Synchrotron Radiation in Materials Science pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Magalhaes-Paniago, Rogerio 编

出品人:

页数:214

译者:

出版时间:2009-2

价格:$ 145.77

装帧:

isbn号码:9780735406254

丛书系列:

图书标签:

• 同步辐射
• 材料科学
• X射线衍射
• X射线吸收
• 表面科学
• 纳米材料
• 结构表征
• 材料分析
• 薄膜
• 晶体学

晶体结构与缺陷分析：现代材料科学的基石 本书深入探讨了晶体材料的结构、缺陷及其对宏观性能的影响，旨在为材料科学家、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个全面且深入的参考框架。我们聚焦于理解原子尺度的排列如何决定材料的机械、电学、磁学和光学性质，并着重介绍了先进的实验和计算技术在揭示这些内在联系中的关键作用。 第一部分：晶体学基础与对称性原理 本部分奠定了理解固体结构的基础。我们从宏观的晶体学概念入手，详细阐述了布拉维点阵、晶胞的选择与定义，以及如何利用米勒指数系统精确描述晶面和晶向。 1.1 晶体学的几何描述 点阵与基矢： 深入分析了二维和三维点阵的分类，重点阐述了如何从理论上推导出布拉维格点阵的七大晶系和十四种空间群。讨论了晶格参数与单位晶胞体积的精确计算方法。 倒易点阵： 详细介绍了倒易点阵（Reciprocal Lattice）的构造原理及其在描述衍射现象中的核心地位。对比了实空间与倒易空间的概念转换，解释了维格纳-塞茨元胞（Wigner-Seitz Cell）和布里渊区（Brillouin Zone）在电子能带理论中的物理意义。 1.2 对称性理论的应用 对称性是晶体结构中最根本的属性之一。本章系统梳理了群论在晶体学中的应用。 点群与空间群： 详细讲解了晶体中允许存在的旋转轴、反射面、反演中心和滑移面操作。通过实例，如面心立方（FCC）和体心立方（BCC）结构的对称性分解，展示如何使用 Schoenflies 符号和 Hermann-Mauguin 符号来唯一确定一个晶体的对称特征。 晶体学中的群论： 讨论了不可约表示（Irreducible Representations）在描述电子波函数和声子模式时的重要性，这是理解材料光学和电学活性的前提。 第二部分：晶体结构解析的实验技术 本部分重点介绍确定材料真实原子排列的现代实验方法，强调数据采集、处理和结构精修的流程。 2.1 X射线衍射（XRD）原理与应用 尽管本书不涉及同步辐射技术，但我们对传统X射线衍射（XRD）进行了详尽的论述，作为结构确定的核心工具。 衍射物理： 基于德拜-沃勒公式（Debye-Waller formula）和布拉格定律（Bragg's Law），深入分析了衍射峰的强度、位置和形状所携带的结构信息。 粉末与单晶衍射： 详细对比了粉末衍射（Rietveld精修方法）和单晶衍射（结构解析）的数据采集和分析流程。重点讨论了如何通过衍射图谱识别晶相、确定晶格常数和晶体对称性。 衍射峰的展宽分析： 探讨了尺寸效应（Scherrer方程）和应变效应如何导致衍射峰展宽，这是评估纳米材料和微观结构均匀性的关键手段。 2.2 电子衍射与透射电子显微镜（TEM） 本章聚焦于高空间分辨率成像技术，特别是透射电子显微镜（TEM）在微观结构分析中的独特优势。 成像模式： 详细区分了明场（Bright-Field）、暗场（Dark-Field）和高分辨透射电镜（HRTEM）成像的物理原理。解释了像差如何影响成像质量，并介绍了球差校正技术在原子尺度观察中的进步。 选区电子衍射（SAED）： 阐述了如何利用SAED图案确定薄膜或纳米颗粒的晶带轴、晶格常数和薄膜的取向关系。特别分析了双晶界面和薄膜应力对衍射斑点的影响。 能量色散X射线谱（EDS）与EELS： 结合成像，介绍了如何使用EDS和电子能量损失谱（EELS）进行元素定性和化学态分析，从而将化学信息与几何结构关联起来。 第三部分：晶体缺陷的分类与影响 晶体材料的性能往往不是由理想结构决定的，而是由缺陷控制的。本部分系统分类和量化了各种类型的晶体缺陷。 3.1 点缺陷：零维缺陷 点缺陷是温度对材料性能影响的主要根源，尤其在离子晶体和半导体中。 几何与热力学： 详细阐述了空位（Vacancy）、间隙原子（Interstitial）和取代原子（Substitutional）的形成能和平衡浓度。引入爱因斯坦关系（Einstein relation）和斯托克-爱因斯坦关系（Stokes-Einstein relation）来描述缺陷的迁移率。 阴离子与阳离子缺陷： 针对氧化物和陶瓷，深入分析了肖特基缺陷（Schottky defects）和弗伦克尔缺陷（Frenkel defects）的形成与平衡，以及它们如何影响材料的电导率和扩散过程。 3.2 线缺陷：位错的力学效应 位错是塑性变形、蠕变和疲劳的根本原因。 位错类型与成像： 详细描述了刃型位错、螺型位错及其混合型位错的几何结构。通过 Burgers 矢量和位错线方向的定义，阐述了如何利用TEM进行位错的成像和表征（如g·b判据）。 位错的应力场与交互作用： 计算了位错线周围的应力场分布，讨论了位错的攀移、交滑移，以及它们在加工硬化、层错能（Stacking Fault Energy）中的作用。 3.3 面缺陷与体缺陷 晶界与表面： 分类讨论了高角度和低角度晶界，特别是孪晶界（Twin Boundaries）的结构模型（如 O-Lattice 理论）。分析了晶界对晶粒间反应、腐蚀和电化学过程的影响。 析出物与第二相： 讨论了在固溶体中形成的共格、半共格和非共格析出物的形成机制（如吉布斯自由能驱动力），以及这些第二相在强化材料中的作用。 第四部分：缺陷与材料性能的耦合 本部分是连接微观结构与宏观特性的桥梁，探讨了缺陷如何调控材料的特定功能。 4.1 扩散机制与晶格动力学 原子扩散的微观机制： 将点缺陷迁移率与扩散系数关联起来，深入分析了扩散路径（间隙扩散与空位机制）在不同温度下的主导地位。讨论了快速扩散通道（如晶界扩散）对材料寿命的影响。 晶格振动与热学性质： 概述了声子理论，解释了晶格振动如何决定材料的比热容和热导率。分析了点缺陷和位错如何散射声子，从而降低材料的热导性，这在热电材料设计中至关重要。 4.2 缺陷在电学和力学响应中的作用 半导体中的掺杂与载流子： 虽然本书不涉及能带理论的深度推导，但明确了施主（Donor）和受主（Acceptor）杂质原子如何作为点缺陷，精确调控半导体的费米能级和载流子浓度。 强化机制与断裂韧性： 从位错运动的角度，系统回顾了固溶强化、沉淀强化和晶粒细化等主要的金属强化机制。讨论了裂纹尖端应力场与位错相互作用如何影响材料的韧性。 通过以上四个部分的系统阐述，本书提供了一个坚实的理论和实验基础，使用户能够理解和预测晶体材料在各种环境和加工条件下性能的演变规律。

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这本书的结构安排在整体上是严谨的，但阅读过程中的体验却存在一些“断层”。前半部分对于同步辐射光源的基本原理和历史沿革的描述，略显冗长，更像是对现有综述的系统性整合，对于已经了解加速器物理的读者来说，这部分可以快速浏览。然而，一旦进入到数据分析和结果解释的部分，其深度和广度立即提升到了一个全新的水平。特别是关于时间分辨实验如何捕捉快速化学反应的动态过程，作者的处理方式非常巧妙，结合了复杂的时域模型和实际的二维图谱，构建了一个非常完整的知识链条。这本书更像是一部“里程碑式的参考书”，它涵盖了过去二十年间该领域的核心发展，但同时也暗示了未来研究的空白和挑战，留给读者的思考空间非常广阔。

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读完前几章后，我发现这本书的叙事逻辑和深入程度，简直就像一位经验极其丰富的导师在亲自为你讲解课题。作者在阐述X射线与物质相互作用的机理时，那种循序渐进、层层递进的论述方式，极大地降低了理解复杂概念的门槛。例如，它对布拉格定律的解释，不仅仅是给出一个公式，而是结合了实际的衍射实验图片，并详细对比了不同角度下的干涉现象，使得抽象的物理概念变得具象化。更让我感到惊喜的是，它并没有停留在理论层面，而是大量穿插了不同材料体系（如半导体薄膜、高熵合金、以及软物质）在同步辐射光源下获得的最新研究案例。这些案例的引用极其精准，展现了该技术在解决材料科学前沿难题上的强大威力，读起来让人热血沸腾，感觉手里的知识不再是教科书上的陈词滥调，而是正在发生的研究热点。

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这本书的装帧设计着实令人眼前一亮，封面的配色大胆而富有科技感，那种深邃的蓝色调混合着一些高光粒子，仿佛直接将人拉入了实验现场。纸张的质感也相当出色，厚实而光滑，即便是长时间翻阅，也不会让人感到疲惫。我尤其欣赏它在版式上的用心，文字排布疏密有致，关键术语的标注清晰明了，而且图表的清晰度和分辨率高得惊人，那些复杂的晶格结构图和衍射花样，即便是打印出来，细节也毫不见模糊。不过，话说回来，对于一个刚入门的材料学爱好者来说，这本书的开篇似乎过于“硬核”了，第一章就涉及了大量的电磁波理论和加速器原理，这对于我这种更侧重于材料微观结构表征的读者来说，阅读体验稍显吃力，可能需要花费额外的时间去消化这些基础物理背景，才能真正跟上作者的思路进入到核心应用部分。整体来看，它无疑是一本制作精良的学术专著，适合有一定物理基础的专业人士，作为案头参考书是极佳的选择。

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坦白讲，这本书的理论深度是我此前阅读的同类书籍中少有的，它绝非那种浅尝辄止的科普读物，更像是一本为研究生或研究人员量身定制的“工具手册”。我对其中关于高能光子束流如何实现对纳米尺度缺陷的无损检测那几节内容印象尤为深刻。作者详细剖析了光束线的设计考量，包括单色器、聚焦镜片的选型标准，甚至连束流衰减对数据准确性的影响都做了数学建模分析。这种细节的呈现，对于那些需要自行搭建或优化实验光路的研究人员来说，简直是无价之宝。唯一的“不足”可能在于，它的专业性太强，导致在某些需要快速查阅特定实验参数的时刻，你必须非常熟悉其内部的章节结构和索引系统，否则很容易迷失在浩瀚的公式和参数表格之中，它需要的是专注，而非碎片化的阅读。

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从一个专注于材料合成的实验工作者的角度来看，这本书提供了一个绝佳的视角，让我得以跳出传统的样品制备和性能测试的思维定式。它强迫我去思考，我的材料结构是如何在原子尺度上被“看见”的。书中对各种谱学技术，比如吸收谱、光电子能谱（XPS）在同步辐射条件下的增强效应，都有深入的对比论述。我特别喜欢其中一个章节，它对比了在不同能量分辨率下对氧化物界面电子态的探测差异，这直接指导了我未来在表征新型催化剂活性位点时的测量策略。虽然书中的数据和图表往往需要读者具备一定的谱学背景知识才能完全领会其深意，但即便是只看方法论的介绍，也足以让人茅塞顿开。它不仅是介绍技术，更是在传授一种高精度表征的“哲学”。

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