《Modern Techniques of Surface Science》书评

华南理工大学化学与化工学院 孙志红

一、概述

《Modern Techniques of Surface Science》（3rd Edition）由剑桥大学出版社出版于2016年，中文译名为《现代表面科学技术》，作者为来自英国华威大学的D. Philip Woodruff教授。本书从1984年出版至今已历三版，是表面科学领域的经典教材，第三版中对当前表面科学和纳米材料的最新表征技术进行了更新调整，可供从事材料科学特别是材料分析的研究人员参考。

二、内容简介

本书总共分为6章，每章都汇集并比较了用于解决特定问题的不同技术。从结构方面，根据宏观到微观的顺序介绍了如何确定表面成分、表面结构、表面电子结构、不同长度尺度的表面微观结构；从应用角度介绍了吸附剂的分子特征及其吸附或反应特性。本书具体研究内容如下：

第1章 引言和总体背景概念

本章首先通过异相催化、材料表面腐蚀和半导体器件制备等实例引出了研究表面科学的价值和意义，并对本书涉及的有关表面科学的基本概念进行了相关介绍，包括表面吸附、表面分析技术、表面对称性、叠加结构和理论计算。

第2章 表面成分测定方法

表面成分分析能提供材料表面最基本的信息，本章主要介绍了一系列测定表面成分的技术方法，包括核能级光谱、X-射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、离子散射光谱、二次离子质谱以及深度剖面分析。更重要的是，作者对当前表面成分测定的几种技术方法的优势和局限性进行了对比分析，有利于研究人员根据研究目的选择合适的表征方法。

第3章 表面结构测定方法

X-射线衍射和电子衍射是确定固体表面结构最常用的方法。本章首先介绍了几种测定表面结构的传统衍射方法，包括分布式晶体数据库和衍射、低能电子衍射（LEED）、反射型高能电子衍射（RHEED）、表面X-射线衍射、X-射线驻波以及原子衍射。传统衍射方法对于具有长程有序的晶体结构可以给出非常有用的信息，而对于缺乏长程周期性的表面结构则适宜采用非传统的测试技术。因此，本章紧接着介绍了局部电子散射和离子散射技术。局部电子散射方法同样依据相干波干涉原理，但是可以从缺乏长程有序的复杂结构中确定结构参数，该技术明显的局限性在于需要专门的同步辐射终端。不同于依据量子力学特性建立的电子和原子衍射方法，离子散射技术是通过经典物理学建立起来的，该技术所需的设备通常更精细更昂贵。本章提到的所有的结构解析方法都是依据试错策略建立起来的，首先对结构模型进行粗猜，然后将实验数据与模型参数进行比较，通过迭代优化不断调整模型参数以获得最终结构参数。

第4章 表面显微镜

本章介绍了确定表面结构更直观的显微镜技术，包括扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）、低能电子显微镜（LEEM）、光电子和自旋分辨电子显微镜、场离子显微镜（FIM）和原子探针。不同的显微镜技术是相互补充的，可以在不同尺度提供不同的有效信息。具体来说，扫描隧道显微镜和原子力显微镜适用于原子和亚分子尺度上的测试，两者最显著的区别在于扫描隧道显微镜要求测试的样品是导电的，而原子力显微镜则没有导电的要求；场离子显微镜也能提供原子级的分辨率，但只局限于高电场探头尖端局部材料的局部原子，因此该技术用于表面研究相对较少；低能电子显微镜相对来说分辨率要差一些；光电子和螺旋电子显微镜能够对表面元素组成的空间变化进行成像。

第5章 表面电子结构测定方法

本章介绍了一系列测定表面电子结构的方法，包括紫外光电子能谱、反光发射光谱、双光子发射光谱、核级光谱、离子中和谱和亚稳态电子冲击能谱、扫描隧道显微镜和功函数测试。

第6章 表面分子和分子相互作用的表征

本章首先通过动能谱和电子能谱技术表征材料表面原子成键信息和吸附剂分子特征。紧接着，本章对吸附剂的吸附、脱附以及反应特性进行了介绍，充分说明了表面分子的相互作用。

三、编写特点

    本书的编写特点在于其全面系统地介绍了表面科学和纳米材料的各种表征技术，内容由浅入深，层次分明。更重要的是，本书突出了各种表征技术的理论依据和关键参数，对于工程技术人员来说既能从原理上更深入地理解和把握测试技术，又不至于理论性太强而显得枯燥。同时，每一章作者都对相关技术进行对比分析，客观评价不同技术的特点和局限性，有利于研究人员选择更合适的测试方法。本书对于表面分析和测试的研究人员是一本非常好的工具书。

本馆馆藏索书号：O484/W893/E.3，馆藏地：五山校区-外文图书区（外教中心）