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出版者:华东理工大学出版社

作者:姜传海//杨传铮

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2010-8

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787562827788

丛书系列:

图书标签:

• 第一
• X射线衍射
• XRD
• 晶体结构
• 材料分析
• 粉末衍射
• 单晶衍射
• 衍射技术
• 结构表征
• 材料科学
• 物理学

X射线衍射技术及其应用 书籍简介 本书全面深入地探讨了X射线衍射（XRD）这一在材料科学、化学、物理学、地质学、生物学乃至工业检测等众多领域占据核心地位的分析技术。从基本原理到前沿应用，本书旨在为读者构建一个坚实而完整的XRD知识体系，使其能够理解、掌握并灵活运用这一强大的表征工具。 第一部分：X射线衍射的基本原理 本部分将从最基础的层面出发，层层递进地揭示X射线衍射的内在机制。 X射线的产生与性质： 详细介绍X射线管的工作原理，包括电子加速、靶材选择（如铜、钼、钴等）、特征X射线和连续X射线的形成，以及X射线的波长、能量、穿透性和电磁波特性。我们将探讨如何通过调节X射线管的电压和电流来改变X射线的强度和能量，以及不同波长的X射线在材料分析中的适用性。 晶体结构基础： 深入讲解晶体学的基础概念，包括晶胞、晶格、晶面、晶向、对称元素（如对称中心、对称轴、对称面、反演中心）以及布拉维点阵。我们将详细介绍常见晶系的特点（立方、四方、正交、单斜、三斜、六方、菱面体），并阐述如何使用晶面指数（如密勒指数）来唯一标识晶体中的特定晶面。 布拉格衍射定律： 这是X射线衍射的核心。我们将详细推导布拉格定律（nλ = 2d sinθ），并解释其中各个参数的物理意义。重点阐述晶格面间距d与衍射角θ之间的关系，以及如何通过测量不同晶面的衍射角来反推出晶体内部的原子排列规律。我们将探讨理想晶体和真实晶体在衍射过程中的差异。 衍射图谱的产生与解读： 详细描述X射线衍射仪的工作流程，包括X射线源、样品室、探测器（如闪烁计数器、比例计数器、半导体探测器）以及数据采集系统。我们将深入剖析X射线衍射图谱（XRD谱图）的构成，包括衍射峰的位置（2θ角）、强度、宽度（峰宽）以及形状。读者将学会如何通过分析这些特征来识别物质的物相、评估晶粒尺寸、判断晶体质量以及确定样品中的应力状态。 衍射峰的强度和形状： 深入探讨影响衍射峰强度的因素，包括结构因子、多重度因子、洛伦兹-极化因子、吸收因子和样品取向因子。我们将解释为什么某些晶面会产生更强的衍射峰，而另一些则可能很弱甚至不出现。此外，还将详细分析衍射峰的宽度，并阐述其与晶粒尺寸、微观应力、晶格缺陷等因素之间的定量关系，介绍谢乐公式（Scherrer equation）等用于估算晶粒尺寸的方法。 粉末衍射与单晶衍射的比较： 详细对比粉末衍射和单晶衍射在原理、样品要求、数据采集和信息获取方面的差异。重点介绍粉末衍射在材料定性和定量分析中的广泛应用，以及单晶衍射在精确确定晶体结构（包括原子坐标）方面不可替代的优势。 第二部分：X射线衍射技术的实验操作与数据处理 本部分将聚焦于实际的实验操作和数据处理流程，使读者能够独立开展XRD实验。 X射线衍射仪的选型与维护： 介绍不同类型XRD仪器的特点（如粉末衍射仪、薄膜衍射仪、小型手持式XRD等），以及根据研究目的选择合适仪器的原则。同时，将讲解仪器的日常维护、校准和常见故障排除，以确保实验数据的准确性和可靠性。 样品制备技术： 详细阐述针对不同样品类型（粉末、块体、薄膜、纤维等）的样品制备方法。例如，粉末样品的研磨、过筛、压片或涂抹技术，薄膜样品的沉积与转移，以及如何尽量减少样品制备过程中引入的误差（如择优取向、颗粒度不均等）。 实验数据采集： 详细指导如何设定XRD实验参数，如扫描范围、步长、扫描速度、管压、管流等。我们将讨论不同参数设置对衍射图谱质量的影响，以及如何根据样品特性和研究目标优化实验条件，以获得清晰、准确的衍射数据。 衍射数据处理与分析： 介绍主流的XRD数据处理软件（如Jade, HighScore, EVA等）的使用方法。重点讲解峰拟合、背景扣除、峰检索、相鉴定（利用PDF卡片数据库）等基本操作。读者将学会如何通过与标准数据库的比对来识别样品中的物相。 定量物相分析： 详细介绍常用的定量物相分析方法，如克劳利法（RIR法）和全谱拟合方法（如Rietveld精修）。我们将阐述这些方法的原理、步骤和适用范围，以及如何通过定量分析来确定样品中各物相的含量。 结构精修与晶体结构解析： 深入讲解Rietveld精修方法在确定晶体结构参数（如晶格常数、原子坐标、键长、键角、占位因子、温度因子）方面的强大能力。对于新化合物的结构解析，还将介绍如何从零开始进行晶体结构解析（de novo structure solution）的策略和方法。 第三部分：X射线衍射技术的广泛应用 本部分将展示XRD技术在各个领域的具体应用案例，彰显其强大的实用价值。 材料科学与工程： 物相分析与定性鉴定： 广泛应用于陶瓷、金属合金、聚合物、复合材料等体系的物相组成分析，用于质量控制和产品研发。 晶体结构表征： 确定新材料的晶体结构，理解结构与性能的关系，例如在新能源材料（如锂离子电池正负极材料、催化剂）的研究中。 晶粒尺寸与微观应力分析： 评估纳米材料的晶粒尺寸，研究材料在形变、热处理过程中的微观结构演变，以及分析材料中的残余应力，这在焊接、铸造、加工等领域至关重要。 晶体缺陷研究： 分析点缺陷、线缺陷、层错等对材料性能的影响。 薄膜与涂层分析： 表征薄膜材料的结晶度、择优取向、晶粒尺寸和应力状态，这对于半导体、光学涂层、功能性薄膜等领域至关重要。 化学与化工： 催化剂研究： 分析催化剂的活性相、载体结构、失活机理，理解催化剂的构效关系。 药物晶型研究： 确定药物分子的晶型，这直接关系到药物的溶解度、稳定性和生物利用度，是药品开发中的关键环节。 精细化学品与配位化合物： 鉴定复杂化学物质的晶体结构，有助于理解其合成过程和反应机理。 环境化学： 分析环境污染物（如土壤、水体中的沉淀物）的矿物组成，研究其迁移转化过程。 地质学与矿物学： 矿物鉴定： 快速准确地鉴定岩石和土壤中的矿物成分，是地质勘探、矿产资源评价的基础。 土壤与沉积物分析： 研究土壤的矿物组成、结构和形成演化过程，对农业、环境治理和工程建设具有重要意义。 古环境重建： 通过分析古代沉积物中的矿物组合，推断当时的古气候、古水文条件。 生物学与生物医学： 蛋白质与核酸的晶体结构解析： 阐明生物大分子的三维结构，对于理解其功能、药物设计和疾病机制研究至关重要。 骨骼与牙齿矿物分析： 研究骨骼矿物的组成和结构，对于骨质疏松症等疾病的研究具有参考价值。 工业检测与质量控制： 产品成分分析： 快速检测原材料和成品的物相组成，确保产品质量符合标准。 故障分析： 识别产品失效原因，例如材料的相变、杂质引入等。 工程材料的性能表征： 评估金属、陶瓷、复合材料等工程材料的微观结构，预测其使用性能。 第四部分：X射线衍射技术的最新发展与前沿展望 原位/原环境X射线衍射： 介绍在实际反应条件下（如高温、高压、电化学环境、气氛控制）进行XRD测量，以实时监测材料的结构变化，揭示反应机理。 三维X射线衍射： 探讨三维XRD技术在研究材料内部微观结构、缺陷分布和多晶体取向方面的优势。 同步辐射X射线衍射： 介绍同步辐射光源提供的更高亮度和更宽能量范围的X射线，以及其在快速测量、小尺寸样品分析和高时分辨研究中的应用。 人工智能与机器学习在XRD数据分析中的应用： 探讨AI技术如何加速和优化XRD数据的解析，例如自动相识别、结构精修预测、性能预测等。 组合技术与多尺度表征： 强调XRD与其他表征技术（如电子显微镜、光谱学、热分析）相结合，以获得更全面的材料信息。 结论 本书致力于为读者提供一个全面、深入且实用的X射线衍射技术学习平台。通过对基本原理的深刻理解、实验操作的熟练掌握以及对丰富应用案例的学习，读者将能够自信地将XRD技术应用于自己的科研或工程实践中，解决复杂的问题，推动科学技术的进步。本书适合材料科学、化学、物理学、地质学、生物学等相关专业的研究生、科研人员、工程师以及对X射线衍射技术感兴趣的初学者阅读。

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这本书真是太棒了，我以前对光学物理的理解一直停留在教科书的层面，感觉很抽象，但《X射线衍射技术及其应用》这本书让我对这个领域有了全新的认识。它不仅仅是简单地介绍X射线是如何与晶体发生相互作用，更是深入浅出地讲解了布拉格定律的数学推导过程，并且提供了大量实际的实验案例，让我能够将理论知识与实际操作联系起来。特别是其中关于衍射图谱分析的部分，写得非常详尽，从如何识别峰位到如何进行定量分析，每一个步骤都讲解得非常清晰。我特别喜欢它在介绍粉末衍射仪器的章节中，对于仪器原理和操作流程的描述，即使是一个初学者也能很快上手。这本书的排版也很好，图文并茂，让我阅读起来毫不费力，感觉就像是有一位经验丰富的老师在身边指导一样。这本书对于想要深入研究材料科学或者凝聚态物理的读者来说，绝对是不可多得的宝藏。

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这本书的实用性简直是无与伦比，它不仅仅是一本理论教材，更像是一本操作手册。我尤其看重书中关于数据处理和软件使用的介绍，作者详细讲解了如何利用一些主流的衍射数据分析软件进行结构精修和相分析，这些都是书本上很难系统学到的东西。对于一个刚接触这个领域的学生来说，能够直接上手操作并理解背后的原理，是至关重要的。书中对于晶体学基础知识的回顾也非常到位，为后续的学习打下了坚实的基础，避免了读者因为基础不牢而跟不上进度的窘境。这本书的排版非常专业，图表清晰，公式推导完整，让人感觉这份知识是经过精心打磨的，充满了匠心。

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坦白说，这本书的语言风格非常严谨，逻辑性极强，读起来就像是在解一道复杂的数学题，需要全神贯注。它对于X射线衍射中的对称性和群论的应用介绍得尤其出色，虽然一开始有些挑战性，但一旦理解了其中的逻辑，对晶体结构的认识就会豁然开朗。书中对傅里叶变换在结构解析中的作用的阐述，更是点睛之笔，将抽象的数学工具与具体的物理图像完美地结合起来。我特别欣赏作者在介绍复杂概念时所表现出的那种不厌其烦的耐心，很多我之前困惑已久的问题，在这本书中都得到了明确的解答。这本书无疑是为那些希望在X射线衍射领域深耕的专业人士准备的，它要求的读者具备一定的物理和数学基础，但回报也是巨大的。

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这本书最让我感到惊喜的是它对技术局限性和误差分析的坦诚探讨。很多技术书籍往往只强调优点和成功案例，但《X射线衍射技术及其应用》却花了相当大的篇幅来讨论实验中可能遇到的各种限制因素，比如仪器误差、样品制备对结果的影响，以及如何进行不确定度评估。这种批判性的思维方式对于培养严谨的科研态度至关重要。作者对于高分辨衍射和原位实验的介绍也十分精彩，展现了该技术在探索动态过程中的巨大潜力。阅读这本书的过程，更像是一次科学思维的训练，它教会我如何用更全面、更审慎的眼光去看待实验数据和技术本身。这本书的价值，在于它不仅传授知识，更塑造了科学家的思维模式。

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这本书的深度和广度让我印象深刻，它不仅仅局限于基础理论的讲解，更是对X射线衍射技术在各个前沿领域的应用进行了全方位的梳理。比如，书中对薄膜分析和应力测试的探讨，让我领略到了这项技术在现代工业中的重要性。作者在描述这些应用时，没有停留在表面的介绍，而是深入挖掘了背后的物理机制和数学模型，这对于提升读者的科研能力非常有帮助。我个人认为，这本书的价值在于它提供了一个完整的知识体系，从理论到实践，从基础到前沿，都安排得井井有条。我花了很长时间才消化完其中的一部分内容，但每一次阅读都有新的收获，感觉自己的知识结构得到了极大的完善。这本书的参考文献部分也非常详实，为我后续的深入研究指明了方向。

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