化学原理选讲 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:严宣申

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:2012-8

价格:36.00元

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isbn号码:9787301211366

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电子材料导论：从基础理论到前沿应用 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的电子材料科学导论。它不仅仅是一本教科书，更是一份探索微观世界物质结构与宏观性能之间复杂联系的实践指南。 第一部分：材料科学的基石与晶体结构 本部分将为读者构建坚实的材料科学基础，深入剖析物质的微观构成如何决定其宏观特性。 第一章：材料科学的范畴与基本概念 本章首先界定材料科学的研究范畴，阐述其在现代工程与技术中的核心地位。我们将探讨材料的分类体系，包括金属、陶瓷、聚合物以及复合材料，并引入理解材料性能的三个基本要素：结构、性能与加工工艺之间的相互关系。此外，本章还会详细介绍热力学在材料相变过程中扮演的关键角色，从能量角度解释材料的稳定性与转化倾向。对缺陷理论的初步探讨，为后续深入分析电子与晶格缺陷对材料功能影响奠定基础。 第二章：晶体结构与缺陷工程 晶体结构是理解固体材料性质的钥匙。本章将详尽阐述晶体学的基本原理，包括晶格常数、晶面指数（密勒指数）以及晶体对称性。我们将系统地介绍常见金属（如面心立方、体心立方、六方最密堆积）和陶瓷晶体结构（如NaCl、CsCl、钙钛酸盐结构），并利用X射线衍射（XRD）技术来确定和分析实际材料中的晶体结构。 重点将放在晶体缺陷的研究上。我们将分类讨论零维（点缺陷：空位、间隙原子、取代原子）、一维（线缺陷：位错）、二维（面缺陷：晶界、孪晶界）和三维（体缺陷）缺陷。对位错的理论推导，特别是塑性变形中位错滑移和攀移的机制，将是本章的核心内容。理解这些缺陷如何成为电子、离子迁移的路径，以及它们如何影响材料的机械强度和导电性，是后续章节深入探讨的前提。 第三章：原子键合与能带理论基础 材料的宏观性能源于原子间的相互作用。本章从量子力学的角度出发，详细解析离子键、共价键、金属键和范德华力的本质及其对材料特性的影响。例如，共价键的局域性与高硬度、金属键的离域性与高导电性之间的内在联系。 随后，本章将引入至关重要的能带理论。通过对周期性晶格中电子波函数和薛定谔方程的求解，解释固体中电子能级的形成过程，区分导体、半导体和绝缘体。重点讨论费米能级、导带、价带的概念及其在决定材料电学特性中的决定性作用。本章还会初步涉及电子的有效质量概念，为半导体物理的深入分析铺平道路。 第二部分：电子材料的核心物理机制 本部分聚焦于决定现代电子器件性能的关键物理现象，特别是围绕半导体材料展开。 第四章：半导体物理导论 半导体是现代电子技术的核心。本章深入探讨本征与掺杂半导体的电学特性。详细分析N型和P型掺杂的原理、载流子浓度（电子和空穴）的计算，以及它们如何受温度影响。 关键概念包括：载流子迁移率（$mu$）、扩散系数（D）以及爱因斯坦关系式。我们将详细讨论半导体中的电导机制，包括漂移（Drift）和扩散（Diffusion）电流，并阐述如何通过实验方法（如霍尔效应测量）精确表征材料的载流子类型和浓度。 第五章：半导体中的能带结构与光学特性 超越基础的能带图，本章着重分析半导体材料的直接带隙和间接带隙的物理意义及其对光电器件（如LED和激光器）的影响。 讨论光吸收和光发射的机制，包括光子激发电子、光致发光（PL）以及吸收光谱的测量方法。我们将分析俄歇复合、辐射复合等载流子寿命相关的过程，这些机制直接决定了光电器件的发光效率和响应速度。对于化合物半导体（如GaAs, GaN），其独特的价带顶和导带底结构将作为重点案例进行剖析。 第六章：半导体异质结与PN结的建立与特性 PN结是所有二极管和晶体管的物理基础。本章将系统阐述PN结的形成过程，包括载流子的扩散与漂移，以及内建电场的产生。 详细分析PN结的I-V特性曲线，理解其单向导电性。本章将深入讲解PN结的三个重要工作状态：平衡态、正向偏置和反向偏置。反向偏置下的击穿现象（齐纳击穿与雪崩击穿）的物理机制也将得到详尽解释。随后，本章将扩展到异质结的概念，例如在GaAs/AlGaAs结构中，如何利用能带的阶梯效应来有效限制载流子，这是现代高效率器件设计的关键技术。 第三部分：新兴电子材料与器件应用 本部分将目光投向当前科技前沿，介绍新型材料体系在下一代电子和能源器件中的应用潜力。 第七章：功能性陶瓷与铁电/压电材料 本章聚焦于具有特殊电学或电磁功能的陶瓷材料。我们将深入探讨铁电性（自发极化）、压电性（机械能与电能的相互转换）和焦电性的微观机理。 重点分析钙钛矿结构氧化物（如BaTiO3）的畴结构、居里温度以及它们在存储器（FeRAM）和传感器中的应用。对畴壁运动和电畴极化的测量技术，如P-E滞回线分析，将作为实验重点介绍。 第八章：磁性材料与自旋电子学 磁性是信息存储和处理领域不可或缺的性质。本章首先介绍磁性的起源，包括朗之万理论和布洛赫理论，区分抗磁性、顺磁性和铁磁性。 重点研究铁磁体中的磁畴结构、磁化过程以及磁各向异性。在此基础上，本章将介绍巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR），这些是现代硬盘读写头和MRAM技术的核心物理基础。自旋电子学（Spintronics）的概念，即利用电子的自旋而非仅仅是电荷进行信息处理的前景，将是本章的高潮部分。 第九章：低维电子材料与纳米尺度效应 随着器件尺寸的缩小，材料的性能开始受到量子限制。本章探讨纳米材料，尤其是二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）在电子学中的应用潜力。 详细分析量子尺寸效应，例如在量子点中观察到的离散能级。针对石墨烯，本章将详细阐述其独特的“狄拉克锥”电子结构、超高载流子迁移率以及零带隙的特性，讨论如何通过氧化或掺杂来打开其带隙，以适应传统逻辑电路的需求。讨论如何利用原子层沉积（ALD）等技术精确控制薄膜厚度和界面质量。 第十章：能源存储材料的电化学基础 本章将材料科学的知识应用于清洁能源领域，重点关注锂离子电池的核心材料。 阐述电池的工作原理：电极（正极和负极）材料的嵌入/脱嵌反应、电解质的离子传导机制。我们将分析正极材料（如层状氧化物、尖晶石结构）的结构稳定性与电压平台的关系，以及负极材料（石墨、硅基材料）的体积膨胀问题。本章还会涉及固态电解质材料的离子导电机制，为下一代安全高效电池的设计提供材料层面的见解。 总结与展望 全书在最后将对材料科学的未来发展趋势进行总结，强调多尺度模拟、人工智能辅助材料设计以及可持续性材料开发的重要性。本书力求为致力于材料研究、半导体工程、光电子技术及新能源领域的读者提供一个既有深度又具广度的知识框架。

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这本书的逻辑组织结构是其最大的亮点之一。它似乎遵循着一种从宏观到微观，再到应用层面的递进路线。前几章铺垫了原子结构和周期性规律，为后续的键合理论和分子间作用力打下了坚实的基础。我尤其喜欢作者在讲解共价键时，对杂化轨道理论的阐述，他没有机械地罗列sp、sp2、sp3，而是通过势能曲线的变化，形象地展示了电子云重叠程度与成键稳定性的关系，这比单纯的几何模型要深刻得多。然而，当我翻到涉及无机化学部分的选讲内容时，感受就有所不同了。这里的叙述风格突然变得更加侧重于事实的罗列，例如对稀土元素化合物特性的描述，更像是百科全书式的总结，缺乏前面章节那种深入的理论推导和机制探讨。这使得整本书的阅读体验在不同主题间出现了轻微的断层感，仿佛是两个不同作者的作品被拼合在一起，这种风格上的不一致性，在需要融会贯通理解化学全貌的读者看来，可能会造成一些认知上的小障碍。

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从教学法的角度来看，这本书的习题设置是相当有挑战性的，绝对不是那种只要求套用公式的简单练习册。每节课后的思考题大多要求学生进行跨章节的知识整合。举个例子，有一道关于溶液缓冲能力的计算题，它要求你不仅要掌握酸碱平衡的知识，还要结合热力学中溶液活度系数的概念来修正计算结果，这迫使我们跳出单一知识点的束缚。很多题目设计巧妙，能直击核心难点，比如在计算相变过程中的熵变时，引导你思考过程的可逆性与理想化模型之间的差距。但是，一个不容忽视的问题是，大部分习题后面只给出了最终答案，而缺乏详细的解题步骤或清晰的思路引导。对于那些在解题过程中卡住，需要“脚手架”来帮助理解错误所在的学生来说，这无疑是一个巨大的遗憾。如果能增加一个附录，专门提供关键步骤的解析，这本书的辅助教学价值将得到极大的提升，现有的状态更像是为已经非常优秀的学习者准备的“终极挑战”。

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这本书的装帧设计挺有意思的，封面采用了深蓝色调，配上简洁的白色字体，透露着一种严谨和专业的氛围，让人一看就知道这不是一本泛泛而谈的科普读物，而是深入探讨化学核心概念的专业教材。内页纸张的质量也不错，印刷清晰，即便是复杂的化学结构图和数据表格也看得非常清楚，长时间阅读眼睛也不会太累。不过，我个人觉得，对于初学者来说，开篇的导读部分稍显晦涩，虽然它试图构建一个宏大的化学知识体系框架，但对于那些刚刚接触这门学科的人来说，可能需要花更多的时间去消化和理解作者的意图。书中对一些基础概念的引入方式，比如在讲解热力学时，直接跳到了吉布斯自由能的数学推导，缺乏一个平缓的过渡。当然，对于已经有一定基础，希望深化理解的读者来说，这种直击要害的编排方式无疑是高效的。总体来说，从物理层面上看，这本书的制作水准是相当高的，体现了出版方对学术著作应有品质的坚持。

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这本书在某些前沿领域的选材上展现了作者的视野，比如它涉及了对催化反应机理的初步介绍，并提及了计算化学在预测反应路径中的应用。这表明作者试图让内容保持与时俱进，而不是固守于经典的化学范畴。特别是关于表面化学吸附理论的阐述，作者引用了Langmuir和BET模型，并简要介绍了密度泛函理论（DFT）在计算吸附能中的潜力，这对于那些对材料科学和纳米技术感兴趣的读者来说，是非常及时的信息补充。然而，在处理这些新兴且计算密集型的主题时，书中对所需数学工具的预备知识要求显得有些突兀。例如，在提及DFT时，虽然没有深入推导，但缺乏对薛定谔方程在多电子体系中近似求解方法的背景介绍，使得那些不熟悉量子力学基础的读者可能会感到信息量过载，甚至产生“似懂非懂”的挫败感。总而言之，这本书无疑是化学专业学生和研究人员的有力工具，但其知识密度的不均匀分布，要求读者具备较强的自我学习和知识补充能力，才能充分挖掘其价值。

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我花了将近一个月的时间研读了这本书的第三章和第四章，主要关注的是反应动力学和化学平衡的章节。作者在处理反应速率常数与温度关系时，引入了阿伦尼乌斯方程的多种变体，并且详尽地分析了过渡态理论在解释反应机理中的应用，这一点是我个人非常欣赏的。他不仅仅是给出了公式，更重要的是，他花费了大量篇幅来解释公式背后的微观图像，比如碰撞理论中有效碰撞的概率问题，以及量子效应对低能反应的影响。在讨论化学平衡时，他没有停留于简单的勒夏特列原理，而是深入挖掘了平衡常数随温度变化的范特霍夫方程的物理意义，并结合了电化学中的能斯特方程进行了对比分析。这种深度和广度的结合，让原本枯燥的计算过程变得富有洞察力。不过，书中在讲解动力学数据处理时，对非线性回归分析的介绍略显不足，如果能增加一些现代计算化学软件的应用实例，对于需要进行实验数据拟合的读者来说会更加实用。

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加油，期末刷完此书！

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