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出版者:Springer Verlag

作者:Schultz, Jerome/ Mrksich, Milan/ Bhatia, Sangeeta N./ Brady, David J./ Ricco, Antionio J./ Walt, Dav

出品人:

页数:387

译者:

出版时间:

价格:154

装帧:HRD

isbn号码:9781402040573

丛书系列:

图书标签:

• 生物传感器
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• 化学传感器
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• 诊断
• 检测技术

探寻物质世界深层的秘密：一本关于材料科学与化学分析的深度著作 书名：晶格之声：现代材料的结构、性能与合成 内容简介： 《晶格之声：现代材料的结构、性能与合成》是一部全面深入探讨材料科学核心原理与前沿进展的权威著作。本书旨在为化学、物理学、材料工程以及相关领域的研究人员、高级学生和行业专业人士提供一个理解物质从原子尺度到宏观性能转变的坚实理论框架与实践指导。全书结构严谨，内容详实，力求在理论的深度与应用的广度之间找到完美的平衡。 第一部分：晶体学与原子结构基础 (Foundations of Crystallography and Atomic Structure) 本部分首先从晶体学的基本原理入手，详细阐述了晶体的周期性结构、点群、空间群的数学描述。我们将深入剖析密堆积结构、布拉维点阵的分类及其在无机材料中的体现。重点讨论了X射线衍射（XRD）的理论基础、样品制备、数据采集与结构解析的完整流程，包括粉末衍射和单晶衍射在确定晶体结构、缺陷分析中的关键作用。此外，我们还探讨了电子显微镜（TEM/SEM）在可视化微观形貌和晶体缺陷（如位错、晶界）方面的不可替代性，将原子尺度的图像与宏观性能建立联系。 第二部分：材料的电子结构与能带理论 (Electronic Structure and Band Theory of Materials) 理解材料的电子结构是预测其物理化学性质的基石。本部分详尽介绍了量子力学在固体中的应用，特别是紧束缚模型（Tight-Binding Model）和近自由电子模型（Nearly Free Electron Model）。核心内容包括能带理论的建立、布里渊区的概念、费米能级（Fermi Level）的确定及其对导电性的决定性影响。我们将系统分类金属、半导体（直接带隙与间接带隙的差异）、绝缘体，并辅以第一性原理计算（如密度泛函理论，DFT）在预测材料电子结构和力学性能方面的最新进展。对于半导体材料，本书特别关注掺杂效应、载流子输运机制以及p-n结的形成原理，为电子器件的理解奠定了理论基础。 第三部分：热力学、动力学与相变 (Thermodynamics, Kinetics, and Phase Transitions) 材料的稳定性、反应性及其随温度和压力的变化，完全受热力学和动力学的支配。《晶格之声》深入探讨了材料体系的相图绘制与解读，包括二元和三元系统的相平衡条件、吉布斯相律的应用。重点解析了扩散（Diffusion）在材料改性中的作用，从菲克定律到阿伦尼乌斯方程，详细分析了点缺陷对扩散系数的影响。本部分还对固态反应动力学、成核与长大过程进行了详尽论述，特别是固-固相变、析出相的形成机制，以及热处理工艺（如退火、淬火、时效）如何精确调控微观组织以优化宏观性能。 第四部分：结构控制与功能材料的合成 (Structural Control and Synthesis of Functional Materials) 本部分聚焦于如何通过精确的合成方法实现对材料微观结构和化学成分的“自上而下”和“自下而上”的控制。 固态合成与烧结： 详细介绍了传统陶瓷和金属粉末的制备、混合、压实与高温烧结过程，讨论了烧结致密化过程中颈部长大、孔隙率演变与晶粒生长的物理化学机制。 溶液法合成： 涵盖了溶胶-凝胶法（Sol-Gel）、水热合成（Hydrothermal Synthesis）以及化学共沉淀法，这些方法在制备高纯度、纳米尺寸氧化物和复合材料方面具有独特优势。 薄膜技术： 深入探讨了物理气相沉积（PVD，如溅射、蒸发）和化学气相沉积（CVD）的原理、工艺参数控制及其在功能性涂层和微电子器件制造中的应用。 纳米材料的特殊性： 探讨了尺寸效应（Size Effects）如何改变块材的性质，并对量子点、纳米线、二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的特殊合成挑战和新兴应用进行了展望。 第五部分：力学性能与本征响应 (Mechanical Properties and Intrinsic Response) 材料的可靠性取决于其力学行为。《晶格之声》系统地阐述了弹性、塑性变形的微观机制。弹性部分涉及杨氏模量、泊松比的测量与理论计算，并着重分析了各向异性材料的应力-应变关系。塑性变形部分，我们详尽解析了位错的运动、交滑移、堆积和缠结如何导致加工硬化。此外，本书还涵盖了断裂力学的基础，包括Griffith裂纹理论、应力强度因子、断裂韧性的测量方法，以及疲劳和蠕变等时间依赖性损伤机制。 第六部分：先进表征技术与结构-性能关联 (Advanced Characterization and Structure-Property Correlation) 本部分将理论与实践紧密结合，介绍了一系列用于揭示材料结构与性能之间复杂关系的先进分析技术。除了基础的XRD和电镜，重点讨论了： 光谱学技术： 拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）在化学键合、表面官能团识别和价态分析中的应用。 热分析技术： 差热分析（DTA）、热重分析（TGA）在确定转变温度和热稳定性方面的作用。 电化学表征： 循环伏安法（CV）和阻抗谱（EIS）在理解材料界面行为和离子传输机制中的关键地位。 通过大量的案例研究和数据分析实例，本书引导读者掌握如何运用多尺度、多模态的表征数据，构建起从原子排布到器件性能的完整、可预测的材料模型。 《晶格之声》不仅是一本教科书，更是一部面向未来材料创新的参考手册，它以严谨的科学语言，引领读者深入探索物质世界的内在逻辑，为下一代功能材料的设计与开发提供坚实的知识基石。

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