Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:North Holland

作者:K.A. Gschneidner

出品人:

页数:624

译者:

出版时间:1988-02-01

价格:USD 349.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444870636

丛书系列:

图书标签:

• 稀土
• Rare Earths
• Physics
• Chemistry
• Materials Science
• Condensed Matter Physics
• Spectroscopy
• Magnetism
• Luminescence
• Chemical Physics
• Inorganic Chemistry

稀土元素物理与化学手册：深入探索新型功能材料的基石 本书概要： 《稀土元素物理与化学手册》（Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths）是一部极具深度和广度的权威参考书，旨在系统梳理和阐述稀土元素（镧系元素、钪和钇）在材料科学、物理学和化学领域中的核心理论、实验方法、独特性能及其广泛应用。本书汇集了全球顶尖专家的最新研究成果，为研究人员、工程师和高级学生提供了一个全面、深入且结构严谨的知识框架，用以理解这些在现代高科技产业中不可或缺的元素家族。 本书的叙事逻辑清晰，从稀土元素的基础电子结构和磁性起源入手，逐步深入到其在光电、催化、能源存储和生物医学等前沿领域的具体应用。它不仅详细介绍了实验技术和表征手段，更着重于将微观机理与宏观材料性能联系起来，强调了理论预测与实验验证的互动关系。 --- 第一部分：基础结构与电子态的精妙（Foundational Structures and Electronic States） 本部分奠定了理解稀土元素行为的物理化学基础。 第一章：稀土元素的起源与周期性定位 本章详细考察了稀土元素在元素周期表中的特殊地位，特别是 $4f$ 电子壳层的填充过程如何定义了它们的化学相似性和独特的光谱特性。讨论了镧系收缩的物理机制及其对后过渡金属原子半径和电负性的影响，这直接决定了它们在化合物中的配位环境。 第二章：$4f$ 电子的相对论效应与自旋-轨道耦合 深入探讨了在重元素中，相对论效应（如狄拉克方程的影响）如何显著修正了传统的玻尔-索末菲模型。重点分析了强烈的自旋-轨道耦合（SOC）如何耦合电子的轨道角动量和自旋角动量，导致了复杂的多重态结构。本章通过详细的角动量理论计算，解释了为什么某些稀土离子表现出极高的磁各向异性。 第三章：晶体场理论与能级分裂 这是理解稀土发光和磁性的核心章节。本章详尽阐述了史蒂文森公式（Stevens' formula）和杰里（Judd-Ofelt）理论的应用，用以量化晶体环境（配位场）对稀土离子 $4f$ 能级的能量分裂（Stark Splitting）的影响。讨论了如何通过计算配位群对称性（如 $C_{3v}, D_{4h}$ 等）来预测特定材料中稀土离子的激发态寿命和荧光/磷光效率。 第四章：磁性起源：从局域到长程有序 本章系统梳理了稀土磁性的物理起源，区分了范弗立特（Van Vleck）顺磁性（由未配对电子主导）与铁磁性、反铁磁性等长程有序态。详细分析了磁性之间的耦合机制，包括RKKY 偶合（通过传导电子的振荡效应）以及晶格振动（声子）在磁性转变中的作用，为设计磁性存储材料提供了理论支撑。 --- 第二部分：合成、表征与高纯度制备（Synthesis, Characterization, and High Purity Processing） 本部分聚焦于将稀土元素转化为可用功能材料的实际工程和分析技术。 第五章：高纯度稀土金属及氧化物的制备 探讨了从矿石提炼到高纯度单质金属制备的复杂湿法冶金和电化学过程。重点介绍了溶剂萃取（Solvent Extraction）和离子交换技术在分离极其相似的轻、重稀土元素对中的关键优化参数。讨论了制备超高纯度（$5N$ 或 $6N$ 级）氧化物以满足半导体工业要求的工艺控制。 第六章：光谱学表征：指纹识别的艺术 本章深入解析了用于稀土材料表征的核心光谱技术。 发射光谱（Photoluminescence Spectroscopy, PL）： 解释了如何利用稀土离子的窄带隙特征来分析材料中的掺杂浓度、量子效率和缺陷态。 吸收/透射光谱： 讨论了如何通过分析特征 $4f-5d$ 或 $4f-4f$ 跃迁来确定氧化态和晶体场强度。 X射线吸收精细结构（XAFS）： 展示了如何利用近边结构（XANES）和扩展吸收边结构（EXAFS）来确定稀土原子的局部几何结构和配位数。 第七章：磁性与输运性质的测量技术 详细介绍了测量稀土材料磁学特性的主要仪器，如振动样品磁力计（VSM）和超导量子干涉器件磁力计（SQUID）。讨论了如何通过温度依赖性磁化率测量和磁滞回线分析来区分铁磁、反铁磁和超顺磁行为，并介绍了霍尔效应测量在研究稀土合金中电子输运机制中的应用。 --- 第三部分：前沿应用与功能化（Frontier Applications and Functionalization） 本部分展示了稀土物理化学原理在当代技术中的具体实现。 第八章：稀土在发光材料中的核心地位 本章是关于发光领域的深度剖析。讨论了不同基质（如氟化物、磷酸盐、硼酸盐）中稀土离子（如 $ ext{Eu}^{3+}$, $ ext{Tb}^{3+}$, $ ext{Ce}^{3+}$）的激发能转移机制。重点分析了上转换发光（Upconversion）材料，如何利用多光子吸收实现红外光到可见光的高效转换，及其在生物成像和安全油墨中的潜力。同时，也讨论了量子点（QDs）技术与稀土掺杂材料的融合。 第九章：稀土在磁性存储和软磁材料中的应用 聚焦于高密度数据存储和高效能电子设备的需求。详细分析了永磁材料（如 $ ext{Nd}_2 ext{Fe}_{14} ext{B}$）中高磁晶各向异性的来源，以及如何通过合金化和晶粒尺寸控制来优化居里温度和剩磁。此外，探讨了巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR）在稀土/过渡金属多层膜中的基础物理。 第十章：催化、能源与环境应用 本章关注稀土元素作为催化剂或助催化剂的独特角色。 氧化物催化剂： 讨论了氧化铈 ($ ext{CeO}_2$) 作为储氧材料在汽车尾气催化净化中的核心作用，解释了其 $ ext{Ce}^{3+}/ ext{Ce}^{4+}$ 氧化还原循环的快速动力学。 燃料电池： 分析了掺杂稀土的氧化物（如 $ ext{LaSrMnO}_3$）在固体氧化物燃料电池（SOFCs）中的电极材料性能，以及高离子电导率的稀土稳定氧化锆。 第十一章：生物医学影像与治疗 探讨了利用稀土纳米粒子作为生物标记物的优势，特别是它们长激发寿命和窄发射谱线在时间分辨成像中的优势。讨论了利用 $ ext{Gd}^{3+}$ 离子作为磁共振成像（MRI）造影剂的机理，以及稀土配合物在光动力治疗（PDT）中的新兴角色。 --- 总结： 《稀土元素物理与化学手册》不仅是对现有知识的汇编，更是对未来研究方向的指引。它通过严谨的物理化学论述，系统地将稀土元素的结构、性能和应用紧密相连，为推动下一代信息技术、能源技术和生物技术的发展，提供了坚实的理论和实验基础。本书的深度和广度，确保其成为稀土科学领域内不可替代的经典工具书。

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