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周公度 等 著

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• 电子衍射
• 中子衍射
• 固体物理
• 材料科学
• 结构分析
• 布拉格定律

店铺： 北京大学出版社旗舰店

出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301234662

商品编码：12855375039

包装：平装

出版时间：2013-12-01

基本信息

书名：晶体和准晶体的衍射(第二版)

定价：108.00元

作者：周公度 等

出版社：北京大学出版社

出版日期：2013-12-01

ISBN：9787301234662

字数：650000

页码：

版次：2

装帧：平装

开本：12k

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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本书在**版（原书共9章）基础上加以修订，**版的第二作者郭可信教授编写的第7~9章内容是国际上物理尖端前沿。在**版第7章中（p.228）郭先生描述了在准晶研究方面的进展，他与2011年诺贝尔化学奖得主以色列材料科学家Daniel Shechtman(达尼埃尔谢赫特曼）是同时发现准晶体的（p.202）。若郭先生健在（郭先生于2006年去世），应有可能在今年并列获得诺贝尔奖。
　　作者长期从事晶体结构研究和教学工作，所写的《晶体结构测定》一书1981年由科学出版社出版，晶体结构测定在国内有着较大影响，许多读者希望作者将其再版发行。作者以借本书再版的机会，对晶体衍射作较深入的修改论述，以应读者要求。
　　第二版中作者除对自己编写的~6章进行系统修订外，还将根据郭先生的《准晶研究》（2004年出版）和《郭可信纪念文集》（2008年出版）新增加一附录，对准晶体加以介绍，彰显我国在准晶研究中的贡献。
　　另外，本书还新增了生物大分子晶体衍射和多晶衍射等当前自然科学研究热点内容。

内容提要

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~8章，内容包括：晶体衍射研究的发展、晶体结构的对称性、晶体的衍射方向和倒易点阵、衍射强度和结构因子、电子密度函数的计算和精修、生物大分子晶体的衍射、多晶衍射和晶体结构数据的应用等，涉及化学、物理、数学、生物、电子学等多个基础学科，为读者提供简明易懂、条理清晰的基础知识和原理的介绍，同时提供了研究实例与原理结合进行具体分析。
　　第9~11章，内容包括：准晶体、准点阵及衍射、准晶体结构测定法，是国际上物理科研尖端前沿。郭先生与2011年诺贝尔化学奖得主D. Shechtman是同时独立发现准晶体的。本书对准晶体加以详细介绍，彰显了我国在准晶研究中的贡献。
　　本书可作为化学、物理、材料、生物、矿物、冶金等学科的研究生教材，也可供科研人员参考。

目录

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章 晶体衍射研究的发展
1.1 早期的工作
1.2 无机物晶体结构的发展
1.3 有机物晶体结构的发展
1.4 生物大分子晶体结构的发展
1.5 现状和展望
参考文献
第2章 晶体结构的对称性
2.1 晶体的点阵结构和晶胞
2.2 晶体结构的对称元素
2.3 晶系、晶族和空间点阵型式
2.3.1 晶系和晶族
2.3.2 晶体的空间点阵型式
2.4 晶体学点群
2.4.1 点群的推引
2.4.2 点群的国际记号和对称元素的取向
2.4.3 晶体学点群的对称性和晶体的物理性质
2.5 晶体学空间群
2.5.1 空间群的推引
2.5.2 空间群记号
2.5.3 等效点系、不对称单位和结构基元
2.5.4 平面群
参考文献
第3章 晶体的衍射方向和倒易点阵
3.1 X射线的性质
3.2 Laue方程
3.3 Bragg方程
3.4 倒易点阵
3.4.1 倒易点阵的定义
3.4.2 倒易点阵的性质
3.4.3 关于复晶胞的变换
3.5 反射球（Ewald球）
3.6 单晶体衍射数据收集方法
3.6.1 简介
3.6.2 四圆衍射仪法
3.6.3 面探测器法
参考文献
第4章 衍射强度和结构因子
4.1 衍射法测定晶体结构的一般步骤
4.2 晶体衍射的一些概念和方法
4.2.1 倒易空间和晶体空间
4.2.2 衍射波的数学表示
4.2.3 晶体空间和倒易空间的傅里叶变换
4.3 晶胞对X射线的散射
4.3.1 电子的散射
4.3.2 原子的散射
4.3.3 晶胞的散射
4.4 晶体的衍射强度
4.4.1 一小粒完美晶体对X射线的衍射
4.4.2 镶嵌晶体的衍射强度
4.5 影响衍射强度的各种因子
4.5.1 偏极化因子和角速度因子
4.5.2 温度因子
4.5.3 吸收因子
4.5.4 消光
4.5.5 多重度因子
4.6 衍射强度的修正和还原
4.7 系统消光和空间群的确定
4.8 结构因子
4.8.1 结构因子的含义和表达
4.8.2 结构因子的电子密度函数表达式
4.8.3 单位结构因子
4.8.4 归一结构因子
参考文献
第5章 电子密度函数的计算和精修
5.1 电子密度函数表达式
5.1.1 电子密度函数表达式的推引
5.1.2 推引相角的方法
5.2 直接法
5.2.1 归一结构因子的若干统计规律
5.2.2 结构不变量和结构半不变量
5.2.3 Sayre公式
5.2.4 E图的应用
5.3 Patterson函数法
5.3.1 Patterson函数
5.3.2 Harker截面
5.3.3 重原子法
5.3.4 分子置换法简介
5.4 同晶置换法简介
5.5 反常散射法
5.5.1 手性及构型
5.5.2 反常散射效应
5.5.3 分子构型测定的方法和实例
5.6 晶体结构的精修
5.6.1 电子密度图的应用
5.6.2 ρo，ρc和ρE
5.6.3 差值电子密度图
5.6.4 变形电子密度图(XN图和XX图)
参考文献
第6章 生物大分子晶体衍射
6.1 引言
6.2 生物大分子晶体制备
6.2.1 生物大分子晶体的特性
6.2.2 生物大分子样品的提取和纯化
6.2.3 生物大分子结晶过程的独特性和影响因素
6.2.4 生物大分子晶体制备的实验技术
6.2.5 晶体的表征和获得合用晶体的方法
6.2.6 重原子衍生物的制备
6.3 生物大分子晶体衍射数据的收集
6.3.1 X射线源和探测器
6.3.2 回摆法收集生物大分子晶体衍射数据
6.3.3 数据处理
6.3.4 反常散射数据的收集
6.3.5 晶体的衰减和晶体的冷冻技术
6.3.6 衍射数据分辨率
6.3.7 衍射数据的评估
6.4 相角测定法
6.4.1 同晶型置换法
6.4.2 分子置换法（MR）
6.4.3 多波长反常散射法(MAD)
6.4.4 电子密度调整和相角组合方法改进相角
6.5 电子密度图的计算
6.5.1 电子密度图的类型
6.5.2 差值电子密度图的应用
6.5.3 电子密度图诠释
6.5.4 结构模型的搭建
6.6 晶体结构模型的修正
6.6.1 引论
6.6.2 传统的小二乘(LS)修正
6.6.3 非小二乘修正的一些特殊方法
6.6.4 晶体结构测定结果质量的评价和量度
6.6.5 晶体结构模型的表述
第6章附录
附录6.1 生物大分子结构相关的数据库介绍
附录6.2 关于R因子
参考文献
第7章 多晶衍射
7.1 多晶X射线衍射方法
7.1.1 照相法
7.1.2 多晶X射线衍射仪的一般原理
7.1.3 测角仪的调整与衍射实验
7.2 多晶X射线衍射的积分强度
7.3 X射线衍射物相定性分析
7.3.1 物相定性分析的基本原理
7.3.2 标准衍射卡片及其检索
7.3.3 物相分析： 实验与判断
7.3.4 数字化的PDF
7.4 X射线衍射物相定量分析
7.4.1 多相体系的强度公式
7.4.2 相定量分析基本方法和原理
7.4.3 物相定量分析实验方法
7.5 衍射图的指标化
7.5.1 立方晶系指标化方法： 解析法
7.5.2 HesseLipson(赫西利普森)解析法
7.5.3 常见指标化程序原理和方法
7.5.4 指标化结果的判断
7.6 平均晶粒度的X射线测定
7.6.1 Scherrer方程： 物理意义与数学表达
7.6.2 衍射峰分析
7.6.3 β值的确定： Kα双线分离与仪器因素的处理
7.6.4 Scherrer公式的应用
7.7 多晶X射线衍射结构分析的重要方法--Rietveld法
7.7.1 Rietveld方法的基本原理
7.7.2 Rietveld方法的应用(1)： 峰形拟合
7.7.3 Rietveld方法的应用(2)： 结构精修、完善与相定量
7.8 中子衍射
7.8.1 中子的基本性质、产生与探测
7.8.2 物质对中子的散射： 散射长度
7.8.3 中子衍射晶体结构分析
7.8.4 中子衍射磁结构分析
参考文献
第8章 晶体结构数据的应用
8.1 晶胞参数的应用
8.2 分子的几何构型
8.2.1 键长和键角的计算
8.2.2 分子几何构型测定实例
8.2.3 键长和原子半径
8.3 分子的构象
8.3.1 构型和构象
8.3.2 构象的表示
8.3.3 多肽链的构象
8.3.4 天花粉蛋白的结构与功能的研究
8.4 化学键的类型和性质
8.4.1 化学键的本质及其多样性
8.4.2 变形电子密度图在化学键研究中的应用
8.5 晶体中分子和离子的堆积
8.5.1 冰的结构
8.5.2 钙钛矿(CaTiO3)的结构
8.5.3 若干水合包合物的结构
8.6 晶体中原子的运动
8.6.1 晶体中原子的热运动
8.6.2 晶体中进行的聚合反应
8.6.3 晶体中进行的消旋反应
8.7 键价理论： 由原子间的键长计算原子的键价
8.7.1 键价理论的要点
8.7.2 键价理论在晶体结构分析中的应用
参考文献
第9章 准晶体
9.1 二十面体
9.1.1 二十面体对称
9.1.2 二十面体密堆
9.1.3 二十面体骨架
9.2 三维准晶
9.2.1 Al-Mn等二十面体准晶
9.2.2 Ti-Ni等二十面体准晶
9.2.3 稳定的二十面体准晶
9.3 二维准晶
9.3.1 十重准晶
9.3.2 八重准晶
9.3.3 十二重准晶
9.4 一维准晶
第9章附录 电子衍射与成像
参考文献
0章 准点阵及衍射
10.1 一维准点阵
10.1.1 Fibonacci数列
10.1.2 数列
10.1.3 二维空间投影
10.1.4 高维空间切割
10.2 二维准点阵
10.2.1 Penrose图
10.2.2 八重拼图
10.2.3 八重准点阵
10.2.4 五重、十重准点阵
10.3 三维准点阵
10.4 准点阵的缺陷及衍射
参考文献
1章 准晶体结构测定法
11.1 准晶的结构模型
11.1.1 三维结构模型
11.1.2 六维结构模型
11.2 十重准晶的结构测定
11.2.1 十重准晶的五维超点阵
11.2.2 Patterson函数
11.2.3 Al65Co15Cu20十重准晶的结构
11.3 二十面体准晶的结构测定
11.3.1 二十面体准晶的六维超点阵
11.3.2 中子衍射
11.3.3 Al70Pd21Mn9二十面体准晶的结构
参考文献
附录1 五重旋转对称和二十面体准晶体的发现
附录2 准晶与电子显微学
索引

作者介绍

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郭守信，中科院物理研究所教授，中国科学院院士，发表论文200余篇；周公度，北大化学学院教授，发表论文100余篇，出版著作30多部，由国内外10家出版社出版

文摘

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序言

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晶体与准晶体的衍射（第二版）—— 深入理解凝聚态物质结构探测的权威指南 本书特色与核心内容聚焦 《晶体与准晶体的衍射（第二版）》是一部深度聚焦于利用衍射技术研究晶体和准晶体结构，并涵盖了从基础理论到前沿应用的权威性著作。本书旨在为材料科学、凝聚态物理、化学、矿物学以及相关工程领域的学生、研究人员和专业技术人员提供一套全面、系统且深入的理论框架和实验指导。 本版相较于初版，进行了大量的更新和拓展，特别是在对准晶体研究的最新进展、高分辨衍射技术、以及结构解析的计算方法等方面进行了细致的补充和深化，使其更贴合当前凝聚态物质结构研究的实际需求和发展趋势。 第一部分：衍射物理与基础理论 本书的理论基石部分，详尽阐述了衍射现象背后的基本物理原理。 晶体学基础与点阵理论： 我们将从最基本的晶体周期性结构概念入手，系统回顾布拉维点阵、晶体学群（空间群）的数学描述及其在三维空间中的对称性分类。这部分内容不仅是理解衍射的基础，也是掌握晶体结构精修的关键。特别强调了倒易点阵的概念及其与实空间点阵之间的傅里叶变换关系，这是衍射实验信号解读的核心。 波与物质的相互作用： 详细分析了X射线、中子和电子这三种主要衍射探针与物质相互作用的机制。针对每种探针，分别阐述了其散射截面、与电子密度或核密度的关联，以及在散射过程中能量和动量守恒的定量描述。对于X射线，着重讨论了原子散射因子和结构因子，并引入了吸收效应的修正。对于中子，则详细讲解了核散射与磁散射的原理及其在分辨轻元素和研究磁性结构中的独特优势。 衍射强度与结构因子： 这是本书的核心理论支柱之一。详细推导了晶体衍射强度与结构因子的定量关系，包括结构因子的幅度和相位信息。强调了相位问题在结构解析中的核心地位。书中通过大量的数学推导和物理图像解释，清晰地展示了如何从测量的衍射强度分布中反演出晶体的电子密度（或核密度）分布。 第二部分：晶体衍射技术与应用 本部分专注于成熟的晶体衍射技术，涵盖了从单晶到粉末样品的全部主流方法。 单晶衍射技术（Single Crystal Diffraction）： 系统介绍了单晶衍射实验的几何布局（如Weissenberg, Precession, 4-圆和现代CCD/pixel探测器系统）。重点讨论了数据采集的策略，包括如何选择合适的波长、扫描范围和积分策略以确保获得高质量的“三维”结构信息。详细介绍了从原始数据到结构因子幅值的处理流程，包括背景扣除、洛伦兹和偏振因子校正等。 粉末衍射（Powder Diffraction）： 鉴于粉末衍射在工业和材料表征中的广泛应用，本书投入了大量篇幅进行深入讨论。阐述了粉末样品中衍射峰的形成机制，包括晶粒大小对峰形的影响（谢乐公式的应用）。重点介绍了Rietveld精修方法，从理论基础、模型建立、到参数优化和误差分析，提供了一套完整的工作流程指导。此外，也探讨了对微观应变、缺陷、和多相混合物的分析方法。 晶体结构解析与精修： 涵盖了确定晶体结构的关键步骤，包括空间群的确定、原子的初始定位，以及利用最小二乘法进行的结构精修。强调了结构解析中的对称性约束、化学键长的合理性检验以及最终的结构质量评估标准（如$R$因子和残余电子密度图的分析）。 第三部分：准晶体的衍射特征与结构解析 本书的显著特色是其对准晶体（Quasicrystals）的系统性介绍，这是与传统晶体学的重要分野。 准晶体的对称性与空间描述： 详细解释了非周期性晶格的概念，以及如何使用高维晶体学（如六维或更高维空间）来描述准晶体的周期性，以及它们如何打破了传统的旋转对称性限制（如五重、十重对称）。 准晶体的衍射图样： 对比了晶体与准晶体的衍射图样差异，特别是准晶体衍射峰的尖锐性以及其点阵矢量在高维空间中的投影规律。分析了准晶体衍射峰的指数化规则，这是识别准晶相的关键。 准晶体结构因子与密度函数： 阐述了准晶体的结构因子不再具有简单的傅里叶级数形式，而是与高维空间中的晶格点密度函数相关联。探讨了如何利用投影理论来理解从高维空间到物理三维空间的结构信息提取过程。 准晶体结构的解析挑战： 重点讨论了准晶体结构解析的独特困难，特别是其结构因子中包含了大量的“物理相位”和“截割相位”，使得传统的直接法和相位延续方法面临巨大挑战。介绍了用于准晶体结构解析的特殊数学工具和计算方法，包括 Patterson 函数的应用和结构模型构建的迭代策略。 第四部分：前沿技术与综合应用 本部分将视角拓展到更现代的衍射技术及其在复杂体系中的应用。 同步辐射与高能衍射： 介绍了同步辐射光源在衍射实验中的优势，如高通量、高能量分辨率、偏振可控性。讨论了高能X射线衍射（HEXD）在研究高压物理、原位过程（In-situ）以及穿透性样品结构方面的应用。 电子衍射（Electron Diffraction）在薄膜研究中的地位： 系统阐述了透射电子显微镜（TEM）中的衍射模式采集（如SAED和PED），以及它在纳米尺度晶体学研究中的不可替代性，尤其是在确定薄膜、界面结构以及晶体取向方面。 磁性衍射（Magnetic Diffraction）： 集中于利用中子衍射（和同步辐射X射线衍射）来确定材料中的磁性结构。详细介绍了如何区分核散射和磁散射，并推导了磁性结构因子，用于解析反铁磁、铁磁及更复杂的螺旋磁结构。 结论与展望 全书以对未来研究方向的展望作结，探讨了人工智能和机器学习在处理海量衍射数据、加速结构解析（如自动晶胞判定和缺陷分析）方面的潜力，以及对新型无序/类晶体材料衍射行为的研究前沿。 本书的每一个章节都配有清晰的插图、详尽的数学推导和贴近实际的案例分析，确保读者不仅能掌握“如何做”实验，更能深刻理解“为什么”会得到这样的结果。它不仅仅是一本参考手册，更是一部引导研究者进入凝聚态物质结构世界核心的学术专著。

评分☆☆☆☆☆

这本书的问世，无疑是在晶体学领域投下了一枚重磅炸弹，尤其是对于那些像我一样，在学习过程中曾被那些繁复的晶体结构和抽象的衍射理论弄得焦头烂额的研究者来说。我至今仍清晰地记得，初次接触到“衍射”这个概念时的迷茫，教科书上那些晦涩难懂的数学公式和几何解释，总感觉像是隔着一层纱，难以窥其本质。而这本书，在我看来，就像是那位耐心而睿智的老师，循序渐进地剥开了这层迷雾。它并没有一开始就抛出那些高深的理论，而是从最基础的衍射原理讲起，用大量形象的比喻和生动的图示，将抽象的物理概念具象化。比如，在解释布拉格方程时，书中并没有仅仅罗列公式，而是通过一个通俗易懂的“水波遇到障碍物”的类比，让我瞬间领悟了衍射的本质——波的干涉和相消。这种由浅入深、注重直观理解的讲解方式，极大地降低了学习门槛，让我这个物理基础相对薄弱的读者也能逐渐建立起对晶体衍射的信心。更令我印象深刻的是，书中对于不同晶体结构的衍射图样的分析，作者详尽地阐述了每种晶体对称性如何映射到衍射图样上，那种严谨而又不失条理的逻辑，让人拍案叫绝。我仿佛能看到自己手中拿着一根棍子，在黑暗中摸索晶体形状，而这本书，就是那盏指引方向的明灯。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受就是，它彻底改变了我对“准晶体”这个概念的认知。在此之前，我一直以为晶体就是完美对称、周期性无限重复的结构，而“准晶体”听起来就像是一个“异类”，充满了不确定性和难以捉摸。然而，这本书以其出色的叙事能力和严谨的科学逻辑，将准晶体的奇妙世界展现在我面前。作者并没有回避准晶体的复杂性，而是巧妙地将它置于晶体学的宏大框架之下，通过对比和类比，让我们理解准晶体与传统晶体之间的联系与区别。我尤其被书中对准晶体“不可约周期性”的阐述所吸引，那种既有长程有序又无平移对称性的特性，简直是数学和物理的鬼斧神工。通过书中一系列精美的衍射图样和数学模型，我不仅看到了准晶体独特的原子排列方式，更感受到了它们在材料科学、物理学甚至艺术领域潜在的应用价值。让我惊叹的是，作者是如何将如此前沿且复杂的概念，用如此清晰易懂的方式呈现出来。书中对于五次对称性衍射的讨论，更是让我大开眼界，它打破了我长期以来对晶体对称性的固有认知，让我意识到科学的边界远比我们想象的要宽广。这本书不仅是学术上的启迪，更是一次思维的拓展，它让我看到了隐藏在看似混乱之下的另一种秩序。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，这本书的价值远不止于其学术内容的深度，更在于它所传达出的科学精神和治学态度。作者在书中字里行间流露出的对科学探索的热情和严谨的科学态度，深深地感染了我。我注意到，书中在讨论一些前沿问题时，并没有给出绝对的答案，而是引导读者去思考、去探索。比如，在关于准晶体畴结构稳定性这一部分，作者列举了几种不同的解释和模型，并鼓励读者结合最新的研究进展进行深入分析。这种开放式的讨论方式，不仅激发了我的好奇心，更培养了我独立思考和批判性分析的能力。此外，书中对于历史背景的梳理也做得十分出色，作者在介绍晶体衍射和准晶体发现历程时，穿插了许多科学家们克服困难、坚持不懈的故事，这些生动的故事让我看到了科学发展的艰辛，也让我更加敬佩那些为科学进步做出贡献的先驱们。这本书不仅仅是一本关于晶体学和衍射的教科书，更是一本关于科学探索的励志读物，它让我看到了科学的魅力，也让我对未来的研究充满了憧憬。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的，是一种对微观世界秩序的全新理解。在此之前，我一直认为物质的本质是离散的原子排列成规则的晶格，而衍射就是这些规则排列下的必然结果。然而，《晶体和准晶体的衍射(第二版)》彻底颠覆了我的这种认知。作者以其精湛的笔触，将那些我们肉眼无法直接观察到的微观结构，通过衍射这一神奇的窗口，生动地展现在我眼前。我曾无数次地盯着书中的衍射图样，试图从中解读出原子排列的奥秘。书中对衍射强度、峰位、晶带指数等概念的阐述，就像是为我打开了一本解读物质世界密码的秘籍。更让我惊叹的是，作者对于如何利用衍射数据来确定晶体结构和化学成分的讲解，是如此的系统和详尽。我感觉自己仿佛置身于一个实验室，亲手操作着衍射仪，分析着手中的样品。书中关于结构因子、消光条件等内容的讲解，对我理解衍射图样的形成机制起到了至关重要的作用。这本书让我意识到，晶体学并非是枯燥乏味的理论堆砌，而是一门充满智慧和魅力的学科，它能够帮助我们揭示物质最深层次的秘密。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排和内容设计，充分展现了作者深厚的学术功底和丰富的教学经验。从目录的设置到章节的逻辑过渡，都显得匠心独运。我特别欣赏书中对每一个概念的引入方式，作者总能抓住问题的关键，然后层层深入，直到将原理彻底阐释清楚。例如，在介绍倒易点阵时，书中并没有直接给出定义和公式，而是先从倒易空间在衍射分析中的重要性入手，通过类比“声音的频谱分析”，让我们理解倒易空间如何承载着晶体结构的信息，进而才引出倒易点阵的构建方法。这种“先有鸡还是先有蛋”的教学思路，对于理解复杂概念至关重要。此外，书中对于实验技术的介绍也相当到位，作者详细地阐述了X射线衍射、电子衍射等主要实验手段的工作原理、优缺点以及在晶体和准晶体研究中的具体应用。我曾尝试阅读过一些只关注理论的书籍，虽然理论扎实，但缺乏实践指导，往往难以将所学知识应用到实际问题中。而这本书，则很好地结合了理论与实践，既有深入的理论剖析，又不乏对实验细节的关注，让我感觉学习过程更加完整和充实。