透射电子显微学：材料科学教材（4卷本）_David B.Williams C.Barry Carte_9787302155294

本书是美国最为流行的教科书之一。它分为4卷：基本概念，衍射理论，成像原理及能谱分析。其中第1卷主要讲解电子显微镜的基本概念，包括衍射基础知识、显微镜的组成部件、仪器构造与功能以及样品制备。第2卷介绍衍射图像、倒易点阵、衍射电子像的标定，以及各种衍射分析方法。第3卷主要是关于成像原理。该卷对材料研究中典型的课题进行系统的介绍。比如晶体缺陷、内应力、相分析等。该卷还着重介绍了高分辨电子显微镜和图像模拟。第4卷讨论各种能谱的分析方法与技术。比如X射线谱、X射线定量定性分析、电子能量损失谱等。在电子显微学研究中最为基本的理论是衍射理论，因而该书利用相当大的篇幅介绍衍射理论以及与其紧密相关的晶体结构，这些知识是材料学专业的重要基础理论之一。
本书作为教材很有创新性，而且把这一通用的材料表征技术的实际应用进行了必要的介绍和论述，是短时间内掌握电子显微镜的最佳学习途径，无论是电子显微镜初学者还是高级研究人员都将开卷有益。它也是亚马逊网上书店最畅销的教材之一。

自从1897年汤姆逊发现电子的35年之后，诺尔与鲁斯卡发现电子束可以穿过物质并和光一样成像，从而建立了透射电子显微镜的基本原理。利用电子成像的原理，柏林的西门子公司在1932年首次生产出第一台透射电子显微镜。
电子显微镜的原理非常相似于光学显微镜，只不过在电子显微镜中，光子由电子取代。因为电子比光子具有更短的波长，电子显微镜的分辨率就可以观察到晶格里的原子。由于电子的透射，它的衍射就可以用来精确地研究物质的结构和成分。正因为透射电子显微镜是材料科学研究中最为重要的分析手段之一，所以“透射电子显微学”是美国大学材料系本科生及研究生院的选修和必修课。这门课往往配合其他电子显微分析技术，如扫描电子显微镜、X-射线等而组成材料分析方法的系列课程。
“透射电子显微学”在全美国的工学院里是材料专业的主修课之一，它也成为其他专业 (比如化工、化学、生物、地质、机械、航空、医学)学生的选修课和参考科目，但侧重有所不同。比如对于材料科学与工程专业的学生,教程会较为详细地把重点放在材料的结构分析、衍射理论及各种实验方法等章节上。而对于非材料专业的学生,整个课程会广泛地介绍透射电子显微学在现代科学、工程技术以及生物医用领域内的一般应用,包括陶瓷、玻璃、高分子以及生物材料的电子显微学研究。课时一般为三个学分 (即一周三次课,每课50分钟)，其中附带了实验课。
“透射电子显微学”这门课所用的教科书有许多种。 Transmission Electron Microscopy （David B. Williams and C. Barry Carter, 1996）是美国最为流行的教科书之一。它分为4卷: 基本概念、衍射理论、成像原理和能谱分析。其中第1卷主要讲解电子显微镜的基本概念，包括衍射基础知识、显微镜的组成部件、仪器构造与功能，以及样品制备。第2卷介绍衍射图像、倒易点阵、衍射电子像的标定，以及各种衍射分析方法。第3卷主要是关于成像原理，该卷对材料研究中典型的课题进行系统的介绍。比如晶体缺陷、内应力、相分析等。该卷还着重介绍了高分辨电子显微镜和图像模拟。第4卷讨论各种能谱的分析方法与技术，比如X-射线谱、X-射线定量定性分析、电子能量损失谱、离子能量损失谱等。在透射电子显微学研究中最基本的理论是衍射理论，因而本书利用相当大的篇幅介绍衍射理论以及与其紧密相关的晶体结构。这些知识是材料学专业的重要基础理论之一。
在当代材料学研究中所遇到的许多关键问题已经不仅仅局限于传统材料，比如陶瓷和金属块材。在21世纪的材料研究中，材料学已经与许多前沿科学紧密联系起来，包括生物材料、纳米材料、医用材料、组织工程等。这些尖端新材料的研究要求实验者不仅懂得基础的衍射理论和实验方法，并且需要发展最新的电子显微镜技术。目前学术界最为重要的课题之一是纳米材料，比如纳米管和纳米组合结构。在许多生物医学和工业工程的应用中，这些纳米颗粒的表面必须经过物理、化学和生物的处理。处理后的纳米颗粒表面结构将会发生本质的变化。而纳米颗粒的表面需要用电子显微镜做各种精确的分析，比如结构、成分、形貌、物性等。这给电子显微学提出了最新的挑战，同时也为其赋予了更为丰富的研究课题。
本书内容新颖，理论完整，例子典型，科目丰富。但是对于本科生与研究生有课时上的限制。所以，各院校可根据专业的特点做适当的取舍。对于偏理科的专业，可以侧重第2卷的衍射理论。而对于工程专业，可以选择第3卷中的各种成像技术与第4卷中的能谱分析方法。在选修本课程之前，应该首先完成普通物理和材料学的基础课程，比如光学、量子物理、晶体结构、金属学、X-射线等。该课应该是本科高年级以及研究生一二年级的课程。
与本课相关的实验课是掌握电子显微技术的必修课。结合该课的理论，学生们必须学习电子显微技术中最为关键的样品制备。与其他材料分析技术相比，透射电子显微镜对样品的制备有极高的要求。而相比之下，扫描电子显微镜、X-射线技术中样品的制备比较简单。透射电子显微学研究中的数据质量在很大程度上往往取决于样品制备的优劣。因此，在透射电子显微学的教学中，对实验方法的掌握成为十分关键的一步。由于透射电子显微学的这个特点，该课程必须要求附带实验课。
正是由于透射电子显微学要求极高的实验经验和专门技术，在美国工学院的教学过程中, 这门课大多由电子显微学领域里的专家负责。该书的两位作者： D. B. Williams and C. B. Carter博士是世界上电子显微学领域的权威。他们不仅在材料学的研究中有卓越的建树，而且在电子显微技术上有许多原创性的发明。他们在本书里不仅对电子显微学中涉及的基本物理概念有非常精彩的阐述,而且对电子显微学在各种材料中的应用作了极为详尽的描述。更为可贵的是本书引入了大量现代科技最新发展的成果，这为开拓学生眼界,熟悉相关领域动态,掌握现代工业发展有着极为积极的意义。
清华大学出版社在中国工业飞速发展的今天,十分及时地选择Transmission Electron Microscopy 作为中国大学理工科的材料学主要的英文原版教科书,并引进该书的影印版权，有着非常重要的现实意义。它不仅可以在国内科技英文教学方面作为一个具有国际工程院系的教学标准,也为一般的大专院校和科技单位的研究工作者提供了一本内容丰富、极具科研价值的参考书。我衷心祝愿本书的英文影印版受到国内学生、老师以及科研同行的欢迎,并在教学和科研中起到重大的作用。

时东陆
美国俄亥俄州立辛辛那提大学工学院
材料科学与工程教授
2007年