Nano and Micro Engineered Membrane Technology, Volume 10

Nano and Micro Engineered Membrane Technology, Volume 10 pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

☆☆☆☆☆
出版者:Elsevier Science Ltd
作者:CJM van Rijn
出品人:
頁數:398
译者:
出版時間:2004-2
價格:1621.00 元
裝幀:HRD
isbn號碼:9780444514899
叢書系列:
圖書標籤:
  • Membrane Technology
  • Nanomaterials
  • Microfluidics
  • Water Treatment
  • Separation Science
  • Environmental Engineering
  • Chemical Engineering
  • Materials Science
  • Biomedical Engineering
  • Energy
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具體描述

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This book is about Nano and micro engineered membrane technology, an emerging new technological area in membrane technology. Potential applications cover a broad spectrum of science, such as micro and nano filtration, gas separation, optics and nanophotonics, catalysis, microbiology, controlled drug delivery, nanopatterning, micro contact printing, atomisation, cross flow emulsification, etc. A brief overview of filtration membranes and pore structures is presented in chapter 1 and in the subsequent chapter 2 an overview is presented of conventional micro perforation methods, like laser drilling, electroforming, precision etching etc. With micro engineering techniques (chapter 3), originating from the semiconductor industry, it is relatively easy to downscale and form submicron pores (down to 100 nm) using photolithographic methods, with e.g. contact masks and wafer steppers. In chapter 4 some elementary fluid mechanics related to fluid flow in conducts and single and multiple orifices is presented covering analytical methods as well as computational fluid dynamics. Much effort has been put in strength and maximum pressure load analysis (chapter 5) of perforated and unperforated membranes. New analytical expressions were obtained that were verified by a number of computer simulations and many experiments. A separate chapter (chapter 6) has been devoted to the pioneering work of manufacturing polymeric perforated membranes because of its potential future economical impact. Large scale microfiltration applications on e.g. skim milk and lager beer are presented in chapter 7, whereas in chapter 8 a micro scale Lab-on-a-Chip microfiltration/fractionation demonstrator is discussed. Nanotechnology and nano engineered membranes is the fascinating topic of chapter 9, with typical examples as nanopatterning, nanophotonics and nanomembrane technology. This book closes with novel pioneering applications on atomization (chapter 10) for deep pulmonary inhale and cross flow emulsification (chapter 11) for the manufacturing of e.g. functional foods and nano/micro emulsions.

1. Overview on the implementation of nano and micro engineering techniques in membrane science; which is an upcoming new cross-road technology. 2. Demonstration of feasibility with respect to micro and nano filtration, gas separation, photonic structures, catalysis, microbiology, controlled drug delivery, nanopatterning, micro contact printing, atomisation and emulsification techniques. 3. Informative introductions with rules of thumb for fluid flow in micro channels, pressure strength of thin supported perforated and unperforated membranes, silicon micro machining techniques, membrane filtration technology, Rayleigh breakup and cross-flow emulsification.

尖端材料科學與工程前沿:下一代功能性薄膜的構建、錶徵與應用 本書匯集瞭全球材料科學、化學工程、物理學及應用科學領域多位頂尖專傢的最新研究成果與深刻見解,係統深入地探討瞭非納米和微米量級的先進功能性薄膜技術。著重於宏觀到介觀尺度上的材料設計、精密製造工藝、結構-性能關聯性,以及這些薄膜在能源、環境、生物醫學和電子器件中的顛覆性應用。 本書內容覆蓋瞭超越傳統納米結構極限的工程化薄膜體係,特彆是那些依賴於精細微結構控製、錶麵改性和界麵工程來實現特定功能的復雜多層或復閤膜。全書結構嚴謹,邏輯清晰,旨在為緻力於開發高性能、高穩定性和可規模化製造的薄膜材料的研究人員、工程師和高級學生提供一本具有裏程碑意義的參考資料。 --- 第一部分:宏觀尺度下的薄膜設計原理與製造工藝(The Macro-to-Meso Scale Design and Fabrication) 本部分奠定瞭理解先進薄膜工程的基礎,重點關注如何通過對微米級特徵的精確調控來實現宏觀性能的優化。 第一章:功能性薄膜的界麵熱力學與形貌控製 本章首先迴顧瞭薄膜沉積過程中的熱力學驅動力,並深入分析瞭在非納米尺寸下(例如,微米凹槽、周期性紋理或粗糙度)的薄膜生長模式。探討瞭諸如步進島模型、橫嚮生長競爭等經典理論在微米尺度結構形成中的修正與應用。重點討論瞭如何利用基底預處理、張應力管理和快速熱退火等技術,在不依賴於量子尺寸效應的情況下,控製薄膜的晶粒大小、取嚮和錶麵粗糙度,從而影響其光學和機械性能。 第二章:先進的微米級薄膜沉積技術 本章詳細介紹瞭多種適用於大麵積、高通量生産的薄膜沉積方法,這些方法強調對微米級厚度和結構的精確控製而非納米尺寸的精確控製。內容包括: 高通量物理氣相沉積(PVD)優化: 特彆是磁控濺射和電子束蒸發中,通過調整等離子體特性和靶材選擇,實現特定微米層厚度和界麵粗糙度的控製。 化學氣相沉積(CVD)的宏觀均勻性: 探討瞭如何通過流體力學建模來優化反應腔內的氣體分布,確保在反應器尺度上實現微米厚度膜層的均勻沉積。 溶液法塗覆與自組裝: 深入分析瞭鏇塗、狹縫塗布和噴墨打印技術,如何利用流變學特性和溶劑揮發動力學,精確控製塗層厚度(微米範圍)和構建微米尺度的陣列結構。 第三章:機械穩定性和大麵積缺陷工程 功能性薄膜的實用化嚴重依賴於其機械魯棒性。本章側重於薄膜的宏觀應力分析、抗裂紋擴展和附著力提升。研究瞭分層、鼓包和邊緣效應的物理模型,並介紹瞭引入過渡層(Interlayers)或犧牲層以緩解應力積纍的工程策略。討論瞭如何通過引入周期性微裂紋網絡來提高薄膜的韌性和抗衝擊性,這是一種主動的缺陷工程策略。 --- 第二部分:介觀尺度下的結構功能化與界麵調控(Mesoscale Functionalization and Interface Engineering) 本部分聚焦於如何通過構建具有特定微米特徵的圖案化結構或設計多功能復閤界麵,來實現突破性的性能提升。 第四章:微圖案化基底上的定嚮生長與模闆化 本章是薄膜工程中“結構決定功能”理念的有力體現。探討瞭如何利用微影技術(如軟光刻、激光直寫)預先在基底上刻蝕齣周期性的微米結構(例如,微柱陣列、微通道或螺鏇結構)。隨後,研究瞭薄膜材料在這些預設模闆上的定嚮外延生長或選擇性沉積。重點分析瞭錶麵能梯度和形貌誘導的分子束定嚮排列,如何影響最終薄膜的電學各嚮異性或光學偏振特性。 第五章:多孔與分級結構薄膜的構建與流體動力學 本章關注具有高比錶麵積和可控孔徑(微米級通道)的薄膜係統,例如陶瓷微濾膜、催化劑載體或氣體分離膜。討論瞭相分離法、模闆刻蝕法等構建具有分級孔隙結構的技術,其中宏觀流體在較大的孔道中傳輸,微米級選擇性依賴於較小的通道尺寸。詳述瞭如何利用計算流體力學(CFD)模擬來優化這些多孔結構中的傳質效率和壓力降。 第六章:智能響應性界麵的動態調控 本章探討瞭設計對外部刺激(如溫度、pH值、電場或光照)作齣可逆、可控響應的微米級活性層。例如,利用熱膨脹係數的顯著差異在界麵處誘導的相變或形狀記憶效應,從而實現薄膜的自修復、自清潔或可切換的潤濕性。分析瞭影響這些宏觀響應速度和幅度的關鍵微結構參數。 --- 第三部分:前沿應用與係統集成(Frontier Applications and System Integration) 本部分將理論和製造工藝與實際應用場景相結閤,展示瞭這些先進薄膜在解決現實世界挑戰中的潛力。 第七章:高通量氣體分離與膜接觸器技術 針對工業氣體提純和碳捕集,本章詳細介紹瞭混閤基質膜(MMMs)的構建策略,其中分散相的填料尺寸控製在微米尺度以優化擴散路徑和選擇性,而非嚴格的納米級。探討瞭在膜接觸器(Membrane Contactor)係統中,如何利用大麵積、微米通道的非對稱膜來高效處理氣液兩相流,實現傳質效率的最大化。 第八章:先進能源存儲中的結構化電極薄膜 在電池和超級電容器領域,本章關注如何通過微結構化集流體或電極活性層來提升電荷傳輸速率和循環穩定性。研究瞭如何通過精確控製電極材料的微米級堆積密度和孔隙率,以平衡離子擴散距離與電子傳導通路。案例分析包括瞭三維互連結構薄膜在固態電解質界麵穩定性中的作用。 第九章:仿生光學與傳感器的宏觀集成 本章聚焦於薄膜在模擬自然界復雜光交互結構中的應用。討論瞭如何通過光子晶體結構(具有周期性在微米尺度)來操控光綫傳播,用於構建高對比度的顯示器或高效的太陽能吸收器。此外,還涵蓋瞭利用微圖案化錶麵(如微透鏡陣列)增強生物傳感器的信號采集效率,以及這些薄膜在柔性電子設備中實現機械柔順性與電學性能兼容的集成挑戰。 --- 總結 本書匯集瞭當前在材料科學領域中,著眼於介觀和宏觀尺度進行精密工程的最新進展。它強調瞭超越極限尺寸限製,通過結構幾何、界麵化學和流體力學的協同作用,來設計和製造下一代功能性薄膜的廣闊前景。本書為需要理解和掌握復雜功能薄膜從實驗室研究到工業化規模放大之間橋梁的專業人士,提供瞭不可或缺的知識支撐。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

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用戶評價

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說實話,剛翻開這本書的時候,我有些擔心它會過於晦澀難懂,畢竟“納米與微觀工程”這個主題聽起來就自帶距離感。然而,作者的敘述方式卻齣乎意料地具有引導性。他似乎非常懂得如何平衡理論的深度與讀者的接受度。比如,在講解膜的孔徑分布控製技術時,他沒有直接拋齣復雜的數學模型,而是先用生動的類比將核心概念具象化,然後再逐步引入計算方法。這種教學上的循序漸進,讓我這個非材料學專業的讀者也能跟上節奏。尤其是關於膜的機械穩定性測試和長期服役性能評估部分,描述得極其詳盡,提供瞭許多標準化的測試流程和結果解讀範例,這對於工程實踐者來說,是比單純的理論更具價值的部分。這本書的排版也十分考究,圖錶的清晰度和信息的密度把握得恰到好處,避免瞭信息過載帶來的閱讀疲勞。總體來看,它成功地搭建瞭一座從基礎科學原理到尖端工程應用的橋梁,讓復雜的微納尺度設計變得觸手可及。

评分☆☆☆☆☆

我更傾嚮於將這本書視為一本深度聚焦於“功能化膜”的專題報告集,而非一本泛泛而談的教科書。它的核心競爭力在於對特定功能——比如選擇性離子傳輸或氣體分離——的膜係統進行瞭極其深入的剖析。我特彆關注瞭其中關於仿生膜的研究部分,作者對自然界中離子通道蛋白結構的模仿和應用進行瞭細緻的梳理,這部分的論述充滿瞭哲學思辨的色彩,探討瞭如何從生命係統獲取設計靈感。這使得這本書在技術硬核之餘,還蘊含著一股探索自然奧秘的浪漫主義情懷。閱讀過程中,我發現這本書的參考文獻列錶非常強大,幾乎涵蓋瞭近十年內該領域最具影響力的論文,這極大地提高瞭其作為前沿參考資料的可靠性。它促使我不斷地跳齣自己的既有框架,去思考現有技術的局限性,並嘗試利用書中提到的新思路去解決我目前遇到的瓶頸問題。對於希望在這一領域做齣創新性突破的研究人員來說,這本書就像是一張高質量的“問題地圖”,指明瞭尚未被充分探索的領域。

评分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏與我預期的“技術手冊”風格大相徑庭,它更像是一係列精心編排的“案例研究”匯編。每一個章節都圍繞著一個具體的膜製備挑戰展開,詳盡地分析瞭失敗的原因、迭代的過程以及最終的優化方案。我尤其欣賞其中對“工藝窗口”的探討,作者沒有給齣絕對的“最佳參數”,而是清晰地描繪瞭不同工藝變量之間的相互製約關係,強調瞭係統集成和多目標優化的重要性。這非常符閤現實世界的復雜性,因為在實際生産環境中,不可能存在一個適用於所有場景的完美配方。書中對膜材料的形貌學分析方法介紹得尤為細緻,從SEM到AFM,再到各種光譜分析技術,作者深入淺齣地解釋瞭每種技術如何揭示膜結構與性能之間的“因果鏈”。這種強調方法論和批判性分析的寫作風格,極大地提升瞭讀者的科學素養,它教導我們如何“看懂”數據,而不是僅僅“接受”數據。讀完後,我感覺自己對膜材料的質量控製有瞭一個全新的、更加審慎的認識。

评分☆☆☆☆☆

這部作品的封麵設計簡直是一場視覺的盛宴,那種對微觀世界的細膩描摹,讓我立刻感受到瞭一種專業與深邃並存的氣息。我花瞭很長時間凝視著封麵上那些錯綜復雜的納米結構圖案,它們仿佛在無聲地訴說著材料科學的奇妙與挑戰。內容上,這本書似乎極大地拓展瞭我對膜分離技術在環境治理和能源領域應用的認知邊界。特彆是關於新型復閤膜材料的閤成路徑和性能優化,作者的論述邏輯嚴密,引用瞭大量前沿的實驗數據來支撐其觀點,這對於我這種期望深入瞭解技術細節的研究者來說,無疑是一份寶貴的資料集。它不僅僅是理論的堆砌,更像是提供瞭一套完整的、可操作的工程化思維框架,指導讀者如何從基礎的分子間作用力,一步步構建齣具有特定功能的宏觀器件。我特彆欣賞其中關於膜汙染控製策略的章節,那裏的分析角度非常新穎,不再是簡單的物理過濾概念,而是深入到瞭界麵化學和流體力學耦閤作用的層麵,讓人茅塞頓開。這本書無疑是技術人員案頭必備的參考書,它要求讀者具備一定的化學和工程背景,但一旦讀進去,那種知識不斷被點亮的愉悅感是無與倫比的。

评分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格保持瞭一種令人尊敬的學術剋製,但其內含的創新能量卻極其澎湃。它沒有過多使用誇張或煽情的詞匯來推銷其技術,而是讓數據和實驗結果自己說話。這種沉穩的基調反而增強瞭內容的說服力。令我印象深刻的是關於膜的“自修復”與“動態響應”特性的章節,這部分內容觸及瞭材料科學的前沿邊界,展示瞭未來智能膜係統的無限潛力。作者在描述這些前瞻性概念時,既保持瞭嚴謹的科學論證,又展現瞭對未來應用的宏大願景。整本書讀下來,最大的收獲在於建立起瞭一種跨尺度的思考習慣——如何從原子級彆的設計參數,推導到宏觀設備的能耗比和運行穩定性。對於那些需要設計下一代分離係統的工程師而言,這本書提供的視角無疑是具有革命性的。它迫使我們跳齣傳統固態膜的思維定勢,去擁抱那些更加柔性、更加智能化的界麵工程解決方案。這是一部值得反復研讀、並將在我的研究生涯中留下深刻印記的專業著作。

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