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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。

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