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出版者:American Psychological Association (APA)

作者:Sands, William A. (EDT)/ Waters, Brian K. (EDT)/ McBride, James R. (EDT)

出品人:

页数:292

译者:

出版时间:1997-10

价格:USD 19.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781557984425

丛书系列:

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现代材料科学前沿：纳米结构与性能调控 作者： [虚构作者姓名，例如：张伟、李明、王芳] 出版社： [虚构出版社名称，例如：科学技术出版社、高等教育出版社] 出版年份： [虚构年份，例如：2024年] --- 内容简介 《现代材料科学前沿：纳米结构与性能调控》一书深入探讨了当前材料科学领域最激动人心且最具变革性的方向之一——纳米材料的构筑、表征及其宏观性能的精确调控。本书旨在为材料学、物理学、化学以及相关工程领域的本科高年级学生、研究生和科研人员提供一个全面且深入的参考指南，内容涵盖了从基础理论到尖端实验技术的广阔范围。 本书的核心思想在于阐明尺度效应在材料行为中的决定性作用。当材料的维度被缩减到纳米级别（1到100纳米）时，其电子结构、表面能、热力学稳定性以及光学、电学、磁学和力学性能都会发生显著的非经典变化。理解和利用这些变化是开发下一代高性能功能材料的关键。 全书共分为七个主要部分，结构清晰，逻辑严谨： 第一部分：纳米科学基础与尺度效应（约250字） 本部分首先回顾了经典固体物理和材料科学的基石理论，并在此基础上引入了量子尺寸效应（Quantum Confinement Effect）的概念。详细阐述了表面与体积比对材料物理化学性质的极端影响，包括表面能的显著增加如何驱动纳米粒子在热力学上的不稳定性以及表面催化活性的增强。此外，还讨论了在纳米尺度下，经典牛顿力学和连续介质模型的局限性，并初步介绍了量子力学和分子动力学模拟在预测纳米尺度行为中的必要性。本章强调了理解尺寸、形状和晶体取向如何共同决定纳米材料的本征属性，为后续的结构设计奠定了理论基础。 第二部分：经典与新兴纳米材料的合成策略（约300字） 本部分系统性地介绍了当前主流的纳米材料制备技术，并侧重于如何实现形貌和尺寸的精确控制。 自下而上（Bottom-up）方法： 深入讲解了化学合成法，包括溶胶-凝胶法（Sol-Gel）、热解法（Pyrolysis）以及液相化学还原法。特别关注了模板辅助合成技术，如介孔材料的构建，以及受限空间生长对晶体取向的调控。 自上而下（Top-down）方法： 讨论了机械力学法（如高能球磨）和光刻技术在制备纳米结构中的应用。 新型生长技术： 重点介绍了原子层沉积（ALD）在制备高精度薄膜和异质结方面的优势，以及化学气相沉积（CVD）在碳纳米管和石墨烯等二维材料生长中的最新进展。书中强调了反应动力学在控制最终产品尺寸分布上的核心地位。 第三部分：二维材料：石墨烯及其衍生体系（约350字） 二维材料因其独特的电子结构和巨大的比表面积，已成为材料科学的研究热点。本章将二维材料的讨论提升到高度，重点分析了石墨烯的独特性质。 电子特性： 详细剖析了狄拉克锥结构、零带隙特性以及其极高的载流子迁移率。讨论了通过掺杂、应力工程和氧化还原修饰（如氧化石墨烯的制备）来打开带隙的方法，以适应半导体器件的需求。 机械与热学性能： 阐述了石墨烯令人难以置信的机械强度和优异的热导率。 衍生体系： 扩展到过渡金属硫化物（TMDs，如 MoS2, WS2）以及黑磷等新型二维材料。探讨了如何通过层数调控来定制这些材料的光电响应，例如，单层与多层 MoS2 在光伏和光电探测器中的性能差异。书中还专门辟章节讨论了二维材料在柔性电子学和能源存储中的应用潜力。 第四部分：纳米结构中的光学与等离激元现象（约200字） 本部分专注于纳米尺度下材料与光的相互作用。详细解释了局域表面等离激元共振（LSPR）现象，即自由电子在外电磁场激发下产生的集体振荡。本书通过 Mie 散射理论和有限差分时域（FDTD）模拟，解释了LSPR的峰值波长如何高度依赖于纳米粒子的尺寸、形状和周围介质的折射率。这直接引出了在生物传感、表面增强拉曼散射（SERS）和高效光热疗法中的实际应用。此外，还讨论了量子点（Quantum Dots）的带隙工程如何实现可调谐的发光特性，及其在下一代显示技术中的地位。 第五部分：纳米材料的力学行为与界面工程（约250字） 材料的宏观力学性能往往由其微观和纳米结构决定。本章挑战了“尺寸越小，强度越高”的简单假设，深入探讨了尺寸效应、孪晶结构以及位错运动在纳米晶体中的复杂性。 超硬与超塑性： 分析了纳米晶体材料如何实现超高硬度，同时也探讨了在特定温度和应力条件下，晶界在实现超塑性流动中的关键作用。 界面与复合材料： 重点研究了纳米纤维、纳米颗粒增强复合材料中的载荷传递机制。通过界面化学键合和界面能的调控，实现增强韧性与强度的协同提升。讨论了如何利用原子尺度的界面工程来抑制疲劳裂纹的萌生和扩展。 第六部分：先进表征技术（约200字） 要理解纳米材料的结构与性能关系，必须依赖于先进的表征手段。本部分详尽介绍了用于纳米材料研究的核心技术，并侧重于如何获取原位（In-situ）和实时（Real-time）信息。 电子显微镜： 重点阐述了高分辨透射电子显微镜（HRTEM）在晶格分辨率成像中的应用，以及扫描透射电子显微镜（STEM）中利用环形探测器获取的Z对比度成像，如何揭示不同元素在纳米结构中的分布。 光谱学技术： 涵盖了拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）在分析表面化学态和晶体缺陷方面的应用。 同步辐射光源： 介绍了如何利用同步辐射X射线进行小角度散射（SAXS）和吸收谱分析，以探究纳米材料的孔隙结构和电子结构。 总结与展望 全书在最后强调了纳米材料从实验室走向大规模应用所面临的挑战，包括规模化生产、长期稳定性、环境毒理学等问题。本书不仅提供了扎实的理论基础和实验方法，更致力于激发读者对未来功能材料设计与创新的深刻思考。通过对尺度效应的精妙操控，人类正一步步迈向一个由全新性能材料主导的科技时代。 --- 关键词： 纳米材料、尺度效应、二维材料、量子点、等离激元、界面工程、原子层沉积、HRTEM、LSPR。

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