《材料的电磁基础》内容简介:电磁相互作用是物质世界的四种基本相互作用力之一,对于物理学、化学、电子学、材料学等自然科学和工程研究、以及现代人的日常生活,有着重要的影响。《材料的电磁基础》就是关于电磁现象的自然科学基础、与材料相关的工学研究和应用的一本专著。从材料科学与工程学科的教学体系来讲,《材料的电磁基础》是美国不少大学的本科生或者研究生主干基础课,原因是机械和电子是欧美国家工程师工作的两大领域,而材料的电磁基础是能帮助材料系的同学进入电子相关的工业领域做研究工作的基础课程之一。本课程在物理学中的对应课程是《连续介质电动力学》,苏联物理学家郎道曾就这个专题有世界著名的教材。与之相比,本书在计算材料学、工程基础、电磁与其他学科的关系方面,会有很多新的论述,因此是更适合工学和应用理学方面的教科书。本书包括绪论、电磁问题的数学基础、麦克斯韦方程组、静电和静磁问题的普遍解法、电介质、铁磁体、稳定电流、电磁波的传播、电磁波的发射和接受共九章。书中讨论的电磁基础问题的相关科学研究领域涉及材料学、应用物理学、电子学,相关工业领域主要有能源工业、信息的存储和通讯工业、半导体电子工业、和军事电子工业。《材料的电磁基础》是适合相关专业的本科生、研究生、相关领域的研究人员、以及其他有兴趣的读者阅读的一本教材及专著。
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读完这本书后,我感到对材料的表面现象和界面化学有了全新的认识,它更像是一本高级的表面科学和催化原理的综述。书中花了大量篇幅讨论了材料表面能的计算方法,如何通过控制纳米颗粒的形貌来改变其表面晶向,进而影响催化活性。例如,作者详细分析了不同金属表面对吸附分子(如氢气、氧气)的活化能的差异,并结合了密度泛函理论(DFT)的计算结果来解释这些微观机理。对于薄膜沉积过程中的原子级台阶刻蚀、自组装单分子层的形成,书中的描述细致入微,图示也极其精美。这本书对于想深入了解材料表面催化反应和界面相互作用的读者非常友好。然而,我购买这本书是期望了解材料如何在外加电磁场下表现出电磁特性,比如电磁屏蔽、电磁吸收的原理,这本书在这方面的内容似乎完全缺失了,它关注的是化学反应的驱动力,而非物理场的响应。
评分我最近在研究如何设计新型的储能器件,所以非常期待能从这本书中找到一些关于电化学和界面反应的深入见解。这本书确实在这方面做了非常扎实的铺垫,它把重点放在了固态离子导体的结构与扩散动力学上。作者用非常详细的分子动力学模拟结果来佐证离子在晶格空隙中跳跃的机制,并引入了阿伦尼乌斯方程来描述离子电导率随温度的变化规律,计算方法非常详尽。书中对比了不同晶系下(如氟代钙石结构和萤石结构)的离子迁移势垒,并讨论了晶界对整体导电性能的限制作用。此外,对于化学势在电化学反应中的作用也有一定的阐述,这对于理解电池充放电过程的驱动力很有帮助。可惜的是,全书几乎没有涉及如何将这些材料的电导特性应用于实际的电磁器件设计,比如电容器的介质损耗或电感器的磁芯材料在交变电磁场下的响应,更像是给化学家和材料化学家准备的读物。
评分这本书的阅读体验非常偏向于传统的固体物理和晶体学。它详尽地介绍了布拉菲晶格、点群、空间群的分类体系,以及如何利用倒易点阵来理解衍射现象。作者通过大量的二维和三维投影图,清晰地展示了各种对称操作和晶体结构的内在联系,并详细解释了劳厄方程和布拉格定律的物理意义。对于X射线衍射(XRD)的实验数据解析,书中提供了详尽的步骤,包括峰位确定、晶格常数计算以及对衍射峰强度的解释(涉及结构因子)。它确实是理解晶体结构和衍射分析的权威参考书,对于任何需要进行结构表征的实验工作者都极有价值。然而,这本书的视野似乎仅限于材料的静态结构分析,对于动态的、与能量转换相关的电磁行为,如材料的介电常数、磁化率、或如何利用电磁波进行无损检测等方面,这本书的内容与我的预期相去甚远,完全没有涉及这些电磁相关的基础知识。
评分这本书的侧重点似乎完全放在了宏观的材料结构与热力学行为上,读完之后,我感觉自己对金属、陶瓷、聚合物的晶格缺陷、相变过程以及其宏观力学性能之间的联系有了更深刻的理解。作者花费了大量的篇幅来解析如何通过控制退火温度、冷却速率来调控合金的微观组织,进而优化其屈服强度和韧性。比如,书中对奥氏体和铁素体在不同温度下的平衡浓度曲线的阐述就极为细致,辅以大量的相图实例,让人能够清晰地把握热处理对材料最终性能的决定性影响。此外,对于位错理论的介绍也相当扎实,从刃型位错和螺型位错的 Burgers 矢量到位错线的运动机制,讲解得非常透彻,甚至提到了位错缠结如何导致加工硬化。如果你的主要兴趣在于理解材料如何通过改变其内部结构来适应外部载荷,这本书无疑是一本极佳的入门或进阶读物,但它似乎完全没有触及到材料在电场或磁场下会发生什么有趣的现象。
评分这本书给我的主要印象是它在凝聚态物理的范畴内,深入探讨了材料的能带理论和电子结构。书中的讲解逻辑非常清晰,从薛定谔方程在周期性晶格中的应用开始,一步步推导出了导体、半导体和绝缘体的基本区别,即费米能级的位置以及布里渊区中电子的占据情况。尤其让我印象深刻的是关于半导体掺杂的章节,作者不仅解释了施主和受主杂质的原理,还细致地分析了杂质浓度对载流子迁移率的影响,并结合了费米-狄拉克分布函数进行定量分析。书中对有效质量概念的引入,帮助我更好地理解了电子在晶格势场中的加速和输运行为。整本书充满了大量的数学推导和量子力学的概念,是一本偏向理论物理的教材。然而,对于材料如何响应外部电磁场,比如介电损耗、铁电性或是磁化过程这些内容,全书只字未提,显然这不是它的核心关注点。
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