材料科学与工程实验系列教材：材料现代分析测试实验教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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潘清林 等 编

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• 分析测试
• 实验教程
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• 现代分析
• 测试技术
• 实验教学

出版社： 冶金工业出版社 ， ， ，

ISBN：9787502456689

版次：1

商品编码：10843389

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-08-01

用纸：胶版纸

页数：191

字数：309000

编辑推荐

荟材料实验之经典、拓学生创新之潜力！数十所高校参与、多家出版社联合打造、材料科学与工程实验教学研究会倾力推荐！

内容简介

《材料科学与工程实验系列教材：材料现代分析测试实验教程》主要介绍了材料现代分析测试的实验方法、技术和手段，内容包括材料x射线衍射分析、电子显微分析以及能谱、波谱与光谱分析等34个典型的和共性的实验。每个实验既阐明了实验目的、基本原理与实验内容，又介绍了实验仪器设备、实验步骤与方法，同时提出了对实验报告的要求，旨在为材料现代分析测试的实验教学提供指导。
《材料科学与工程实验系列教材：材料现代分析测试实验教程》可作为高等院校材料科学与工程专业本科生和研究生的实验指导书，也可供从事材料分析检测的科技人员和相关专业的工程技术人员参考。

内页插图

目录

第一章 X射线衍射分析
实验1X射线衍射仪的结构、原理与使用
实验2物相定性分析
实验3物相定量分析
实验4点阵常数的精确测量
实验5微观应力与亚晶尺寸的测量
实验6表面残余应力（宏观内应力）的测量
实验7织构的测定
实验8非晶态材料结构径向分布函数的测定

第二章 电子显微分析
实验9扫描电镜的结构、工作原理及使用
实验10扫描电镜的二次电子像及断口形貌分析
实验11扫描电镜的背散射电子像及高倍组织观察
实验12背散射电子衍射分析
实验13透射电镜的结构、成像原理及使用
实验14透射电镜样品的制备
实验15透射电镜典型组织的观察
实验16选区电子衍射及相机常数的测定
实验17TEM分析中高分辨像的成像操作与观察

第三章 能谱、波谱与光谱分析
实验18能谱仪的结构、原理及使用
实验19块状试样的x射线能谱分析
实验20薄试样的x射线能谱分析
实验21X射线光电子能谱分析
实验22俄歇电子能谱分析
实验23波谱仪的结构、原理及应用
实验24核磁共振波谱分析
实验25等离子体原子发射光谱分析
实验26红外光谱分析
实验27激光拉曼光谱分析

第四章 其他现代材料分析
实验28电子探针的结构、原理及应用
实验29扫描探针显微镜分析
实验30原子力显微镜分析
实验31综合热分析
实验32纳米压痕分析
实验33激光粒度分析与Zeta电位测量
实验34正电子在材料中湮没的寿命测量与分析
附录
附录1常用基本物理常数
附录2各种点阵的结构因子
附录3多晶体衍射的多重性因子
附录4常用各种类型的电解减薄液和减薄条件
附录5常见晶体的标准电子衍射花样
附录6红外光谱常用表
附录7核磁共振常用图表
参考文献

精彩书摘

三、PDF卡片检索方法
现代x射线衍射系统都配备有自动检索系统，通过图形对比方式检索样品中的物相（如MDIJade，EVA软件等）。PDF卡片检索的步骤包括：
（1）给出检索条件。检索条件主要包括检索子库、样品中可能存在的元素等。‘
1）检索子库。PDF卡片按物质的种类分为：无机物、矿物、合金、陶瓷、水泥、有机物等多个子数据库。检索时，可以按测量样品的种类，适当选择在一个或几个子库内检索，以缩小检索范围，提高检索的命中率。
2）样品的元素组成。在做x射线衍射实验前应当先检查样品中可能存在的元素种类。在PDF卡片检索时，选择可能存在的元素，以缩小元素检索范围。
3）其他检索条件。包括PDF卡片号、样品颜色、文献出处等十几种辅助检索条件。检索时应当尽可能利用这些检索条件，以缩小检索范围，提高检索的命中率。
（2）计算机按照给定的检索条件对衍射线位置（角度）和强度进行匹配，计算匹配品质因数（FOM）。匹配品质因数的定义为：完全匹配时，FOM=0，完全不匹配时，FOM=100。将匹配品质因数最小的前100种物相列出一个表。
（3）操作者观察列表中各种物相（PDF卡片）与实测x射线谱的匹配情况作出判断。检定出一定存在的物相。一般来说，判断一个物相是否存在有三个条件：1）PDF卡片中的峰位与测量谱的峰位是否匹配。换句话说，一般情况下PDF卡片中出现的峰的位置，样品谱中必须有相应的峰与之对应，即使三条强线对应得非常好，但有另一条较强线位置明显没有出现衍射峰，也不能确定存在该相。除非能确定样品存在某种明显的择优取向，此时需要另外考虑择优取向问题。但是，对于一些固溶样品，峰位可能会向某一衍射角方向偏移，此时只要峰位移动后是匹配的，也应当确定有该物相存在。
2）卡片的峰强比与样品峰的峰强比要大致相同。例外的情况，如加工态的金属块状样品，由于择优取向存在，导致峰强比不一致，因此，峰强比仅可作参考。特别是一些强织构样品、薄膜样品，某些衍射峰的强度匹配出现异常，甚至某些方向的衍射不会出现。
3）检索出来的物相包含的元素在样品中必须存在。例如，如果检索出一个FeO相，但样品中根本不可能存在Fe元素，则即使其他条件完全吻合，也不能确定样品中存在该相，此时可考虑样品中存在与FeO晶体结构大体相同的某相。
对于无机材料和黏土矿物，一般参考“特征峰”来确定物相，而不要求全部峰的对应，因为一种黏土矿物中包含的元素也可能不同，结构上也可能存在微小的差距。[实验步骤与方法]实例：有一未知粉体样品，经化学分析，样品中含有金属元素ca和zn。需要鉴定物相。分析选择界面如图2-3所示。
……

前言/序言

材料现代分析测试实验教程 内容概述 本书是一部系统介绍材料分析测试核心技术与方法的实验教材，旨在为材料科学与工程专业的学生提供扎实的实验技能与理论基础。全书围绕材料的微观结构、表面性质、宏观力学性能以及热学、电学等物理性能的分析测试展开，涵盖了现代材料分析测试领域最常用、最关键的技术手段。 重点内容解析 显微分析技术： 光学显微镜（OM）与扫描电子显微镜（SEM）： 详细阐述了两种显微镜的成像原理、样品制备、操作流程与数据解读。学生将学习如何通过光学显微镜观察材料的宏观形貌、晶粒尺寸、相分布等，并掌握利用SEM进行高分辨率形貌观察、二次电子成像、背散射电子成像，以及初步了解SEM的能谱分析（EDS）原理，初步掌握分析材料表面元素组成的技能。 透射电子显微镜（TEM）： 深入介绍TEM的电子衍射、成像原理，重点讲解样品制备的关键步骤（如离子减薄、聚焦离子束FIB制样），以及如何通过TEM观察材料的晶格缺陷（如位错、晶界）、纳米结构，并通过电子衍射花样分析材料的晶体结构和取向。 谱学分析技术： X射线衍射（XRD）： 详细讲解X射线与晶体物质的相互作用原理，包括布拉格方程、衍射峰的来源与意义。实验内容涵盖多晶粉末XRD、薄膜XRD，重点在于如何通过XRD确定材料的物相组成、晶体结构、晶粒尺寸、微观应力以及择优取向。 X射线光电子能谱（XPS）： 介绍XPS的基本原理，即利用光子轰击样品表面，激发核心电子并测量其动能，从而获得样品表面元素的化学态信息。实验教学将引导学生理解XPS谱图的构成，学会识别不同元素的化学位移，分析材料表面的化学组成与价态分布，尤其适用于表面改性、腐蚀产物分析等。 俄歇电子能谱（AES）： 阐述AES的激发与退激发过程，特点是具有较高的空间分辨率，适合进行表面成分的微区分析和深度剖析。实验将教授如何操作AES仪器，进行点扫描、线扫描分析，并理解其在分析材料表面污染物、界面成分等方面的应用。 傅里叶变换红外光谱（FTIR）： 讲解分子振动与红外辐射的相互作用原理，以及FTIR的光谱分析方法。学生将通过FTIR实验分析高分子材料的官能团、识别有机化合物，并初步了解其在材料组成鉴定、结构分析中的应用。 表面分析技术： 原子力显微镜（AFM）： 介绍AFM的工作原理，包括接触模式、非接触模式和轻敲模式，以及探针与样品表面的相互作用。实验将教授如何进行样品表面形貌的二维、三维成像，测量表面粗糙度、高度信息，并初步了解AFM在测量材料表面力学性能（如硬度、弹性模量）方面的潜力。 聚焦离子束（FIB）： 重点介绍FIB的离子束成像、离子束刻蚀、离子束沉积等功能。实验内容将涵盖利用FIB进行高精度样品切割、聚焦制备TEM样品、实现表面纳米结构的加工与修复。 力学性能测试： 拉伸/压缩试验： 详细介绍金属、陶瓷、高分子材料的宏观力学性能测试方法，包括应力-应变曲线的测量、屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量等关键参数的测定。重点在于理解加载方式、样品几何形状对测试结果的影响，以及掌握数据处理和报告撰写。 硬度测试： 介绍洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等常用硬度测试方法的原理与操作。学生将学会根据材料类型选择合适的硬度计，并理解硬度与材料其他性能之间的关联。 疲劳与断裂韧性测试： 简要介绍疲劳断裂和断裂韧性测试的基本概念与实验方法，为学生理解材料在循环载荷和存在缺陷下的失效行为奠定基础。 热分析技术： 差示扫描量热法（DSC）： 讲解DSC的测量原理，即测量样品与参比物质在程序升降温过程中热量差。实验将引导学生识别材料的玻璃化转变温度、熔点、结晶温度、相变温度，并分析其热稳定性和相容性。 热重分析（TGA）： 介绍TGA测量样品随温度变化质量变化的方法。学生将通过TGA实验测定材料的热分解温度、挥发分含量，分析材料的热稳定性与分解机理。 其他关键测试： 电学性能测试： 简要介绍材料的电阻率、介电常数、导电性等基本电学性能的测试原理与方法，为理解功能材料的设计与应用提供基础。 表面粗糙度测量： 介绍表面粗糙度参数（如Ra、Rq）的意义，并介绍台阶仪等仪器的工作原理与应用。 实验设计特色 本书的实验设计注重理论联系实际，每个实验都包含详细的实验目的、实验原理、实验仪器介绍、实验步骤、数据处理与分析方法，以及预习与思考题。实验内容循序渐进，从基础的显微观察到复杂的谱学分析，力求让学生在动手实践中深刻理解材料的结构-性能关系。同时，书中还提供了典型的实验数据与分析结果，供学生参考和对比。 适用对象 本书适用于高等院校材料科学与工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、纳米材料与技术等相关专业的本科生和研究生。也可作为材料科研人员和工程技术人员进行材料分析测试的参考手册。 学习目标 通过本教程的学习，学生将能够： 1. 熟练掌握多种现代材料分析测试仪器的操作规程。 2. 能够根据材料的性能需求，选择合适的分析测试方法。 3. 能够独立完成典型的材料分析测试实验，并准确记录实验数据。 4. 能够对实验数据进行初步的定性与定量分析，并得出合理的结论。 5. 初步理解各种分析测试技术背后的科学原理。 6. 培养严谨的实验态度和创新精神。 结语 “材料现代分析测试实验教程”不仅是一本实验指导书，更是一扇通往材料微观世界与宏观性能的窗口。通过本书的学习，期望能够帮助广大师生在材料的探索之路上，掌握科学的分析手段，洞察材料的本质，为材料的创新与应用奠定坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的优点之一，在于它并没有将各种分析测试技术孤立地讲解，而是巧妙地将它们有机地联系起来，形成一个完整的材料分析测试体系。它不仅仅是在某个章节介绍某一门技术，更是在不同的实验场景下，反复提及和应用多种分析方法，并强调它们之间的互补性。 比如，在讲解扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）联用时，它并没有仅仅停留在SEM观察形貌、EDS分析元素组成这两个基础功能上，而是深入地探讨了如何利用SEM的二次电子像和背散射电子像来区分不同相区，再结合EDS对这些区域进行定量或定性分析，从而揭示材料的微观组织和化学成分的分布关系。书中的一些案例，将SEM-EDS与X射线衍射（XRD）结合起来，通过XRD确定物相，再通过SEM-EDS分析各相的化学成分，甚至还能进一步分析晶粒尺寸和晶体结构信息，这种多技术联用的分析思路，对于理解复杂材料体系至关重要。 我曾经遇到过一个挑战，就是如何准确地判断一个未知材料的主要组成相以及它们的微观分布。以前，我可能会分别做XRD和SEM-EDS，然后自己拼凑信息。但通过学习这本书，我开始学会如何系统性地思考，先通过XRD大致确定主要的物相，然后有针对性地利用SEM-EDS去扫描关键区域，甚至利用一些高级的SEM功能，如形貌衬度成像，来更清晰地区分不同相，再结合EDS进行精确的元素分析。这种融会贯通的学习方式，极大地提升了我解决复杂材料问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书在“实验设计与优化”方面的指导。很多时候，我们拿到一个分析测试仪器，只是知道如何操作，但却不知道如何根据自己的研究目的，设计出最合理的实验方案，以获得最有价值的数据。这本书在这方面提供了非常实用的建议。 比如，在讲解扫描隧道显微镜（STM）时，它不仅介绍了STM的工作原理，还详细说明了在不同应用场景下，如何选择合适的扫描模式（例如，恒高模式和恒流模式），如何优化扫描电压和反馈增益，以获得清晰的原子级分辨率图像。书中还提到了，在进行表面吸附研究时，需要注意样品表面的清洁度、气体分压的控制等因素，并提供了相应的实验步骤和注意事项。 这种注重实验细节和优化过程的讲解，让我认识到，做科学实验不仅仅是“动手”，更需要“动脑”。如何通过合理的实验设计，最大限度地减少误差，提高数据的可靠性，从而更有效地解决科学问题，是每一个研究者都需要掌握的关键技能。这本书无疑为我在这方面提供了宝贵的指导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，在我看来，是材料科学与工程领域的一大福音，尤其对于我这样正在不断深入学习和探索的学生而言。它不仅是一本教材，更像是一本“百科全书”式的实验指导手册，涵盖了从基础原理到实际操作，再到数据解读的方方面面。我曾经在学习一些高级的材料表征技术时，例如原子探针断层扫描（APT）和原子力显微镜（AFM）的高级应用，感到非常吃力，因为这些技术对操作和数据处理的要求都非常高。 但这本书中的相关章节，用清晰易懂的语言，配合大量的图示和案例，将这些复杂的技术分解开来，让原本高不可攀的知识变得触手可及。它详细介绍了APT如何实现三维原子尺度的化学成分分析，以及AFM如何实现表面形貌、硬度和摩擦力等多种物性的测量。最让我印象深刻的是，书中还讨论了如何通过这些先进的技术，来研究纳米材料的界面特性、缺陷分布以及表面扩散行为，这些都是理解和设计高性能纳米材料的关键。 这本书让我深刻认识到，材料科学与工程的发展，离不开先进的分析测试技术的支撑。只有掌握了这些技术，我们才能更深入地了解材料的本质，才能更有效地设计和制备出具有特定功能的材料。这本书无疑为我打开了通往材料科学前沿研究的大门。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，《材料现代分析测试实验教程》这本书最令人称道之处，在于它对“实验数据解读”的深度挖掘。很多教材只是告诉我们如何操作仪器，如何得到数据，但对于如何“看懂”数据，如何从数据中提取有价值的信息，却往往语焉不详。这本书则在这方面做得非常出色，它不仅仅是给出了标准的谱图和图像，更重要的是，它详细解释了谱图上每一个峰、每一个形貌特征背后的物理意义。 以红外光谱（IR）为例，它详细介绍了不同官能团在红外光谱中对应的吸收峰位置和强度，并且列举了大量不同有机和无机材料的红外光谱图，并对主要的吸收峰进行了详细的归属分析。我曾经在进行聚合物改性实验时，对改性前后聚合物的红外光谱图感到困惑，不知道哪些峰的变化是由于成功的改性引起的。通过对照书中的案例，我能够清晰地辨认出新出现的吸收峰，以及原有吸收峰的强度变化，并由此判断出改性剂的引入和聚合物链段的变化，从而评估改性效果。 更让我印象深刻的是，书中的实验部分还包含了对实验误差的分析和讨论。它会提醒读者，在分析数据时，要考虑到仪器的精度、样品的均一性、操作的规范性等因素可能带来的误差，并给出了如何评估和减小这些误差的方法。这种严谨的科学态度，对于培养一个合格的材料科学家来说，是至关重要的。

评分☆☆☆☆☆

这本书中最让我感到惊喜的一点，是它对“计算材料学”与实验分析的融合所做的探讨。在过去，我总是将计算模拟和实验测量视为两个相对独立的领域。但这本书通过一些案例，展示了如何将两者结合起来，发挥各自的优势，从而更全面地理解材料的性质。 例如，在讲解衍射技术时，书中提到了如何利用理论计算获得的晶体结构数据，来模拟产生XRD谱图，并与实验测得的谱图进行比对，从而更准确地解析材料的晶体结构。又比如，在讨论材料的力学性能时，书中也提到了一些计算模拟的方法，可以用来预测材料在不同载荷下的应力分布和变形行为，而这些计算结果可以通过电子显微镜观察到的微观形貌变化来验证。 这种理论与实验相结合的分析方法，让我看到了材料科学研究的未来发展方向。它不仅仅是简单地验证理论，更是通过实验数据来指导和修正计算模型，并通过计算模拟来预测实验结果，从而加速新材料的发现和设计。这种跨学科的融合，极大地拓展了我对材料研究的视野。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的不仅仅是知识上的增长，更是一种思维方式的转变。在学习材料科学的过程中，我常常会感到困惑，为什么同样的材料，在不同的条件下，性能会表现出如此大的差异？这本书通过对各种现代分析测试技术的详细介绍，让我明白，要深入理解材料的宏观性能，就必须从微观层面入手，去探究其原子结构、晶体结构、微观形貌、相组成等微观特性。 例如，在讲解“表面分析技术”时，它详细介绍了X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）等技术，并解释了它们如何能够分析材料表面的元素组成和化学态。我曾经在研究催化剂性能时，发现催化剂的活性与催化剂表面的活性位密切相关。通过学习书中关于XPS的知识，我了解到，XPS可以精确地分析催化剂表面活性位点的化学状态，从而为优化催化剂的制备工艺提供指导。 这本书让我明白，材料的性能不是凭空产生的，而是其微观结构、化学成分、表面状态等多种因素共同作用的结果。只有通过现代分析测试技术，我们才能深入了解这些微观因素，并进而理解和调控材料的宏观性能。这种从微观到宏观的分析思路，对我今后的学习和研究，有着深远的影响。

评分☆☆☆☆☆

这本书中关于“材料表征技术在失效分析中的应用”的章节，对我来说具有非常重要的现实意义。我曾经参与过一个项目，需要分析一种金属部件在长期服役后出现早期失效的原因。在读到这本书的这一章之前，我对于如何系统地进行失效分析感到迷茫。 书中详细介绍了如何利用各种分析测试技术，如扫描电子显微镜（SEM）配合能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）、金相显微镜等，来研究失效件的断口形貌、腐蚀产物、组织结构变化等。它还提供了一些失效模式的典型案例，比如疲劳断裂、应力腐蚀开裂、过载断裂等，并解释了如何在失效件上选择合适的分析区域，以及如何从分析结果中推断出失效的原因。 通过学习这一章，我开始能够系统地思考失效分析的整个过程，从宏观检查到微观分析，从化学成分分析到组织结构分析。这不仅帮助我理解了失效件是如何失效的，更重要的是，它为我提供了解决类似失效问题的方法和思路，让我能够更有信心地面对实际工程中的挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的启发，在于它打破了我以往对材料分析测试的刻板印象，让我看到了这些技术在解决实际工程问题中的巨大潜能。在接触这本书之前，我总觉得这些分析测试技术只是实验室里的“摆设”，更多的是为了发表论文或者进行基础研究。但这本书中的大量实例，都紧密联系着实际的材料应用，让我看到了这些技术是如何帮助工程师们解决实际工程中的难题的。 例如，在“无损检测技术”这一章中，它详细介绍了超声波检测、射线检测等技术在材料缺陷检测、结构完整性评估方面的应用。书中还列举了一些具体的案例，比如如何利用超声波检测来判断焊接件内部是否存在气孔或裂纹，如何利用X射线成像来检查复合材料内部的脱层或空洞。这些内容让我深刻体会到，现代分析测试技术不仅仅是科学研究的工具，更是保障工程安全、提高产品质量的关键手段。 我曾参与过一个项目中，需要对一批服役多年的金属构件进行性能评估，以判断其是否仍能继续使用。书中关于疲劳裂纹的检测和表征的内容，给了我很大的启发。我开始思考，除了传统的力学性能测试，是否可以通过一些无损检测技术，提前发现构件内部可能存在的微裂纹，从而更有效地进行风险评估。这本书让我看到了材料分析测试技术更广阔的应用前景，也激发了我探索这些技术在工程实践中更多可能性的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最深刻的印象，莫过于它在“电子显微镜技术”这一章中对样品制备的详尽阐述。我之前一直认为，只要把样品放在电子显微镜下面就能直接观察，但这本书让我认识到，对于透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）来说，样品的制备几乎是决定实验成败的关键。它详细介绍了薄膜样品、粉末样品、块体样品在TEM和SEM下的不同制备方法，比如聚焦离子束（FIB）制样、电解抛光、机械抛光、碳膜蒸镀等等，并详细说明了每种方法适用的材料类型、优缺点以及操作注意事项。 我曾经因为样品制备不当，在SEM下看到的图像总是模糊不清，甚至有大量的伪影，极大地影响了我对材料微观形貌的判断。读到这一章后，我才意识到，原来是我的样品表面没有处理干净，或者碳膜蒸镀得太厚。书中还提供了大量的图片，展示了不同样品制备方法可能出现的缺陷，以及如何避免这些缺陷。通过学习这些内容，我开始能够自己动手，根据不同的材料，选择最合适的制备方法，并一步一步地完成高质量的样品，最终在SEM下看到了清晰、逼真的材料微观形貌，甚至还能观察到纳米级别的结构。

评分☆☆☆☆☆

这本《材料科学与工程实验系列教材：材料现代分析测试实验教程》的出版，简直是我在材料领域学习和研究生涯中的一道曙光，尤其是在我初次接触到如此精细和复杂的材料表征技术时，更是给了我极大的信心。在此之前，我对各种光谱、衍射、显微等分析手段都只是停留在概念层面，知道它们的存在，知道它们能做什么，但具体到操作层面，如何设置参数，如何解读谱图，如何避免常见的错误，都像是笼罩着一层迷雾。这本书的出现，则像一位循循善诱的老师，一步一步地将我从理论的海洋引向了实践的岸边。 就拿我最头疼的X射线衍射（XRD）实验来说吧，我一直觉得它的原理听起来很酷，通过晶体对X射线的衍射来分析晶体结构，但实际操作起来，样品的制备、仪器的对中、扫描速率的选择，以及最终谱图上那些杂乱的峰，究竟代表了什么，我总是感到无从下手。这本书里，不仅仅是简单地罗列了XRD的基本原理，而是将整个实验流程拆解得细致入微，从样品处理的细枝末节，到仪器操作的每一个旋钮和按钮，都进行了清晰的讲解。更重要的是，它还给出了大量不同材料体系的典型XRD谱图，并详细分析了峰的位置、强度、宽度等信息与材料晶体结构、相组成、晶粒尺寸、内应力等性质之间的关系。我记得我曾在一个晚上，对着书中的案例，对照自己刚刚做出的铜的XRD谱图，反复比对，终于找到了那些代表不同取向的衍射峰，那一刻的成就感，是任何书本上的理论知识都无法比拟的。