随着科技的进步,人们对具有优异性能的新材料提出了更高的要求,这就需要人们不仅要了解材料的微观结构,还要厘清材料在外场作用下的结构演化规律。作为解析材料微观结构的电子显微镜,一直以来都发挥着不可或缺的作用,然而只是静态的结构表征还不足以归纳总结材料的动态结构演化规律,因此能够融合各种外场作用的原位电子显微学应运而生。本书以电子显微镜为基础,系统介绍了当前国内外针对电子显微镜开展的原位电子显微学研究所获得的成果;重点介绍了多种原位电子显微学技术和方法,包括原位力学、原位电学、原位液相反应、原位气相反应、原位热学等众多世界前沿技术和成果。
本书可供在材料、化学、物理、生物等诸多领域进行新材料结构设计与开发的科技人员参考,也可供对原位电子显微学领域相关技术和方法感兴趣的研究生和高年级本科生阅读学习。
随着科学技术的不断进步,人们对材料性能的要求日益严苛。材料的性能与其内部结构息息相关,单纯对其静态结构进行表征已经无法满足材料结构设计的需求,人们迫切需要知道材料在外场下的结构演化规律,如材料的动态失效机制、蠕变机制、电化学反应过程、相变、氧化还原过程等。传统的静态结构表征已不足以让人们总结归纳出其动态结构演化规律,逐步发展起来的原位电子显微学成为目前电子显微学领域最重要的分支之一。近年来,国内外众多科研工作者和相关产品开发商在原位电子显微学技术和方法的发展上已取得一系列突破性的成果,尤为可喜的是,国内研究人员和厂商经过不懈的努力,已打破国外对相关原位电子显微学技术的垄断,发展出具有自主知识产权的技术和方法,正在为原位电子显微学领域及新材料的设计与开发贡献自己的力量。
本书从电子显微镜的基本工作原理出发,系统地梳理了各种原位电子显微学技术和方法,阐述了各种技术和方法在新材料结构设计及各种外场下的动态结构演化规律,展示了原位电子显微学的创新性和先进性。同时结合作者团队在高强韧结构材料强韧化机理的动态揭示及新型高性能复合材料设计中的工作基础,介绍了原位电子显微学在原位力学、原位电学、原位液相反应、原位气相反应等相关领域的应用。本书共7章,第1章介绍了电子显微镜的基本结构和工作原理,系统介绍了电子显微镜的各种静态结构表征方法;第2章归纳总结了国内外各研究小组以及厂商在原位电子显微学领域开发的技术和产品以及各产品的相关功能;第3章重点介绍了原位电子显微学在材料力学方面的应用,结合作者在此领域开展的前期研究工作,展望了原位力学在结构材料设计中的应用前景;第4章重点阐述了原位电子显微学在材料电学相关领域的研究进展;第5章介绍了原位电子显微学在液体电化学领域的应用案例,该领域也是原位电子显微学领域难度系数最高的领域,相关技术
及分辨率的提升依旧困扰着科研工作者;第6章介绍了原位电子显微学在气相反应中的应用;第7章介绍了原位电子显微学在材料热学方面的应用,包括原位观察高温下显微结构的演变等众多经典研究内容并对原位电子显微学未来的发展进行了展望。开发具有优异综合性能的新材料已成为世界各国新技术、新装备的新赛道。原位电子显微学可以为新材料的设计提供动态结构演化理论基
础,能更好地为新材料的设计开发提供指导意见。为适应我国新材料设计与开发的迫切需求,了解并学习原位电子显微学相关原理与技术,掌握各种外场的施加技术和方法,动态揭示材料单一外场或多场耦合作用下的结构演化规律,对从事高性能新材料结构设计与开发的科研人员和工作者意义重大。本书可供在材料、化学、物理、生物等众多领域进行新材料结构设计与开发的科技人员参考,也可供对原位电子显微学领域相关技术和方法感兴趣的研究生和高年级本科生阅读学习。
本书主要由岳永海编写,仇克亮、李逢时、侯京朋、邓青井、孙晓毅、李响、肖宇、张宇贝、卢洪来、张蔷等辅助完成了材料收集、整理、图表绘制和公式编写等工作。在本书付梓之际,感谢朱静院士、张泽院士、田永君院士、郭林教授、韩晓东教授、徐波教授等众多前辈师长,本书的许多研究内容得益于他们在学术上所给予的宝贵建议。限于作者水平,本书难免存在疏漏之处,恳请读者批评指正。
作 者
2024年4月30日于北京
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