锂、硼等轻元素。 第五章：扫描式显微镜技术：形貌、晶体结构与局部性质的成像 本章是关于表面形貌和微观结构成像的重点。 1. 扫描隧道显微镜（STM）： 深入解析量子隧道效应的基本原理，以及如何通过控制偏压（Bias Voltage）和隧道电流来获取原子级分辨率的形貌图像和电子态密度（LDOS）信息。本章包含对STM针尖制备和振动隔离技术的讨论。 2. 原子力显微镜（AFM）： 详述了接触模式（Contact Mode）、轻敲模式（Tapping Mode）和非接触模式（Non-contact Mode）的工作原理。重点扩展讨论AFM在特定功能模式下的应用，如： 力谱分析（Force Spectroscopy）： 测量粘附力、弹性模量（通过Hertz模型等）。 开尔文探针力显微镜（KPFM）： 测量表面功函数分布和局部电势差异。 磁力显微镜（MFM）： 探测表面磁畴结构。 3. 扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）在表面分析中的应用： 侧重于高加速电压下电子与物质的相互作用。讨论如何利用背散射电子（BSE）进行成分衬度和晶体取向衬度成像，以及如何结合能量色散X射线谱（EDS）进行微区元素分析。对于TEM，重点分析高分辨透射电镜（HRTEM）在界面结构解析中的关键作用。 第六章：表面动力学与环境耦合分析 现代材料科学要求分析技术能够模拟真实使用环境，即进行原位或准原位（Operando）表征。 1. 原位光谱学技术： 介绍如何在反应环境（如高压气体、液体环境）下进行XPS或拉曼光谱测量，以实时监测催化剂表面的活性物种转化。 2. 表面等离子体共振（SPR）技术： 阐述SPR原理及其在生物传感和分子吸附动力学研究中的应用，关注折射率变化与分子结合事件的关联。 3. 热解与化学吸附研究： 讨论热重分析（TGA）和程序升温脱附（TPD）如何用于定量分析表面活性位点的数量和结合能，这对于评估吸附剂和催化剂的性能至关重要。 第七章：表面功能化与薄膜表征的特殊挑战 本章针对高度工程化的表面系统，探讨特定的表征策略。 1. 有机与高分子表面分析： 讨论如何使用时间飞行二次离子质谱（TOF-SIMS）识别聚合物表面的低分子量添加剂、塑化剂或污染物。同时，介绍傅里叶变换红外反射吸收光谱（FTIR-RAS）在确定表面官能团取向和化学键环境中的应用。 2. 半导体与绝缘体表面： 重点讨论电荷陷阱（Charge Trapping）对分析结果的干扰，以及如何通过电荷中和技术（如氩离子枪或电子枪）来校正XPS和UPS谱图中的能量漂移。 3. 界面润湿性与能（Wetting and Energy）： 介绍Young方程在接触角测量中的应用，以及如何利用Owens-Wendt或Good-Van Oss方法从接触角数据推导出表面自由能的极性（$gamma_P$）和色散（$gamma_D$）分量。 总结与展望： 本书的最终目标是培养读者将多种表征技术进行交叉验证和综合分析的能力，从而构建一个完整的“结构-化学-性能”的表征链条。未来的表面科学将更加依赖于大数据处理和人工智能辅助的谱峰解析，以及更极端环境下的原位分析，以期在下一代能源、信息和生物医学材料的设计中取得突破。 关键词： 表面科学、界面、XPS、SIMS、AFM、STM、超高真空、电子能谱、材料表征、功函数。

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初读《聚合物表面分析》，就被书中对各种散射技术在聚合物表面研究中的深入剖析所吸引。作者在描述拉曼光谱（Raman Spectroscopy）和紫外-可见吸收光谱（UV-Vis Spectroscopy）时，展现了一种别具匠心的视角。书中不仅详尽介绍了这两种技术的基本原理，更通过一系列精心设计的实验案例，生动地展示了它们在聚合物表面分析中的强大能力。例如，如何利用拉曼光谱分析聚合物表面的结晶度、分子链取向，以及检测表面发生的化学反应；如何通过UV-Vis光谱研究聚合物表面的光吸收特性，进而分析其光稳定性、光致变色行为，或作为传感器的应用。作者还非常巧妙地将这些技术与其他表征手段进行了对比和融合，比如讨论了何时选择拉曼光谱而不是红外光谱，以及如何将UV-Vis光谱与荧光光谱结合，以获得更全面的光物理信息。书中对实验条件优化、数据处理和结果解释的指导，都显得极为细致和实用。这种对基础理论与实际应用的深刻理解，让这本书不仅是学术参考，更是一份宝贵的实践指南。

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《聚合物表面分析》在介绍各种光谱和显微成像技术时，其在纳米材料和生物医学领域的应用深度令我着迷。作者在阐述荧光光谱（Fluorescence Spectroscopy）和表面增强拉曼光谱（SERS）在聚合物表面分析中的作用时，展现了一种前瞻性的视角。书中不仅详尽介绍了荧光寿命、量子产率、以及SERS增强机制等概念，更通过一系列精心设计的实验案例，生动地展示了它们在聚合物纳米粒子表征、生物传感器构建、以及药物缓释体系研究中的强大能力。例如，如何利用荧光光谱追踪聚合物在生物体内的分布和降解，或如何利用SERS实现对聚合物表面痕量物质的高灵敏度检测。作者还非常巧妙地将这些技术与其他表征手段进行了整合，比如讨论了何时选择SERS而不是常规拉曼光谱，以及如何将荧光标记与AFM成像结合，以实现对单个聚合物分子的可视化研究。这种对微观世界精细成像和灵敏探测的能力，以及对跨学科应用的深刻洞察，让这本书成为了一份极具启发性的参考。

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翻阅《聚合物表面分析》一书，其在讲述电化学分析技术在聚合物表面研究中的应用时，让我对电化学领域的应用有了新的认识。作者以一种非常系统和深入的方式，阐述了循环伏安法（CV）和阻抗谱（EIS）等技术如何用于研究聚合物电极材料的表面特性。书中不仅仅详细介绍了这些技术的测量原理和实验步骤，更通过大量的实例，展示了它们如何揭示聚合物在电化学过程中的氧化还原行为、离子传输特性、以及表面钝化或腐蚀机制。我尤其欣赏的是，作者对如何通过CV和EIS数据来判断聚合物表面涂层的导电性、电子转移速率，以及评估其在电化学传感器、锂离子电池等领域的应用潜力进行了深入的剖析。书中还强调了这些技术与其他表征方法的联用优势，例如如何将电化学测试与SEM/TEM相结合，以探究表面形貌变化与电化学性能之间的关系。这种对电化学过程的精细操控和解读能力，无疑为聚合物材料的设计和应用提供了强有力的技术支持。

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《聚合物表面分析》这本书，在探讨热分析技术在聚合物表面研究中的应用时，展现了其独特性和实用性。作者在讲解差示扫描量热法（DSC）和热重分析法（TGA）时，将复杂的原理转化为清晰易懂的语言。书中不仅仅介绍了DSC和TGA的基本工作模式，更通过大量的实验数据和图谱，展示了它们如何用于分析聚合物的玻璃化转变温度、熔点、结晶温度、热分解温度以及挥发物含量等关键热性能。我印象深刻的是，作者将这些技术巧妙地应用于聚合物的表面改性研究，例如如何通过DSC分析表面涂层对聚合物基体热性能的影响，或利用TGA监测聚合物表面涂层的热稳定性。书中还强调了如何结合其他表征手段，比如将TGA与质谱联用，以分析热分解过程中产生的气体产物，从而更深入地理解聚合物的分解机理。这种对热行为的精准把握，以及对实验结果的细致解读，让这本书成为了一份关于聚合物表面热学性质研究的权威指南。

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《聚合物表面分析》在介绍各种光谱和散射技术时，其在材料科学领域的应用深度给我留下了深刻印象。作者在讲解X射线衍射（XRD）技术在聚合物表面结晶性分析中的作用时，展现了其严谨的研究方法。书中不仅详尽阐述了XRD的基本原理，如布拉格衍射定律，更通过实际案例，展示了如何利用XRD分析聚合物表面的结晶度和晶体结构，以及如何通过表面掠射X射线衍射（GIXRD）技术，实现对亚微米尺度聚合物薄膜表面结晶行为的研究。我尤其欣赏的是，作者对不同扫描模式（如θ-2θ扫描、摇摆扫描）以及不同衍射峰的解释，都给予了非常细致的指导，能够帮助研究者准确地解读XRD图谱。书中还探讨了XRD如何与其他技术联用，例如与FTIR结合，以同时获得表面化学结构和结晶度信息。这种对基础理论与实际应用的深刻理解，让这本书成为了一份能够指导研究者进行精密表面分析的宝贵参考。

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翻阅《聚合物表面分析》这本书，仿佛置身于一个由无数微观粒子构成的奇妙世界。作者在阐述扫描探针显微镜（SPM）系列技术时，那种精细入微的描述，让我对纳米尺度的物质世界有了全新的认识。书中关于原子力显微镜（AFM）在聚合物形貌、粗糙度以及力学性能表征方面的应用，简直是令人叹为观止。作者没有仅仅停留在技术介绍层面，而是深入探讨了AFM如何揭示聚合物薄膜的自组装结构、如何监测聚合物在不同环境下的老化过程、甚至是如何研究聚合物与细胞的相互作用。其中对溶剂效应、扫描速率、探针尖端形状等参数对AFM成像质量的影响分析，条理清晰，极具指导意义。我还特别喜欢书中对傅里叶变换红外光谱（FTIR）在聚合物表面分析中的应用讲解。通过对表面官能团的识别，FTIR能够提供关于聚合物化学结构的重要信息，而作者则通过实例展示了如何结合其他技术，例如将FTIR与ATR（衰减全反射）附件结合，实现对聚合物表面的无损、快速分析。这些章节的阅读体验，不仅仅是知识的积累，更是一种思维的拓展，让我开始从更深层次理解聚合物材料的内在机制。

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《聚合物表面分析》这本书，在解读各种光谱分析技术时，展现了其无可比拟的深度和广度。作者在讲解质量光谱法（MS）及其在聚合物表面分析中的应用时，其严谨性和系统性令人印象深刻。书中详细阐述了基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）等技术如何被用来鉴定聚合物的分子量分布、分析聚合物的降解产物，以及识别表面吸附的污染物。我尤其欣赏的是，作者并没有将这些技术视为孤立的存在，而是强调了它们与其他表征方法的联用优势。例如，如何将质谱与XPS结合，以获得更全面的表面化学信息；如何利用质谱分析在AFM成像过程中观察到的表面变化，以探究其背后的化学机理。书中对于复杂混合物的解析，以及如何处理和解读大量的质谱数据，都提供了非常有价值的见解。这种跨学科的视角，以及对各种分析手段的整合能力，让这本书成为了一本真正能够指导实际科研工作的宝典。对于那些需要在复杂体系中进行聚合物表面分析的研究人员而言，这本书的价值不言而喻。

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《聚合物表面分析》这本书，在阐述电子显微镜技术在聚合物表面研究中的应用时，着实令人惊叹。作者在讲解扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）时，将复杂的成像原理转化为易于理解的图景。书中不仅仅列出了SEM和TEM的基本工作方式，更通过大量的微观形貌照片，展示了它们如何揭示聚合物材料的微观结构，如颗粒大小、分布、孔隙率以及表面形貌特征。尤其让我印象深刻的是，作者将SEM的二次电子成像、背散射电子成像，以及TEM的明场、暗场成像等不同成像模式的应用场景进行了细致的区分和阐述，并结合实际案例说明了如何根据研究目标选择最合适的成像技术。书中还探讨了SEM/TEM在聚合物复合材料、纳米材料表面形貌表征中的独特优势，以及如何通过能谱仪（EDX/EDS）与SEM/TEM联用，实现表面元素成分的定性或定量分析。这种对微观世界精细描绘的能力，以及对各种成像技术的深入解析，无疑为读者提供了观察和理解聚合物材料微观世界的强大工具。

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这本《聚合物表面分析》读起来，着实是一次深入浅出的旅程。作者以一种非常生动且引人入胜的方式，将看似枯燥晦涩的聚合物表面分析技术，变得如同侦探破案般充满趣味。我印象最深刻的是书中对X射线光电子能谱（XPS）的讲解。它不仅仅是罗列了仪器的原理和操作步骤，而是通过大量的实际案例，展示了XPS如何在材料科学、生物医学、甚至环境保护等领域发挥关键作用。比如，书中详细描述了如何利用XPS分析聚合物薄膜的表面化学成分变化，以及这些变化如何影响其粘附性、生物相容性或耐腐蚀性。作者还巧妙地将不同分析技术进行比较，例如XPS与俄歇电子能谱（AES）的异同，让读者能够根据具体的研究需求，选择最合适的分析手段。对于那些刚接触聚合物表面分析的研究者来说，这本书无疑是最好的启蒙读物。它不仅提供了扎实的理论基础，更通过丰富的实践指导，让理论知识落地，变得触手可及。书中对数据解释的细致分析，以及对常见陷阱的预警，都显得尤为宝贵，能够帮助新手少走弯路，快速掌握这项技能。总而言之，这是一本兼具学术严谨性和通俗易懂性的优秀著作，强烈推荐给所有对聚合物表面科学感兴趣的读者。

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深入研读《聚合物表面分析》一书，对于接触角（Contact Angle）及其相关表面张力测量方法的阐释，堪称点睛之笔。作者以一种非常直观且深入浅出的方式，解释了接触角作为一种衡量聚合物表面润湿性的重要参数。书中不仅仅介绍了静态接触角、动态接触角、以及前进角和后退角的测量方法，更详细阐述了这些参数如何反映聚合物表面的化学成分、表面能、粗糙度以及极性。通过大量的实例，作者展示了如何利用接触角测量来评估聚合物的亲水/疏水性、选择合适的粘合剂、优化涂层性能，以及监测聚合物表面的改性效果。我特别欣赏的是，书中对不同液体（如水、二碘甲烷、乙二醇等）作为探针液的选择原则，以及如何解读不同探针液测得的接触角数据，为读者提供了清晰的指引。此外，作者还简要介绍了表面张力测量仪（如 Wilhelmy 板法、Du Noüy 环法）在聚合物表面分析中的应用，进一步拓展了读者对聚合物表面特性的认知。

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