《材料现代测试技术》主要内容包括：X 射线衍射分析(X 射线衍射概述与原理、X射线衍射方法与数据、X射线衍射物相分析与应用)，电子显微分析(电子显微学基本概念、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子探针显微分析)，热分析技术(差热分析与差示扫描量热法、热重分析与微商热重法、其他热分析方法)，光谱分析(X 射线荧光光谱分析、紫外-可见光谱分析、红外吸收光谱分析、拉曼光谱分析、核磁共振波谱分析)，材料性能与测试技术(材料的力学性能与测试技术、材料的热学性能与测试技术、材料的光学性能与测试技术、材料的电学性能与测试技术、材料的磁学性能与测试技术)，其他测试分析方法(质谱分析、表面化学分析、无损检测)。
本书专业覆盖面广、应用实例多，具有材料类各专业的普适性与先进性特点，且每章后面均有思考题与练习题。本书可作为高等学校材料科学与工程中无机非金属材料、金属材料、高分子材料、生物材料、电子材料、光电材料、功能材料、复合材料等方向本科生、研究生的教材，也可作为教学、科研、实验实践、生产管理等相关人员的参考书。

第1篇 X 射线衍射分析
1 X 射线衍射概述与原理002
1.1 概述 002
1.1.1 X射线衍射分析技术的发展 002
1.1.2 X射线应用技术简介 003
1.2 X 射线物理基础 004
1.2.1 X射线的性质 004
1.2.2 X射线的产生 006
1.2.3 X射线的种类 009
1.2.4 X射线与物质的相互作用 014
1.3 X 射线衍射原理 016
1.3.1 X射线在晶体中的衍射 016
1.3.2 X射线衍射方程 017
思考题与练习题 019
参考文献 020

2 X 射线衍射方法与数据021
2.1 X 射线衍射方法 021
2.1.1 单晶衍射分析方法 021
2.1.2 多晶衍射分析方法 026
2.2 X 射线衍射数据 036
2.2.1 衍射方向 036
2.2.2 衍射强度 036
2.2.3 衍射数据的确定和表示 040
思考题与练习题 042
参考文献 042

3 X 射线衍射物相分析与应用044
3.1 X 射线物相定性分析 044
3.1.1 标准衍射数据资料简介 045
3.1.2 物相定性分析方法及步骤 050
3.1.3 计算机自动检索方法 052
3.2 X 射线物相定量分析 054
3.2.1 物相定量分析原理 054
3.2.2 物相定量分析方法 056
3.3 X 射线衍射分析应用 063
3.3.1 X射线衍射分析的主要应用 063
3.3.2 X射线衍射分析的其他应用 064
思考题与练习题 068
参考文献 069


第2篇 电子显微分析
4 电子显微学基本概念071
4.1 电子显微镜发展简史 071
4.2 分辨率 071
4.3 电子的基本性质及与物质的相互作用 073
4.3.1 电子的弹性散射 074
4.3.2 电子的非弹性散射 076
4.4 电磁透镜及其像差 078
4.4.1 球差 079
4.4.2 色差 079
4.4.3 衍射差 079
4.4.4 像散 080
4.5 景深和焦深 080
4.6 衍射 081
思考题与练习题 082
参考文献 082

5 扫描电子显微镜083
5.1 扫描电子显微镜的发展和特点 083
5.2 扫描电子显微镜的基本结构和原理 084
5.2.1 基本原理 084
5.2.2 扫描电镜的工作方式 085
5.2.3 扫描电镜的结构 086
5.3 扫描电镜像的衬度形成原理 091
5.3.1 二次电子发射规律及其成像衬度 092
5.3.2 背散射电子发射规律及其成分衬度 096
5.3.3 吸收电子像的成分衬度 099
5.3.4 扫描透射电子像 099
5.3.5 阴极荧光像 100
5.3.6 电子通道衬度像 100
5.4 扫描电镜图像质量与操作要点 101
5.4.1 衬度阈 101
5.4.2 分辨率限度 102
5.4.3 电子束斑直径与电流的关系 105
5.4.4 操作要点 105
5.5 低真空与环境扫描电镜 109
5.5.1 低真空扫描电镜原理与特点 109
5.5.2 仪器 110
5.5.3 操作 111
5.5.4 环境扫描电镜概念 112
5.6 低电压技术 116
5.6.1 优点 116
5.6.2 限度 118
5.6.3 仪器 119
5.6.4 操作 120
5.7 电子背散射衍射技术 121
5.7.1 原理 122
5.7.2 装置 122
5.7.3 应用 123
5.7.4 限度与措施 124
5.7.5 几种衍射技术的比较 125
思考题与练习题 126
参考文献 126

6 透射电子显微镜127
6.1 透射电子显微镜的基本结构 127
6.1.1 照明系统 128
6.1.2 成像系统 135
6.1.3 像的观察与记录系统 141
6.1.4 真空系统和样品杆 146
6.2 透射显微术电子像衬度原理 150
6.2.1 质厚衬度 151
6.2.2 衍射衬度 152
6.2.3 相位衬度 153
6.2.4 TEM 中的电子衍射 156
6.2.5 倒易点阵 161
6.2.6 衍射花样与晶体几何关系 162
6.2.7 选区电子衍射 163
6.2.8 选区衍射的操作 164
6.2.9 电子衍射的计算机分析 164
6.2.10 电子衍射谱 165
6.3 新型分析电子显微术及其应用 167
6.3.1 扫描透射电子显微术 167
6.3.2 电子能量损失谱及其分析 171
6.3.3 原位透射电子显微分析 175
6.3.4 三维重构的原理及其应用 179
6.3.5 冷冻电镜技术 182
思考题与练习题 184
参考文献 185

7 电子探针显微分析187
7.1 X 射线能谱仪基础知识 187
7.2 X 射线的产生和与物质的相互作用 187
7.2.1 临界激发能Ec 188
7.2.2 特征X射线辐射 188
7.2.3 特征X射线的能量和波长 188
7.2.4 电子壳层与跃迁 189
7.2.5 特征X射线的命名和谱线系 189
7.2.6 谱线的权重 189
7.2.7 特征X射线产额 191
7.2.8 连续谱X射线辐射 191
7.2.9 X射线吸收与二次发射 192
7.3 X 射线能谱仪 192
7.3.1 仪器结构 192
7.3.2 工作原理 193
7.4 X 射线能谱仪应用软件 196
7.5 X 射线分析限度 196
7.6 X 射线能谱仪分析技术 198
7.6.1 与采谱有关的参数 198
7.6.2 定性分析 201
7.6.3 定量分析 205
7.6.4 能谱仪与波谱仪的比较 209
思考题与练习题 211
参考文献 212


第3篇 热分析技术
8 差热分析与差示扫描量热法214
8.1 差热分析的基本原理 214
8.2 差热分析曲线的术语及几何要素 216
8.3 影响DTA 曲线的因素 218
8.4 差热分析的应用 224
8.5 差示扫描量热法 228
思考题与练习题 229
参考文献 229

9 热重分析与微商热重法230
9.1 热重分析与微商热重法的定义 230
9.2 热重曲线及影响因素 231
9.2.1 热重曲线及其几何要素 231
9.2.2 影响热重曲线的主要因素 232
9.3 热重分析方法的应用 233
思考题与练习题 237
参考文献 237

10 其他热分析方法238
10.1 热膨胀分析法 238
10.2 热机械分析法 240
10.3 热释光法 242
10.4 热分析的联用技术 243
10.5 综合热分析技术在材料研究中的应用（数字内容） 244
10.5.1 部分综合热分析规律与样品物理化学变化的对应关系 244
10.5.2 在制定烧成制度方面的应用 244
10.5.3 在矿物合成中的应用 244
10.5.4 在解析干燥、脱脂和排胶过程中的应用 244
10.5.5 判定脱水反应具体过程 244
思考题与练习题 245
参考文献 245


第4篇 光谱分析
11 X 射线荧光光谱分析248
11.1 工作原理 248
11.1.1 X射线与物质的相互作用 248
11.1.2 莫塞莱定律 250
11.1.3 影响荧光强度的因素 250
11.1.4 允许跃迁及谱线命名 251
11.2 仪器结构 253
11.2.1 X射线光源 253
11.2.2 波长色散谱仪 254
11.2.3 能量色散谱仪 256
11.2.4 X射线探测器的种类 256
11.2.5 全反射X射线荧光光谱仪 257
11.2.6 滤光片 258
11.2.7 准直器和通道面罩 258
11.2.8 信号采集及处理系统 258
11.2.9 附属设备 258
11.3 样品制备 258
11.3.1 固体样品 259
11.3.2 液体样品 260
11.4 X 射线荧光光谱分析概述 260
11.4.1 定性及半定量分析 260
11.4.2 定量分析 262
11.4.3 X射线荧光成像 265
11.4.4 全反射X射线荧光分析 265
思考题与练习题 267
参考文献 267

12 紫外-可见光谱分析268
12.1 紫外-可见光谱测试原理 268
12.1.1 紫外-可见吸收光谱中的电子跃迁方式 268
12.1.2 紫外-可见光谱中的常用术语 273
12.1.3 影响因素 276
12.1.4 比尔-朗伯定律 278
12.2 紫外-可见分光光度计及样品制备 278
12.2.1 仪器结构 278
12.2.2 紫外-可见分光光度计的种类 279
12.2.3 样品制备 280
12.2.4 测量条件的选择 280
12.2.5 参比的选择 281
12.2.6 共存离子干扰的消除 281
12.3 紫外-可见光谱的应用 281
12.3.1 结构分析 282
12.3.2 定量分析 282
12.3.3 在半导体材料研究中的应用 285
12.3.4 紫外-可见漫反射谱 286
思考题与练习题 288
参考文献 288

13 红外吸收光谱分析289
13.1 红外吸收光谱概论 289
13.2 红外吸收光谱的基本原理 289
13.2.1 红外光谱的产生和红外光谱区间的划分 289
13.2.2 分子运动能级 290
13.2.3 分子的转动光谱 291
13.2.4 分子的振动光谱 292
13.2.5 振动模式 292
13.2.6 振动频率、基团频率和指纹频率 296
13.2.7 倍频峰与合频峰 296
13.2.8 振动耦合 296
13.2.9 费米共振 297
13.2.10 诱导效应 297
13.2.11 共轭效应 299
13.2.12 氢键效应 300
13.2.13 稀释剂效应 301
13.3 红外吸收光谱仪 301
13.3.1 FTIR光谱仪的基本组成 301
13.3.2 FTIR光谱仪的光学系统 302
13.3.3 红外光谱仪的分辨率 305
13.3.4 近红外光谱仪和近红外光谱 305
13.3.5 远红外光谱仪和远红外光谱 306
思考题与练习题 306
参考文献 308

14 拉曼光谱分析309
14.1 拉曼光谱概论 309
14.2 拉曼光谱分析的基本原理 310
14.3 拉曼光谱仪 314
14.4 拉曼光谱样品的制备 318
思考题与练习题 319
参考文献 319

15 核磁共振波谱分析320
15.1 核磁共振波谱分析的概论 320
15.2 核磁共振波谱的基本原理 321
15.2.1 原子核的自旋和磁矩 321
15.2.2 自旋核在磁场中的取向和能级 322
15.2.3 核的回旋和核磁共振 322
15.2.4 核的自旋弛豫 323
15.3 核磁共振仪和核磁共振谱 324
15.3.1 连续波核磁共振谱仪 324
15.3.2 脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪 325
15.3.3 样品的处理 325
15.3.4 核磁共振图谱 326
15.3.5 核磁共振谱图的分类 326
15.3.6 1H的化学位移 327
15.3.7 自旋偶合和自旋裂分 329
15.3.8 自旋系统及图谱分类 331
15.3.9 核磁共振氢谱的解析 332
15.3.10 核磁共振碳谱 333
15.3.11 核磁共振碳谱的测定方法 334
15.3.12 固体NMR在聚合物结构研究中的应用 337
15.3.13 二维核磁共振谱 338
15.3.14 聚合物的NMR成像技术 340
思考题与练习题 340
参考文献 341


第5篇 材料性能与测试技术
16 材料的力学性能与测试技术343
16.1 材料的力学性能概述 343
16.2 材料弹性阶段的力学性能指标 344
16.3 材料塑性阶段的力学性能指标 346
16.4 材料断裂的力学性能指标 347
16.4.1 材料的静态断裂韧性 347
16.4.2 材料的动态断裂韧性（冲击韧性） 350
16.4.3 材料的时间相关的断裂性能 351
16.5 覆盖层的膜基附着力（结合力）（数字内容） 360
16.6 材料的摩擦磨损性能（数字内容） 360
16.7 典型力学性能的主要测试技术简介 360
16.7.1 弹性模量、泊松比、内耗的动态试验方法 360
16.7.2 静载拉伸性能及测试方法 364
16.7.3 静载压缩性能及测试方法（数字内容） 368
16.7.4 静载扭转性能及测试方法（数字内容） 368
16.7.5 静载弯曲性能及测试方法（数字内容） 368
16.7.6 静载剪切性能及测试方法（数字内容） 368
16.7.7 材料的硬度及测试方法（数字内容） 368
16.7.8 材料的断裂韧度及测试方法（数字内容） 368
16.7.9 材料的蠕变性能与测试方法（数字内容） 368
16.7.10 材料的疲劳性能与测试方法（数字内容） 368
思考题与练习题 368
参考文献 369

17 材料的热学性能与测试技术370
17.1 材料的热学性能概述 370
17.2 材料的热学性能指标 370
17.2.1 材料的热容 370
17.2.2 材料的热膨胀 371
17.2.3 材料的热传导 371
17.2.4 材料的热稳定性 371
17.3 典型热学性能的主要测试技术简介 371
17.3.1 材料热容的测量 371
17.3.2 材料热膨胀的测量 373
17.3.3 材料热导率的测量 375
17.3.4 材料热稳定性的测量 376
思考题与练习题 377
参考文献 377

18 材料的光学性能与测试技术378
18.1 材料的光学性能概述 378
18.2 常用的光谱分析方法 378
18.2.1 荧光分光光度计的结构 378
18.2.2 荧光发射光谱和荧光激发光谱 379
18.2.3 荧光分析法的应用 380
思考题与练习题 381
参考文献 381

19 材料的电学性能与测试技术382
19.1 材料的电学性能概述 382
19.2 典型电学性能的主要测试技术简介 382
19.2.1 材料导电性的测量 382
19.2.2 材料介电性的测试 386
19.2.3 压电性的测量 390
19.2.4 铁电体电滞回线的测量 390
思考题与练习题 391
参考文献 391

20 材料的磁学性能与测试技术392
20.1 材料的磁学性能指标 392
20.1.1 磁场强度 392
20.1.2 磁感应强度 392
20.1.3 磁导率 393
20.1.4 复数磁导率 393
20.1.5 磁矩 394
20.1.6 磁化强度 394
20.1.7 磁化率 394
20.1.8 最大磁能积、矫顽力、剩磁 395
20.2 材料静态磁性能的测量 395
20.3 材料动态（交流） 磁性能的测量 397
思考题与练习题 399
参考文献 399


第6篇 其他测试分析方法
21 质谱分析401
21.1 质谱仪的构造与质谱图 401
21.1.1 质谱仪的基本原理与构造 401
21.1.2 质谱图及基本名词 402
21.2 质谱仪的定性鉴定与高灵敏检测能力 402
21.2.1 质谱仪的定性功能 402
21.2.2 质谱仪分析混合物的功能 403
21.2.3 质谱仪的高灵敏检测能力 403
21.3 质谱分析技术与基本原理 403
21.3.1 电子电离 405
21.3.2 化学电离 405
21.3.3 快速原子轰击原理 406
21.3.4 激光解吸电离与基质辅助激光解吸电离 406
21.3.5 大气压化学电离与大气压光致电离 406
21.3.6 电喷雾电离 406
21.3.7 常压敞开式电离 407
21.3.8 二次离子质谱 407
21.3.9 电感耦合等离子体质谱 408
21.4 离子化方法的选择 408
21.4.1 样品的物理性质 408
21.4.2 所要得到的定性信息 408
21.4.3 待分析分子的分子特性 409
21.4.4 与质谱联用的色谱 409
21.4.5 定量分析的需求 409
21.5 质量分析器（数字内容） 410
21.5.1 扇形磁场质量分析器 410
21.5.2 傅里叶变换离子回旋共振质量分析器 410
21.5.3 飞行时间质量分析器 410
21.5.4 四极杆与四极离子阱质量分析器 410
21.5.5 轨道阱质量分析器 410
21.5.6 质量分析器的选择与应用 410
21.6 串联质谱分析（数字内容） 410
21.7 质谱与分离技术联用（数字内容） 410
21.8 真空、检测与控制系统（数字内容） 410
21.8.1 真空系统 410
21.8.2 离子检测器 410
21.8.3 无增益式离子检测器 410
21.8.4 增益式离子检测器 410
21.8.5 仪器控制系统 410
21.8.6 电源控制系统 410
21.8.7 同步与时序控制系统 411
21.8.8 数据采集系统 411
21.8.9 计算机辅助质谱图解析 411
思考题与练习题 411
参考文献 411

22 表面化学分析412
22.1 材料表面 412
22.1.1 表面的重要性 412
22.1.2 表面分析 413
22.2 电子能谱技术 416
22.2.1 电子能谱学 416
22.2.2 电子能谱仪构造 418
22.2.3 光电子能谱仪的发展历程 423
22.2.4 XPS工作原理和实验技术 424
22.2.5 XPS谱图分析 430
22.2.6 XPS的应用 434
22.3 二次离子质谱 435
22.3.1 概况 435
22.3.2 离子溅射基本规律 436
22.3.3 二次离子发射的基本规律 438
22.3.4 二次离子的能量分布和角分布 440
22.3.5 SIMS分析模式 440
22.3.6 二次离子质谱仪 442
22.4 扫描隧道显微镜 449
22.4.1 扫描隧道显微镜概况 449
22.4.2 扫描隧道显微镜的基本原理 450
22.4.3 超高真空变温STM 装置 451
22.4.4 STM 的工作模式 454
思考题与练习题 454
参考文献 455

23 无损检测457
23.1 无损检测的基本原理 457
23.1.1 无损检测的定义 457
23.1.2 无损检测的目的 457
23.1.3 无损检测的本质 457
23.1.4 无损检测技术的应用 458
23.2 常用的无损检测方法及选择 459
23.2.1 常用的无损检测方法 459
23.2.2 无损检测方法的选择 460
23.3 无损检测技术（数字内容） 461
23.3.1 利用声学特性（机械振动波）的无损检测技术 461
23.3.2 利用放射性辐射特性的无损检测技术 461
23.3.3 利用电、磁和电磁特性的无损检测技术 461
23.3.4 利用渗透现象的无损检测技术 461
思考题与练习题 461
参考文献 462