電子顯微鏡中的電子能量損失譜學(第2版)(精)/材料科學經典著作選譯 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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段曉峰高尚鵬張誌... 編

圖書標籤:

• 電子顯微鏡
• 電子能量損失譜學
• EELS
• 材料科學
• 材料分析
• 譜學
• 微觀錶徵
• 第二版
• 經典著作
• 譯著

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齣版社： 高等教育

ISBN：9787040315356

商品編碼：29519333321

開本：16

齣版時間：2011-03-01

基本信息

• 商品名稱：電子顯微鏡中的電子能量損失譜學(第2版)(精)/材料科學經典著作選譯
• 作者：(加)埃傑頓|譯者:段曉峰//高尚鵬//張誌華//謝琳//王自強
• 定價：88
• 齣版社：高等教育
• ISBN號：9787040315356

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2011-03-01
• 印刷時間：2017-05-01
• 版次：1
• 印次：2
• 開本：16開
• 包裝：精裝
• 頁數：444
• 字數：540韆字

內容提要

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作者簡介

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目錄

第一章 電子能量損失譜學引論
1.1 快電子與固體的相互作用
1.2 電子能量損失譜
1.3 實驗技術的進展
1.3.1 能量選擇（能量過濾）電子顯微鏡
1.3.2 作為電子顯微鏡附件的譜儀
1.4 其他分析方法
1.4.1 離子束方法
1.4.2 入射光子
1.4.3 電子束技術
1.5 EELS和EDX的比較
1.5.1 探測極限與空間分辨率
1.5.2 對樣品的要求
1.5.3 定量化的精度
1.5.4 使用的便捷性和信息內容
1.6 進一步的閱讀

第二章 電子能量損失譜的儀器設備
2.1 能量分析和能量選擇係統
2.1.1 磁棱鏡譜儀
2.1.2 能量選擇磁棱鏡裝置
2.1.3 Wien過濾器
2.1.4 電子單色器
2.2 磁棱鏡譜儀的光學係統
2.2.1 一階性質
2.2.2 高階聚焦
2.2.3 像差校正譜儀的設計
2.2.4 一些實際情況的考慮
2.2.5 譜儀閤軸
2.3 譜儀前置透鏡的使用
2.3.1 CTEM透鏡的配置
2.3.2 透鏡像差對空間分辨率的影響
2.3.3 透鏡像差對收集效率的影響
2.3.4 透鏡對能量分辨率的影響
2.3.5 STEM的光學係統
2.4 能量損失譜的串行記錄
2.4.1 探測狹縫的設計
2.4.2 串行記錄的電子探測器
2.4.3 串行采集的噪聲特性
2.4.4 信號處理與存儲
2.4.5 能量損失譜的掃描
2.4.6 重閤計數
2.5 能量損失譜的並行記錄
2.5.1 自掃描二極管陣列的操作
2.5.2 間接曝光係統
2.5.3 直接曝光係統
2.5.4 並行采集係統的噪聲特性
2.5.5 二極管陣列假象的處理
2.6 能量選擇成像（ESI）
2.6.1 鏡筒後置能量過濾器
2.6.2 棱鏡一鏡麵過濾器和Ω過濾器
2.6.3 STEM模式下的能量過濾
2.6.4 譜-成像
2.6.5 元素分布圖
2.6.6 能量過濾TEM和STEM的比較
2.6.7 Z比例成像

第三章 電子散射理論
3.1 彈性散射
3.1.1 一般錶述
3.1.2 原子模型
3.1.3 衍射效應
3.1.4 電子通道效應
3.1.5 聲子散射
3.2 非彈性散射
3.2.1 原子模型
3.2.2 Bethe理論
3.2.3 介電性的錶述
3.2.4 固態效應
3.3 外殼層電子的激發
3.3.1 體等離子體
3.3.2 單電子激發
3.3.3 激子
3.3.4 輻射損失
3.3.5 錶麵等離子體
3.3.6 錶麵反射譜
3.3.7 小粒子的錶麵模式
3.4 單次散射、復散射和多次散射
3.4.1 泊鬆定律
3.4.2 非彈性復散射的角分布
3.4.3 彈性散射的影響
3.4..4 多重散射
3.4.5 相乾的雙重等離子體激發
3.5 內殼層損失邊的背底
3.5.1 價電子散射
3.5.2 芯損失邊的拖尾
3.5.3 軔緻輻射能量損失
3.5.4 復散射
3.6 內殼層激發的原子理論
3.6.1 廣義振子強度
3.6.2 散射運動學
3.6.3 電離散射截麵
3.7 內殼層損失邊的形狀
3.7.1 損失邊的基本形狀
3.7.2 偶極選擇定則
3.7.3 復散射的影響
3.7.4 閾值能量的化學位移
3.8 近邊精細結構（ELNES）
3.8.1 態密度解釋
3.8.2 偶極近似的有效性
3.8.3 分子軌道理論
3.8.4 多重散射（xANES）理論
3.8.5 芯激子
3.8.6 多重態與晶體場分裂
3.9 廣延能量損失精細結構（EXELFs）

第四章 能量損失譜的定量分析
4.1 去除低能損失區的復散射
4.1.1 Fourie-log解捲積
4.1.2 Misell-Jones法和矩陣法
4.1.3 角度受限譜的解捲積
4.2 Kramers-Kronig分析
4.2.1 角度修正
4.2.2 數據外推與歸一化
4.2.3 介電函數的推導
4.2.4 錶麵損失的修正
4.2.5 對結果的校核
4.3 內殼層損失邊中復散射的去除
4.3.1 Fourier-log解捲積
4.3.2 ：Fourier-ratio解捲積
4.3.3 收集光闌的影響
4.4 電離損失邊的背底擬閤
4.4.1 *小二乘法擬閤
4.4.2 雙窗口法
4.4.3 *復雜的方法
4.4.4 背底去除的誤差
4.5 基於內殼層電離邊的元素分析
4.5.1 積分方法
4.5.2 部分散射截麵的計算
4.5.3 對入射束會聚性的修正
4.5.4 對參考譜的MLS擬閤
4.5.5 能量差分和空間差值技術
4.6 能量損失譜的廣延精細結構分析
4.6.1 數據分析的傅裏葉變換方法
4.6.2 麯綫擬閤步驟

第五章 能量損失譜的應用
5.1 樣品厚度的測量
5.1.1 log-ratio方法
5.1.2 優勢地位厚度的K-K加和定則測量
5.1.3 質量厚度的Bethe加和定則測量
5.2 低能損失譜
5.2.1 用低能損失精細結構鑒定物相
5.2.2 由等離子體能量測閤金的組成
5.2.3 錶麵、界麵和小粒子的錶徵
5.3 能量過濾像和衍射花樣
5.3.1 零損失像
5.3.2 零損失衍射花樣
5.3.3 低能損失像
5.3.4 z比例像
5.3.5 襯度調節與MPL成像
5.3.6 芯損失像和元素分布圖
5.4 利用芯損失譜的元素分析
5.4.1 氫、氦的測量
5.4.2 鋰、鈹和硼的測量
5.4.3 碳、氮和氧的測量
5.4.4 氟和較重元素的測量
5.5 空間分辨率和探測極限
5.5.1 電子光學上的考慮
5.5.2 彈性散射造成的分辨率降低
5.5.3 非彈性散射的離域性
5.5.4 統計上的局限性
5.6 EELS譜的結構信息
5.6.1 電離邊的取嚮依賴性
5.6.2 芯損失衍射花樣
5.6.3 ELNES指紋和原子配位
5.6.4 從白綫比例確定價態
5.6.5 化學位移的應用
5.6.6 廣延精細結構的應用
5.6.7 電子-康普頓（ECOSS）測量
5.7 特定材料體係中的應用
5.7.1 碳基材料
5.7.2 聚閤物與生物樣品
5.7.3 輻照損傷與鑽孔
5.7.4 高溫超導體

附錄A 相對論Bethe理論
附錄B 計算機程序
B.1 矩陣解捲積
B.2 Fourier-log解捲積
B.3 Kramers-Kronig分析法與厚度測量
B.4 Foreier-ratio解捲積
B.5 入射束會聚度的修正
B.6 類氫K殼層散射截麵
B.7 修正後的類氫L殼層散射截麵
B.8 參數化的K，L，M，N和0殼層散射截麵
B.9 Lenz截麵和復散射角分布
B.10 振子強度與散射截麵間的轉換
B.11 平均能量與非彈性散射平均自由程間的轉換
附錄C 一些單質與化閤物的等離子體振蕩能量
附錄D 內殼層能量和損失邊的形狀
附錄E 電子波長和相對論因子基本常數
參考文獻
索引
譯者後記

物質微觀結構的揭秘：從散射到譜學 本書並非探討電子顯微鏡及其應用，而是深入解析一種強大的材料分析技術——電子能量損失譜學（Electron Energy Loss Spectroscopy, EELS）。EELS作為一種在透射電子顯微鏡（TEM）中使用的原位分析方法，能夠提供關於材料微觀結構、化學成分、電子態以及原子尺度相互作用的豐富信息。本書將帶領讀者穿越能量損失的微妙世界，揭開物質深層奧秘的麵紗。 第一章 電子散射的基本原理 物質的本質是由原子構成，而原子又是由原子核和電子組成。當高能電子束穿過樣品時，電子與樣品中的原子會發生一係列復雜的相互作用，其中最主要的一種就是電子散射。理解這些散射過程是掌握EELS的基礎。 1.1 彈性散射與非彈性散射 在電子與物質的相互作用中，存在兩種基本的散射模式：彈性散射和非彈性散射。 彈性散射： 在彈性散射過程中，入射電子的能量基本保持不變，僅僅是其運動方嚮發生改變。這種散射過程主要影響電子束的衍射和成像，是TEM成像分辨率和對比度的重要來源。彈性散射提供瞭關於晶體結構、晶格缺陷等宏觀和微觀幾何信息。 非彈性散射： 與彈性散射不同，非彈性散射涉及入射電子與樣品中的電子或晶格振動發生能量交換。在這個過程中，入射電子會將一部分能量傳遞給樣品，從而導緻其能量發生損失。這種能量損失的幅度與樣品中發生的具體相互作用緊密相關，因此，測量電子的能量損失譜就如同“聆聽”樣品內部不同電子與原子發生的“對話”，揭示其獨特的“身份信息”。 1.2 能量損失的根源：集體激發與單粒子激發 非彈性散射可以進一步細分為兩種主要的激發模式： 集體激發（Plasmon Excitation）： 當入射電子的能量足以激發樣品中大量自由電子或價電子的集體振動時，就會發生集體激發，也稱為等離激元激發。這就像輕輕撥動一池平靜的水麵，引起漣漪的擴散。等離激子的能量損失通常較低，對應於材料的宏觀介電響應，能夠反映材料的電子密度、自由電子濃度以及導電性等。例如，金屬中的等離激子可以提供關於費米能級附近電子行為的信息，而氧化物中的等離激子則與材料的電學和光學性質密切相關。 單粒子激發（Single-particle Excitation）： 當入射電子的能量足夠高，能夠將樣品中束縛在原子軌道上的電子激發到更高的能級時，就會發生單粒子激發。這如同將池底的一粒沙子踢嚮水麵，使其單獨躍起。單粒子激發産生的能量損失譜通常具有更尖銳的特徵峰，與特定元素的電子結構、化學鍵閤狀態以及原子能級密切相關。 1.3 能量損失譜的基本形態 一束高能電子通過樣品後，其能量會呈現齣一定的分布。通過能量過濾器（Energy Filter）對這些電子進行能量分析，就可以得到能量損失譜。一個典型的EELS譜包含以下幾個重要區域： 零損失峰（Zero Loss Peak, ZLP）： 這是未發生能量損失的電子所對應的峰，通常是最強的峰。它反映瞭入射電子束的能量分辨率和單色性。 等離激子峰（Plasmon Peaks）： 位於零損失峰之後，能量損失較小的區域，通常由集體激發産生。這些峰的形狀、位置和強度可以提供關於材料的電子特性信息。 內殼層激發峰（Core-loss Peaks）： 位於能量損失較大的區域，通常由單粒子激發産生。這些峰對應於特定元素的內層電子被激發到導帶或費米能級。每一個元素都具有獨特的內殼層電子結構，因此，這些峰的位置（截止邊能量）是識彆元素的“指紋”，而峰的形狀和強度則蘊含著豐富的化學環境和鍵閤信息。 第二章 EELS譜的解析與信息提取 掌握瞭能量損失的基本原理後，接下來的關鍵是如何從復雜的EELS譜中提取有用的信息。這需要結閤理論計算、經驗知識以及先進的譜學解析技術。 2.1 元素成分分析 EELS最直接的應用之一就是元素成分分析。通過識彆內殼層激發峰的位置，可以準確地確定樣品中存在的元素。由於不同的元素具有獨特的電子層結構，其內殼層電子激發所需的能量也不同。例如，碳的K邊（1s電子被激發）大約在284 eV，氧的K邊在532 eV，而鐵的L邊（2p電子被激發）則在700-720 eV左右。通過對譜圖中的截止邊能量進行比對，即可完成元素的定性分析。 2.2 化學態與鍵閤分析 內殼層激發峰的細微結構，即其前邊緣（pre-edge features）和主邊緣（main edge）的形狀、強度以及是否存在衛星峰（satellite peaks），能夠反映齣原子周圍的電子環境和化學鍵閤狀態。 前邊緣結構： 內殼層電子被激發到未占據的分子軌道（unoccupied molecular orbitals, UMOs）或導帶態時，會在截止邊之前齣現一些弱的峰，稱為前邊緣結構。這些結構對化學環境非常敏感。例如，在氧化物中，金屬陽離子的3d軌道與氧的2p軌道發生雜化，在L3邊（如Fe L3邊）前邊緣會齣現顯著的結構變化，反映瞭金屬與氧之間的配位數和氧化態。 主邊緣形狀： 主邊緣的形狀則反映瞭電子被激發到的導帶態或費米能級的密度。例如，在金屬中，導帶是連續的，主邊緣通常比較平滑；而在絕緣體或半導體中，導帶存在能隙，主邊緣可能呈現齣更復雜的結構。 衛星峰： 在一些體係中，內殼層激發的過程中會伴隨多電子激發，産生一些能量損失稍大的衛星峰。這些衛星峰對化學環境也十分敏感，可以提供關於價電子排布和電荷轉移的信息。 2.3 電子態與能帶結構分析 EELS譜可以為理解材料的電子態和能帶結構提供重要的實驗依據。 價帶電子激發： 較低能量的能量損失（如幾 eV 到幾十 eV）通常與價帶電子的激發有關，可以反映價帶的寬度、形狀以及電子的有效質量等。 導帶結構： 內殼層激發後的主邊緣形狀和精細結構（fine structure）能夠直接反映導帶的電子態密度（density of states, DOS）。通過與第一性原理計算的理論DOS進行對比，可以驗證材料的電子結構模型，並深入理解材料的電學和光學性質。 電子關聯效應： 對於強關聯電子體係，其電子行為非常復雜，EELS譜能夠捕捉到一些由電子-電子相互作用引起的特殊現象，例如，在一些銅氧化物中觀測到的“Mott絕緣體”的EELS特徵。 2.4 晶格動力學與缺陷分析 雖然EELS主要關注電子的相互作用，但它也能間接提供關於晶格動力學的信息。 聲子激發現象： 在極低的能量損失區域（小於1 eV），可以看到與晶格振動（聲子）相關的能量損失。雖然在常規EELS實驗中較難精確測量，但對於研究材料的聲子譜和熱力學性質具有重要意義。 缺陷誘導的態密度改變： 材料中的點缺陷、位錯、晶界等結構缺陷會局部改變材料的電子結構和能帶。這些局部的電子態密度變化會在EELS譜上留下痕跡，例如，改變截止邊的形狀或齣現新的能量損失峰。這為研究缺陷對材料性能的影響提供瞭直接的手段。 第三章 EELS實驗的技術細節與挑戰 EELS作為一項高技術含量的分析手段，其實驗的成功與否很大程度上取決於對實驗條件的精確控製和對數據采集與處理的熟練掌握。 3.1 樣品製備 EELS實驗對樣品的要求非常苛刻。由於是透射式分析，樣品厚度需要足夠薄（通常小於100 nm），以便電子能夠穿透並發生非彈性散射。樣品的製備過程需要盡量避免引入額外的化學汙染和結構損傷，以免影響譜圖的準確性。常用的樣品製備方法包括： 機械拋光與減薄： 對塊狀樣品進行機械研磨和拋光，使其達到一定的厚度。 離子減薄： 使用氬離子束或聚焦離子束（FIB）對樣品進行濺射減薄，可以獲得非常薄且高質量的樣品。 膠體法： 對於一些易碎或特殊的樣品，可以使用膠體來輔助製備。 3.2 能量分辨率與空間分辨率 EELS譜的質量直接取決於能量分辨率和空間分辨率。 能量分辨率： 決定瞭譜圖上不同能量損失峰之間的可分辨程度。高能量分辨率的EELS能夠清晰地分辨齣化學態、鍵閤狀態等細微的譜學特徵。這通常通過高質量的電子槍、良好的單色器以及優化的實驗參數來實現。 空間分辨率： 決定瞭EELS分析的最小區域。在TEM中，通過聚焦電子束，可以實現納米尺度甚至原子尺度的EELS分析。結閤高分辨率TEM成像，可以實現對材料微觀區域的精確錶徵。 3.3 數據采集與處理 EELS數據的采集是一個復雜的過程，需要精確的電子束掃描、能量分析和信號采集。 點掃描與綫掃描： 可以對樣品上的單個點進行EELS分析，也可以沿著一條綫掃描，獲得沿綫的EELS譜分布，從而研究材料的化學成分和電子態的梯度變化。 麵掃描（STEM-EELS）： 在掃描透射電子顯微鏡（STEM）模式下，結閤EELS進行麵掃描，可以獲得具有空間分辨率的EELS譜圖陣列，從而繪製齣元素的分布圖、化學態分布圖等。 背景扣除： EELS譜中除瞭信號峰外，還存在復雜的背景信號，主要由彈性散射以及低能量損失區域的多次散射産生。準確的背景扣除是提取有效信息的重要步驟，通常采用指數函數或多項式擬閤等方法。 去捲積： 如果電子能量損失譜儀的能量分辨率不足以完全分辨某些峰，可以通過去捲積技術（deconvolution）來嘗試重構更清晰的譜圖。 3.4 EELS的優勢與局限性 優勢： 高空間分辨率： 結閤TEM/STEM，可以實現原子尺度的EELS分析。 豐富的信息： 能夠提供元素成分、化學態、鍵閤信息、電子態、能帶結構等。 非破壞性： 相對於其他分析方法，EELS對樣品的破壞性較小。 原位分析： 可以在TEM/STEM設備中直接進行分析，無需將樣品轉移到其他設備。 局限性： 對樣品的要求高： 樣品需要足夠薄且完整。 對操作要求高： 需要專業的設備操作和數據處理技能。 分析時間： 高質量的譜圖采集可能需要較長的時間。 某些元素的靈敏度不足： 對於輕元素，內殼層激發的截麵可能較小，分析靈敏度可能受限。 結語 電子能量損失譜學是一門集物理學、化學、材料科學和電子顯微學於一體的交叉學科。通過深入理解電子與物質相互作用的本質，並掌握先進的實驗技術和數據處理方法，EELS能夠為我們揭示物質在原子和電子尺度上的奧秘，推動材料科學、凝聚態物理、納米科技等領域的研究嚮前發展。本書希望能夠為讀者提供一個堅實的基礎，引導大傢在EELS的世界中探索和發現。

評分☆☆☆☆☆

我最近拜讀瞭《高分子物理導論》，這本書在敘述上采取瞭一種非常獨特的“問題驅動”模式。它並非按照聚閤物的化學結構分類，而是圍繞高分子體係中幾個核心的物理問題展開論述。例如，第一章就直擊“為什麼橡膠可以拉伸並恢復原狀”這一看似簡單實則復雜的現象，從熵彈性理論、自由體積概念入手，層層剝繭，直至分子鏈段運動的微觀圖像。這種敘事方式極大地激發瞭讀者的求知欲，讓人忍不住想知道答案的推導過程。書中的圖示設計也堪稱一絕，很多抽象的統計力學模型被巧妙地轉化為易於理解的二維或三維示意圖，大大降低瞭理解難度。唯一的遺憾是，對於一些前沿的動態力學性能研究，篇幅稍顯不足，不過鑒於本書的“導論”定位，這種取捨是可以理解的。總體而言，它成功地將一門原本可能枯燥的學科，轉化成瞭一場引人入勝的智力探險。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本《現代無機化學閤成方法論》，我最大的感受是其對實驗細節的精確把控。這本書絕非空泛地討論理論，而是聚焦於如何“做”齣具有特定功能的無機化閤物。書中詳細列舉瞭從高溫固相反應到溫和條件下的溶液化學閤成的各種技術路綫，每種方法都有詳盡的步驟說明和潛在的陷阱分析。比如，在講解水熱閤成時，作者不僅給齣瞭溫度和壓力的經驗範圍，還深入分析瞭反應釜的材質選擇對最終産物晶型的影響，這一點在很多教材中是輕易跳過的。此外，作者對産物錶徵的重視程度也令人印象深刻，幾乎每一個閤成實例後麵都會緊接著介紹如何通過XRD、SEM乃至更先進的譜學技術來確認目標産物的純度和結構。這使得這本書更像是一本高端實驗室的操作指南，而非純粹的理論參考書。對於那些希望將理論知識轉化為實際産齣的科研工作者來說，這本書的價值不可估量，它的實用性遠超一般學術著作的範疇。

評分☆☆☆☆☆

接觸《計算材料學導論：第一性原理與分子動力學模擬》後，我深刻體會到現代材料研究的計算驅動性趨勢。這本書的難度係數相當高，因為它要求讀者對量子力學和統計力學有基本的瞭解。但作者的講解方式非常具有條理性和邏輯性，特彆是對DFT（密度泛函理論）在固體電子結構計算中的應用，給齣瞭極為詳盡的數學背景鋪墊和實際操作流程指導。它不僅告訴你“能算什麼”，更重要的是告訴你“是怎麼算齣來的”。書中包含的大量僞代碼和算法流程圖，對於希望自己搭建計算平颱的讀者來說是無價之寶。我特彆欣賞它在討論計算誤差和收斂性標準時錶現齣的嚴謹態度，避免瞭將計算結果絕對化的傾嚮。這本書無疑是麵嚮高年級本科生或研究生，是連接理論物理與實際材料模擬之間不可或缺的橋梁，需要投入大量時間去消化吸收。

評分☆☆☆☆☆

最近翻閱瞭一本關於材料科學的經典譯著，名為《材料科學的基石：結構與性能的交互作用》。這本書的立意非常宏大，它試圖從最基礎的原子和電子層麵，去剖析宏觀材料性能的起源。作者在開篇部分花瞭大量筆墨介紹晶體結構和缺陷理論，講解得極為細緻，特彆是對於位錯理論的闡述，幾乎可以將教科書上的公式推導和實際應用案例完美結閤起來，讓人對材料的塑性變形有瞭非常直觀的理解。書中還穿插瞭不少曆史背景和關鍵科學傢的貢獻，使得閱讀過程充滿瞭探索的樂趣，而不是單純的知識灌輸。我特彆欣賞它在處理復雜概念時的耐心，比如相變動力學，它沒有直接給齣最終結論，而是通過一係列逐步深入的例子，引導讀者自己去構建理解的路徑。這本書的排版和翻譯質量也相當高，文字流暢自然，完全沒有閱讀外文譯著時常見的晦澀感。對於初入材料科學領域的新手來說，它提供瞭一個堅實的理論基礎，是值得反復研讀的案頭書。

評分☆☆☆☆☆

最近重溫瞭《錶麵科學與界麵工程基礎》，這本書的視角非常新穎，它完全將研究的重點放在瞭二維界麵上。作者巧妙地將物理化學、凝聚態物理和化學工程的知識融會貫通，構建瞭一個關於“界麵”的完整知識體係。書中對吸附熱力學和動力學的講解尤為精彩，通過對Langmuir、弗羅因德利希等經典吸附等溫綫的對比分析，清晰地展示瞭不同吸附機製下的能量變化和覆蓋度關係。更吸引人的是，它還結閤瞭實際應用案例，比如催化反應的活性位點分析、薄膜沉積的成核與生長過程，使得理論不再是空中樓閣。我尤其喜歡它對電子顯微鏡在界麵分析中的應用部分的介紹，那種對微觀形貌和化學態的捕捉能力，讓人對材料的錶層性質産生全新的認識。這本書為那些專注於納米技術和異質結構設計的工程師們提供瞭一個極為紮實的理論框架。