薄膜技术与薄膜材料 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:田民波

出品人:

页数:962

译者:

出版时间:2006-8

价格:150.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787302132387

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• 薄膜
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《材料的奥德赛：从微观到宏观的物质探索之旅》 在这本引人入胜的《材料的奥德赛》中，我们将踏上一段跨越时空的物质探索之旅，深入理解我们周围世界赖以构成的基石。这本书并非聚焦于某一特定领域，而是以一种宏观的视角，为您揭示材料科学的广袤图景，从原子、分子的微观世界，到宏观材料的宏伟应用，层层剥茧，层层递进。 第一章：物质的起源与演化：宇宙的炼金术 我们的旅程始于宇宙的诞生。我们将追溯元素周期表的形成，了解恒星内部的核聚变如何锻造出构成一切物质的基本粒子。从宇宙大爆炸的炽热到星云的汇聚，再到行星的凝结，我们将看到元素的“大迁徙”和“大合成”。这一章将带领读者领略宇宙尺度上的物质演化，理解为何某些元素在我们星球上如此普遍，而另一些则极为稀少。我们将探讨不同元素的原子结构，质子、中电子的协同舞动，以及电子云的奇妙分布如何决定了元素的化学性质。从最简单的氢，到构成生命基石的碳、氧，再到赋予金属坚韧的铁、铝，我们将一一审视它们在宇宙舞台上的角色。 第二章：连接的艺术：化学键与材料的基石 一旦了解了构成物质的基本单元，我们便会深入探究将这些单元连接起来的“艺术”——化学键。本书将详细阐述离子键、共价键、金属键以及范德华力等不同类型的化学键。您将理解，正是这些微观的连接方式，决定了物质的宏观形态、物理性质和化学反应性。例如，强烈的共价键赋予了金刚石无与伦比的硬度，而自由电子的流动则是金属导电性的根源。我们将通过丰富的实例，例如水分子中的氢键如何赋予水独特的表面张力和溶解能力，以及食盐中的离子键如何形成稳定的晶体结构，来生动地展示化学键的威力。此外，本章还将探讨分子间作用力，如氢键、偶极-偶极相互作用和伦敦色散力，它们虽然不如化学键那样强大，却在宏观材料的聚集态和某些特殊性质（如液体的粘度、固体的塑性）中扮演着至关重要的角色。 第三章：秩序与无序：晶体与非晶体的世界 物质的宏观形态与其内部的微观排列息息相关。本章将带领读者进入晶体与非晶体的迷人世界。我们将深入理解晶体的周期性排列，原子如何精确地“安家落户”，形成规则的晶格。从简单的立方晶系到复杂的斜方晶系，我们将学习识别和描述不同晶体结构的几何学。您将了解晶体缺陷，如空位、间隙原子和位错，它们虽然是“瑕疵”，却是决定材料强度、塑性和导电性的关键因素。例如，金属的塑性变形很大程度上就依赖于位错的运动。 与之相对，我们将探讨非晶体，又称玻璃态物质。这些物质的原子排列缺乏长程有序，呈现出一种“冻结”的液体状态。本书将分析非晶体的形成过程，以及它们独特的性质，如各向同性、高透明度和优异的耐腐蚀性。我们将通过玻璃、聚合物和某些金属合金的例子，来阐述非晶体在实际应用中的优势。理解晶体与非晶体的区别，将是理解众多材料性质差异的钥匙。 第四章：塑造的智慧：材料的加工与成型 再好的材料，也需要通过精妙的工艺才能转化为有用的产品。本章将聚焦于材料的加工与成型技术，探讨人类如何通过各种手段“塑造”物质，赋予其特定的功能和形态。我们将从传统的铸造、锻造、轧制技术讲起，深入解析这些工艺背后的物理原理，例如金属在高温下的塑性变形和流动。 随后，我们将进入更现代的加工领域。激光切割、3D打印（增材制造）等新兴技术将一一呈现，您将了解它们如何通过逐层叠加的方式，实现复杂结构的精准制造，极大地拓展了材料的应用边界。此外，本章还将涉及材料表面的处理技术，如抛光、涂层、热处理等，这些技术能够显著改善材料的耐磨性、耐腐蚀性、光学性能和导电性。我们还将探讨纳米加工技术，如何实现对材料在纳米尺度上的精准操控，为未来科技的发展奠定基础。 第五章：性能的奥秘：力学、热学、电学与光学 材料的价值体现在其多样的性能上。本章将深入剖析材料的关键性能，并探究这些性能背后的微观机制。 力学性能： 从抗拉强度、屈服强度、断裂韧性到硬度和弹性模量，我们将逐一解析这些关键指标的含义，并理解它们如何受到原子结构、晶体缺陷、相变等因素的影响。我们将探讨材料的疲劳、蠕变等失效机制，以及如何通过材料设计和工艺优化来提高材料的可靠性。 热学性能： 热导率、比热容、热膨胀系数等热学参数将得到详细阐释。您将了解这些性能如何决定材料在隔热、传热、储能等方面的应用潜力。例如，陶瓷材料通常具有优异的隔热性能，而金属则具有良好的导热性。 电学性能： 从导体、绝缘体到半导体，我们将揭示材料导电性的微观根源。本章将深入探讨电子的运动、能带理论等概念，理解不同材料为何表现出截然不同的电学行为。此外，我们还将触及超导、铁电、压电等特殊电学现象，以及它们在电子器件和传感器中的应用。 光学性能： 反射、折射、透射、吸收，以及光的散射等光学现象将得到深入剖析。您将理解材料的颜色、透明度、光泽等外观特性是如何由其微观结构和电子能级决定的。本书还将介绍光学材料在镜头、光纤、显示器和LED等领域的应用。 第六章：功能的无限可能：从结构材料到功能材料 理解了材料的微观本质和宏观性能，我们便能进一步探索其在各个领域的应用。本章将从宏观层面，将材料的性能与其在实际中的应用联系起来。 结构材料： 钢、铝合金、混凝土、陶瓷等在建筑、桥梁、汽车、航空航天等领域发挥着承载和支撑作用。我们将分析这些材料的力学性能如何满足严苛的应用需求，以及不同结构材料的优势与劣势。 功能材料： 这是一类具有特殊电、磁、光、热、声、化学等功能的材料。例如，磁性材料在硬盘、电机中发挥作用；压电材料在传感器和执行器中大显身手；形状记忆合金能够“记住”并恢复其初始形状。我们将重点介绍一些新兴的功能材料，如纳米材料、智能材料、生物医用材料等，它们正在以前所未有的方式改变我们的生活。 能源材料： 太阳能电池材料、电池材料、催化剂等在解决全球能源危机方面扮演着至关重要的角色。本章将探讨这些材料的电化学、光化学性能，以及它们如何实现能源的高效转化和存储。 环境材料： 污染物吸附材料、生物降解材料、绿色建材等在环境保护和可持续发展中发挥着越来越重要的作用。我们将审视这些材料的化学活性、生物相容性和环境友好性。 第七章：未来的对话：新材料的探索与挑战 材料科学是一个永无止境的探索领域。本章将展望材料科学的未来，探讨当前面临的挑战以及激动人心的新机遇。 纳米科技的飞跃： 纳米材料凭借其独特的尺寸效应，展现出前所未有的性能，将在医药、电子、能源等领域带来颠覆性的变革。 仿生材料的启示： 从大自然中汲取灵感，模仿生物体的结构和功能，创造出更轻、更强、更智能的材料。 计算材料科学的崛起： 利用强大的计算能力，模拟和预测材料的性质，加速新材料的发现和设计过程。 可持续发展的呼唤： 开发更加环保、可再生、可循环利用的材料，实现经济发展与环境保护的和谐统一。 《材料的奥德赛》将是一次全面的、深入的、引人入胜的物质探索之旅。无论您是材料科学的初学者，还是对物质世界充满好奇的探索者，本书都将为您打开一扇通往新世界的大门，让您深刻理解我们赖以生存的物质世界是如何构成、如何运转、以及如何不断创新的。这是一部关于物质的史诗，一部关于人类智慧与创造力的赞歌。

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这本书的结构组织方式让我感到非常困惑，它似乎**完全按照元素周期表的顺序**来编排薄膜材料，而不是按照应用功能或制备方法来分类。比如，关于**透明导电氧化物（TCOs）**的章节，竟然被分散在了“第13族化合物”和“第14族化合物”的讨论中，中间夹杂着大量关于这些元素矿物开采的历史背景。我花了很长时间才拼凑出关于ITO和AZO薄膜的性能对比，信息零散且缺乏系统性总结。此外，书中对**薄膜的表征方法**讨论得过于单薄，例如，对于X射线衍射（XRD）的解读，仅仅停留在晶面对应力的基本判断上，完全没有涉及高分辨透射电镜（HRTEM）在揭示**异质结界面结构**时的应用优势。这本书更适合那些对材料的**本征化学成分**有强烈好奇心，想要追溯每一种材料的起源和基本性质的研究人员，但对于追求**快速优化性能指标**的应用研究人员来说，阅读效率极低。

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这部作品的标题里虽然提到了“薄膜”，但给我的感觉更像是一部关于**高分子化学合成的百科全书**。作者似乎花费了大量的笔墨来描绘从单体到聚合物的分子级别演变过程，各种复杂的化学反应式和机理分析占据了大量的篇幅。我原本期待能看到一些关于镀膜工艺的实际操作流程或者设备选型的讨论，比如PVD、CVD这类主流技术的最新进展，但在书中几乎找不到相关深入的介绍。倒是关于**新型生物可降解聚合物**的合成路径，倒是写得详尽无比，甚至涉及到了复杂的催化剂设计理论，对于非高分子专业背景的读者来说，门槛实在太高了。如果纯粹想了解如何从原子层面构建特定的有机材料，这本书或许有其价值，但要指望它能指导你如何在一个工厂车间里搭建一条高效的真空镀膜生产线，那恐怕要大失所望了。它更像是一本深奥的**学术专著**，而非面向工程应用的实用手册，那种期待在薄膜沉积后如何精确控制厚度均匀性和晶体取向的细节，基本没有触及。

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这是一本非常**侧重于材料科学史和哲学思辨**的作品，而非技术操作指南。作者花费了相当大的篇幅来探讨“何为‘薄’的定义”以及不同文化背景下对“表面”与“内部”界限的理解，哲学思辨的成分远超实验细节的描述。我读到了一些关于**古代冶金学中对薄层金属的处理技巧**的历史回顾，这部分内容确实引人入胜，展示了一种跨学科的广度。然而，对于现代半导体制造中至关重要的**原子层沉积（ALD）的精确控制机制**，书中只是一笔带过，将其视为一种成熟技术，没有深入剖析其自身存在的复杂性问题，比如如何克服衬底的表面化学不均匀性。这种将技术细节“降维”处理的做法，使得这本书更像是一本**材料哲学的导论**，它让你思考“为什么我们要制造薄膜”，而不是“如何高效地制造出需要的薄膜”。对于希望获得具体实验参数或故障排除技巧的工程师而言，这本书提供的帮助非常有限。

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如果说这本书有什么亮点，那大概是它对**超高真空环境下的气体动力学**的描述详尽到了近乎偏执的程度。作者似乎是一位真空系统设计专家，他对分子流、泵送效率、残余气体分析（RGA）的原理进行了长达数十页的深入讲解，这些内容对于**超高真空设备维护人员**来说或许是宝贵的资料。然而，当我翻阅到关于**介电薄膜的击穿电压**和**抗辐射损伤能力**的讨论时，内容却戛然而止，仿佛作者认为一旦真空环境理想化，薄膜性能自然就达标了。关于**薄膜的电荷注入和陷阱态密度**的现代研究进展，书中几乎没有提及，这在当今微电子领域是非常核心的问题。总体而言，这本书更像是一部**特定侧重于真空环境物理学**的专著，而非全面的“薄膜技术与薄膜材料”的综述，它在某些看似基础的工程环节上提供了过度的、甚至是不太需要的深度，却在关键的应用性能指标上留下了巨大的信息空白。

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这本书的叙事风格极其**古典和宏大**，读起来更像是早年间的物理学教科书，充斥着大量的**理论推导和数学公式的证明**。我试图寻找一些关于“薄膜的机械性能”或者“光学特性测试标准”的章节，结果发现，所有的力学分析都被简化成了理想化的弹性模量计算，缺乏对实际结构缺陷（如孔隙率、界面应力）如何影响最终性能的讨论。特别是关于**界面物理**的部分，描述得过于抽象，很多地方都需要读者自己跳出文本去补充大量的背景知识。这本书的重点似乎完全放在了**热力学平衡态**的描述上，而对**非平衡态下的薄膜生长动力学**，尤其是快速退火或激光处理过程中的瞬态变化，着墨甚少。对于那些想快速了解当前工业界主流的**功能薄膜（如钙钛矿太阳能电池或固态电池电解质膜）的实际应用案例和挑战**的读者来说，这本书的理论深度虽然令人敬佩，但实用性却显得有些“滞后”和“曲高和寡”，感觉像是停留在上世纪末的理论前沿。

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