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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Tseng, Ampere A. 編

出品人:

頁數:574

译者:

出版時間:

價格:$ 117.52

裝幀:Pap

isbn號碼:9789812705426

叢書系列:

圖書標籤:

納米製造
納米技術
微納加工
材料科學
物理
化學
工程學
MEMS
納米材料
錶麵科學

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具體描述

Many of the devices and systems used in modern industry are becoming progressively smaller and have reached the nanoscale domain. Nanofabrication aims at building nanoscale structures, which can act as components, devices, or systems, in large quantities at potentially low cost. Nanofabrication is vital to all nanotechnology fields, especially for the realization of nanotechnology that involves the traditional areas across engineering and science. This is the first book solely dedicated to the manufacturing technology in nanoscale structures, devices, and systems and is designed to satisfy the growing demands of researchers, professionals, and graduate students. Both conventional and non-conventional fabrication technologies are introduced with emphasis on multidisciplinary principles, methodologies, and practical applications. While conventional technologies consider the emerging techniques developed for next generation lithography, non-conventional techniques include scanning probe microscopy lithography, self-assembly, and imprint lithography, as well as techniques specifically developed for making carbon tubes and molecular circuits and devices.

《微觀世界探秘：從原子尺度到宏觀應用》內容簡介本書旨在為讀者構建一個全麵而深入的理解框架，探討物質在原子、分子尺度上的基本行為規律，並追溯這些基礎科學原理如何被巧妙地轉化為具有實際應用價值的技術與裝置。我們不著眼於特定的工程技術流程，而是將重點放在那些驅動著現代材料科學、化學、物理學以及工程學發展的核心概念和普適性方法論上。第一部分：物質的微觀本質與結構本部分將深入剖析物質在納米尺度以下的行為特性，這為理解宏觀世界中的許多現象提供瞭基礎。第一章：量子力學的基本原理與物質的邊界本章將首先迴顧經典物理學在描述微觀粒子時的局限性，並引入量子力學作為理解原子和亞原子粒子的必要工具。我們將探討波粒二象性、薛定諤方程的基本形式及其在孤立原子係統中的應用。重點將放在電子的量子態——能級、軌道形狀及其對化學鍵形成的影響。此外，本章會闡述不確定性原理如何限製瞭我們對粒子運動軌跡的精確描述，並討論量子隧穿效應，這種非經典的現象在許多現代物理實驗中扮演著關鍵角色。我們將用直觀的方式解釋這些抽象概念，避免陷入過深的數學推導，而是著重於它們對物質性質的哲學和實際意義。第二章：晶體結構與缺陷的統計熱力學材料的宏觀性能往往由其內部的排列結構決定。本章聚焦於固體材料的周期性排列——晶體結構。我們將介紹布拉維點陣、晶胞的概念，並解釋如何利用密堆積等幾何原理描述金屬、陶瓷和半導體的基本結構。隨後，我們將轉嚮“不完美”——晶體缺陷。我們將詳細分析點缺陷（如空位、間隙原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界）的形成機製及其對材料機械強度、導電性的影響。通過引入統計熱力學的視角，探討這些缺陷在不同溫度下的平衡濃度，從而揭示材料性能的內在驅動力。第三章：界麵與錶麵化學計量學在微觀尺度上，界麵的性質往往比材料本體的性質更為關鍵。本章將專門探討固-固、固-液、液-氣等不同類型界麵的物理化學特徵。我們將討論錶麵能的概念，解釋如何通過幾何構型和化學吸附來改變錶麵的活性。對界麵結構，我們將引入短程有序和長程無序的描述方法，並討論錶麵擴散的動力學過程。對於涉及液體的係統，我們將深入探討潤濕性、接觸角的熱力學基礎，以及毛細現象在多孔介質中的錶現形式。第二部分：能量、信息與物質的調控本部分著眼於如何利用物理和化學的原理，對物質進行精確的能量輸入或信息傳遞，以實現對物質狀態的控製。第四章：電磁輻射與物質的能級躍遷本章的核心在於理解物質如何與光（電磁輻射）相互作用。我們將從麥剋斯韋方程組的宏觀描述齣發，過渡到光子攜帶的能量概念。詳細闡述吸收、發射和散射這三種基本相互作用過程。我們將區分電子躍遷、振動躍遷和轉動躍遷，並解釋它們在紅外、可見光和紫外波段的對應關係。特彆是，我們將探討共振現象，以及如何通過精確調控輻射的波長和強度來識彆物質的組成和結構，這為現代光譜分析技術奠定瞭理論基礎。第五章：輸運現象的微觀動力學輸運現象（如熱傳導、電導和擴散）是描述能量和物質在梯度驅動下運動的核心概念。本章將采用動力學方法，從微觀粒子的隨機行走和碰撞模型齣發，推導宏觀的菲剋定律、傅裏葉定律和歐姆定律。重點將放在對輸運係數（如擴散係數、電導率）的微觀解釋上，探討晶格振動（聲子）在熱輸運中的作用，以及電子在晶格散射機製下的行為。我們將對比不同材料體係中（如導體、絕緣體、半導體）輸運機製的差異。第六章：化學反應動力學與活化能壘本章探討物質發生化學轉化的速率與機製。我們將引入碰撞理論和過渡態理論，用以描述反應物分子如何剋服能量壘形成産物。詳細討論溫度、壓力和催化劑如何影響反應速率常數。重點將放在理解活化能的概念，即能量景觀上勢壘的高度。此外，我們將討論反應路徑的拓撲結構，並解釋為什麼某些反應可以在特定條件下被“引導”沿著期望的途徑進行，而非其他可能的副反應路徑。第三部分：復雜係統的集成與功能化本部分將視角從基礎原理提升到係統的集成與功能實現，探討如何將上述微觀控製轉化為可操作的宏觀係統。第七章：統計力學與係綜理論為瞭描述大量粒子組成的復雜係統，本章將引入統計力學，作為連接微觀定律與宏觀熱力學現象的橋梁。我們將詳細介紹微正則係綜、正則係綜和巨正則係綜，闡釋如何利用這些統計工具計算係統的平均性質（如內能、熵）。重點在於理解熵的統計定義——無序度的量度，以及它如何決定瞭係統的自發演化方嚮。本章還將討論漲落現象，即係統偏離平均值的小範圍、短時間內的不穩定性。第八章：自組裝與有序結構的形成本章關注的是在沒有外部強製乾預下，分子或單元如何自發地形成具有特定圖案和功能的宏觀結構。我們將探討驅動自組裝的四大基本力：範德華力、氫鍵、疏水效應和靜電作用。通過案例分析，我們將展示液晶、膠體係統和生物膜等復雜結構中，平衡的能量驅動如何導緻長程有序的形成。我們將從熱力學穩定性和動力學陷阱的角度來審視自組裝過程的可控性。第九章：傳感、轉換與信息存儲的基礎物理本章是前述所有知識的綜閤應用，側重於將物質的物理化學性質轉化為可測量的信號或可操作的狀態。我們將討論幾種關鍵的轉換機製：光電效應、壓電效應和熱電效應。對於傳感器的設計，重點將放在如何最大化信號-噪聲比，以及如何利用高選擇性識彆特定目標分子。在信息存儲方麵，我們將探討基於電荷陷阱、磁化方嚮或分子構象變化來編碼信息的物理基礎，以及這些機製的可靠性和耐久性限製。結語：跨尺度的思維模式本書的最終目標是培養讀者一種跨尺度的思維模式，即理解在原子尺度上發生的微小變化如何通過鏈式反應積纍，最終決定宏觀世界的性能和行為。本書不提供現成的技術手冊，而是提供一套分析和解決問題的工具箱，幫助讀者理解任何涉及物質行為的科學或工程挑戰。