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| 內容簡介： |
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《X射线衍射技术》较为系统地阐述了晶体学基础，X射线与物质作用发生散射与衍射的理论，单晶与多晶材料的X射线衍射原理与实验方法，X射线衍射技术在材料微结构分析方面的应用等。书中反映了近年来X射线衍射领域的新成果，也介绍了非晶态材料、高分子聚合物材料、薄膜材料的衍射技术以及同步辐射技术的应用。 《X射线衍射技术》可作为材料科学与工程类专业本科生的专业教材，也可供相关专业如物理、化学、生物、机械、核能工程等本科生和研究生作教学参考书，对从事X射线衍射工作的科研、测试人员也具有参考价值。
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| 關於作者： |
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潘峰，清华大学材料学院，国际薄膜学会副理事长、中国材料研究学会常务理事、中国晶体学会常务理事、中国真空学会常务理事、科技部“863”计划新材料领域领域专家、"十三五”国家新材料领域发展战略与规划研究召集人，清华大学教授，博士生导师，是国家杰出青年科学基金获得者，国家创新人才推进计划重点领域创新团队负责人。1996年晋升教授。曾任清华大学材料科学与工程研究院副院长、先进材料教育部重点实验室主任、中国真空学会副理事长，现任国际薄膜学会副理事长、中国材料研究学会常务理事、中国晶体学会常务理事、中国真空学会常务理事、科技部“863”计划新材料领域专家、"十三五”国家新材料领域发展战略与规划研究召集人。长期在薄膜材料结构与性能调控技术、声表面波材料与器件、阻变存储材料、磁性材料等方向开展科学研究，曾获得2012年国家自然科学二等奖、2009年国家科技进步二等奖、2007年国家技术发明奖二等奖、1999年国家自然科学三等奖和8项省部级科研成果奖励。授权国家发明专利20余项，国际专利2项。
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| 目錄：
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第1章 绪论参考文献5第2章 X射线的基本性质2.1X射线的本质62.1.1X射线的波动性72.1.2X射线的粒子性82.1.3X射线的一般性质82.2X射线的产生92.2.1X射线管102.2.2X射线仪122.3X射线谱132.3.1连续X射线谱132.3.2特征X射线谱152.4X射线与物质的相互作用182.4.1X射线的吸收192.4.2X射线的减弱规律202.4.3吸收限的应用222.5X射线的探测与防护242.5.1X射线的探测242.5.2X射线的防护25思考与练习题25参考文献26第3章 晶体学基础3.1晶体结构与空间点阵273.1.1晶体结构概述273.1.2空间点阵283.1.3阵矢303.1.4阵胞313.1.5空间点阵的种类323.1.6晶胞与晶体结构353.2晶面和晶向指数373.2.1阵胞中的点373.2.2阵胞内的直线383.2.3阵胞中的平面393.2.4晶胞内的等价点、晶向和晶面403.2.5六方晶系中的晶面指数403.2.6晶面间距433.3晶体中的对称操作与对称元素433.3.1宏观对称操作与对称元素443.3.2微观对称操作与对称元素483.4点群与空间群513.4.1点群的概念513.4.2点群符号523.4.3空间群的概念与符号563.4.4空间群图表简介573.5晶体的投影583.5.1球面投影593.5.2极射投影603.5.3吴氏网与标准投影613.6倒易点阵703.6.1倒易点阵的概念703.6.2倒易点阵与正点阵之间的倒易关系723.6.3利用倒易矢量计算晶面间距与晶面夹角753.6.4晶带与倒易面77思考与练习题79参考文献82第4章 X射线的散射、干涉与衍射4.1单个电子对X射线的散射834.1.1相干散射834.1.2非相干散射874.2散射线的干涉884.2.1相位差与散射矢量884.2.2合成振幅与强度894.3单个原子对X射线的散射924.3.1单电子原子的散射934.3.2多电子原子的散射944.4原子群体的散射974.4.1散射振幅与强度974.4.2多原子气体与“粉尘”的散射984.5晶体的衍射1014.5.1晶胞对X射线的散射1024.5.2小晶体的衍射1034.6X射线的衍射方向1064.6.1干涉方程1074.6.2布拉格定律1074.6.3厄瓦尔德图解1094.7结构因子与消光条件1114.7.1点阵消光与结构消光1114.7.2点阵消光条件1124.7.3结构消光条件1134.7.4加权倒易点阵1144.8获得衍射线的方法概述1164.8.1连续谱X射线1174.8.2转动晶体法1174.8.3发散X射线束1184.8.4粉末多晶法119思考与练习题120参考文献121第5章 衍射线的强度分析5.1晶体的嵌镶块结构1225.2实际小晶体的衍射积分强度1235.3多晶体的衍射线强度1265.4影响衍射强度的因素1285.4.1洛伦兹因子1285.4.2吸收因子1285.4.3多重因子1325.4.4温度因子1335.4.5晶体结构的影响1345.4.6消光的影响1355.4.7粉末多晶法的积分强度与相对强度1365.5衍射强度的计算实例1375.5.1列表计算衍射线的相对强度1375.5.2利用计算机计算衍射线的相对强度138思考与练习题141参考文献141第6章 多晶体衍射信息的获取方法6.1德拜法1426.1.1德拜法原理1426.1.2德拜相机1446.1.3德拜照片的计算与标定1456.1.4其他照相方法1486.2衍射仪法1506.2.1测角仪1516.2.2探测器1536.2.3控制和数据处理系统1586.2.4晶体单色器1606.2.5衍射仪1616.3衍射图样的获得1646.3.1试样制备要求1646.3.2衍射全图的获得1656.3.3单峰测试1666.4衍射信息的获取1676.4.1衍射线的线位1676.4.2衍射线的强度1696.4.3衍射线的宽度1706.5衍射线的线形分析1726.5.1实测线形与真实线形1726.5.2Kα双线的分离1736.5.3吸收、温度和角因子的校正1786.5.4仪器因数的校正180思考与练习题186参考文献187第7章 单晶体衍射信息的获取方法7.1劳厄法1887.1.1劳厄法照相1887.1.2劳厄照片的特征1907.2劳厄法的应用1917.2.1单晶取向的测定1917.2.2透射劳厄法测定单晶取向1937.2.3背射劳厄法测定单晶取向1957.2.4单晶体的定向切割1987.2.5塑性变形的研究2007.3四圆单晶衍射仪法2037.3.1四圆单晶衍射仪简介2037.3.2四圆单晶衍射仪的晶体结构分析过程2057.3.3四圆单晶衍射仪的衍射几何2057.3.4衍射几何转换矩阵2077.4二维面探测器210思考与练习题212参考文献212第8章 物相分析8.1定性相分析2138.1.1PDF卡片2148.1.2PDF检索2158.1.3定性相分析方法2178.2定量相分析2218.2.1外标法2228.2.2内标法2238.2.3自标法2258.2.4其他方法举例2298.3衍射全谱拟合法与Rietveld结构精修2298.3.1全谱拟合的原理2308.3.2Rietveld方法中的拟合函数2328.3.3Rietveld结构精修步骤2348.3.4Rietveld定量相分析方法235思考与练习题237参考文献237第9章 点阵常数的精确测定9.1基本原理2389.2衍射仪法的主要误差2409.2.1测角仪引起的误差2409.2.2试样引起的误差2429.2.3其他误差2439.3外推法消除系统误差2449.3.1外推法原理2449.3.2外推函数的选择2459.3.3外推判据2469.3.4柯亨最小二乘法248思考与练习题249参考文献249第10章 宏观应力的测定10.1基本原理25010.1.1应力-应变关系25010.1.2X射线衍射方法测定应力的原理25210.1.3表面应力状态的确定25410.1.4用X射线衍射方法测定应力的特点25410.2衍射仪法测定宏观应力25610.2.1基本方法25710.2.2半聚焦法测应力25810.2.3平行光束法测应力25810.2.4边倾斜法测应力25910.2.5应力测试实例260思考与练习题261参考文献261第11章 微晶尺寸与微观应力的测定11.1微晶尺寸的测定26211.1.1微晶引起的宽化效应26211.1.2微晶尺寸的计算26311.1.3微晶尺寸的确定26411.2微观应力的测定26611.2.1微观应力的倒易空间描述26711.2.2微观应力的计算26811.2.3微观应力的测定实例26911.3微晶宽化和微观应力宽化的分离26911.3.1近似函数法27011.3.2傅里叶分析法27211.3.3方差分解法277思考与练习题278参考文献278第12章 织构的测定12.1织构及其表示方法27912.1.1织构与织构的分类27912.1.2织构的表示方法28112.2正极图的获得28612.2.1照相法测正极图28612.2.2衍射仪法测正极图28912.3反极图的获得与分析29712.3.1反极图的获得29712.3.2反极图数据的归一化处理30012.3.3各向异性的计算30312.4极分布图的测定30512.4.1极分布图30512.4.2极分布图的测定30512.4.3回摆曲线的测定307思考与练习题307参考文献308第13章 薄膜材料分析13.1概述30913.2薄膜分析中的常用X射线方法31013.2.1常规粉末衍射法31013.2.2掠入射X射线衍射31013.2.3小角X射线散射31213.2.4双晶衍射仪31313.3掠入射X射线衍射31313.3.1掠入射X射线衍射全反射31413.3.2多层膜结构对X射线的反射31713.3.3薄膜性质对X射线反射率的影响31813.3.4X射线反射测定薄膜厚度32113.4薄膜生长取向的测定32213.4.1Φ扫描32213.4.2薄膜材料中极图的测定323思考与练习题324参考文献325第14章 高分子材料分析14.1高分子材料概述32614.1.1高分子晶体的特点32614.1.2高分子链段的组成及其堆砌结构32814.1.3高分子聚合物晶体结构模型32914.2高分子聚合物结晶度的测定33114.2.1基本原理33114.2.2作图法33114.2.3Ruland法33314.2.4拟合分峰法33514.2.5回归线法33714.3高分子材料的小角X射线散射33814.3.1基本原理33914.3.2小角散射强度公式34014.3.3小角散射的实验技术与方法34814.3.4Guinier作图法352思考与练习题353参考文献353第15章 非晶材料分析15.1非晶态及其结构描述35415.1.1非晶态35415.1.2径向分布函数35615.2单原子系统的径向分布函数35715.2.1原子径向分布函数的表达式35715.2.2液体钠的径向分布函数35915.3多元非晶系统的径向分布函数36015.3.1径向分布函数的有效电子密度表示法36015.3.2多元系统的全径向分布函数与偏径向分布函数36215.4径向分布函数实验数据的处理36615.4.1实验数据的获得36615.4.2实验数据的处理36715.4.3径向分布函数的获得37015.5测试实例37115.5.1GdFe系的径向分布函数37115.5.2炭黑的径向分布函数372思考与练习题374参考文献374第16章 同步辐射的应用16.1同步辐射X射线源37516.1.1同步辐射概述37516.1.2同步辐射光源的发展过程37716.1.3同步辐射装置的现状37816.2X射线吸收精细结构37916.2.1XAFS基本原理37916.2.2近边谱XANES38116.2.3扩展谱EXAFS384思考与练习题386参考文献387附录1.国际相对原子质量表3882.晶体结构资料3893.某些化合物和固溶体的晶体结构3924.某些元素的特征谱与吸收限波长3935.钨的特征L谱线3946. Kα双线分离度θα2-θα13957.质量吸收系数和密度3978.原子散射因子f3999.原子散射因子在吸收限近旁的减小值Δf40210.洛伦兹-偏振因子1+cos22θsin2θcosθ40211.德拜-瓦洛温度因子e-Bsin2θλ240512.米勒指数的二次式40513.晶面间距与点阵参数的关系40614.常用矢量关系与有关公式的证明40715.高聚物结晶度计算公式反校正因子40816.聚芳醚酮类聚合物PAEKs结晶度计算公式410
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利用X射线衍射对材料进行分析，是人们认识物质微观结构的重要途径和权威方法之一。自1912年劳厄发现晶体X射线衍射以来，X射线已被迅速用于单晶材料与多晶材料的结构分析之中。近年来，随着认识的深入、设备的发展和分析技术的进步，X射线衍射技术被广泛应用于材料微结构分析的各个方面，如物相分析，点阵参数测定，宏观残余应力、微观应力与微晶尺寸的测定，织构表征，高分子与非晶物质的分析，薄膜、纤维等低维材料的分析等，为X射线衍射技术增添了更为强大的生命力，使其在材料科学、物理、化学、生物、制药、信息等领域发挥着不可替代的作用。
本书从X射线衍射技术的应用原理出发，介绍了X射线技术的发展历程与X射线的基本性质以及X射线衍射的晶体学基础，详细阐述了X射线与物质作用发生散射的相关理论，进而推导出X射线衍射的理论强度，并基于作者及其合作者多年来在教学与研究工作中的认识与体会，分章节介绍了X射线衍射技术在实际材料分析过程中的应用原理与实例，以期对读者掌握X射线衍射技术的相关理论、从事相关的分析工作有所帮助。
全书共16章。第1章为绪论，介绍X射线衍射技术的发展历程与应用背景；第2章为X射线的基本性质，包括X射线的波粒二象性、X射线的产生和谱学特性以及与物质的相互作用等；第3章为晶体学基础，为探讨X射线在晶体中的衍射现象提供基本的晶体学知识；第4章为X射线的散射、干涉与衍射，为整个X射线衍射的核心理论基础，详细阐述了X射线与物质发生相互作用时的散射强度与方向，推导出干涉方程、布拉格定律以及点阵消光规律；第5章为衍射线的强度分析，包括实际小晶体和多晶体衍射强度的分析以及实际实验中影响衍射强度的因素；第6章为多晶体衍射信息的获取方法，包括早期应用的德拜法的分析原理与过程，后续发展并广泛应用的衍射仪的原理与构造，多晶衍射的制样和测试过程，以及衍射信息的处理与校正；第7章为单晶体衍射信息的获取方法，阐述了劳厄法获取单晶衍射信息的原理、过程与应用，并结合技术的发展，介绍了用于单晶衍射分析的四圆单晶衍射仪以及二维面探测器；第8章为物相分析，介绍了定性相分析、定量相分析以及计算机进行全谱拟合和结构精修的原理与过程；第9章为点阵常数的测定，阐明了点阵常数测定的基本原理，并讨论了衍射仪法的误差来源与消除方法；第10章为宏观应力的测定，分析了宏观应力的测试原理和衍射仪法测试的过程；第11章为微晶尺寸与微观应力的测定，包含测定微晶尺寸和微观应力的方法以及二者对衍射线贡献的分离方法；第12章为织构的测定，介绍了织构的表征方式与测试过程；第13章为薄膜材料分析，介绍了针对薄膜样品所发展出来的一系列测试方法；第14章为高分子材料分析，分析了X射线衍射技术在高分子材料结构分析中的应用；第15章为非晶材料分析，介绍了非晶材料X射线散射分析的原理与过程；第16章为同步辐射的应用，以实际研究为例，介绍了同步辐射技术在材料分析中的应用。
本书的撰写得到了国内材料科学许多专家学者的参与和支持，其中包括清华大学曾飞副教授、宋成副教授、刘雪静博士。此外，须感谢王英华先生等编著的《X光衍射技术基础》一书为本书的编著提供了诸多参考，同时也要感谢清华大学材料科学与工程研究院中心实验室的陶琨先生、苗伟副教授为本书提供了不少的素材与数据，给予我们很大的支持。刘雪静博士、博士生李凡等为本书的审稿和编辑做出重大贡献。
本书介绍的部分研究成果是作者及其合作者在973计划、863计划、国家自然科学基金、教育部重大项目、清华大学教改项目的大力支持下完成的。作者在此谨向所有给予支持的学者、朋友致以诚挚的感谢。
由于对内容的理解有限，书中难免有不妥之处，恳请读者批评指正。
编者
2016年6月
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