隨著科學技術的不斷進步,人們對材料性能的要求日益嚴苛。材料的性能與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)息息相關,單純對其靜態(tài)結(jié)構(gòu)進行表征已經(jīng)無法滿足材料結(jié)構(gòu)設計的需求,人們迫切需要知道材料在外場下的結(jié)構(gòu)演化規(guī)律,如材料的動態(tài)失效機制、蠕變機制、電化學反應過程、相變、氧化還原過程等。傳統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)表征已不足以讓人們總結(jié)歸納出其動態(tài)結(jié)構(gòu)演化規(guī)律,逐步發(fā)展起來的原位電子顯微學成為目前電子顯微學領域最重要的分支之一。近年來,國內(nèi)外眾多科研工作者和相關產(chǎn)品開發(fā)商在原位電子顯微學技術和方法的發(fā)展上已取得一系列突破性的成果,尤為可喜的是,國內(nèi)研究人員和廠商經(jīng)過不懈的努力,已打破國外對相關原位電子顯微學技術的壟斷,發(fā)展出具有自主知識產(chǎn)權的技術和方法,正在為原位電子顯微學領域及新材料的設計與開發(fā)貢獻自己的力量。

本書從電子顯微鏡的基本工作原理出發(fā),系統(tǒng)地梳理了各種原位電子顯微學技術和方法,闡述了各種技術和方法在新材料結(jié)構(gòu)設計及各種外場下的動態(tài)結(jié)構(gòu)演化規(guī)律,展示了原位電子顯微學的創(chuàng)新性和先進性。同時結(jié)合作者團隊在高強韌結(jié)構(gòu)材料強韌化機理的動態(tài)揭示及新型高性能復合材料設計中的工作基礎,介紹了原位電子顯微學在原位力學、原位電學、原位液相反應、原位氣相反應等相關領域的應用。本書共7章,第1章介紹了電子顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,系統(tǒng)介紹了電子顯微鏡的各種靜態(tài)結(jié)構(gòu)表征方法;第2章歸納總結(jié)了國內(nèi)外各研究小組以及廠商在原位電子顯微學領域開發(fā)的技術和產(chǎn)品以及各產(chǎn)品的相關功能;第3章重點介紹了原位電子顯微學在材料力學方面的應用,結(jié)合作者在此領域開展的前期研究工作,展望了原位力學在結(jié)構(gòu)材料設計中的應用前景;第4章重點闡述了原位電子顯微學在材料電學相關領域的研究進展;第5章介紹了原位電子顯微學在液體電化學領域的應用案例,該領域也是原位電子顯微學領域難度系數(shù)最高的領域,相關技術

及分辨率的提升依舊困擾著科研工作者;第6章介紹了原位電子顯微學在氣相反應中的應用;第7章介紹了原位電子顯微學在材料熱學方面的應用,包括原位觀察高溫下顯微結(jié)構(gòu)的演變等眾多經(jīng)典研究內(nèi)容并對原位電子顯微學未來的發(fā)展進行了展望。開發(fā)具有優(yōu)異綜合性能的新材料已成為世界各國新技術、新裝備的新賽道。原位電子顯微學可以為新材料的設計提供動態(tài)結(jié)構(gòu)演化理論基

礎,能更好地為新材料的設計開發(fā)提供指導意見。為適應我國新材料設計與開發(fā)的迫切需求,了解并學習原位電子顯微學相關原理與技術,掌握各種外場的施加技術和方法,動態(tài)揭示材料單一外場或多場耦合作用下的結(jié)構(gòu)演化規(guī)律,對從事高性能新材料結(jié)構(gòu)設計與開發(fā)的科研人員和工作者意義重大。本書可供在材料、化學、物理、生物等眾多領域進行新材料結(jié)構(gòu)設計與開發(fā)的科技人員參考,也可供對原位電子顯微學領域相關技術和方法感興趣的研究生和高年級本科生閱讀學習。

本書主要由岳永海編寫,仇克亮、李逢時、侯京朋、鄧青井、孫曉毅、李響、肖宇、張宇貝、盧洪來、張薔等輔助完成了材料收集、整理、圖表繪制和公式編寫等工作。在本書付梓之際,感謝朱靜院士、張澤院士、田永君院士、郭林教授、韓曉東教授、徐波教授等眾多前輩師長,本書的許多研究內(nèi)容得益于他們在學術上所給予的寶貴建議。限于作者水平,本書難免存在疏漏之處,懇請讀者批評指正。

作 者

2024年4月30日于北京