电子显微镜中的电子能量损失谱学(第2版)(精)/材料科学经典著作选译 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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段晓峰高尚鹏张志... 编

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• 电子显微镜
• 电子能量损失谱学
• EELS
• 材料科学
• 材料分析
• 谱学
• 微观表征
• 第二版
• 经典著作
• 译著

店铺： 土星图书专营店

出版社： 高等教育

ISBN：9787040315356

商品编码：29519333321

开本：16

出版时间：2011-03-01

基本信息

• 商品名称：电子显微镜中的电子能量损失谱学(第2版)(精)/材料科学经典著作选译
• 作者：(加)埃杰顿|译者:段晓峰//高尚鹏//张志华//谢琳//王自强
• 定价：88
• 出版社：高等教育
• ISBN号：9787040315356

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2011-03-01
• 印刷时间：2017-05-01
• 版次：1
• 印次：2
• 开本：16开
• 包装：精装
• 页数：444
• 字数：540千字

内容提要

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作者简介

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目录

第一章 电子能量损失谱学引论
1.1 快电子与固体的相互作用
1.2 电子能量损失谱
1.3 实验技术的进展
1.3.1 能量选择（能量过滤）电子显微镜
1.3.2 作为电子显微镜附件的谱仪
1.4 其他分析方法
1.4.1 离子束方法
1.4.2 入射光子
1.4.3 电子束技术
1.5 EELS和EDX的比较
1.5.1 探测极限与空间分辨率
1.5.2 对样品的要求
1.5.3 定量化的精度
1.5.4 使用的便捷性和信息内容
1.6 进一步的阅读

第二章 电子能量损失谱的仪器设备
2.1 能量分析和能量选择系统
2.1.1 磁棱镜谱仪
2.1.2 能量选择磁棱镜装置
2.1.3 Wien过滤器
2.1.4 电子单色器
2.2 磁棱镜谱仪的光学系统
2.2.1 一阶性质
2.2.2 高阶聚焦
2.2.3 像差校正谱仪的设计
2.2.4 一些实际情况的考虑
2.2.5 谱仪合轴
2.3 谱仪前置透镜的使用
2.3.1 CTEM透镜的配置
2.3.2 透镜像差对空间分辨率的影响
2.3.3 透镜像差对收集效率的影响
2.3.4 透镜对能量分辨率的影响
2.3.5 STEM的光学系统
2.4 能量损失谱的串行记录
2.4.1 探测狭缝的设计
2.4.2 串行记录的电子探测器
2.4.3 串行采集的噪声特性
2.4.4 信号处理与存储
2.4.5 能量损失谱的扫描
2.4.6 重合计数
2.5 能量损失谱的并行记录
2.5.1 自扫描二极管阵列的操作
2.5.2 间接曝光系统
2.5.3 直接曝光系统
2.5.4 并行采集系统的噪声特性
2.5.5 二极管阵列假象的处理
2.6 能量选择成像（ESI）
2.6.1 镜筒后置能量过滤器
2.6.2 棱镜一镜面过滤器和Ω过滤器
2.6.3 STEM模式下的能量过滤
2.6.4 谱-成像
2.6.5 元素分布图
2.6.6 能量过滤TEM和STEM的比较
2.6.7 Z比例成像

第三章 电子散射理论
3.1 弹性散射
3.1.1 一般表述
3.1.2 原子模型
3.1.3 衍射效应
3.1.4 电子通道效应
3.1.5 声子散射
3.2 非弹性散射
3.2.1 原子模型
3.2.2 Bethe理论
3.2.3 介电性的表述
3.2.4 固态效应
3.3 外壳层电子的激发
3.3.1 体等离子体
3.3.2 单电子激发
3.3.3 激子
3.3.4 辐射损失
3.3.5 表面等离子体
3.3.6 表面反射谱
3.3.7 小粒子的表面模式
3.4 单次散射、复散射和多次散射
3.4.1 泊松定律
3.4.2 非弹性复散射的角分布
3.4.3 弹性散射的影响
3.4..4 多重散射
3.4.5 相干的双重等离子体激发
3.5 内壳层损失边的背底
3.5.1 价电子散射
3.5.2 芯损失边的拖尾
3.5.3 轫致辐射能量损失
3.5.4 复散射
3.6 内壳层激发的原子理论
3.6.1 广义振子强度
3.6.2 散射运动学
3.6.3 电离散射截面
3.7 内壳层损失边的形状
3.7.1 损失边的基本形状
3.7.2 偶极选择定则
3.7.3 复散射的影响
3.7.4 阈值能量的化学位移
3.8 近边精细结构（ELNES）
3.8.1 态密度解释
3.8.2 偶极近似的有效性
3.8.3 分子轨道理论
3.8.4 多重散射（xANES）理论
3.8.5 芯激子
3.8.6 多重态与晶体场分裂
3.9 广延能量损失精细结构（EXELFs）

第四章 能量损失谱的定量分析
4.1 去除低能损失区的复散射
4.1.1 Fourie-log解卷积
4.1.2 Misell-Jones法和矩阵法
4.1.3 角度受限谱的解卷积
4.2 Kramers-Kronig分析
4.2.1 角度修正
4.2.2 数据外推与归一化
4.2.3 介电函数的推导
4.2.4 表面损失的修正
4.2.5 对结果的校核
4.3 内壳层损失边中复散射的去除
4.3.1 Fourier-log解卷积
4.3.2 ：Fourier-ratio解卷积
4.3.3 收集光阑的影响
4.4 电离损失边的背底拟合
4.4.1 *小二乘法拟合
4.4.2 双窗口法
4.4.3 *复杂的方法
4.4.4 背底去除的误差
4.5 基于内壳层电离边的元素分析
4.5.1 积分方法
4.5.2 部分散射截面的计算
4.5.3 对入射束会聚性的修正
4.5.4 对参考谱的MLS拟合
4.5.5 能量差分和空间差值技术
4.6 能量损失谱的广延精细结构分析
4.6.1 数据分析的傅里叶变换方法
4.6.2 曲线拟合步骤

第五章 能量损失谱的应用
5.1 样品厚度的测量
5.1.1 log-ratio方法
5.1.2 优势地位厚度的K-K加和定则测量
5.1.3 质量厚度的Bethe加和定则测量
5.2 低能损失谱
5.2.1 用低能损失精细结构鉴定物相
5.2.2 由等离子体能量测合金的组成
5.2.3 表面、界面和小粒子的表征
5.3 能量过滤像和衍射花样
5.3.1 零损失像
5.3.2 零损失衍射花样
5.3.3 低能损失像
5.3.4 z比例像
5.3.5 衬度调节与MPL成像
5.3.6 芯损失像和元素分布图
5.4 利用芯损失谱的元素分析
5.4.1 氢、氦的测量
5.4.2 锂、铍和硼的测量
5.4.3 碳、氮和氧的测量
5.4.4 氟和较重元素的测量
5.5 空间分辨率和探测极限
5.5.1 电子光学上的考虑
5.5.2 弹性散射造成的分辨率降低
5.5.3 非弹性散射的离域性
5.5.4 统计上的局限性
5.6 EELS谱的结构信息
5.6.1 电离边的取向依赖性
5.6.2 芯损失衍射花样
5.6.3 ELNES指纹和原子配位
5.6.4 从白线比例确定价态
5.6.5 化学位移的应用
5.6.6 广延精细结构的应用
5.6.7 电子-康普顿（ECOSS）测量
5.7 特定材料体系中的应用
5.7.1 碳基材料
5.7.2 聚合物与生物样品
5.7.3 辐照损伤与钻孔
5.7.4 高温超导体

附录A 相对论Bethe理论
附录B 计算机程序
B.1 矩阵解卷积
B.2 Fourier-log解卷积
B.3 Kramers-Kronig分析法与厚度测量
B.4 Foreier-ratio解卷积
B.5 入射束会聚度的修正
B.6 类氢K壳层散射截面
B.7 修正后的类氢L壳层散射截面
B.8 参数化的K，L，M，N和0壳层散射截面
B.9 Lenz截面和复散射角分布
B.10 振子强度与散射截面间的转换
B.11 平均能量与非弹性散射平均自由程间的转换
附录C 一些单质与化合物的等离子体振荡能量
附录D 内壳层能量和损失边的形状
附录E 电子波长和相对论因子基本常数
参考文献
索引
译者后记

物质微观结构的揭秘：从散射到谱学 本书并非探讨电子显微镜及其应用，而是深入解析一种强大的材料分析技术——电子能量损失谱学（Electron Energy Loss Spectroscopy, EELS）。EELS作为一种在透射电子显微镜（TEM）中使用的原位分析方法，能够提供关于材料微观结构、化学成分、电子态以及原子尺度相互作用的丰富信息。本书将带领读者穿越能量损失的微妙世界，揭开物质深层奥秘的面纱。 第一章 电子散射的基本原理 物质的本质是由原子构成，而原子又是由原子核和电子组成。当高能电子束穿过样品时，电子与样品中的原子会发生一系列复杂的相互作用，其中最主要的一种就是电子散射。理解这些散射过程是掌握EELS的基础。 1.1 弹性散射与非弹性散射 在电子与物质的相互作用中，存在两种基本的散射模式：弹性散射和非弹性散射。 弹性散射： 在弹性散射过程中，入射电子的能量基本保持不变，仅仅是其运动方向发生改变。这种散射过程主要影响电子束的衍射和成像，是TEM成像分辨率和对比度的重要来源。弹性散射提供了关于晶体结构、晶格缺陷等宏观和微观几何信息。 非弹性散射： 与弹性散射不同，非弹性散射涉及入射电子与样品中的电子或晶格振动发生能量交换。在这个过程中，入射电子会将一部分能量传递给样品，从而导致其能量发生损失。这种能量损失的幅度与样品中发生的具体相互作用紧密相关，因此，测量电子的能量损失谱就如同“聆听”样品内部不同电子与原子发生的“对话”，揭示其独特的“身份信息”。 1.2 能量损失的根源：集体激发与单粒子激发 非弹性散射可以进一步细分为两种主要的激发模式： 集体激发（Plasmon Excitation）： 当入射电子的能量足以激发样品中大量自由电子或价电子的集体振动时，就会发生集体激发，也称为等离激元激发。这就像轻轻拨动一池平静的水面，引起涟漪的扩散。等离激子的能量损失通常较低，对应于材料的宏观介电响应，能够反映材料的电子密度、自由电子浓度以及导电性等。例如，金属中的等离激子可以提供关于费米能级附近电子行为的信息，而氧化物中的等离激子则与材料的电学和光学性质密切相关。 单粒子激发（Single-particle Excitation）： 当入射电子的能量足够高，能够将样品中束缚在原子轨道上的电子激发到更高的能级时，就会发生单粒子激发。这如同将池底的一粒沙子踢向水面，使其单独跃起。单粒子激发产生的能量损失谱通常具有更尖锐的特征峰，与特定元素的电子结构、化学键合状态以及原子能级密切相关。 1.3 能量损失谱的基本形态 一束高能电子通过样品后，其能量会呈现出一定的分布。通过能量过滤器（Energy Filter）对这些电子进行能量分析，就可以得到能量损失谱。一个典型的EELS谱包含以下几个重要区域： 零损失峰（Zero Loss Peak, ZLP）： 这是未发生能量损失的电子所对应的峰，通常是最强的峰。它反映了入射电子束的能量分辨率和单色性。 等离激子峰（Plasmon Peaks）： 位于零损失峰之后，能量损失较小的区域，通常由集体激发产生。这些峰的形状、位置和强度可以提供关于材料的电子特性信息。 内壳层激发峰（Core-loss Peaks）： 位于能量损失较大的区域，通常由单粒子激发产生。这些峰对应于特定元素的内层电子被激发到导带或费米能级。每一个元素都具有独特的内壳层电子结构，因此，这些峰的位置（截止边能量）是识别元素的“指纹”，而峰的形状和强度则蕴含着丰富的化学环境和键合信息。 第二章 EELS谱的解析与信息提取 掌握了能量损失的基本原理后，接下来的关键是如何从复杂的EELS谱中提取有用的信息。这需要结合理论计算、经验知识以及先进的谱学解析技术。 2.1 元素成分分析 EELS最直接的应用之一就是元素成分分析。通过识别内壳层激发峰的位置，可以准确地确定样品中存在的元素。由于不同的元素具有独特的电子层结构，其内壳层电子激发所需的能量也不同。例如，碳的K边（1s电子被激发）大约在284 eV，氧的K边在532 eV，而铁的L边（2p电子被激发）则在700-720 eV左右。通过对谱图中的截止边能量进行比对，即可完成元素的定性分析。 2.2 化学态与键合分析 内壳层激发峰的细微结构，即其前边缘（pre-edge features）和主边缘（main edge）的形状、强度以及是否存在卫星峰（satellite peaks），能够反映出原子周围的电子环境和化学键合状态。 前边缘结构： 内壳层电子被激发到未占据的分子轨道（unoccupied molecular orbitals, UMOs）或导带态时，会在截止边之前出现一些弱的峰，称为前边缘结构。这些结构对化学环境非常敏感。例如，在氧化物中，金属阳离子的3d轨道与氧的2p轨道发生杂化，在L3边（如Fe L3边）前边缘会出现显著的结构变化，反映了金属与氧之间的配位数和氧化态。 主边缘形状： 主边缘的形状则反映了电子被激发到的导带态或费米能级的密度。例如，在金属中，导带是连续的，主边缘通常比较平滑；而在绝缘体或半导体中，导带存在能隙，主边缘可能呈现出更复杂的结构。 卫星峰： 在一些体系中，内壳层激发的过程中会伴随多电子激发，产生一些能量损失稍大的卫星峰。这些卫星峰对化学环境也十分敏感，可以提供关于价电子排布和电荷转移的信息。 2.3 电子态与能带结构分析 EELS谱可以为理解材料的电子态和能带结构提供重要的实验依据。 价带电子激发： 较低能量的能量损失（如几 eV 到几十 eV）通常与价带电子的激发有关，可以反映价带的宽度、形状以及电子的有效质量等。 导带结构： 内壳层激发后的主边缘形状和精细结构（fine structure）能够直接反映导带的电子态密度（density of states, DOS）。通过与第一性原理计算的理论DOS进行对比，可以验证材料的电子结构模型，并深入理解材料的电学和光学性质。 电子关联效应： 对于强关联电子体系，其电子行为非常复杂，EELS谱能够捕捉到一些由电子-电子相互作用引起的特殊现象，例如，在一些铜氧化物中观测到的“Mott绝缘体”的EELS特征。 2.4 晶格动力学与缺陷分析 虽然EELS主要关注电子的相互作用，但它也能间接提供关于晶格动力学的信息。 声子激发现象： 在极低的能量损失区域（小于1 eV），可以看到与晶格振动（声子）相关的能量损失。虽然在常规EELS实验中较难精确测量，但对于研究材料的声子谱和热力学性质具有重要意义。 缺陷诱导的态密度改变： 材料中的点缺陷、位错、晶界等结构缺陷会局部改变材料的电子结构和能带。这些局部的电子态密度变化会在EELS谱上留下痕迹，例如，改变截止边的形状或出现新的能量损失峰。这为研究缺陷对材料性能的影响提供了直接的手段。 第三章 EELS实验的技术细节与挑战 EELS作为一项高技术含量的分析手段，其实验的成功与否很大程度上取决于对实验条件的精确控制和对数据采集与处理的熟练掌握。 3.1 样品制备 EELS实验对样品的要求非常苛刻。由于是透射式分析，样品厚度需要足够薄（通常小于100 nm），以便电子能够穿透并发生非弹性散射。样品的制备过程需要尽量避免引入额外的化学污染和结构损伤，以免影响谱图的准确性。常用的样品制备方法包括： 机械抛光与减薄： 对块状样品进行机械研磨和抛光，使其达到一定的厚度。 离子减薄： 使用氩离子束或聚焦离子束（FIB）对样品进行溅射减薄，可以获得非常薄且高质量的样品。 胶体法： 对于一些易碎或特殊的样品，可以使用胶体来辅助制备。 3.2 能量分辨率与空间分辨率 EELS谱的质量直接取决于能量分辨率和空间分辨率。 能量分辨率： 决定了谱图上不同能量损失峰之间的可分辨程度。高能量分辨率的EELS能够清晰地分辨出化学态、键合状态等细微的谱学特征。这通常通过高质量的电子枪、良好的单色器以及优化的实验参数来实现。 空间分辨率： 决定了EELS分析的最小区域。在TEM中，通过聚焦电子束，可以实现纳米尺度甚至原子尺度的EELS分析。结合高分辨率TEM成像，可以实现对材料微观区域的精确表征。 3.3 数据采集与处理 EELS数据的采集是一个复杂的过程，需要精确的电子束扫描、能量分析和信号采集。 点扫描与线扫描： 可以对样品上的单个点进行EELS分析，也可以沿着一条线扫描，获得沿线的EELS谱分布，从而研究材料的化学成分和电子态的梯度变化。 面扫描（STEM-EELS）： 在扫描透射电子显微镜（STEM）模式下，结合EELS进行面扫描，可以获得具有空间分辨率的EELS谱图阵列，从而绘制出元素的分布图、化学态分布图等。 背景扣除： EELS谱中除了信号峰外，还存在复杂的背景信号，主要由弹性散射以及低能量损失区域的多次散射产生。准确的背景扣除是提取有效信息的重要步骤，通常采用指数函数或多项式拟合等方法。 去卷积： 如果电子能量损失谱仪的能量分辨率不足以完全分辨某些峰，可以通过去卷积技术（deconvolution）来尝试重构更清晰的谱图。 3.4 EELS的优势与局限性 优势： 高空间分辨率： 结合TEM/STEM，可以实现原子尺度的EELS分析。 丰富的信息： 能够提供元素成分、化学态、键合信息、电子态、能带结构等。 非破坏性： 相对于其他分析方法，EELS对样品的破坏性较小。 原位分析： 可以在TEM/STEM设备中直接进行分析，无需将样品转移到其他设备。 局限性： 对样品的要求高： 样品需要足够薄且完整。 对操作要求高： 需要专业的设备操作和数据处理技能。 分析时间： 高质量的谱图采集可能需要较长的时间。 某些元素的灵敏度不足： 对于轻元素，内壳层激发的截面可能较小，分析灵敏度可能受限。 结语 电子能量损失谱学是一门集物理学、化学、材料科学和电子显微学于一体的交叉学科。通过深入理解电子与物质相互作用的本质，并掌握先进的实验技术和数据处理方法，EELS能够为我们揭示物质在原子和电子尺度上的奥秘，推动材料科学、凝聚态物理、纳米科技等领域的研究向前发展。本书希望能够为读者提供一个坚实的基础，引导大家在EELS的世界中探索和发现。

评分☆☆☆☆☆

最近翻阅了一本关于材料科学的经典译著，名为《材料科学的基石：结构与性能的交互作用》。这本书的立意非常宏大，它试图从最基础的原子和电子层面，去剖析宏观材料性能的起源。作者在开篇部分花了大量笔墨介绍晶体结构和缺陷理论，讲解得极为细致，特别是对于位错理论的阐述，几乎可以将教科书上的公式推导和实际应用案例完美结合起来，让人对材料的塑性变形有了非常直观的理解。书中还穿插了不少历史背景和关键科学家的贡献，使得阅读过程充满了探索的乐趣，而不是单纯的知识灌输。我特别欣赏它在处理复杂概念时的耐心，比如相变动力学，它没有直接给出最终结论，而是通过一系列逐步深入的例子，引导读者自己去构建理解的路径。这本书的排版和翻译质量也相当高，文字流畅自然，完全没有阅读外文译著时常见的晦涩感。对于初入材料科学领域的新手来说，它提供了一个坚实的理论基础，是值得反复研读的案头书。

评分☆☆☆☆☆

读完这本《现代无机化学合成方法论》，我最大的感受是其对实验细节的精确把控。这本书绝非空泛地讨论理论，而是聚焦于如何“做”出具有特定功能的无机化合物。书中详细列举了从高温固相反应到温和条件下的溶液化学合成的各种技术路线，每种方法都有详尽的步骤说明和潜在的陷阱分析。比如，在讲解水热合成时，作者不仅给出了温度和压力的经验范围，还深入分析了反应釜的材质选择对最终产物晶型的影响，这一点在很多教材中是轻易跳过的。此外，作者对产物表征的重视程度也令人印象深刻，几乎每一个合成实例后面都会紧接着介绍如何通过XRD、SEM乃至更先进的谱学技术来确认目标产物的纯度和结构。这使得这本书更像是一本高端实验室的操作指南，而非纯粹的理论参考书。对于那些希望将理论知识转化为实际产出的科研工作者来说，这本书的价值不可估量，它的实用性远超一般学术著作的范畴。

评分☆☆☆☆☆

我最近拜读了《高分子物理导论》，这本书在叙述上采取了一种非常独特的“问题驱动”模式。它并非按照聚合物的化学结构分类，而是围绕高分子体系中几个核心的物理问题展开论述。例如，第一章就直击“为什么橡胶可以拉伸并恢复原状”这一看似简单实则复杂的现象，从熵弹性理论、自由体积概念入手，层层剥茧，直至分子链段运动的微观图像。这种叙事方式极大地激发了读者的求知欲，让人忍不住想知道答案的推导过程。书中的图示设计也堪称一绝，很多抽象的统计力学模型被巧妙地转化为易于理解的二维或三维示意图，大大降低了理解难度。唯一的遗憾是，对于一些前沿的动态力学性能研究，篇幅稍显不足，不过鉴于本书的“导论”定位，这种取舍是可以理解的。总体而言，它成功地将一门原本可能枯燥的学科，转化成了一场引人入胜的智力探险。

评分☆☆☆☆☆

接触《计算材料学导论：第一性原理与分子动力学模拟》后，我深刻体会到现代材料研究的计算驱动性趋势。这本书的难度系数相当高，因为它要求读者对量子力学和统计力学有基本的了解。但作者的讲解方式非常具有条理性和逻辑性，特别是对DFT（密度泛函理论）在固体电子结构计算中的应用，给出了极为详尽的数学背景铺垫和实际操作流程指导。它不仅告诉你“能算什么”，更重要的是告诉你“是怎么算出来的”。书中包含的大量伪代码和算法流程图，对于希望自己搭建计算平台的读者来说是无价之宝。我特别欣赏它在讨论计算误差和收敛性标准时表现出的严谨态度，避免了将计算结果绝对化的倾向。这本书无疑是面向高年级本科生或研究生，是连接理论物理与实际材料模拟之间不可或缺的桥梁，需要投入大量时间去消化吸收。

评分☆☆☆☆☆

最近重温了《表面科学与界面工程基础》，这本书的视角非常新颖，它完全将研究的重点放在了二维界面上。作者巧妙地将物理化学、凝聚态物理和化学工程的知识融会贯通，构建了一个关于“界面”的完整知识体系。书中对吸附热力学和动力学的讲解尤为精彩，通过对Langmuir、弗罗因德利希等经典吸附等温线的对比分析，清晰地展示了不同吸附机制下的能量变化和覆盖度关系。更吸引人的是，它还结合了实际应用案例，比如催化反应的活性位点分析、薄膜沉积的成核与生长过程，使得理论不再是空中楼阁。我尤其喜欢它对电子显微镜在界面分析中的应用部分的介绍，那种对微观形貌和化学态的捕捉能力，让人对材料的表层性质产生全新的认识。这本书为那些专注于纳米技术和异质结构设计的工程师们提供了一个极为扎实的理论框架。