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| 編輯推薦： |
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为了全面获得材料在纳米尺度的结构和特性，国内外科学家发展出了许多高分辨能力的材料表征手段。准确全面地总结纳米材料的先进表征方法，将为我国在纳米科技这个战略性新兴领域的人才培养提供良好基础。本书正是在这样的大背景下应运而生的，旨在为广大材料科技工作者、高校师生以及对纳米科技感兴趣的读者提供一个全面、系统的学习和参考资源
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| 內容簡介： |
为了全面获得材料在纳米尺度的结构和特性，国内外科学家发展出了许多高分辨能力的材料表征手段。准确全面地总结纳米材料的先进表征方法，将为我国在纳米科技这个战略性新兴领域的人才培养提供良好基础。本书正是在这样的大背景下应运而生的，旨在为广大材料科技工作者、高校师生以及对纳米科技感兴趣的读者提供一个全面、系统的学习和参考资源。本书主要包括晶体学、X射线衍射、电子光学与电子显微学、扫描电子显微术、透射电子显微术、多功能扫描探针显微术、谱学分析等材料表征基础，书中的实例分析重点引入了近年来材料表征方法在纳米材料微观组织结构表征和分析方面的最新成果。
來源：香港大書城megBookStore,http://www.megbook.com.hk
本书可作为新材料、纳米科技领域相关专业的本科生和研究生教材和教学参考书，也可供物理学、化学、工程等相关专业师生和从事材料研究及分析检测的人员学习参考。
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| 關於作者： |
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1987.09--1991.07北京大学物理学系本科生 1991.09--1994.07北京大学物理学系硕士研究生 1994.08--1997.05北京航空材料研究院博士研究生 1997.06--2002.02北京航空材料研究院工程师、高级工程师 2002.02--2005.09北京大学物理学院副教授、硕士生导师 2005.10--2014.06北京航空航天大学理学院、物理学院教授、博士生导师 2014.07--至今北京科技大学教授、博士生导师，数理学院院长(2014.07-2018.11)、 融合创新研究院常务副院长(2018.11-2023.09) 2017.01--至今磁光电复合材料与界面科学北京市重点实验室主任
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| 目錄：
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前言
第1章材料表征的物理学基础
1.1晶体结构基础
1.1.1晶体的宏观特性
1.1.2晶体的微观特性
1.1.3晶向、晶面及其标志
1.1.4二维晶体学
1.1.5三维晶体学
1.1.6非晶态和准晶
1.2倒易空间
1.2.1倒易点阵的定义
1.2.2倒易点阵基矢
1.2.3倒易点阵和晶格点阵的关系
1.2.4晶带与晶带定律
1.2.5度量张量
1.2.6系统消光
1.3电磁波、粒子束与物质相互作用基础
1.3.1电磁波与粒子束
1.3.2基本相互作用
1.3.3光子与物质的相互作用
1.3.4γ射线与物质的相互作用
1.3.5电子束与物质的相互作用
1.3.6中子束与物质的相互作用
思考题
参考文献
第2章X射线衍射
2.1X射线的研究简史和基本性质
2.1.1X射线的发展历程
2.1.2X射线的基本原理和性质
2.1.3X射线的产生
2.1.4连续X射线谱和特征X射线谱
2.2X射线与物质相互作用
2.2.1X射线与物质的作用
2.2.2X射线衍射的几何条件
2.2.3X射线衍射线的强度
2.3衍射实验方法与衍射仪
2.3.1单晶衍射
2.3.2粉末衍射
2.3.3薄膜衍射
2.4物相分析
2.4.1定性物相分析
2.4.2定量物相分析
2.5晶粒尺寸分析
2.5.1X射线衍射峰的加宽
2.5.2谢乐公式
2.5.3Williamson-Hall法
2.6小角掠入射
2.6.1掠入射X射线全反射
2.6.2薄膜性质对X射线反射率的影响
2.6.3X射线反射测定薄膜厚度
2.7其他X射线技术及其展望
思考题
参考文献
第3章透射电子显微学
3.1透射电子显微学基础
3.1.1电子显微学发展历史
3.1.2透射电子显微镜的基本构造及工作原理
3.1.3样品制备
3.2电子衍射谱
3.2.1电子衍射的基本概念
3.2.2电子衍射的标定
3.2.3获取电子衍射的实验方法
3.3电子显微像与衬度
3.3.1电子显微像的衬度
3.3.2质厚衬度
3.3.3衍射衬度
3.4高分辨透射电子显微术
3.4.1高分辨透射电子显微学的基本理论
3.4.2高分辨透射电子显微像和应用实例
3.4.3高分辨透射电子显微像模拟
3.5分析电子显微学
3.5.1扫描透射电子显微术
3.5.2能量色散X射线谱
3.5.3电子能量损失谱
思考题
参考文献
第4章扫描电子显微术
4.1扫描电镜的工作原理和构造
4.1.1工作原理
4.1.2基本构造
4.2扫描电镜的主要性能
4.2.1分辨率
4.2.2放大倍数
4.3扫描电镜成像的衬度原理
4.3.1二次电子成像原理及其衬度
4.3.2背散射电子成像原理及其衬度
4.3.3其他电子成像及其衬度
4.4电子背散射衍射技术
4.4.1电子背散射衍射技术的硬件系统
4.4.2菊池花样产生的原理
4.4.3电子背散射衍射花样的标定
4.4.4电子背散射衍射样品的制备
4.4.5电子背散射衍射技术的应用
思考题
参考文献
第5章扫描探针显微术
5.1扫描探针显微镜的构造和工作原理
5.1.1扫描探针显微镜的工作原理
5.1.2振动隔离系统
5.1.3机械运动与扫描系统
5.1.4信号采集、反馈控制与数据处理
5.1.5环境控制系统
5.2扫描隧道显微镜
5.2.1扫描隧道显微镜原理
5.2.2扫描隧道显微镜针尖
5.2.3表面形貌成像的工作模式
5.2.4表面局域态密度的测量
5.2.5表面单原子操纵
5.2.6扫描隧道显微镜的发展及局限
5.3原子力显微镜
5.3.1原子力显微镜基本原理
5.3.2原子间力及其监测方法
5.3.3表面形貌成像工作模式
5.3.4探针类型与关键参数
5.3.5原子力显微镜的常见假象
5.3.6原子力显微镜的衍生功能
5.4扫描静电力、磁力显微镜
5.4.1静电力、磁力对探针的作用
5.4.2EFM、MFM的成像模式
5.4.3EFM、MFM的误差与假象
5.4.4EFM、MFM的应用
5.5扫描开尔文探针显微镜
5.5.1金属的功函数与接触电势差
5.5.2扫描开尔文探针显微镜的原理
5.5.3测量结果的影响因素与校准方法
5.5.4扫描开尔文探针显微镜的应用
5.6其他扫描探针电学测试方法
5.6.1压电力显微镜
5.6.2导电原子力显微镜
思考题
参考文献
第6章谱学表征
6.1谱学表征和分析基础
6.1.1光谱及其表征
6.1.2光谱的主要分类
6.2紫外-可见-近红外吸收光谱
6.2.1分光光度法测试吸收光谱的物理基础
6.2.2紫外-可见-近红外分光光度计的基本结构
6.2.3紫外-可见-近红外分光光度法的应用
6.3傅里叶变换红外光谱
6.3.1傅里叶变换红外光谱技术基础
6.3.2傅里叶变换红外光谱仪
6.3.3样品的制备和测试
6.3.4红外光谱解析
6.3.5红外光谱应用实例
6.4分子荧光光谱
6.4.1荧光光谱的分类
6.4.2分子荧光机理
6.4.3分子发光的分类
6.4.4荧光光谱仪的构成
6.4.5荧光表征方法
6.4.6纳米材料荧光光谱测试实例
6.5拉曼光谱
6.5.1拉曼散射
6.5.2拉曼散射的理论解释
6.5.3拉曼频移和强度与物质结构、分子振动的关系
6.5.4拉曼光谱技术的实验基础
6.5.5拉曼光谱的应用实例
6.6X射线光电子能谱和俄歇电子能谱
6.6.1X射线光电子能谱的基本原理和谱仪介绍
6.6.2X射线光电子能谱的定性和定量分析
6.6.3X射线光电子能谱的深度分析和成像XPS
6.6.4俄歇电子的发射过程
6.6.5俄歇电子谱线的表示方法
6.6.6俄歇电子在固体中的发射及其强度
6.6.7俄歇电子能谱在表面分析中的应用
6.7核磁共振与电子自旋共振
6.7.1核磁共振波谱基本测试原理
6.7.2核磁共振谱仪简介
6.7.3核磁共振信号解读
6.7.4核磁共振应用实例
6.7.5电子自旋共振波谱基本测试原理
6.7.6电子自旋共振波谱仪简介
6.7.7电子自旋共振信号解读
6.7.8电子自旋共振波谱应用实例
6.8谱学分析进展与展望
6.8.1原位谱学
6.8.2微区谱学
6.8.3超快谱学
思考题
参考文献
附录实验
实验1X射线衍射实验
实验2透射电子显微镜实验
实验3扫描电子显微镜实验
实验4扫描探针显微镜实验
实验5紫外-可见-近红外吸收光谱实验
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| 內容試閱：
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人才是衡量一个国家综合国力的重要指标。习近平总书记在党的二十大报告中强调：“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。”在“两个一百年”交汇的关键历史时期，坚持“四个面向”，深入实施新时代人才强国战略，优化高等学校学科设置，创新人才培养模式，提高人才自主培养水平和质量，加快建设世界重要人才中心和创新高地，为2035年基本实现社会主义现代化提供人才支撑，为2050年全面建成社会主义现代化强国打好人才基础是新时期党和国家赋予高等教育的重要使命。
当前，世界百年未有之大变局加速演进，新一轮科技革命和产业变革深入推进，要在激烈的国际竞争中抢占主动权和制高点，实现科技自立自强，关键在于聚焦国际科技前沿、服务国家战略需求，培养“向极宏观拓展、向极微观深入、向极端条件迈进、向极综合交叉发力”的交叉型、复合型、创新型人才。纳米科学与工程学科具有典型的学科交叉属性，与材料科学、物理学、化学、生物学、信息科学、集成电路、能源环境等多个学科深入交叉融合，不断探索各个领域的四“极”认知边界，产生对人类发展具有重大影响的科技创新成果。
经过数十年的建设和发展，我国在纳米科学与工程领域的科学研究和人才培养方面积累了丰富的经验，产出了一批国际领先的科技成果，形成了一支国际知名的高质量人才队伍。为了全面推进我国纳米科学与工程学科的发展，2010年，将“纳米材料与技术”本科专业纳入战略性新兴产业专业；2022年，国务院学位委员会把“纳米科学与工程”作为一级学科列入交叉学科门类；2023年，在战略性新兴领域“十四五”高等教育教材体系建设任务指引下，北京科技大学牵头组织，清华大学、北京大学、浙江大学、北京航空航天大学、国家纳米科学中心等二十余家单位共同参与，编写了我国首套纳米材料与技术系列教材。该系列教材锚定国家重大需求，聚焦世界科技前沿，坚持以战略导向培养学生的体系化思维、以前沿导向鼓励学生探索“无人区”、以市场导向引导学生解决工程应用难题，建立基础研究、应用基础研究、前沿技术融通发展的新体系，为纳米科学与工程领域的人才培养、教育赋能和科技进步提供坚实有力的支撑与保障。
纳米材料与技术系列教材主要包括基础理论课程模块与功能应用课程模块。基础理论课程与功能应用课程循序渐进、紧密关联、环环相扣，培育扎实的专业基础与严谨的科学思维，培养构建多学科交叉的知识体系和解决实际问题的能力。
在基础理论课程模块中，《材料科学基础》深入剖析材料的构成与特性，助力学生掌握材料科学的基本原理；《材料物理性能》聚焦纳米材料物理性能的变化，培养学生对新兴材料物理性质的理解与分析能力；《材料表征基础》与《先进表征方法与技术》详细介绍传统与前沿的材料表征技术，帮助学生掌握材料微观结构与性质的分析方法；《纳米材料制备方法》引入前沿制备技术，让学生了解材料制备的新手段；《纳米材料物理基础》和《纳米材料化学基础》从物理、化学的角度深入探讨纳米材料的前沿问题，启发学生进行深度思考；《材料服役损伤微观机理》结合新兴技术，探究材料在服役过程中的损伤机制。功能应用课程模块涵盖了信息领域的《磁性材料与功能器件》《光电信息功能材料与半导体器件》《纳米功能薄膜》，能源领域的《电化学储能电源及应用》《氢能与燃料电池》《纳米催化材料与电化学应用》《纳米半导体材料与太阳能电池》，生物领域的《生物医用纳米材料》。将前沿科技成果纳入教材内容，学生能够及时接触到学科领域的最前沿知识，激发创新思维与探索欲望，搭建起通往纳米材料与技术领域的知识体系，真正实现学以致用。
希望本系列教材能够助力每一位读者在知识的道路上迈出坚实步伐，为我国纳米科学与工程领域引领国际科技前沿发展、建设创新国家、实现科技强国使命贡献力量。
北京科技大学
中国科学院院士
20世纪后半叶以来，以纳米材料为核心的纳米科技逐渐成为推动现代工业发展和社会进步的关键力量。由于其纳米尺度（1~100nm）的小尺寸特性，纳米材料具有不同于传统材料的独特物理、化学和生物学特性，在材料科学、信息科学、环境科学、能源科学、生物医学以及国防科技等领域展现出了巨大的应用潜力。纳米材料的性质由其独特的结构决定。要实现纳米材料性能的可靠调控，首先要对其微观结构进行全面表征，包括实空间的晶体结构、能量空间的电子态以及电子和声子的输运特性等。纳米材料极小的空间尺度对传统材料表征手段的空间分辨能力提出了更高的要求。
为了适应纳米材料领域迅速发展的材料表征需求，编者整理了近年来国内外材料表征方法的先进成果，并结合实际工作，编写了本书。本书可作为新材料、纳米科技领域相关专业的本科生和研究生教材和教学参考书，也可供物理学、化学、工程等相关专业师生和从事材料研究及分析检测的人员学习参考。
在纳米材料的研究和开发过程中，表征方法的选择至关重要。不同的表征方法有其独特的优势和局限性，选择合适的表征方法可以更准确地揭示材料的特性。本书力图从基础理论、实验方法和应用实例三个方面对纳米材料的主要表征方法进行系统阐述，帮助读者理解这些技术的基本原理和适用场景，以及如何综合使用多种技术获取更全面的材料信息。最后，本书还包含了一些实验训练教程，指导学生实际操作仪器以实现这些表征方法，并用于解决实际问题，从而学会通过表征结果来指导纳米材料的设计和优化。
本书共分6章。第1章总体介绍了材料表征的物理学基础；第2~5章分别介绍了以X射线、电子束、固体实物针尖作为探针，获得材料微观结构信息的实验方法，即X射线衍射、电子显微术和扫描探针显微术；第6章系统介绍了材料研究中的多种谱学方法，包括光谱、电子能谱、核磁共振谱等。
当然，科学技术的发展是无止境的。除了本书介绍的材料表征基本方法外，近年来又发展出许多高精尖的先进表征方法，如具有超高时空分辨能力的光学、谱学和电子显微学技术。由于篇幅所限，将在本书的进阶篇《先进表征方法和技术》中对这些前沿技术做更深入的讨论。
本书第1章由王荣明、郑辉斌撰写；第2章由孙颖慧、张俊英撰写；第3章由王荣明、段嗣斌、朱玉辰、叶欢宇、杨圣雪撰写；第4章由段嗣斌、张师平撰写；第5章由王宇航、张留碗撰写；第6章由张俊英、孙颖慧、郑辉斌和单艾娴撰写。全书由所有参编人员校对，由王荣明、孙颖慧、张俊英和王宇航审定。
本书不仅是一本技术指南，更可作为读者科学探索中的伙伴。希望本书能够激发读者对纳米材料的好奇心，促进纳米科技的发展，并为相关领域的研究和应用奠定坚实的基础。让我们一起开启这段探索纳米世界的奇妙旅程！
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