中國科學技術大學精品教材：同步輻射應用基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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徐彭壽，潘國強 編

圖書標籤:

• 同步輻射
• 物理學
• 材料科學
• 化學
• 生物學
• 應用基礎
• 中國科學技術大學
• 教材
• 科學
• 技術

齣版社： 中國科學技術大學齣版社

ISBN：9787312023095

版次：1

商品編碼：10339444

包裝：平裝

叢書名： 中國科學技術大學精品教材

開本：16開

齣版時間：2009-01-01

用紙：膠版紙

頁數：336

字數：412000

正文語種：中文

內容簡介

《同步輻射應用基礎》著重講述同步輻射應用的基本原理及其相關的基礎知識，同時也涉及同步輻射的實驗方法及其在一些重要領域的應用。其內容分為軟X射綫和真空紫外（包括紅外）與硬X射綫兩大部分，前者包括光電子能譜、真空紫外和紅外光譜、軟X射綫顯微術、同步輻射光刻；後者包括X射綫吸收、X射綫衍射和散射。由於同步輻射應用涉及許多學科的基礎知識，考慮到許多同學在大學本科階段並未學過這些課程，《同步輻射應用基礎》適當補充瞭一些必備的量子力學、固體物理、原子光譜和X射綫光學的基礎知識。《同步輻射應用基礎》可作為“核科學與技術”及其他與同步輻射相關學科的研究生通用教材，也可以作為初涉同步輻射人員的參考書。

目錄

總序
前言
第1章 同步輻射光電子能譜概論
1.1 量子力學的基本概念
1.1.1 微觀粒子的波粒二象性
1.1.2 波函數
1.1.3 薛定諤方程
1.1.4 氫原子能級和波函數
1.1.5 定態微擾論
1.1.6 含時微擾與量子躍遷
1.2 固體能帶論基礎知識
1.2.1 布洛赫定理
1.2.2 倒格子和波矢
1.2.3 能帶和能隙
1.2.4 布裏淵區
1.2.5 能態密度和費米麵
1.3 光電發射的物理過程
1.3.1 光電激發的三步模型
1.3.2 光電離截麵和電子逃逸深度
1.3.3 光電子能量分布麯綫
1.3.4 光電發射中的守恒量
1.3.5 光電發射中的偏振選擇定則
1.4 光電子能譜基礎
1.4.1 光電子能譜的基本原理
1.4.2 光電子能譜的實驗裝置
1.5 同步輻射光電子能譜技術
1.5.1 同步輻射價帶光電子譜
1.5.2 同步輻射芯能級光電子譜
1.5.3 同步輻射光電子譜的工作模式

第2章 軟X射綫顯微術和同步輻射光刻簡介
2.1 軟X射綫顯微術的基本概念
2.1.1 引言
2.1.2 顯微術與生物結構研究
2.1.3 軟X射綫顯微術中光與物質的相互作用
2.2 軟X射綫光學的基礎知識
2.2.1 軟X射綫的摺射
2.2.2 軟X射綫的反射
2.2.3 軟X射綫多層膜反射鏡
2.2.4 軟X射綫的衍射和波帶片
2.3 軟X射綫接觸顯微術
2.3.1 基本裝置和原理
2.3.2 接觸顯微術的軟X射綫源
2.3.3 生物樣品顯微圖像的探測
2.3.4 軟X射綫接觸顯微成像實驗方法
2.3.5 接觸顯微成像的應用
2.3.6 接觸顯微成像的分辨率
2.4 軟X射綫成像顯微鏡
2.4.1 普通透射式軟X射綫成像顯微鏡
2.4.2 相襯軟X射綫顯微鏡
2.4.3 透射式掃描軟X射綫顯微成像
2.4.4 軟X射綫成像顯微鏡的應用
2.5 軟X射綫全息顯微成像技術簡介
2.5.1 全息術基本概念
2.5.2 軟X射綫全息顯微成像技術
2.5.3 軟X射綫全息顯微成像技術的應用
2.6 同步輻射X射綫光刻技術
2.6.1 光刻技術簡介
2.6.2 X射綫光刻的基本原理
2.6.3 同步輻射x射綫光刻的關鍵技術
2.7 同步輻射中的LIGA技術
2.7.1 MEMS和LIGA技術簡介
2.7.2 LIGA技術的基本原理和工藝
2.7.3 LlGA技術的應用

第3章 同步輻射真空紫外和紅外光譜基礎
3.1 固體的光學性質
3.1.1 波動方程和光學常數
3.1.2 復介電常數與光吸收
3.1.3 剋拉末-剋朗尼格（Kramers-Kronig）關係
3.1.4 吸收係數和吸收光譜
3.1.5 反射係數和反射譜
3.1.6 發射譜和激發譜
3.2 固體光譜基礎
3.2.1 帶問躍遷的吸收和發射光譜
3.2.2 激子光譜
3.2.3 雜質和缺陷態光譜
3.2.4 稀土和過渡金屬離子光譜
3.3 同步輻射真空紫外光譜技術和應用
3.3.1 同步輻射真空紫外光譜實驗技術和裝置
3.3.2 稀有氣固體激子光譜
3.3.3 BaF。晶體的價帶一芯帶躍遷
3.3.4 稀土光譜中的量子剪裁
3.4 同步輻射紅外光譜簡介
3.4.1 晶格振動的基本概念
3.4.2 晶格振動與紅外吸收
3.4.3 自由載流子的紅外吸收與等離激元
3.4.4 同步輻射紅外光譜技術

第4章 同步輻射X射綫衍射基本原理和應用
4.1 晶體結構的對稱性
4.1.1 晶體的周期性結構和性質
4.1.2 點陣
4.1.3 晶體結構的對稱元素和晶係
4.1.4 晶胞
4.1.5 晶體學點群和空間群
4.2 x射綫衍射的運動學理論
4.2.1 Laue方程
4.2.2 Bragg方程
4.2.3 倒易矢量
4.2.4 晶體衍射方嚮和倒易矢量
4.2.5 收集單晶體衍射數據方法簡介
4.2.6 衍射強度和結構因子
4.3 同步輻射x射綫衍射應用
4.3.1 同步輻射x射綫在生物大分子晶體學中的應用
4.3.2 同步輻射x射綫高分辨粉末衍射
4.3.3 同步輻射x射綫高分辨單晶衍射
4.3.4 反常散射在材料科學、小分子晶體結構測定中的應用

第5章 x射綫散射基礎
5.1 不完整晶體的漫反射
5.1.1 不完整晶體x射綫衍射強度的普遍公式
5.1.2 平均點陣的Bragg反射
5.1.3 偏離平均點陣引起的漫散射
5.1.4 不完整晶體的漫散衍射圖像
5.1.5 位移無序和置換無序
5.2 非晶態物質結構的x射綫分析
5.2.1 普適x射綫散射方程
5.2.2 非晶態物質徑嚮分布函數（RDF）
5.2.3 偏分布函數的測定
5.3 薄膜、多層膜的x射綫反射和散射
5.3.1 x射綫在界麵中的摺射與反射
5.3.2 摺射率
5.3.3 包括吸收係數的摺射率
5.3.4 在x射綫區域的Snell公式及Fresnel方程
5.3.5 均勻薄層（薄膜）的x射綫反射
5.3.6 多層膜的鏡麵反射（SpecularReflectivity）
5.3.7 有限梯度界麵的反射率
5.3.8 計算具有粗糙度界麵及錶麵的反射率的一般理論

第6章 X射綫吸收精細結構譜
6.1 X射綫吸收譜
6.1.1 X射綫的吸收係數
6.1.2 激發原子的去激發
6.1.3 電子光譜的選擇定則
6.1.4 元素的特徵綫及吸收邊
6.1.5 孤立原子的x射綫吸收係數的量子力學計算（簡單模型）
6.1.6 x射綫多極自發發射（吸收）的量子理論
6.2 x射綫吸收精細結構
6.2.1 産生XAFS的物理機理
6.2.2 x射綫吸收的測量方法
6.2.3 XAFS的實驗站和實驗技術
6.3 EXAFS實驗方法
6.3.1 EXAFS産生的物理機理
6.3.2 歸一化的EXAFS函數
6.3.3 EXAFS函數的基本理論公式
6.3.4 EXAFS的數據處理
6.4 XAFS的應用
6.4.1 引言
6.4.2 半導體納米微晶體CdTe的EXAFS研究
6.5 XAFS實驗技術的發展
附錄1 X射綫散射的量子理論
附錄2 Gauss統計和Gauss積分
附錄3 傅裏葉變換
附錄4 狄拉剋（Dirac）函數

精彩書摘

2.電鑄成型
電鑄過程和電鍍過程一樣都是一種電沉積過程。它是指電解液中的金屬離子（或絡閤離子）在直流電的作用下，在陰極錶麵上還原成金屬（或閤金）的過程。該過程一般包括三個步驟，即金屬水化離子（或絡閤離子）由溶液內部嚮陰極錶麵傳遞的液相傳輸步驟，金屬水化離子（或絡閤離子）在陰極錶麵得到電子並還原成金屬原子的電化學步驟和反應産物形成新相的電結晶步驟。按照電鑄的方式可分為直流和脈衝電鑄兩類。與直流電鑄相比，脈衝電鑄能改變金屬離子的電沉積過程。脈衝電鑄可通過控製波形、頻率、通斷比及平均電流密度等參數，使電沉積在很寬的範圍內變化，從而在某種鍍液中獲得具有一定特性的鍍層。電鑄成型實際上是利用光刻膠下麵的金屬薄層做電極進行電鍍。將金屬沉積在光刻膠圖形的空隙裏，直至金屬填滿整個光刻膠圖形空隙。從而形成一個與光刻膠圖形凹凸互補的相反結構的穩定的金屬體。然後，將光刻膠及附著的基底材料清理掉。此金屬結構體可以作為批量復製的模具，也可以作為最終産品。
3.塑鑄成型
同步輻射光刻的成本很高，因此難以直接用於大批量生産。而塑鑄成型工藝則是為瞭大批量生産提供塑料鑄模。它用電鑄並剝離後的金屬結構作為二級模闆。用閘闆將模闆覆蓋。閘闆有穿透的噴射孔，以便注入聚閤物到排空的容器內。噴射孔位於結構自由空問的上方。低黏滯度的聚閤物充滿模闆內的小空問。待聚閤物變硬後，塑性結構與閘闆在噴射孔處形成牢固的連接，使得塑性結構可以從模闆中提齣。塑鑄可采用反映注射成型法、熱塑注射成型法和壓印成型法。塑鑄成型實際上為我們提供瞭一個塑料模具，利用它，我們可以大量復製厚度可達幾百微米的三維立體金屬或非金屬（如陶瓷）材料的微結構元件。
4.犧牲層技術
前麵我們介紹瞭LIGA技術的基本工藝。但僅僅使用這些典型工藝隻能製備齣固定結構而不能製備齣活動結構。為瞭製造部分或全部活動部件，可以在上述LIGA工藝中加入所謂的犧牲層（sacrificial layer）技術。
……

前言/序言

　　2008年是中國科學技術大學建校五十周年。為瞭反映五十年來辦學理念和特色，集中展示教材建設的成果，學校決定組織編寫齣版代錶中國科學技術大學教學水平的精品教材係列。在各方的共同努力下，共組織選題281種，經過多輪、嚴格的評審，最後確定50種入選精品教材係列。
　　1958年學校成立之時，教員大部分都來自中國科學院的各個研究所。作為各個研究所的科研人員，他們到學校後保持瞭教學的同時又作研究的傳統。同時，根據“全院辦校，所係結閤”的原則，科學院各個研究所在科研第一綫工作的傑齣科學傢也參與學校的教學，為本科生授課，將最新的科研成果融入到教學中。五十年來，外界環境和內在條件都發生瞭很大變化，但學校以教學為主、教學與科研相結閤的方針沒有變。正因為堅持瞭科學與技術相結閤、理論與實踐相結閤、教學與科研相結閤的方針，並形成瞭優良的傳統，纔培養齣瞭一批又一批高質量的人纔。
　　學校非常重視基礎課和專業基礎課教學的傳統，也是她特彆成功的原因之一。當今社會，科技發展突飛猛進、科技成果日新月異，沒有紮實的基礎知識，很難在科學技術研究中作齣重大貢獻。建校之初，華羅庚、吳有訓、嚴濟慈等老一輩科學傢、教育傢就身體力行，親自為本科生講授基礎課。他們以淵博的學識、精湛的講課藝術、高尚的師德，帶齣一批又一批傑齣的年輕教員，培養瞭一屆又一屆優秀學生。這次入選校慶精品教材的絕大部分是本科生基礎課或專業基礎課的教材，其作者大多直接或間接受到過這些老一輩科學傢、教育傢的教誨和影響，因此在教材中也貫穿著這些先輩的教育教學理念與科學探索精神。

同步輻射在材料科學前沿研究中的應用 本書概述 本書聚焦於同步輻射技術在當代材料科學前沿領域中的廣泛應用與最新進展。內容深入淺齣，係統梳理瞭同步輻射光源的基本原理、先進的錶徵技術，並重點剖析瞭這些技術如何被應用於解決凝聚態物理、納米科學、能源材料、生物材料等關鍵研究中的核心難題。本書旨在為從事相關領域研究的科研人員、高校師生及工程技術人員提供一本兼具理論深度與實踐指導價值的專業參考書。 第一部分：同步輻射光源基礎與先進錶徵技術 第一章：同步輻射光源的原理與演進 本章首先迴顧瞭電磁波譜中X射綫部分的特性，並詳細闡述瞭同步輻射光的産生機製，包括電子在加速器中的運動軌跡、能量損失和輻射的特性。我們將討論從第一代（存儲環）到第三代（亮度高、能量連續性好）乃至正在建設中的第四代光源（高相乾性、超低發射度）的發展曆程。重點分析瞭影響同步輻射光性能的關鍵參數，如亮度、相乾性、能量範圍和準直性。同時，還將介紹不同類型同步輻射設施（如中能環、高能環）在實驗側重點上的差異。 第二章：X射綫吸收譜（XAS）與近邊結構（NEXAFS） 本章深入探討瞭X射綫吸收譜技術，這是利用材料對特定能量X射綫吸收截麵變化的譜學方法。我們將詳細講解X射綫吸收精細結構（XANES）和擴展吸收邊精細結構（EXAFS）的物理圖像和信息提取方法。XANES主要提供局域電子態和價態信息，而EXAFS則能精確反演齣近鄰原子種類、距離和配位數。特彆關注NEXAFS技術在錶麵化學、薄膜界麵研究中對分子取嚮和化學環境的敏感性，並輔以具體的譜解析案例，如氧化物界麵缺陷分析。 第三章：X射綫散射技術：結構解析的基石 散射技術是獲取材料結構信息的強大工具。本章首先介紹彈性散射（如X射綫衍射，XRD）的理論基礎，包括布拉格定律的推廣應用。隨後，重點闡述非彈性散射過程，尤其是彈性X射綫散射（XRS）和準彈性散射（QES），它們能夠探測到低能激發態，如聲子、磁激發等。對高分辨率X射綫衍射（HRXRD）在晶格畸變、薄膜應力分析中的應用進行深入剖析。此外，還將介紹小角度X射綫散射（SAXS），用於納米尺度的形貌、尺寸分布和聚集體結構研究。 第四章：高能光束綫與深度穿透能力 針對材料內部結構和原位（In-Situ）研究的需求，本章專門介紹利用高能X射綫進行探測的優勢。講解如何利用高穿透性的X射綫進行大體積樣品的CT成像（X射綫微聚焦斷層掃描），實現三維結構的可視化。同時，介紹高能X射綫粉末衍射在高溫、高壓等極端條件下的應用，以及如何通過高能吸收譜揭示深層區域的電子結構信息。 第二部分：同步輻射技術在關鍵材料領域的應用 第五章：能源轉化材料的電化學界麵研究 本章聚焦於鋰離子電池、燃料電池和光催化劑等能源器件的研究前沿。通過結閤電化學操作與同步輻射技術，實現對充放電循環過程中活性物質相變、電解液界麵形成固體電解質界麵（SEI）的動態監測。例如，利用時間分辨X射綫衍射（TR-XRD）跟蹤正負極材料的晶格應變與相變動力學；利用原位XAS揭示催化劑在反應條件下的價態漂移和結構重構。 第六章：磁性材料與自鏇電子學 同步輻射的圓偏振光（CPL）特性為磁性材料的研究提供瞭獨特優勢。本章詳細介紹磁圓二色性X射綫吸收譜（XMCD）的工作原理，它能夠實現對特定元素軌道磁矩和自鏇磁矩的分彆定量。應用方麵，本書將涵蓋對鐵磁、反鐵磁材料的磁結構分析，以及對磁性異質結、自鏇電子器件中界麵磁耦閤效應的錶徵。 第七章：軟物質、生物材料與活體成像 同步輻射軟X射綫（Soft X-ray）對輕元素（C, N, O, P, S）的敏感性，使其成為研究聚閤物、生物膜和軟組織的理想工具。本章探討如何利用軟X射綫吸收譜研究生物大分子（如蛋白質、DNA）的構象變化、藥物載體的釋放機製。同時，介紹同步輻射在生物醫學成像領域的突破，特彆是高分辨率的相位襯度成像技術，及其在組織病理分析中的潛力。 第八章：先進催化劑的錶徵與機理探究 催化反應是理解化學轉化的核心。本章著重闡述如何利用同步輻射技術解析多相催化劑的真實工作狀態。通過原位/反應中X射綫吸收譜（Operando XAS）和譜學技術，能夠精確鎖定活性位點的電子結構、幾何結構隨反應氣氛和溫度的變化規律。內容將涵蓋貴金屬催化劑、單原子催化劑以及非金屬催化體係的結構-活性關係解析。 第九章：復雜氧化物與多鐵性材料研究 復雜氧化物因其豐富的電子耦閤現象（如電荷序、軌道序、磁序的耦閤）而備受關注。本章介紹如何利用同步輻射的二維探測能力（如二維X射綫散射，2D-XRD/SAXS）來捕獲材料中的多尺度結構關聯。重點討論如何利用散射技術揭示缺陷工程對鈣鈦礦、鐵電體和磁性材料性能的調控機製，以及利用吸收譜研究電荷轉移的細節。 總結與展望 本書最後總結瞭同步輻射技術在解析材料科學中基礎問題和工程應用中所扮演的關鍵角色。展望未來，同步輻射技術的進一步發展，特彆是自由電子激光（FEL）的應用，將開闢對超快過程和瞬態化學反應的直接觀測，為材料設計提供前所未有的工具箱。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計著實吸引人，那種深邃的藍色調，配上簡潔有力的字體，一下子就讓人覺得這是一本嚴肅、專業的學術著作。我迫不及待地翻開目錄，希望能找到一些關於實驗技術和前沿應用的深度解析。然而，當我真正開始閱讀時，卻發現內容似乎更偏嚮於理論基礎的宏觀概述，對於那些渴望立刻上手操作、瞭解具體實驗流程的讀者來說，可能會感到有些意猶未盡。比如，在講解X射綫衍射原理時，作者用瞭很多篇幅來闡述晶體學的基礎概念，這對於初學者固然有益，但對於已經有一定物理背景的讀者來說，可能顯得有些冗長。我期待能看到更多關於同步輻射光源特性的細緻描述，例如不同能量光束綫的實際應用案例，以及如何根據不同的實驗需求選擇閤適的設備參數。書中的圖示雖然清晰，但大多是示意性的，缺乏一些高分辨率的實驗數據圖譜來佐證理論的有效性，這使得內容在說服力上略顯不足，希望未來再版時能加入更多真實的、有代錶性的研究成果展示。總的來說，它像是一塊堅實的地基，為後續的學習打下瞭基礎，但上層建築的細節描繪還不夠豐滿。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和印刷質量令人稱道，紙張的觸感和字體的清晰度都達到瞭很高水準，長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞，這對於一本工具性質的教材來說至關重要。不過，在細節的處理上，我發現瞭一些令人睏惑的地方。例如，全書的術語錶似乎不夠完整，一些在正文中首次齣現的、略顯生僻的縮寫詞，在首次齣現時沒有立即給齣全稱解釋，這迫使我不得不頻繁地前後翻閱查找，打斷瞭閱讀的連貫性。另外，書中對不同研究團隊的引用方式也顯得比較零散，缺乏一個集中的、係統性的參考文獻列錶來支持每一個章節的論述。雖然在章節末尾有參考文獻，但結構不夠統一，有些地方引用的是綜述，有些是原始論文，對於想要進一步鑽研特定課題的讀者來說，檢索起來有些不便。總體而言，這是一本製作精良的書籍，但在提升用戶友好性，尤其是對初次接觸該領域的學習者，尚有優化空間。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容深度無疑是毋庸置疑的，它試圖構建一個涵蓋從基本原理到部分應用的全景圖。但這種“大而全”的策略，在特定領域帶來的後果就是“廣而不深”。例如，在介紹同步輻射在材料科學中的應用時，它泛泛地提到瞭半導體、催化劑、高分子等多個方嚮，但每一個方嚮都隻是點到為止，沒有提供任何一個深入的、可以作為案例研究的完整流程。我期望能看到一篇詳細的“從樣品製備到數據分析，再到結果解釋”的完整流程敘述，哪怕隻聚焦於一個具體的材料問題。書中缺少對實驗中常見“陷阱”的討論，比如如何判斷樣品是否受到輻射損傷、如何校準探測器的非綫性響應等這些在實際工作中至關重要但又往往被教科書忽略的經驗性知識。因此，這本書更適閤作為教師在課堂上講解框架概念的輔助材料，而不是作為學生在實驗室遇到問題時可以立即找到解決方案的“急救手冊”。其知識的完整性有餘，而其實用指導性則略顯不足。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，就像是在進行一場漫長而細緻的學術攀登，每一步都走得踏實，但過程略顯緩慢。我特彆欣賞作者在曆史背景和發展脈絡上的梳理，對於理解同步輻射技術從誕生到成熟的各個關鍵節點，提供瞭非常清晰的時間綫索。然而，當我翻到關於最新技術的章節時，發現內容更新的速度似乎沒有跟上領域飛速發展的步伐。例如，關於軟X射綫成像技術的一些突破性進展，書中的描述顯得有些滯後，未能完全涵蓋近幾年內發錶的一些具有裏程碑意義的工作。此外，對於一些新興的研究方嚮，比如結閤人工智能進行數據解析或者在生物醫學成像中的新興應用，書中的介紹相對保守，多是淺嘗輒止，缺乏深入的探討和前瞻性的預測。這讓我感覺到，這本書更像是對“經典同步輻射”的一個權威總結，而非對“未來同步輻射”的一次大膽展望。對於希望瞭解行業最前沿動態的讀者，可能需要配閤大量的期刊文獻來補充信息。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文風格非常嚴謹，可以說是教科書的典範，每一個論述都遵循著邏輯的嚴密推導，讓人不得不佩服作者在知識體係構建上的功力。但這種過度追求邏輯嚴密性的做法，也使得閱讀體驗在某些章節變得有些枯燥。舉個例子，在介紹光束綫設計時，對各個光學元件的耦閤效率的數學推導占據瞭相當大的篇幅，這些公式固然是理解核心原理的關鍵，但如果能穿插一些形象的比喻或者簡短的工程實例來輔助理解，效果可能會好很多。我個人感覺，作者在“教人如何思考”和“展示具體如何操作”之間，更偏嚮於前者。對於我這種更關注實際操作層麵，比如如何進行數據采集、如何處理高背景噪聲等實際工程問題的讀者來說，這本書提供的指導相對間接。書中對數據分析部分的著墨不多，多數情況下隻是提到瞭需要用到特定的軟件或算法，但並未深入講解如何利用這些工具解決實際遇到的難題，這使得這本書更像是一部理論參考手冊，而非一本實用的“工具書”。

評分☆☆☆☆☆

中科大的老師編寫的，很詳細的書，有用

評分☆☆☆☆☆

很專業的教材，內容比較細緻

評分☆☆☆☆☆

書很好，內容也全麵。深度一般，看這本書的肯定有一定基礎瞭，可以做參考書

評分☆☆☆☆☆

整體感覺還可以，不過還沒有仔細看

評分☆☆☆☆☆

不錯不錯

評分☆☆☆☆☆

很專業的教材，內容比較細緻

評分☆☆☆☆☆

上學時學過一點，溫故而知新

評分☆☆☆☆☆

東西不錯，值得購買，不錯

評分☆☆☆☆☆

很好的教材，是我需要的。