《材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與表征》的編寫主要根據(jù)成果導(dǎo)向教育（OBE）理念，以培養(yǎng)目標(biāo)反向設(shè)計(jì)教材內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)使學(xué)生了解結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、熟悉測(cè)試技術(shù)、熟練分析方法的課程目標(biāo)。本書(shū)以培養(yǎng)學(xué)生能力為主體，創(chuàng)新內(nèi)容和模式，深度提煉課程思政案例，將結(jié)構(gòu)化學(xué)理論、材料測(cè)試技術(shù)、材料計(jì)算模擬方法、材料結(jié)構(gòu)分析案例等模塊交叉融合，形成五位一體的多維立體式教材。全書(shū)共計(jì)8章，主要包括緒論、原子結(jié)構(gòu)與表征、分子結(jié)構(gòu)及光譜分析、晶體結(jié)構(gòu)與表征、金屬結(jié)構(gòu)與表征、材料計(jì)算模擬方法、材料復(fù)雜綜合問(wèn)題解決案例分析等內(nèi)容。本書(shū)可作為高等學(xué)校材料類專業(yè)的本科、研究生教材，也可作為材料科學(xué)研究人員的參考書(shū)。
目前，我國(guó)普通高等教育教材建設(shè)正逐步形成反映時(shí)代特點(diǎn)、與時(shí)俱進(jìn)的教材體系，并逐漸向立體化和數(shù)字化方向發(fā)展。同時(shí)，在新時(shí)代、新形勢(shì)下，教材建設(shè)要落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)，體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的最新突破、學(xué)術(shù)研究的最新進(jìn)展，及時(shí)更新修訂陳舊內(nèi)容，為培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人提供堅(jiān)實(shí)有力的支撐。
新材料是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。材料的性能由其結(jié)構(gòu)組成決定，讓學(xué)生掌握材料微觀層面的結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)和表征分析方法，以培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建起材料的晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織、化學(xué)成分、物相組成與材料制備工藝、材料性能間的關(guān)系，具備材料結(jié)構(gòu)分析和表征的能力，以適應(yīng)材料設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的新要求，進(jìn)而滿足新時(shí)代新材料領(lǐng)域?qū)θ瞬诺呐囵B(yǎng)需求。
本書(shū)在內(nèi)容上先從材料結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)入手，深入介紹材料微觀測(cè)試技術(shù)手段。主要由緒論、原子結(jié)構(gòu)與表征、分子結(jié)構(gòu)及光譜分析、晶體結(jié)構(gòu)與表征、金屬結(jié)構(gòu)與表征、材料計(jì)算模擬方法、材料復(fù)雜綜合問(wèn)題解決案例分析等部分組成。各章首先在本章導(dǎo)讀中設(shè)置思維導(dǎo)圖，實(shí)現(xiàn)章節(jié)知識(shí)的可視化，以便學(xué)生建立知識(shí)框架，具有良好的適教性，進(jìn)而幫助學(xué)生建立知識(shí)與能力邏輯框架，提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和針對(duì)性；其次在章節(jié)開(kāi)頭引入思政案例，深入挖掘材料結(jié)構(gòu)問(wèn)題與測(cè)試技術(shù)的文化基因和價(jià)值范式，強(qiáng)化課程思政建設(shè)，多角度多層次地將思政教育與知識(shí)體系教育有機(jī)融合，增強(qiáng)學(xué)生社會(huì)主義核心價(jià)值觀。同時(shí)，書(shū)中豐富了新工科新材料的實(shí)際材料結(jié)構(gòu)問(wèn)題分析案例。通過(guò)研究性、創(chuàng)新性、綜合性材料分析案例的教材內(nèi)容，提高課程的挑戰(zhàn)度，加大學(xué)生自學(xué)時(shí)間投入，培養(yǎng)學(xué)生高階能力；讓學(xué)生深入體會(huì)國(guó)家卡脖子技術(shù)產(chǎn)生的原因，樹(shù)立為之奮斗終身的決心；科技成果以分析案例形式呈現(xiàn)，真實(shí)且實(shí)用，提升學(xué)生學(xué)習(xí)關(guān)注度和參與度；通過(guò)深度提煉課程思政案例，將材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、測(cè)試技術(shù)與案例分析交叉融合，以期培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)展材料科學(xué)研究和解決材料科學(xué)與工程領(lǐng)域相關(guān)問(wèn)題的能力。最后利用課題組的研究經(jīng)歷，本書(shū)設(shè)計(jì)了三個(gè)關(guān)于醫(yī)用金屬材料、樹(shù)脂材料、無(wú)機(jī)材料綜合應(yīng)用的實(shí)際案例，以實(shí)際項(xiàng)目給學(xué)生真實(shí)體驗(yàn)，教會(huì)學(xué)生如何建立起科研思想，學(xué)會(huì)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決科研綜合、復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題。
本書(shū)前言、第1章和第2章由許瑩編寫，第3章和第4章由蔡艷青編寫，第5章和第6章由胡晨光編寫，第7章由陳興剛編寫，第8章由蔡艷青、陳興剛、胡晨光編寫。
本書(shū)做了一些嘗試性的工作，由于編著者的水平所限，必定還存在不足之處，熱切盼望讀者提出寶貴意見(jiàn)。
編著者
2025.3
第1章 緒論
【思維導(dǎo)圖】 001
【思政案例】 愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)科學(xué)家精神 001
1.1 材料科學(xué)的概念 001
1.2 材料結(jié)構(gòu)與研究方法 002
參考文獻(xiàn) 003
第2章 原子結(jié)構(gòu)與表征
【本章導(dǎo)讀】 004
【思維導(dǎo)圖】 004
【思政案例】 愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)兩彈一星精神 005
2.1 量子力學(xué)基礎(chǔ) 005
2.1.1 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征 005
2.1.2 量子力學(xué)基本假設(shè) 008
2.1.3 箱中粒子的薛定諤方程及其解 013
2.1.4 掃描隧道顯微鏡 015
【思政案例】 勇于創(chuàng)新勇攀高峰 019
2.2 原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 019
2.2.1 單電子原子的薛定諤方程及其解 020
2.2.2 多電子原子的結(jié)構(gòu) 030
2.3 電子與固體物質(zhì)的相互作用 036
【思政案例】 求真務(wù)實(shí)責(zé)任擔(dān)當(dāng) 037
2.4 掃描電子顯微分析 037
2.4.1 掃描電子顯微鏡原理 037
2.4.2 掃描電鏡主要結(jié)構(gòu) 038
2.4.3 掃描電鏡主要指標(biāo) 040
2.4.4 掃描電子顯微鏡在材料分析中的應(yīng)用 041
【思政案例】 獨(dú)出新材綠色低碳 049
2.5 電子探針X 射線顯微分析 049
2.5.1 電子探針的構(gòu)造和工作原理 049
2.5.2 電子探針在材料分析中的應(yīng)用 054
思考題 058
參考文獻(xiàn) 059
第3章 分子結(jié)構(gòu)及光譜分析（一）
【本章導(dǎo)讀】 060
【思維導(dǎo)圖】 060
【思政案例】 求真務(wù)實(shí)化學(xué)鍵理論的發(fā)展史 061
3.1 化學(xué)鍵概述 061
3.2 H2 的分子軌道和共價(jià)鍵的本質(zhì) 061
3.2.1 氫分子離子的薛定諤方程 062
3.2.2 變分原理與線性變分法 062
3.2.3 H2 的變分原理 063
3.2.4 關(guān)于特殊積分的討論和H2 能量曲線 064
3.3 分子軌道理論 066
3.3.1 簡(jiǎn)單分子軌道理論 066
3.3.2 分子軌道的分類和分布特點(diǎn) 066
3.3.3 同核雙原子分子的結(jié)構(gòu) 069
3.3.4 異核雙原子分子的結(jié)構(gòu) 072
3.3.5 雙原子分子的光譜項(xiàng) 073
3.4 雙原子分子光譜 074
【思政案例】 勇于創(chuàng)新光譜分析的起源故事 074
3.4.1 分子光譜簡(jiǎn)介 074
3.4.2 雙原子分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜 076
3.4.3 雙原子分子的振動(dòng)光譜 078
3.4.4 雙原子分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜 081
3.5 多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 082
3.5.1 價(jià)電子對(duì)互斥理論（VSEPR） 082
3.5.2 雜化軌道理論 083
3.5.3 離域分子軌道理論 084
3.5.4 休克爾分子軌道法（HMO 法） 084
3.6 多原子分子光譜概論 084
【思政案例】 愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)青春中國(guó)，光譜計(jì)劃 084
3.6.1 多原子分子光譜的分類 085
3.6.2 多原子分子的振動(dòng)光譜 085
思考題 086
參考文獻(xiàn) 086
第4章 分子結(jié)構(gòu)及光譜分析（二）
【本章導(dǎo)讀】 087
【思維導(dǎo)圖】 087
4.1 拉曼散射光譜 088
【思政案例】 求真務(wù)實(shí)拉曼光譜鑄慧眼 088
4.1.1 拉曼散射光譜概述 088
4.1.2 拉曼散射的條件 088
4.1.3 拉曼散射光譜的應(yīng)用 089
4.1.4 拉曼散射光譜技術(shù)的特點(diǎn) 089
4.1.5 拉曼散射光譜在材料研究中的應(yīng)用 090
4.2 光電子能譜 097
【思政案例】 愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)中國(guó)光譜新時(shí)代 098
4.2.1 光電子能譜簡(jiǎn)介 098
4.2.2 光電子能譜實(shí)驗(yàn)技術(shù) 101
4.2.3 光電子能譜在材料研究中的應(yīng)用 106
4.3 紫外可見(jiàn)吸收光譜 110
4.3.1 紫外可見(jiàn)吸收光譜簡(jiǎn)介 110
4.3.2 紫外可見(jiàn)吸收光譜儀 110
4.3.3 紫外可見(jiàn)吸收光譜分類 110
4.3.4 紫外可見(jiàn)吸收光譜測(cè)定試樣制備 113
4.3.5 紫外可見(jiàn)吸收光譜在材料研究中的應(yīng)用 113
4.4 紅外吸收光譜 117
【思政案例】 勇于創(chuàng)新紅外光譜的發(fā)現(xiàn)史 117
4.4.1 紅外光譜概述 117
4.4.2 傅里葉紅外吸收光譜儀 119
4.4.3 紅外測(cè)試試樣制備 119
4.4.4 紅外光譜解析 120
4.4.5 紅外光譜在材料研究中的應(yīng)用 124
4.5 俄歇電子能譜 131
【思政案例】 勇于創(chuàng)新俄歇電子能譜的奠基人皮埃爾·俄歇 131
4.5.1 俄歇電子能譜概述 131
4.5.2 俄歇電子能譜分析 134
4.5.3 俄歇電子能譜在材料研究中的應(yīng)用 138
4.6 核磁共振吸收波譜 140
4.6.1 核磁共振基本原理及核磁共振波譜儀 140
4.6.2 試樣制備 141
4.6.3 化學(xué)位移與自旋分裂 141
4.6.4 核磁共振氫譜及應(yīng)用 143
思考題 145
參考文獻(xiàn) 146
第5章 晶體結(jié)構(gòu)與表征
【本章導(dǎo)讀】 147
【思維導(dǎo)圖】 147
【思政案例】 愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)科技報(bào)國(guó) 148
5.1 晶體 148
5.1.1 晶體的形成 148
5.1.2 點(diǎn)陣、結(jié)構(gòu)基元和晶胞 148
5.1.3 點(diǎn)陣參數(shù)和晶胞參數(shù) 149
5.2 晶面與晶向 151
5.2.1 晶面指數(shù)與晶向指數(shù) 151
5.2.2 晶面間距、晶面夾角 153
5.2.3 倒點(diǎn)陣（倒格子） 155
5.3 X 射線衍射幾何條件 158
5.3.1 Bragg 定律 159
5.3.2 倒易空間與衍射條件（厄瓦爾德圖解） 161
5.4 X 射線衍射儀法分析 163
5.4.1 衍射儀法 163
5.4.2 衍射儀的調(diào)整與工作方式 168
5.4.3 X 射線衍射分析在材料分析中的應(yīng)用 169
5.5 透射電子顯微分析 174
【思政案例】 勇于創(chuàng)新勇攀高峰 174
5.5.1 透射電子顯微鏡結(jié)構(gòu) 174
5.5.2 透射電鏡的主要性能指標(biāo) 178
5.5.3 電子衍射 179
5.5.4 透射電子顯微鏡在材料分析中的應(yīng)用 181
5.6 熱分析技術(shù) 182
5.6.1 差熱分析 183
5.6.2 差示掃描量熱分析 187
5.6.3 熱重分析 190
5.6.4 熱分析技術(shù)的應(yīng)用 194
思考題 200
參考文獻(xiàn) 201
第6章 金屬的結(jié)構(gòu)與表征
【本章導(dǎo)讀】 202
【思維導(dǎo)圖】 202
【思政案例】 獨(dú)出新材鋼渣碳中和 203
6.1 金屬的性質(zhì) 203
6.1.1 金屬鍵的自由電子模型 203
6.1.2 固體能帶理論 204
6.2 等徑圓球的密堆積 206
6.2.1 等徑圓球的最密堆積 206
6.2.2 等徑圓球的體心立方密堆積 209
6.2.3 等徑圓球密堆積中空隙的大小和分布 209
6.3 合金的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 210
6.3.1 金屬固溶體 211
6.3.2 金屬化合物 212
6.3.3 金屬間隙化合物 213
6.4 固體的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 213
6.5 場(chǎng)離子顯微鏡 214
【思政案例】 求真務(wù)實(shí)踏實(shí)肯干 214
6.5.1 場(chǎng)離子顯微鏡的結(jié)構(gòu)和成像原理 215
6.5.2 場(chǎng)離子顯微鏡的應(yīng)用 215
6.6 離子散射譜 218
6.6.1 低能離子散射與高能離子散射 218
6.6.2 低能離子散射譜儀 219
6.6.3 LEISS 應(yīng)用 220
6.7 穆斯堡爾譜法 222
6.7.1 穆斯堡爾效應(yīng) 222
6.7.2 穆斯堡爾效應(yīng)的測(cè)量 223
6.7.3 化學(xué)位移 224
6.7.4 四極分裂 224
6.7.5 磁超精細(xì)場(chǎng) 225
6.7.6 穆斯堡爾譜的應(yīng)用 226
思考題 229
參考文獻(xiàn) 229
第7章 材料計(jì)算模擬方法
【本章導(dǎo)讀】 230
【思維導(dǎo)圖】 230
【思政案例】 愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)鄧稼先科學(xué)家的計(jì)算焦慮 231
7.1 計(jì)算機(jī)模擬的起源 231
7.2 第一性原理計(jì)算密度泛函理論 233
7.2.1 密度泛函理論背景 233
【思政案例】 獨(dú)出新材第一性原理計(jì)算2019-nCoV 病毒分子3CL 水解酶結(jié)構(gòu) 234
7.2.2 密度泛函理論基礎(chǔ) 234
7.2.3 第一性原理的研究現(xiàn)狀及計(jì)算常用軟件 243
7.2.4 第一性原理在材料研究中的應(yīng)用 245
7.3 分子動(dòng)力學(xué) 251
7.3.1 分子動(dòng)力學(xué)基本原理 252
7.3.2 分子動(dòng)力學(xué)方法在材料研究中的應(yīng)用 259
7.4 蒙特卡洛法 269
7.4.1 基本思想和一般過(guò)程 269
7.4.2 隨機(jī)數(shù)與偽隨機(jī)數(shù) 270
7.4.3 隨機(jī)抽樣 277
7.4.4 蒙特卡洛法的精度與改進(jìn) 285
7.4.5 蒙特卡洛法在材料研究中的應(yīng)用 287
思考題 289
參考文獻(xiàn) 290
第8章 材料復(fù)雜綜合問(wèn)題解決案例分析
【本章導(dǎo)讀】 292
【思維導(dǎo)圖】 292
8.1 醫(yī)用鈦合金梯度復(fù)合材料復(fù)雜綜合問(wèn)題解決實(shí)操案例 293
8.1.1 工程問(wèn)題案例背景 293
8.1.2 問(wèn)題分析總體思路 293
8.1.3 擬采用的測(cè)試手段 294
8.1.4 與專業(yè)知識(shí)點(diǎn)關(guān)系 294
8.1.5 實(shí)操過(guò)程分析結(jié)果 295
8.1.6 案例分析總結(jié)反思 304
8.2 耐高溫聚苯腈合金樹(shù)脂復(fù)雜綜合問(wèn)題解決實(shí)操案例 306
8.2.1 工程問(wèn)題案例背景 306
8.2.2 問(wèn)題分析總體思路 306
8.2.3 擬采用的測(cè)試手段 306
8.2.4 與專業(yè)知識(shí)點(diǎn)關(guān)系 306
8.2.5 實(shí)操過(guò)程分析結(jié)果 306
8.2.6 案例分析總結(jié)反思 319
8.3 鋼渣捕獲二氧化碳材料復(fù)雜綜合問(wèn)題解決實(shí)操案例 319
8.3.1 工程問(wèn)題案例背景 319
8.3.2 問(wèn)題分析總體思路 319
8.3.3 擬采用的測(cè)試手段 319
8.3.4 與專業(yè)知識(shí)點(diǎn)關(guān)系 319
8.3.5 實(shí)操過(guò)程分析結(jié)果 320
8.3.6 案例分析總結(jié)反思 330
思考題 330
參考文獻(xiàn) 330
書(shū)單推薦
