中国科学技术大学精品教材：同步辐射应用基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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徐彭寿，潘国强 编

图书标签:

• 同步辐射
• 物理学
• 材料科学
• 化学
• 生物学
• 应用基础
• 中国科学技术大学
• 教材
• 科学
• 技术

出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312023095

版次：1

商品编码：10339444

包装：平装

丛书名： 中国科学技术大学精品教材

开本：16开

出版时间：2009-01-01

用纸：胶版纸

页数：336

字数：412000

正文语种：中文

内容简介

《同步辐射应用基础》着重讲述同步辐射应用的基本原理及其相关的基础知识，同时也涉及同步辐射的实验方法及其在一些重要领域的应用。其内容分为软X射线和真空紫外（包括红外）与硬X射线两大部分，前者包括光电子能谱、真空紫外和红外光谱、软X射线显微术、同步辐射光刻；后者包括X射线吸收、X射线衍射和散射。由于同步辐射应用涉及许多学科的基础知识，考虑到许多同学在大学本科阶段并未学过这些课程，《同步辐射应用基础》适当补充了一些必备的量子力学、固体物理、原子光谱和X射线光学的基础知识。《同步辐射应用基础》可作为“核科学与技术”及其他与同步辐射相关学科的研究生通用教材，也可以作为初涉同步辐射人员的参考书。

目录

总序
前言
第1章 同步辐射光电子能谱概论
1.1 量子力学的基本概念
1.1.1 微观粒子的波粒二象性
1.1.2 波函数
1.1.3 薛定谔方程
1.1.4 氢原子能级和波函数
1.1.5 定态微扰论
1.1.6 含时微扰与量子跃迁
1.2 固体能带论基础知识
1.2.1 布洛赫定理
1.2.2 倒格子和波矢
1.2.3 能带和能隙
1.2.4 布里渊区
1.2.5 能态密度和费米面
1.3 光电发射的物理过程
1.3.1 光电激发的三步模型
1.3.2 光电离截面和电子逃逸深度
1.3.3 光电子能量分布曲线
1.3.4 光电发射中的守恒量
1.3.5 光电发射中的偏振选择定则
1.4 光电子能谱基础
1.4.1 光电子能谱的基本原理
1.4.2 光电子能谱的实验装置
1.5 同步辐射光电子能谱技术
1.5.1 同步辐射价带光电子谱
1.5.2 同步辐射芯能级光电子谱
1.5.3 同步辐射光电子谱的工作模式

第2章 软X射线显微术和同步辐射光刻简介
2.1 软X射线显微术的基本概念
2.1.1 引言
2.1.2 显微术与生物结构研究
2.1.3 软X射线显微术中光与物质的相互作用
2.2 软X射线光学的基础知识
2.2.1 软X射线的折射
2.2.2 软X射线的反射
2.2.3 软X射线多层膜反射镜
2.2.4 软X射线的衍射和波带片
2.3 软X射线接触显微术
2.3.1 基本装置和原理
2.3.2 接触显微术的软X射线源
2.3.3 生物样品显微图像的探测
2.3.4 软X射线接触显微成像实验方法
2.3.5 接触显微成像的应用
2.3.6 接触显微成像的分辨率
2.4 软X射线成像显微镜
2.4.1 普通透射式软X射线成像显微镜
2.4.2 相衬软X射线显微镜
2.4.3 透射式扫描软X射线显微成像
2.4.4 软X射线成像显微镜的应用
2.5 软X射线全息显微成像技术简介
2.5.1 全息术基本概念
2.5.2 软X射线全息显微成像技术
2.5.3 软X射线全息显微成像技术的应用
2.6 同步辐射X射线光刻技术
2.6.1 光刻技术简介
2.6.2 X射线光刻的基本原理
2.6.3 同步辐射x射线光刻的关键技术
2.7 同步辐射中的LIGA技术
2.7.1 MEMS和LIGA技术简介
2.7.2 LIGA技术的基本原理和工艺
2.7.3 LlGA技术的应用

第3章 同步辐射真空紫外和红外光谱基础
3.1 固体的光学性质
3.1.1 波动方程和光学常数
3.1.2 复介电常数与光吸收
3.1.3 克拉末-克朗尼格（Kramers-Kronig）关系
3.1.4 吸收系数和吸收光谱
3.1.5 反射系数和反射谱
3.1.6 发射谱和激发谱
3.2 固体光谱基础
3.2.1 带问跃迁的吸收和发射光谱
3.2.2 激子光谱
3.2.3 杂质和缺陷态光谱
3.2.4 稀土和过渡金属离子光谱
3.3 同步辐射真空紫外光谱技术和应用
3.3.1 同步辐射真空紫外光谱实验技术和装置
3.3.2 稀有气固体激子光谱
3.3.3 BaF。晶体的价带一芯带跃迁
3.3.4 稀土光谱中的量子剪裁
3.4 同步辐射红外光谱简介
3.4.1 晶格振动的基本概念
3.4.2 晶格振动与红外吸收
3.4.3 自由载流子的红外吸收与等离激元
3.4.4 同步辐射红外光谱技术

第4章 同步辐射X射线衍射基本原理和应用
4.1 晶体结构的对称性
4.1.1 晶体的周期性结构和性质
4.1.2 点阵
4.1.3 晶体结构的对称元素和晶系
4.1.4 晶胞
4.1.5 晶体学点群和空间群
4.2 x射线衍射的运动学理论
4.2.1 Laue方程
4.2.2 Bragg方程
4.2.3 倒易矢量
4.2.4 晶体衍射方向和倒易矢量
4.2.5 收集单晶体衍射数据方法简介
4.2.6 衍射强度和结构因子
4.3 同步辐射x射线衍射应用
4.3.1 同步辐射x射线在生物大分子晶体学中的应用
4.3.2 同步辐射x射线高分辨粉末衍射
4.3.3 同步辐射x射线高分辨单晶衍射
4.3.4 反常散射在材料科学、小分子晶体结构测定中的应用

第5章 x射线散射基础
5.1 不完整晶体的漫反射
5.1.1 不完整晶体x射线衍射强度的普遍公式
5.1.2 平均点阵的Bragg反射
5.1.3 偏离平均点阵引起的漫散射
5.1.4 不完整晶体的漫散衍射图像
5.1.5 位移无序和置换无序
5.2 非晶态物质结构的x射线分析
5.2.1 普适x射线散射方程
5.2.2 非晶态物质径向分布函数（RDF）
5.2.3 偏分布函数的测定
5.3 薄膜、多层膜的x射线反射和散射
5.3.1 x射线在界面中的折射与反射
5.3.2 折射率
5.3.3 包括吸收系数的折射率
5.3.4 在x射线区域的Snell公式及Fresnel方程
5.3.5 均匀薄层（薄膜）的x射线反射
5.3.6 多层膜的镜面反射（SpecularReflectivity）
5.3.7 有限梯度界面的反射率
5.3.8 计算具有粗糙度界面及表面的反射率的一般理论

第6章 X射线吸收精细结构谱
6.1 X射线吸收谱
6.1.1 X射线的吸收系数
6.1.2 激发原子的去激发
6.1.3 电子光谱的选择定则
6.1.4 元素的特征线及吸收边
6.1.5 孤立原子的x射线吸收系数的量子力学计算（简单模型）
6.1.6 x射线多极自发发射（吸收）的量子理论
6.2 x射线吸收精细结构
6.2.1 产生XAFS的物理机理
6.2.2 x射线吸收的测量方法
6.2.3 XAFS的实验站和实验技术
6.3 EXAFS实验方法
6.3.1 EXAFS产生的物理机理
6.3.2 归一化的EXAFS函数
6.3.3 EXAFS函数的基本理论公式
6.3.4 EXAFS的数据处理
6.4 XAFS的应用
6.4.1 引言
6.4.2 半导体纳米微晶体CdTe的EXAFS研究
6.5 XAFS实验技术的发展
附录1 X射线散射的量子理论
附录2 Gauss统计和Gauss积分
附录3 傅里叶变换
附录4 狄拉克（Dirac）函数

精彩书摘

2.电铸成型
电铸过程和电镀过程一样都是一种电沉积过程。它是指电解液中的金属离子（或络合离子）在直流电的作用下，在阴极表面上还原成金属（或合金）的过程。该过程一般包括三个步骤，即金属水化离子（或络合离子）由溶液内部向阴极表面传递的液相传输步骤，金属水化离子（或络合离子）在阴极表面得到电子并还原成金属原子的电化学步骤和反应产物形成新相的电结晶步骤。按照电铸的方式可分为直流和脉冲电铸两类。与直流电铸相比，脉冲电铸能改变金属离子的电沉积过程。脉冲电铸可通过控制波形、频率、通断比及平均电流密度等参数，使电沉积在很宽的范围内变化，从而在某种镀液中获得具有一定特性的镀层。电铸成型实际上是利用光刻胶下面的金属薄层做电极进行电镀。将金属沉积在光刻胶图形的空隙里，直至金属填满整个光刻胶图形空隙。从而形成一个与光刻胶图形凹凸互补的相反结构的稳定的金属体。然后，将光刻胶及附着的基底材料清理掉。此金属结构体可以作为批量复制的模具，也可以作为最终产品。
3.塑铸成型
同步辐射光刻的成本很高，因此难以直接用于大批量生产。而塑铸成型工艺则是为了大批量生产提供塑料铸模。它用电铸并剥离后的金属结构作为二级模板。用闸板将模板覆盖。闸板有穿透的喷射孔，以便注入聚合物到排空的容器内。喷射孔位于结构自由空问的上方。低黏滞度的聚合物充满模板内的小空问。待聚合物变硬后，塑性结构与闸板在喷射孔处形成牢固的连接，使得塑性结构可以从模板中提出。塑铸可采用反映注射成型法、热塑注射成型法和压印成型法。塑铸成型实际上为我们提供了一个塑料模具，利用它，我们可以大量复制厚度可达几百微米的三维立体金属或非金属（如陶瓷）材料的微结构元件。
4.牺牲层技术
前面我们介绍了LIGA技术的基本工艺。但仅仅使用这些典型工艺只能制备出固定结构而不能制备出活动结构。为了制造部分或全部活动部件，可以在上述LIGA工艺中加入所谓的牺牲层（sacrificial layer）技术。
……

前言/序言

　　2008年是中国科学技术大学建校五十周年。为了反映五十年来办学理念和特色，集中展示教材建设的成果，学校决定组织编写出版代表中国科学技术大学教学水平的精品教材系列。在各方的共同努力下，共组织选题281种，经过多轮、严格的评审，最后确定50种入选精品教材系列。
　　1958年学校成立之时，教员大部分都来自中国科学院的各个研究所。作为各个研究所的科研人员，他们到学校后保持了教学的同时又作研究的传统。同时，根据“全院办校，所系结合”的原则，科学院各个研究所在科研第一线工作的杰出科学家也参与学校的教学，为本科生授课，将最新的科研成果融入到教学中。五十年来，外界环境和内在条件都发生了很大变化，但学校以教学为主、教学与科研相结合的方针没有变。正因为坚持了科学与技术相结合、理论与实践相结合、教学与科研相结合的方针，并形成了优良的传统，才培养出了一批又一批高质量的人才。
　　学校非常重视基础课和专业基础课教学的传统，也是她特别成功的原因之一。当今社会，科技发展突飞猛进、科技成果日新月异，没有扎实的基础知识，很难在科学技术研究中作出重大贡献。建校之初，华罗庚、吴有训、严济慈等老一辈科学家、教育家就身体力行，亲自为本科生讲授基础课。他们以渊博的学识、精湛的讲课艺术、高尚的师德，带出一批又一批杰出的年轻教员，培养了一届又一届优秀学生。这次入选校庆精品教材的绝大部分是本科生基础课或专业基础课的教材，其作者大多直接或间接受到过这些老一辈科学家、教育家的教诲和影响，因此在教材中也贯穿着这些先辈的教育教学理念与科学探索精神。

同步辐射在材料科学前沿研究中的应用 本书概述 本书聚焦于同步辐射技术在当代材料科学前沿领域中的广泛应用与最新进展。内容深入浅出，系统梳理了同步辐射光源的基本原理、先进的表征技术，并重点剖析了这些技术如何被应用于解决凝聚态物理、纳米科学、能源材料、生物材料等关键研究中的核心难题。本书旨在为从事相关领域研究的科研人员、高校师生及工程技术人员提供一本兼具理论深度与实践指导价值的专业参考书。 第一部分：同步辐射光源基础与先进表征技术 第一章：同步辐射光源的原理与演进 本章首先回顾了电磁波谱中X射线部分的特性，并详细阐述了同步辐射光的产生机制，包括电子在加速器中的运动轨迹、能量损失和辐射的特性。我们将讨论从第一代（存储环）到第三代（亮度高、能量连续性好）乃至正在建设中的第四代光源（高相干性、超低发射度）的发展历程。重点分析了影响同步辐射光性能的关键参数，如亮度、相干性、能量范围和准直性。同时，还将介绍不同类型同步辐射设施（如中能环、高能环）在实验侧重点上的差异。 第二章：X射线吸收谱（XAS）与近边结构（NEXAFS） 本章深入探讨了X射线吸收谱技术，这是利用材料对特定能量X射线吸收截面变化的谱学方法。我们将详细讲解X射线吸收精细结构（XANES）和扩展吸收边精细结构（EXAFS）的物理图像和信息提取方法。XANES主要提供局域电子态和价态信息，而EXAFS则能精确反演出近邻原子种类、距离和配位数。特别关注NEXAFS技术在表面化学、薄膜界面研究中对分子取向和化学环境的敏感性，并辅以具体的谱解析案例，如氧化物界面缺陷分析。 第三章：X射线散射技术：结构解析的基石 散射技术是获取材料结构信息的强大工具。本章首先介绍弹性散射（如X射线衍射，XRD）的理论基础，包括布拉格定律的推广应用。随后，重点阐述非弹性散射过程，尤其是弹性X射线散射（XRS）和准弹性散射（QES），它们能够探测到低能激发态，如声子、磁激发等。对高分辨率X射线衍射（HRXRD）在晶格畸变、薄膜应力分析中的应用进行深入剖析。此外，还将介绍小角度X射线散射（SAXS），用于纳米尺度的形貌、尺寸分布和聚集体结构研究。 第四章：高能光束线与深度穿透能力 针对材料内部结构和原位（In-Situ）研究的需求，本章专门介绍利用高能X射线进行探测的优势。讲解如何利用高穿透性的X射线进行大体积样品的CT成像（X射线微聚焦断层扫描），实现三维结构的可视化。同时，介绍高能X射线粉末衍射在高温、高压等极端条件下的应用，以及如何通过高能吸收谱揭示深层区域的电子结构信息。 第二部分：同步辐射技术在关键材料领域的应用 第五章：能源转化材料的电化学界面研究 本章聚焦于锂离子电池、燃料电池和光催化剂等能源器件的研究前沿。通过结合电化学操作与同步辐射技术，实现对充放电循环过程中活性物质相变、电解液界面形成固体电解质界面（SEI）的动态监测。例如，利用时间分辨X射线衍射（TR-XRD）跟踪正负极材料的晶格应变与相变动力学；利用原位XAS揭示催化剂在反应条件下的价态漂移和结构重构。 第六章：磁性材料与自旋电子学 同步辐射的圆偏振光（CPL）特性为磁性材料的研究提供了独特优势。本章详细介绍磁圆二色性X射线吸收谱（XMCD）的工作原理，它能够实现对特定元素轨道磁矩和自旋磁矩的分别定量。应用方面，本书将涵盖对铁磁、反铁磁材料的磁结构分析，以及对磁性异质结、自旋电子器件中界面磁耦合效应的表征。 第七章：软物质、生物材料与活体成像 同步辐射软X射线（Soft X-ray）对轻元素（C, N, O, P, S）的敏感性，使其成为研究聚合物、生物膜和软组织的理想工具。本章探讨如何利用软X射线吸收谱研究生物大分子（如蛋白质、DNA）的构象变化、药物载体的释放机制。同时，介绍同步辐射在生物医学成像领域的突破，特别是高分辨率的相位衬度成像技术，及其在组织病理分析中的潜力。 第八章：先进催化剂的表征与机理探究 催化反应是理解化学转化的核心。本章着重阐述如何利用同步辐射技术解析多相催化剂的真实工作状态。通过原位/反应中X射线吸收谱（Operando XAS）和谱学技术，能够精确锁定活性位点的电子结构、几何结构随反应气氛和温度的变化规律。内容将涵盖贵金属催化剂、单原子催化剂以及非金属催化体系的结构-活性关系解析。 第九章：复杂氧化物与多铁性材料研究 复杂氧化物因其丰富的电子耦合现象（如电荷序、轨道序、磁序的耦合）而备受关注。本章介绍如何利用同步辐射的二维探测能力（如二维X射线散射，2D-XRD/SAXS）来捕获材料中的多尺度结构关联。重点讨论如何利用散射技术揭示缺陷工程对钙钛矿、铁电体和磁性材料性能的调控机制，以及利用吸收谱研究电荷转移的细节。 总结与展望 本书最后总结了同步辐射技术在解析材料科学中基础问题和工程应用中所扮演的关键角色。展望未来，同步辐射技术的进一步发展，特别是自由电子激光（FEL）的应用，将开辟对超快过程和瞬态化学反应的直接观测，为材料设计提供前所未有的工具箱。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格非常严谨，可以说是教科书的典范，每一个论述都遵循着逻辑的严密推导，让人不得不佩服作者在知识体系构建上的功力。但这种过度追求逻辑严密性的做法，也使得阅读体验在某些章节变得有些枯燥。举个例子，在介绍光束线设计时，对各个光学元件的耦合效率的数学推导占据了相当大的篇幅，这些公式固然是理解核心原理的关键，但如果能穿插一些形象的比喻或者简短的工程实例来辅助理解，效果可能会好很多。我个人感觉，作者在“教人如何思考”和“展示具体如何操作”之间，更偏向于前者。对于我这种更关注实际操作层面，比如如何进行数据采集、如何处理高背景噪声等实际工程问题的读者来说，这本书提供的指导相对间接。书中对数据分析部分的着墨不多，多数情况下只是提到了需要用到特定的软件或算法，但并未深入讲解如何利用这些工具解决实际遇到的难题，这使得这本书更像是一部理论参考手册，而非一本实用的“工具书”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容深度无疑是毋庸置疑的，它试图构建一个涵盖从基本原理到部分应用的全景图。但这种“大而全”的策略，在特定领域带来的后果就是“广而不深”。例如，在介绍同步辐射在材料科学中的应用时，它泛泛地提到了半导体、催化剂、高分子等多个方向，但每一个方向都只是点到为止，没有提供任何一个深入的、可以作为案例研究的完整流程。我期望能看到一篇详细的“从样品制备到数据分析，再到结果解释”的完整流程叙述，哪怕只聚焦于一个具体的材料问题。书中缺少对实验中常见“陷阱”的讨论，比如如何判断样品是否受到辐射损伤、如何校准探测器的非线性响应等这些在实际工作中至关重要但又往往被教科书忽略的经验性知识。因此，这本书更适合作为教师在课堂上讲解框架概念的辅助材料，而不是作为学生在实验室遇到问题时可以立即找到解决方案的“急救手册”。其知识的完整性有余，而其实用指导性则略显不足。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，就像是在进行一场漫长而细致的学术攀登，每一步都走得踏实，但过程略显缓慢。我特别欣赏作者在历史背景和发展脉络上的梳理，对于理解同步辐射技术从诞生到成熟的各个关键节点，提供了非常清晰的时间线索。然而，当我翻到关于最新技术的章节时，发现内容更新的速度似乎没有跟上领域飞速发展的步伐。例如，关于软X射线成像技术的一些突破性进展，书中的描述显得有些滞后，未能完全涵盖近几年内发表的一些具有里程碑意义的工作。此外，对于一些新兴的研究方向，比如结合人工智能进行数据解析或者在生物医学成像中的新兴应用，书中的介绍相对保守，多是浅尝辄止，缺乏深入的探讨和前瞻性的预测。这让我感觉到，这本书更像是对“经典同步辐射”的一个权威总结，而非对“未来同步辐射”的一次大胆展望。对于希望了解行业最前沿动态的读者，可能需要配合大量的期刊文献来补充信息。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和印刷质量令人称道，纸张的触感和字体的清晰度都达到了很高水准，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳，这对于一本工具性质的教材来说至关重要。不过，在细节的处理上，我发现了一些令人困惑的地方。例如，全书的术语表似乎不够完整，一些在正文中首次出现的、略显生僻的缩写词，在首次出现时没有立即给出全称解释，这迫使我不得不频繁地前后翻阅查找，打断了阅读的连贯性。另外，书中对不同研究团队的引用方式也显得比较零散，缺乏一个集中的、系统性的参考文献列表来支持每一个章节的论述。虽然在章节末尾有参考文献，但结构不够统一，有些地方引用的是综述，有些是原始论文，对于想要进一步钻研特定课题的读者来说，检索起来有些不便。总体而言，这是一本制作精良的书籍，但在提升用户友好性，尤其是对初次接触该领域的学习者，尚有优化空间。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色调，配上简洁有力的字体，一下子就让人觉得这是一本严肃、专业的学术著作。我迫不及待地翻开目录，希望能找到一些关于实验技术和前沿应用的深度解析。然而，当我真正开始阅读时，却发现内容似乎更偏向于理论基础的宏观概述，对于那些渴望立刻上手操作、了解具体实验流程的读者来说，可能会感到有些意犹未尽。比如，在讲解X射线衍射原理时，作者用了很多篇幅来阐述晶体学的基础概念，这对于初学者固然有益，但对于已经有一定物理背景的读者来说，可能显得有些冗长。我期待能看到更多关于同步辐射光源特性的细致描述，例如不同能量光束线的实际应用案例，以及如何根据不同的实验需求选择合适的设备参数。书中的图示虽然清晰，但大多是示意性的，缺乏一些高分辨率的实验数据图谱来佐证理论的有效性，这使得内容在说服力上略显不足，希望未来再版时能加入更多真实的、有代表性的研究成果展示。总的来说，它像是一块坚实的地基，为后续的学习打下了基础，但上层建筑的细节描绘还不够丰满。

评分☆☆☆☆☆

不错不错

评分☆☆☆☆☆

同步辐射技术应用研究必备！

评分☆☆☆☆☆

整体感觉还可以，不过还没有仔细看

评分☆☆☆☆☆

上学时学过一点，温故而知新

评分☆☆☆☆☆

中科大的老师编写的，很详细的书，有用

评分☆☆☆☆☆

书很好，内容也全面。深度一般，看这本书的肯定有一定基础了，可以做参考书

评分☆☆☆☆☆

不错的书！

评分☆☆☆☆☆

不错不错

评分☆☆☆☆☆

书很好，内容也全面。深度一般，看这本书的肯定有一定基础了，可以做参考书