《軟物質(zhì)X-射線散射基礎》內(nèi)容源自2008~2010年我在馬薩諸塞大學(安姆斯特,美國)給高分子材料系一年級研究生授課的講義。由此機緣,我發(fā)現(xiàn)我所知并欣賞的關(guān)于X-射線散射的優(yōu)秀教材大都由物理學家編寫,他們習慣于使用數(shù)學公式來讓事情變得清楚。這一途徑顯然不能吸引我當時所教的學生。首先,他們有不同的背景,通常只具備有限的數(shù)學知識。其次,他們渴望作為一個用戶更多地了解X-射線散射,但不傾向成為一個專家。在我的講義中,我盡量去適應這幾點。本講義在各種其他機會下得到改進,特別是2011年在中國科學技術(shù)大學(合肥,中國)和2013年在萊布尼茨交互材料研究所(DWI,亞琛,德國)的授課。
序言
1 引言與概論
1.1 引言
1.2 X-射線的產(chǎn)生
1.3 單電子散射
1.4 平面波散射
1.5 X-射線吸收
1.6 X-射線折射和反射
1.7 X-射線的相干性
1.8 X-射線、中子和光散射
2 粒子的基本散射
2.1 復雜體系的散射
2.1.1 原子、分子和晶格
2.1.2 散射幾何及Ewald球
2.1.3 散射及傅里葉變換
2.2 模型散射分布的衍射
2.2.1 方波分布的衍射
2.2.2 球體的衍射
2.3 原子與分子溶液
2.3.1 低分辨率下的粒子形狀因子
2.3.2 Guinier分析
2.3.3 Porod分析
2.4 實例研究:無相互作用粒子的SAXS建模
2.5 拓展到簡單液體結(jié)構(gòu)因子
3 軟物質(zhì)的有序/無序
3.1 短程有序
3.2 長程有序
3.3 液晶的取向和位置有序
3.3.1 向列相
3.3.2 近晶A相
3.4 有序與維度
3.4.1 低維漲落
3.4.2 二維的兩步熔融
3.5 實例研究:近晶薄膜的有序
4 衍射物理:晶體散射
4.1 晶體學原理
4.1.1 晶格種類
4.1.2 晶面與密勒指數(shù)
4.2 晶格的衍射
4.2.1 布拉格定律
4.2.2 倒易空間簡介
4.2.3 晶格求和與散射條件
4.3 晶體散射的其他性質(zhì)
4.3.1 Debye-Waller因子
4.3.2 鑲嵌度(MosaicSpread)
4.3.3 線寬和平均疇尺寸
4.3.4 多晶衍射
4.4 實例研究:聚合物結(jié)晶
4.4.1 例子1:聚乙烯(PE)
4.4.2 例子2:等規(guī)聚丙烯(iPP)
4.4.3 結(jié)晶度
4.4.4 結(jié)晶的開始
5 X-射線散射在軟物質(zhì)研究中的應用
5.1 儀器、小角和寬角X-射線散射
5.2 例子
5.2.1 液晶相
5.2.2 膠體
5.2.3 兩親化合物
5.2.4 生物膜
5.2.5 嵌段共聚物
5.3 實例研究:連接多尺度有序與窘組
5.3.1 嵌段共聚物的受限結(jié)晶
5.3.2 液晶嵌段共聚物
5.3.3 樹枝狀液晶
6 軟物質(zhì)薄膜及其表面
6.1 單個界面的反射
6.1.1 菲涅耳理論
6.1.2 實用方面:掃描、蹤跡、粗糙度
6.1.3 軟界面例子
6.2 多界面:軟物質(zhì)薄膜
6.2.1 均勻薄膜
6.2.2 多層薄膜:遞歸形式
6.2.3 實例一:單層氟代烷烴
6.2.4 實例二:二嵌段共聚物薄膜
6.3 掠入射衍射
6.3.1 烷烴單分子層的表面凝固
6.3.2 近晶嵌段共聚物薄膜的受控取向
6.4 實例研究:取代噻吩的單層結(jié)構(gòu)