具体描述
《医疗器械系列教材·核磁共振成像技术实验教程》是作者在多年教学实践的基础上，利用适用于教学实验的台式核磁共振成像仪开发的教学实验项目，是目前国内唯一专门详细介绍核磁共振成像技术实验教学的书籍。按照实验项目的类型不同，《医疗器械系列教材·核磁共振成像技术实验教程》包括原理性实验、成像技术实验、硬件结构实验和应用拓展实验四个部分的重点内容，共31个实验。在每个具体实验项目中，设有实验目的、实验设备与器材、实验原理与方法、实验步骤、实验结果、思考与讨论以及仿真设计等内容。为进一步加强理论与实际的联系，掌握设备的基本硬件结构，《医疗器械系列教材·核磁共振成像技术实验教程》特地安排了核磁共振原理与设备结构和台式核磁共振成像仪器描述两个专门篇幅加以论述。
先进材料的表征与应用：高分辨透射电子显微镜（HRTEM）应用指南 本书聚焦于材料科学领域的前沿技术——高分辨透射电子显微镜（HRTEM）在材料结构解析与性能关联研究中的实际应用，旨在为材料研究者、工程师及相关专业学生提供一本系统、详尽的操作与案例分析手册。 --- 第一部分：基础理论与仪器原理的深度剖析 本书将透射电子显微镜（TEM）的理论基础提升至高分辨（HR）层面，为读者构建坚实的理论框架。我们摒弃了对基础光学显微镜原理的冗余介绍，直接切入电子束与物质相互作用的核心机制。 第一章：电子光学系统与成像基础 本章详细阐述了现代高分辨透射电子显微镜的核心部件——电子枪（包括场发射枪FEG的优势）、电磁透镜组的精确校准（特别是物镜的像差矫正技术，如球差校正器的原理与影响）。重点分析了布拉格衍射理论在电子束成像中的应用，并引入洛伦兹力对电子束偏转的精确数学模型。我们详细讨论了衬度形成机制，区分了质量-厚度衬度与衍射衬度，并深入探讨了像面成像（Image Space Imaging）与倒易空间成像（Diffraction Space Imaging）的切换与优化。 第二章：高分辨成像的物理极限与像差控制 HRTEM之所以强大，在于其突破衍射极限的能力。本章深入分析了信息极限和分辨率极限的概念。对于高性能HRTEM而言，像差是制约分辨率的关键因素。本书详尽介绍了球差（Spherical Aberration, $C_s$）和慧差（Coma, $C_c$）的物理来源，并着重讲解了现代球差校正器（如CEOS或ACRONOS系统）的工作原理、像差系数的精确测量方法（如“物镜光阑法”和“像差图分析法”），以及如何通过软件实时校正来获得亚埃级分辨率。此外，我们还探讨了试料漂移和电子束诱导损伤对高分辨图像稳定性的影响及应对策略。 第三章：倒易空间分析：电子衍射（SAED）的精细解读 衍射花样是揭示晶体结构对称性和取向的“密码本”。本章专注于选区电子衍射（SAED）在HRTEM中的应用。内容涵盖： 1. 衍射斑点的几何意义： 如何根据斑点的位置确定晶格常数和晶带轴（Zone Axis）。 2. 动态衍射效应（Thickness Effect）： 详细分析了薄膜样品中，由于电子束穿透厚度变化导致的衍射斑点形状、强度变化及其对结构解析的干扰。 3. 对称性分析： 如何通过识别衍射图样中的对称性（如二维平移对称性、旋转对称性）来初步判断晶体结构类型（如立方、四方或六方）。 4. 晶体取向确定： 提供了一系列标准晶体（如Si, $ ext{Al}_2 ext{O}_3$, $ ext{TiO}_2$）的晶带轴-晶面对应图谱，指导用户快速确定样品在显微镜中的具体取向。 --- 第二部分：样品制备与成像策略 高质量的HRTEM图像源于精良的样品和优化的成像参数。本部分将实践操作提升到科学研究的严谨层面。 第四章：先进样品制备技术：迈向原子尺度的挑战 HRTEM对样品厚度的要求极其苛刻（通常要求<100 nm，理想状态下<20 nm）。本章详细对比和评述了当前主流的样品制备技术，重点关注其在不同材料体系（金属、陶瓷、半导体、聚合物复合材料）中的适用性： 1. 机械研磨与超薄切片法： 侧重于如何控制研磨过程中的应力损伤和残余形变层。 2. 聚焦离子束（FIB）技术： 深入讲解FIB用于制备交叉截面样品的“套娃”策略（Gate and Well），以及如何有效去除FIB制样过程中引入的镓离子损伤层。 3. 电化学抛光与双喷法（Twin-Jet Polishing）： 针对金属薄膜和合金体系，提供精确的电流密度、电压和溶液配比参数。 4. 原位生长/沉积技术： 探讨如何直接在TEM载网上生长纳米结构样品，避免制样过程引入的人为缺陷。 第五章：高分辨像的定量分析与模拟 HRTEM图像不仅仅是“好看”的原子排列图，更是可进行定量分析的数据载体。本章详述了从原始图像到结构信息的转化过程： 1. 图像重建方法： 详细介绍Holography（全息术）在测量静电/磁场分布中的应用，以及相位恢复算法（Phase Retrieval）在消除像差对图像失真的补偿中的作用。 2. 晶格测量与畸变校正： 如何使用傅里叶变换（FFT）获得精确的倒易点阵，并进行周期性测量，包括如何校正图像采集过程中固有的图像畸变（Image Distortion）。 3. 晶体结构模拟与对比： 介绍如何利用STEM（扫描透射电镜）的STEM-ADF/HAADF成像模式来获取对原子序数敏感的图像，并通过与标准晶体结构模型（如CIF文件）进行对比模拟，准确识别晶格位移和缺陷类型。 --- 第三部分：特殊材料体系与前沿应用案例 本部分通过具体的研究案例，展示HRTEM在解决复杂材料科学问题中的强大能力，内容高度聚焦于结构-性能的微观机制。 第六章：纳米晶体与界面结构解析 纳米材料的研究是HRTEM的传统强项。本章专注于： 1. 晶界（Grain Boundaries）的结构： 分析高角度晶界（HAGBs）与低角度晶界（LAGBs）的结构差异，识别位错线在晶界处的排列，并讨论晶界能与材料力学性能的关系。 2. 孪晶与堆垛层错： 如何在HRTEM图像中区分单层堆垛层错与周期性孪晶边界，并计算其层错能。 3. 异质结界面： 针对半导体异质结（如$ ext{GaAs}/ ext{InP}$）或催化剂/载体界面，分析界面失配度（Lattice Mismatch）导致的应力集中和界面重建（Reconstruction）。 第七章：低维结构与缺陷工程 对于二维材料和位错等线缺陷，HRTEM提供了无与伦比的观察窗口。 1. 二维材料的层数确定与褶皱分析： 如何通过观察晶格条纹的周期性变化来确定石墨烯、$ ext{MoS}_2$等材料的层数，并分析边缘结构和褶皱（Rippling）的原子形态。 2. 点缺陷与线缺陷的识别： 深入探讨如何区分空位（Vacancy）、间隙原子（Interstitial）和原子尺度的位错核心结构。特别关注如何通过图像衬度差异来识别$ ext{MgAl}_2 ext{O}_4$尖晶石结构中的阳离子无序。 第八章：原位（In-Situ）HRTEM在动态过程中的应用 本书的终极目标是将静态观察扩展到动态研究。本章详细介绍了原位加热、原位电学/力学加载对HRTEM成像的特殊要求： 1. 加热组件的使用与温度校准： 重点讨论加热杆引起的样品漂移、热梯度效应，以及在加热过程中晶体相变的实时捕捉。 2. 原位电化学反应观察： 如何设计和使用液体电池或电解池载体，实时观察锂离子电池电极材料在充放电过程中材料的结构演变，如表面钝化层的形成或晶格的膨胀收缩。 3. 动态应力加载下的位错运动： 介绍纳米压头或拉伸夹具在TEM内的工作原理，用于捕获真实时间内的位错成核与滑移过程。 --- 本书特点： 实例驱动： 包含大量来自金属合金、功能陶瓷、能源材料领域的实际HRTEM图像和衍射数据，并附带详细的解析步骤。 软件集成： 涵盖主流图像处理软件（如Gatan DigitalMicrograph, ImageJ/Fiji, CrystalMaker）的批处理和分析流程。 面向实践： 强调参数优化、数据可靠性评估（如信噪比SNR的量化）以及结果的物理解释，是实验室高水平操作的宝贵参考。 目标读者： 材料科学、物理学、化学工程及相关领域的研究生、博士后、高级技术人员和高校教师。掌握本书内容，将能熟练驾驭现代HRTEM，并将获得的原子尺度信息转化为对宏观材料性能的深刻理解。
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