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出版者:天津大学出版社

作者:季惠明 编

出品人:

页数:197

译者:

出版时间:2007-10

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787561825570

丛书系列:

图书标签:

• 无机化学
• 材料化学
• 无机材料
• 化学
• 材料科学
• 固体化学
• 晶体化学
• 配位化学
• 纳米材料
• 化学工程

稀土资源及其在新能源技术中的应用 本书聚焦于当前全球关注的热点——稀土元素，深入探讨了其在地质成因、开采冶炼、分离纯化以及在尖端技术领域，特别是新能源产业中的关键作用。全书内容严谨，结合最新的科研进展与工业实践，旨在为材料科学、环境工程、能源技术等领域的专业人士和研究人员提供一份全面而深入的参考指南。 第一部分：稀土元素的地球化学基础与资源禀赋 第一章：稀土元素的定义、分类与基本性质 本章首先界定了轻稀土（LREEs）与重稀土（HREEs）的区分标准，即基于原子序数和离子半径的差异。详细阐述了镧系元素（Ln，原子序数57到71）的电子结构特点，尤其是其独特的 $4f$ 电子层结构如何决定了它们在配位化学和光学性质上的独特性。讨论了氧化物、卤化物、硫化物等不同化学形态下的物理化学性质，包括熔点、晶格能和热稳定性。着重分析了铈、镧、钕等关键元素的化学行为差异，为后续的资源评价和应用奠定理论基础。 第二章：全球稀土矿床的形成机制与分布特征 本章系统梳理了全球主要的稀土矿床类型。重点剖析了岩浆作用型矿床（如碳酸岩型矿床，以中国白云鄂博和芬兰苏奥穆萨尔米矿为例），详细阐述了高温熔融体分异过程中稀土元素的富集规律，包括重稀土与轻稀土的分异趋势。其次，深入探讨了风化淋积型矿床（离子吸附型矿床），解析了酸性溶液对特定岩石中稀土元素的选择性溶出和黏土矿物表面的吸附机理，这是南方离子型矿床得以形成的关键。此外，还涵盖了伟晶岩型、热液型及次生沉积型矿床的特征，并对当前全球稀土资源储量分布的政治经济学意义进行了初步探讨。 第三章：稀土的提取、分离与高纯度制备工艺 本章是全书的技术核心之一。首先，对不同矿石的预处理技术（如焙烧、酸浸、碱浸）进行了比较分析，重点阐述了难处理矿（如磷酸盐矿、硅酸盐矿）的分解技术难点。随后，将笔墨集中于稀土分离技术。详尽介绍了溶剂萃取法（Solvent Extraction, SX）的理论基础，包括萃取剂的选择（如有机磷酸类、胺类萃取剂）与萃取体系中pH值、浓度和温度的调控对分离系数的影响。对比了反萃取过程的效率和选择性。此外，还介绍了离子交换法在制备超高纯度（99.999%以上）稀土氧化物中的应用，特别是对钆、铽、镝等战略性稀土元素的分离提纯工艺优化策略。 第二部分：稀土在新能源技术中的关键角色 第四章：高性能磁性材料与永磁技术 本章聚焦于稀土永磁材料在驱动电机和风力发电机中的应用。详细解析了 $ ext{Nd}_2 ext{Fe}_{14} ext{B}$ 磁体的微观结构、磁化机制和矫顽力的来源。探讨了通过添加镝（Dy）和铽（Tb）元素提高磁体高温性能（抗退磁能力）的冶金学原理，以及晶界扩散技术在优化高性能烧结和粘结磁体中的应用。同时，对非晶态和纳米晶态稀土磁性材料的研究进展进行了概述，展望了无镝化、少镝化替代方案的研究方向。 第五章：稀土催化剂及其在清洁能源转化中的应用 本章着重阐述了稀土元素在石油化工、汽车尾气净化和氢能技术中的催化作用。介绍了铈在氧化物载体上的高氧存留能力（Oxygen Storage Capacity, OSC）及其在三元催化剂中的重要性，分析了 $ ext{CeO}_2$ 晶格氧的活化与释放机制。在燃料电池领域，探讨了稀土氧化物在固体氧化物燃料电池（SOFC）中的电解质和电极材料改性中的作用，如何通过引入镧系元素提高离子电导率和降低界面电阻。此外，还涵盖了稀土基催化剂在甲烷干法重整制氢中的高选择性和稳定性优势。 第六章：发光材料与光电转换技术 本章聚焦于稀土离子在光致发光和电致发光器件中的独特贡献。深入分析了 $ ext{Eu}^{3+}$ 和 $ ext{Tb}^{3+}$ 等离子在特定配位环境下的窄带发射特性，解析了能量从基质到激活剂的转移过程。详细介绍了稀土掺杂的荧光粉在固态照明（LED）中的应用，包括红光、绿光器件的效率提升。在太阳能电池领域，探讨了稀土上转换材料（Up-conversion）在提高低能光子吸收效率方面的潜力，以及稀土化合物在钙钛矿太阳能电池（PSC）界面钝化层中的应用效果。 第三部分：可持续发展与挑战 第七章：稀土资源的循环利用与回收技术 鉴于稀土资源的战略性和有限性，本章详细讨论了从报废永磁体、催化剂、荧光粉中回收稀土的必要性和可行性。系统回顾了湿法冶金回收的酸碱浸出和选择性沉淀工艺，并对比了高温熔融还原法在处理复杂废料时的优缺点。重点分析了膜分离技术和生物浸出技术（Biomining）在提高回收效率、降低环境影响方面的最新突破。 第八章：稀土开采与环境影响的风险管理 本章关注稀土工业的可持续发展。深入分析了稀土采矿（特别是离子型矿床的浸出过程）对土壤和水体造成的放射性元素（如铀、钍）和重金属污染问题。提出了尾矿处理、废水无害化和污染场地修复的工程技术对策，如固化稳定化技术和植物修复技术。讨论了国际社会在稀土供应链透明化和环境法规制定方面的发展趋势。 全书结构紧凑，逻辑清晰，理论深度与工程实用性并重，是理解和掌握稀土材料科学及其在未来能源领域应用不可或缺的专业著作。

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与我之前读过的几本材料学教材相比，这本书最显著的特点是其对“缺陷”和“非化学计量”现象的深度挖掘。许多教材会把这些当作特殊情况一笔带过，但在这本书里，它们占据了相当大的篇幅，并且被提升到了与完美晶体结构同等重要的地位。作者似乎坚信，材料的真正特性往往源于那些“不完美”之处。我对其中关于点缺陷扩散机制的讨论印象深刻，它不仅仅是简单地介绍斯托克方程，而是深入探讨了不同类型缺陷在电场和浓度梯度影响下的耦合行为。这使得我对半导体材料中的掺杂效应有了全新的理解——不再是简单的取代模型，而是复杂的动力学过程。然而，这种深度也带来了一个副作用：书中对于如何“控制”这些缺陷的讨论相对较少，更多的是对这些现象的“描述”和“解释”。这让我感觉，这本书更侧重于理解“为什么会发生”，而不是教你“如何去实现”。

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我是在寻找关于新型功能材料开发灵感的过程中偶然发现这本书的。原以为里面会充斥着大量关于超导材料、纳米颗粒的最新应用案例分享，或者至少能提供一些启发性的设计思路。然而，这本书的重点显然完全不在“应用”上，它更像是一部严谨的“材料的诞生史”的编年史。前几章花了大量的篇幅去追溯无机化合物形成的基本原理，从键合理论到相图绘制的精妙之处，每一个细节都被拆解得非常彻底。我特别关注了其中关于高熵合金稳定性的那一部分，原以为会看到很多前沿的模拟结果，结果发现作者更侧重于从热力学角度解释为什么这些看似随机的元素组合能够稳定存在，引用了大量的经典热力学定律和平衡态分析。这使得这本书的阅读体验非常“扎实”，但同时也显得有些“沉重”。它很少提及市场上的具体产品或最新的专利技术，如果你指望它能给你一个“快速致富”的创新点子，那很可能会失望。它教你的是如何“思考”材料，而不是如何“制造”材料。

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这本书的行文风格非常学术化，用词极其精准，几乎没有使用任何比喻或通俗的解释来辅助理解。比如，在阐述固态反应动力学时，作者使用的语言精确到每一个反应级数和活化能的确定过程，完全没有为了降低阅读门槛而牺牲严谨性的倾向。这使得这本书在专业性上无可挑剔，但对于需要跨学科交流或者向非专业人士解释材料科学概念的读者来说，引用这本书的内容往往需要进行大量的“翻译”工作。我发现自己经常需要对照着书后的术语表，来确认某个特定术语在作者语境下的确切含义。总而言之，这是一部为同行打造的“内行书”，它的价值在于提供了一个无懈可击的理论框架，去审视和分析无机材料世界的方方面面。如果你追求的是教科书式的完整和深度，这本书是极佳的选择，但如果你期待的是轻松愉快的阅读体验，你可能需要准备好迎接一场智力上的马拉松。

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这本书的封面设计得相当有质感，那种哑光的质感和深沉的蓝色调，一下子就让人感觉这是本正经的专业书籍。不过，当我真正翻开第一章的时候，我才意识到，这可能不是我预想中的那种“入门级”读物。它对基本概念的阐述非常深入，几乎每句话后面都带着一串复杂的公式或者实验数据支撑，这对于我这种刚接触这个领域，还抱着“了解个大概”心态的读者来说，无疑是个挑战。比如，在讲到晶体结构缺陷的时候，作者没有停留在简单的图示上，而是直接深入到热力学平衡和动力学控制的细节，让我不得不经常停下来，查阅其他基础物理化学的书籍来理解那些符号的真正含义。坦白说，阅读过程有点像攀登一座陡峭的山峰，每向上走一步都需要付出极大的努力，但当你真正理解了某个复杂的结构是如何在特定温度和压力下形成的，那种豁然开朗的感觉，确实是其他轻松读物无法比拟的。这本书更像是为那些已经有一定化学背景，想要在无机材料领域深耕的学者准备的“工具箱”，而不是为我这样的新手准备的“领航图”。

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这本书的章节组织逻辑非常清晰，但这种逻辑是基于化学家思维而非工程学思维的。它严格按照元素周期表的顺序或者特定晶系分类来展开讨论，这对于系统学习非常有利，但对于我这种需要快速定位特定性能材料的读者来说，查找效率就比较低了。举个例子，我想了解一下特定压电陶瓷的制备条件，我需要先确定它属于哪种晶体结构族，然后才能在相应的章节中找到它的基本性质，最后可能还需要回溯到前面的热力学章节去理解为什么这个结构是稳定存在的。这种层层递进的结构要求读者必须按部就班，几乎无法跳跃式阅读。书中的图表制作非常精美，尤其是那些三维空间结构示意图，清晰到让人惊叹，但如果你对那些复杂的晶格点阵和布拉维常数没有基本的空间想象力，光看图也会感到吃力。它更像是实验室里一本随时待命的参考手册，而不是适合在通勤路上消磨时间的读物。

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