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1 晶体学基础1

1.1引言1

1.2点阵与阵点1

1.3点阵方向（晶向）与点阵平面（晶面）2

1.4布拉菲胞6

1.5对称、对称操作与对称元素10

对称操作10

对称元素11

对称元素的表示举例14

1.6点群17

1.7对称操作的数学表达24

1.8数学中的群与晶体学中对称操作组合的联系26

1.9空间群27

概述27

晶体内部结构的对称素（微观对称素）33

材料中物相的空间群测定38

参考文献43

2 倒易点阵44

2.1引言44

2.2倒易空间的建立46

2.3倒易矢量基本定律49

2.4标准单晶电子衍射图谱绘制方法51

2.5晶面间距、晶面夹角及晶向长度的倒易点阵方法处理53

求晶面间距与晶面指数的关系54

求晶面夹角余弦表达式60

求晶向长度的表达式62

2.6正点阵与倒易点阵的指数互换62

正点阵与倒易点阵的互换公式和转换矩阵62

六方晶系指数换算中的问题66

2.7晶体几何形状对倒易阵点形状的影响69

参考文献73

3 衍射衬度运动学理论74

3.1引言74

3.2电子显微镜图像的衬度75

质厚衬度75

衍射衬度76

相位衬度77

3.3运动学理论的基本假设和适用界限78

基本假设78

消光距离79

3.4完整晶体衍射衬度运动学理论基本方程的推导88

菲涅耳半波带法推导完整晶体运动学方程88

玻恩近似法处理完整晶体运动学理论96

3.5不完整晶体衍衬成像运动学基本方程107

材料晶体结构中的不完整性107

不完整晶体运动学基本方程的推导108

参考文献112

4 衍射衬度动力学理论113

4.1引言113

4.2物理光学方法对衍衬动力学的处理113

完整晶体双束动力学基本方程的推导113

完整晶体多束动力学基本方程的推导116

不完整晶体双束和多束动力学基本方程的推导116

4.3量子力学方法对衍衬动力学的处理117

概述117

达尔文方法对衍衬动力学的处理118

衍射衬度动力学方程的不同表现形式124

4.4完整晶体双束动力学方程求解125

4.5厚度条纹衬度和弯曲消光轮廓130

4.6反常吸收效应的唯象处理133

吸收唯象处理的一般思考133

考虑吸收时完整晶体双束动力学方程求解134

考虑吸收时明暗场像衬强度137

4.7贝特方法对衍衬动力学的处理141

完整晶体的贝特方程的一般描述141

双束条件下完整晶体的贝特（Bethe）方程145

关于色散面的讨论146

边界条件153

异常吸收与异常透射157

4.8动力学处理的矩阵方法163

完整晶体动力学方程的矩阵处理163

含层错晶体的分析165

用布洛赫波方法处理含层错晶体的衬度169

贝特方法对不完整晶体衍衬动力学的处理175

参考文献178

5 金属与合金的强化与微观结构179

5.1引言179

5.2固溶强化181

弹性相互作用182

模量相互作用183

层错相互作用187

电相互作用188

短程序相互作用189

长程序相互作用190

从工程合金设计看固溶强化191

5.3质点强化196

概述196

沉淀（弥散）强化196

有序第二相的强化作用203

5.4位错强化208

典型面心立方金属加工硬化过程的位错解释208

体心立方金属单晶体加工硬化的位错解释213

位错与断裂215

5.5晶界强化221

位错理论推导Hall-Petch公式221

晶界对合金范性的影响224

相界面积增加引起的强化227

参考文献227

6 电子能量损失谱230

6.1引言230

透射电子显微学231

高分辨电子显微学232

分析电子显微学236

6.2电子与物质的交互作用240

原子对电子的散射240

各种电子信息247

6.3电子能量损失谱原理和基本知识251

概述251

电子能量损失谱原理256

6.4电子能量损失谱在材料科学中的应用262

概述262

EELS的识谱263

EELS的应用265

6.5原子序数衬度成像与原位电子能量损失谱分析271

概述271

高角度散射环形暗场（HAADF）的STEM方法原理272

应用示例274

参考文献277

7 高分辨电子显微学280

7.1引言280

7.2高分辨电子显微相位衬度像的成像原理280

概述280

高分辨电子显微像的成像过程281

高分辨电子显微像的计算机模拟291

7.3高分辨电子显微观察和拍摄图像的程序296

电子显微镜性能和工作状态的预检和调整296

正确的观察操作程序297

高分辨电子显微图像的类型和应用实例299

7.4我国科学家对高分辨电子显微学的贡献308

参考文献310

8 会聚束电子衍射312

8.1会聚束电子衍射的原理与实验技术312

新型透射电子显微镜分析功能的切换与CBED模式的获得312

精心合轴314

CBED实验的操作要求314

不同结构特点试样CBED实验工作模式315

LACBED图上正倒空间信息认读316

图像记录316

选择低指数高对称性带轴方向317

8.2 CBED术语317

明场317

暗场317

±G317

HOLZ环318

HOLZ线318

菊池线318

回摆曲线318

G-M条纹318

全图318

8.3会聚束衍射图的常见类型319

带轴图和全图319

双束CBED图320

对称多束CBED图320

8.4 HOLZ线、回摆曲线的形成原理、标定与应用322

HOLZ线形成原理322

HOLZ线的标定326

高清晰度HOLZ线的获得328

CBED的应用330

参考文献357

9 电子背散射衍射及其应用360

9.1引言360

9.2菊池衍射原理及菊池线分析方法360

菊池衍射原理361

菊池线的指标化369

9.3 EBSD仪器简介379

全自动EBSD系统379

信息采集和图像处理系统382

EBSD和OIM应用软件包383

9.4取向成像显微术383

从EBSD到OIM383

OIM实验测定中涉及的几个概念385

OIM应用示例386

参考文献392

10 晶体中的缺陷393

10.1位错的基本概念393

三种基本位错类型的形成过程394

布氏矢量b的基本性质395

10.2典型金属中的位错398

面心立方金属中位错的汤普森作图法398

密排六方金属中位错的Berghzan作图法400

10.3全位错分解、层错与扩展位错401

面心立方晶体中的层错与扩展位错401

体心立方晶体中的层错与扩展位错406

密排六方晶体中的层错与扩展位错410

10.4位错的运动412

位错的滑移412

位错的攀移415

10.5位错的增殖416

晶体生长过程中位错的形成416

Frank-Read位错源417

其他位错增殖方式417

参考文献419

11 实际晶体中缺陷的电子衍衬分析421

11.1位错布氏矢量b的测定421

判据的建立421

布氏矢量和位错密度测定423

布氏矢量测量举例426

位错空间取向的L-W测定方法428

常用FCC、BCC和HCP金属全位错和不全位错的g·b值数据表431

11.2位错衬度分析439

位错双像439

位错偶和超点阵位错441

位错环分析442

位错塞积444

位错网447

面角位错448

螺旋状位错的衬度分析450

动力学效应对位错像衬的影响451

全位错的分解和层错及其衬度452

层错能测定467

11.3弱束成像的原理与实验技术471

引言471

弱束成像原理472

弱束成像的实验步骤475

参考文献477

12 材料的界面及其分析方法479

12.1引言479

12.2界面结构的近代理论480

晶界结构模型481

晶界位错模型482

重位点阵（CSL）模型487

O点阵模型489

DSC点阵模型491

多面体堆垛模型492

结构单元模型492

界面结构研究综述494

12.3表面结构的近代理论494

表面弛豫和重构494

描述表面二维周期结构的平面点群、平面点阵和平面群496

表面电子态497

12.4界面研究中若干重要金属物理问题500

晶界偏聚500

界面扩散504

界面热力学508

界面化学反应509

纳米材料的界面结构511

纳米晶热稳定性的热力学研究和纳米晶晶粒长大的动力学研究的最新进展515

12.5两相取向关系测定520

电子衍射-极图法测定两相取向关系521

矩阵方法分析和表示两相取向关系525

12.6两相界面衬度535

应变衬度535

错配位错538

位移条纹538

波纹图539

12.7界面电子显微分析示例543

用高分辨电子显微术（HREM）研究β-SiC中的∑=3,9和27晶界、多重结点和人工金刚石界面的原子结构544

电子衍射和电子衍衬方法研究晶界545

关于界面的电子衍衬观察546

参考文献552

附录556

常用晶体学公式556

电子波长及质量修正因子m／m0等参数565

电子的原子散射振幅566

立方晶系电子衍射花样特征平行四边形参数表571

高阶、零阶劳厄区斑点重叠图形586

特征X射线的波长和能量表607

用于电子能量损失谱分析的电子结合能表（EELS）610

分析电子显微方法的有关计算机软件612

物理常数、换算系数和电子波长相关参数617

参考文献619