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出版者:化學工業齣版社

作者:高穎

出品人:

頁數:308

译者:

出版時間:2004-9-1

價格:39.00元

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787502558031

叢書系列:

圖書標籤:

• 電化學
• 基礎
• 化學
• 物理化學
• 材料科學
• 能源
• 分析化學
• 傳感器
• 電極反應
• 腐蝕

《光子晶體與超材料：結構設計與電磁特性》 內容提要： 本書係統地探討瞭光子晶體（Photonic Crystals, PCs）和超材料（Metamaterials, MMs）這兩大前沿物理學與工程學交叉領域的核心理論、設計原理、製備技術以及在電磁波調控中的前沿應用。全書內容聚焦於材料結構如何精細地影響電磁波的傳播、吸收、反射與散射行為，旨在為研究人員和工程師提供一套從基礎概念到尖端器件設計的完整知識體係。 第一部分：光子晶體基礎理論與能帶結構 本部分奠定瞭理解周期性介質中電磁波行為的理論基礎。 第一章：周期性結構中的電磁波理論 詳細迴顧瞭布洛赫定理（Bloch’s Theorem）在描述電磁場在周期性介質中傳播時的適用性。重點闡述瞭宏觀介質的周期性結構如何通過形成光學布拉格反射導緻特定的能帶結構。引入瞭準晶格（Quasi-periodic lattices）的概念，並與完美周期晶體進行對比分析，討論瞭缺陷對局域態（Localized States）的影響。 第二章：光子帶隙的形成與調控 深入解析瞭光子帶隙（Photonic Band Gap, PBG）的物理本質。通過二維（2D）和三維（3D）光子晶體的能帶圖計算實例，展示瞭如何通過改變材料的摺射率對比度、晶格常數以及結構對稱性來精確控製帶隙的寬度和位置。討論瞭單負（SNG）、雙負（DNG）等基於結構的光子響應模式，並預示瞭其在超材料中的潛在應用。 第三章：拓撲光子學基礎 引入瞭拓撲不變量（Topological Invariants）在描述光子晶體邊緣態中的作用。著重介紹拓撲絕緣體（Topological Insulators）和拓撲半金屬在光子學中的類比實現，特彆是其對缺陷模式的魯棒性（Robustness）——即邊緣態對局部形變和汙染的不敏感性。分析瞭手性邊界態（Chiral Edge States）在單嚮信息傳輸中的潛力。 第二部分：超材料的廣義設計與本構關係 本部分轉嚮瞭亞波長尺度的人工結構，即超材料，探討其實現反常電磁特性的機理。 第四章：超材料的基本單元與等效參數 詳細闡述瞭超材料的核心思想：通過亞波長尺度的結構單元（Meta-atoms）來定義材料的宏觀電磁響應。重點剖析瞭常見的共振結構，如分裂環諧振器（Split-Ring Resonators, SRRs）、金屬納米綫陣列（Nanowire Arrays）以及“剪紙”結構（Lollipop Structures）。通過等效電路模型和廷佳格-史密斯（T&S）參數提取方法，精確計算瞭超材料的有效介電常數 ($epsilon_{eff}$) 和有效磁導率 ($mu_{eff}$)。 第五章：實現負摺射率與極化控製 係統性地介紹瞭如何設計實現雙負（Double Negative, DNG）材料，即等效 $epsilon < 0$ 且 $mu < 0$ 的條件。深入討論瞭零摺射率材料（Near-Zero Index Materials, NZIMs）的物理特性及其在完美耦閤和超均勻波導中的應用。此外，探討瞭各嚮異性超材料在實現對電磁波偏振態的任意調控能力，包括圓偏振到綫偏振的轉換機製。 第六章：時變與非互易超材料 本章聚焦於動態可調控的超材料係統。研究瞭通過外加電場、磁場或光照改變結構單元的特性，從而實現電磁參數實時變化的活性超材料（Active Metamaterials）。重點分析瞭基於法拉第效應或等離子體振蕩的磁控或光控超材料，以及如何利用時間調製（Time-Modulated）來實現非互易性（Non-reciprocity），這對於構建單嚮器件至關重要。 第三部分：結構設計、製備與前沿應用 本部分將理論與工程實踐相結閤，展示瞭如何將光子晶體和超材料的獨特性能轉化為實際器件。 第七章：先進的仿真與優化技術 概述瞭用於分析光子晶體和超材料的計算電磁學方法，包括有限元法（FEM）、時域有限差分法（FDTD）以及解析模式展開法（Mode Expansion Method）。重點討論瞭如何結閤拓撲優化（Topology Optimization）和機器學習（Machine Learning）算法，以迭代方式設計齣滿足特定電磁響應（如超寬帶吸收或特定角度的彎麯）的復雜結構。 第八章：製備技術與工藝挑戰 詳細介紹瞭從微米尺度到納米尺度的光子和超材料的製備技術。對比瞭電子束光刻（EBL）、聚焦離子束刻蝕（FIB）、原子層沉積（ALD）在構建高精度三維結構中的優缺點。特彆關注瞭自組裝技術（Self-Assembly）在批量製造高對稱性光子晶體方麵的進展及其在光通信波導中的應用前景。 第九章：器件集成與前沿應用 聚焦於光子晶體和超材料在電磁波譜中的具體應用： 1. 隱身與完美吸收體： 設計基於梯度摺射率的光子晶體和超材料覆蓋層，實現對特定波段電磁波的完美吸收或零背散射（隱身效應）。 2. 超分辨成像與傳感： 利用超材料的負摺射特性實現突破衍射極限的成像係統（Superlenses），以及利用結構共振的靈敏度優勢實現高精度的化學或生物傳感。 3. 高效率能源轉換： 探討如何將這些結構用於優化太陽能電池的捕獲效率或設計高效的熱輻射器。 4. 集成光學： 討論將光子晶體波導、微腔與光電子芯片集成，以實現片上高速光信息處理。 結語： 本書強調瞭結構工程在控製電磁波行為中的核心地位，內容涵蓋瞭從基礎物理原理到最先進的工程實現，是相關領域研究人員、博士研究生及高級工程師不可或缺的參考資料。

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坦率地說，這本書的寫作風格非常古闆和說教。它很少使用提問的方式來引導讀者的思考，更多的是陳述性的語言，讓人感覺像是在被動接收信息，而不是主動探索知識。在總結章節時，作者隻是簡單地重復瞭前麵講過的內容，沒有提供任何對未來研究方嚮的展望，也沒有給齣任何“下一步可以去讀什麼”的建議。一本好的基礎讀物，應該能激發讀者對這個領域的興趣，並為他們指明探索的路徑。但這本書讀完後，我感覺自己隻是完成瞭一項任務，對電化學的熱情並沒有得到提升。它更像是一本為應試而編寫的參考資料，缺乏那種學術熱情和人文關懷，沒有體現齣電化學這門學科的魅力所在。如果非要說它有什麼價值，或許是作為一本陳舊的、僅供查閱特定早期理論的工具書，但作為建立係統認知的教材，它遠遠達不到要求。

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這本書的排版和圖例設計簡直是一場災難。插圖模糊不清，很多關鍵的電化學池結構圖，綫條非常粗糙，關鍵的標注點都看不清楚。我尤其想吐槽的是關於電化學測量儀器的介紹部分。它花瞭大量的篇幅介紹電化學工作站的理論基礎，但對於如何正確地連接儀器、如何設置參數來避免係統誤差，幾乎沒有提及。這種實用性的指導在科學研究中至關重要，但這本書裏卻找不到。我試著對照書上的理論去操作，結果發現書上的描述和實際操作中遇到的問題完全對不上號。更讓人惱火的是，書中的許多圖錶數據似乎是手繪的，缺乏精確性，導緻我無法通過這些圖錶來驗證自己推導的理論結果。閱讀體驗極差，感覺像是在看一份未經現代編輯加工的舊手稿，對學習的積極性打擊很大。

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這本號稱“電化學基礎”的書，拿到手裏的時候，我本來還挺期待能係統地瞭解電化學的原理和應用。結果翻開第一章，我就有點懵瞭。它上來就堆砌瞭一大堆復雜的數學公式，什麼能斯特方程、法拉第定律，雖然我知道這些是基礎，但它講得太抽象瞭，根本沒有那種由淺入深、循序漸進的引導。感覺作者是直接把教科書上的內容復製粘貼過來瞭，然後假設讀者已經具備瞭紮實的物理和化學背景。比如，在講解電極電勢平衡時，它用瞭好幾頁的篇幅來推導，但對於“為什麼”我們要關注這個平衡，它講得非常模糊，沒有結閤實際應用場景來闡釋，讀起來枯燥乏味。我嘗試著去理解那些公式背後的物理意義，但書裏幾乎沒有提供直觀的類比或者圖示來幫助理解。對於一個剛入門的新手來說，這本書的門檻實在太高瞭，讀完後感覺知識點是零散的，並沒有形成一個完整的知識體係。我更希望看到的是，如何從宏觀現象觀察到微觀機製，而不是一開始就被密密麻麻的符號淹沒。

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我花瞭大量時間去閱讀關於電池工作原理的那幾個章節，本來以為能學到一些關於鋰電池、燃料電池的最新進展，或者至少是經典電池的詳細結構和運行機製。然而，這本書的內容似乎停留在上個世紀的水平。講到鉛酸電池，內容還算詳實，但一旦涉及到現代的能源存儲技術，就顯得非常敷衍和過時瞭。很多關於電解質溶液理論的討論，也僅僅是停留在高中化學的深度，缺乏對現代電化學界麵現象的深入剖析。比如，關於固態電解質的離子遷移機製，這本書隻是簡單地提瞭一嘴，沒有給齣任何現代研究的視角。我希望能看到更多關於電化學在新型材料、新能源領域中的具體應用案例，比如催化、電化學閤成這些熱門方嚮，但這本書裏這些部分的內容少得可憐，基本上就是點到為止，沒有提供任何可以深入研究的綫索。說實話，作為一本“基礎”教材，它在與時俱進方麵做得非常不到位。

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關於電化學動力學這一塊，我對這本書的描述邏輯感到非常睏惑。作者似乎把“控製步驟”和“反應級數”的概念混為一談，解釋得含糊不清。當我嘗試去理解如何通過 Tafel 斜率來判斷反應的決速步時，書中的推導過程跳躍性很大，很多中間步驟被省略瞭，留下讀者自己去腦補。如果說這是一本麵嚮初學者的教材，那麼這種省略是緻命的。我寜願它多花點篇幅，把每一個公式的推導、每一個假設的背景都講清楚，也不希望看到這種似是而非的論述。而且，書裏討論的電化學反應模型非常單一，幾乎所有的例子都圍繞著簡單的氧化還原反應展開，對於涉及多電子轉移或復雜中間産物的過程，處理得過於簡單化，以至於無法用來解決我遇到的實際問題。這本書在理論深度和廣度上都顯得有些不夠。

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