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第1章 绪论1

1.1表面科学及其发展1

1.2表面科学的应用2

1.3表面的种类4

1.4表面的特性5

1.5表面分析的内容6

1.6表面分析的基本原理及仪器基本组成7

1.7表面分析的发展9

1.8表面分析的应用领域10

第2章 电子与固体样品的相互作用12

2.1电子与固体样品的相互作用区域12

2.2固体原子对入射电子的散射作用13

2.3入射电子与样品相互作用产生的信号16

2.3.1背散射电子16

2.3.2二次电子17

2.3.3吸收电子19

2.3.4透射电子19

2.3.5特征X射线20

2.3.6俄歇电子21

2.3.7阴极荧光与电子感生电导21

2.4由电子与材料相互作用产生的分析方法22

第3章 电子光学基础23

3.1光学显微镜的分辨率23

3.2电子波的波长25

3.3电子透镜26

3.3.1静电透镜26

3.3.2电磁透镜26

3.4电磁透镜的像差及分辨率29

3.4.1球差30

3.4.2像散30

3.4.3色差31

3.4.4分辨率31

3.5电磁透镜的景深和焦长32

3.5.1景深32

3.5.2焦长33

第4章 透射电子显微镜35

4.1透射电镜的工作原理和结构35

4.1.1工作原理35

4.1.2照明系统36

4.1.3成像系统38

4.1.4观察与记录系统41

4.1.5真空系统41

4.1.6供电控制系统41

4.2选区电子衍射41

4.2.1电子衍射原理41

4.2.2电子衍射特点45

4.2.3选区电子衍射操作46

4.2.4电子衍射谱的基本特征与指数标定47

4.3电子显微图像56

4.3.1成像操作56

4.3.2像衬度57

4.4试样制备62

4.4.1薄膜法62

4.4.2复型法64

4.4.3粉末样品制备64

4.4.4薄膜材料样品的制备64

4.5透射电镜在表面分析中的应用65

4.5.1薄膜的平面分析65

4.5.2薄膜的横截面分析66

第5章 扫描电子显微镜71

5.1扫描电镜的结构和工作原理71

5.1.1扫描电镜的结构71

5.1.2扫描电镜的工作原理75

5.2扫描电镜的特点75

5.3扫描电镜的几种电子图像分析77

5.3.1二次电子像的衬度77

5.3.2背散射电子像的衬度79

5.3.3吸收电子像81

5.4扫描电镜样品的制备82

5.5扫描电镜在表面分析中的应用83

5.5.1材料表面组织形态的观察研究83

5.5.2断口形貌的观察研究84

5.5.3显示微区成分差别和鉴别物相87

5.5.4纳米结构材料形态的观察研究87

第6章 电子探针89

6.1电子探针的工作原理与结构89

6.2波谱仪的工作原理及结构90

6.2.1工作原理90

6.2.2分光系统91

6.2.3检测系统93

6.2.4波谱仪的特点94

6.3能谱仪的工作原理与结构95

6.3.1工作原理95

6.3.2 X射线探测器95

6.3.3多道脉冲高度分析器96

6.3.4能谱仪的特点96

6.3.5 WDS与EDS工作特性比较97

6.4电子探针的分析方法及应用98

6.4.1定点分析98

6.4.2线扫描分析100

6.4.3面扫描分析101

第7章 X射线光电子能谱105

7.1 X射线光电子能谱仪的基本原理105

7.2 X射线光电子能谱仪的结构107

7.2.1超高真空系统108

7.2.2快速进样室及样品分析室108

7.2.3离子源108

7.2.4 X射线激发源109

7.2.5能量分析器109

7.2.6探测器110

7.2.7计算机系统110

7.3样品的制备110

7.4 X射线光电子能谱分析的特点111

7.5 X射线光电子能谱分析的应用112

7.5.1元素及其化学状态的定性分析112

7.5.2定量分析120

7.5.3元素沿深度方向分布的分析121

7.5.4成像技术面分析123

第8章 俄歇电子能谱124

8.1俄歇电子能谱的基本原理124

8.1.1俄歇电子的产生124

8.1.2俄歇电子的能量125

8.1.3俄歇跃迁概率126

8.1.4平均自由程与平均逃逸深度126

8.1.5俄歇电子能谱127

8.2俄歇电子能谱仪128

8.3分析样品的制备129

8.4俄歇电子能谱法的特点131

8.5俄歇电子能谱分析的应用131

8.5.1表面元素定性鉴定132

8.5.2表面元素的半定量分析133

8.5.3表面元素的化学价态分析135

8.5.4元素沿深度方向分布的分析135

8.5.5微区分析136

第9章 二次离子质谱140

9.1仪器构成与基本原理140

9.2入射离子与样品的相互作用141

9.2.1溅射产额141

9.2.2二次离子产额142

9.3一次离子源143

9.4质量分析器145

9.5离子检测器148

9.6真空系统149

9.7二次离子质谱仪150

9.7.1二次离子质谱仪分类150

9.7.2离子探针151

9.7.3飞行时间质谱仪152

9.7.4质谱图的形式153

9.8二次离子质谱仪的主要性能154

9.9二次离子质谱仪的主要特点155

9.10二次离子质谱的应用156

9.10.1微量元素分析156

9.10.2表面成分点分析157

9.10.3元素面分布分析158

9.10.4深度方向成分分析158

9.10.5三维成分分析159

9.10.6同位素分析160

第10章 场离子显微镜与原子探针161

10.1场离子显微镜161

10.1.1场离子显微镜的结构和原理161

10.1.2场离子显微镜的应用164

10.2原子探针167

10.2.1原子探针的结构和原理167

10.2.2三维原子探针169

10.2.3原子探针的应用169

10.3样品的制备177

10.3.1由丝状材料制备样品的方法177

10.3.2由薄膜材料制备样品的方法178

第11章 扫描隧道电子显微镜182

11.1扫描隧道电镜的结构及工作原理182

11.1.1隧道电流182

11.1.2基本结构及工作原理182

11.1.3工作模式184

11.2扫描隧道电镜的特点185

11.3扫描隧道电镜的应用186

11.3.1材料表面结构特征研究186

11.3.2材料表面结构相变研究186

11.3.3液-固界面的电化学研究187

11.3.4表面吸附研究187

11.3.5表面化学研究188

11.3.6表面原子分子加工操纵及纳米结构构筑188

第12章 原子力显微镜190

12.1原子力显微镜的结构及工作原理190

12.2原子力显微镜的成像模式192

12.2.1接触模式193

12.2.2非接触模式193

12.2.3轻敲模式193

12.3原子力显微镜的特点194

12.4原子力显微镜的应用194

12.4.1薄膜材料的研究194

12.4.2材料失效机理的研究195

12.4.3纳米摩擦学的研究197

12.4.4现场电化学研究202

12.4.5生物医学研究203

12.4.6高聚物表面研究204

12.4.7测量针尖-样品间的相互作用力曲线206

12.4.8测量薄膜材料和纳米结构机械性能209

12.4.9纳米结构加工211

12.4.10研究金属和半导体表面212

第13章 掠入射X射线衍射分析213

13.1掠入射X射线衍射基本原理213

13.2掠入射X射线衍射几何214

13.3掠入射X射线衍射的应用215

13.3.1薄膜的相分析215

13.3.2表面层或薄膜的结构分析216

13.3.3表面层或薄膜的应力分析219

13.3.4薄膜厚度的测定220

参考文献223