Nanoscale Devices - Fundamentals And Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Gross, Rudolf (EDT)/ Sidorenko, Anatolie (EDT)/ Tagirov, Lenar (EDT)

出品人:

页数:399

译者:

出版时间:

价格:2758.64元

装帧:HRD

isbn号码:9781402051050

丛书系列:

图书标签:

• 纳米器件
• 纳米技术
• 微纳电子
• 材料科学
• 物理学
• 应用物理
• 电子工程
• 纳米材料
• 器件物理
• 半导体

材料科学前沿：从原子尺度到宏观性能的桥梁 图书名称： 晶体结构与缺陷工程：高性能材料设计的新范式 ISBN/出版信息： 暂定，面向先进材料研究者及高年级本科生、研究生。 图书简介： 本书深入剖析了材料科学中最核心的议题之一：材料的微观结构如何决定其宏观性能。我们聚焦于晶体结构这一基石，并着重探讨如何通过精确控制材料内部的缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）来实现对材料功能性的调控和优化。 第一部分：晶体学的几何与对称性基础 本部分为理解所有后续内容奠定坚实的理论基础。我们不仅仅停留在布拉维点阵和晶体学符号的介绍，而是将重点放在晶体对称性群与本征性质（如弹性、介电性、磁性）之间的内在联系上。 第一章：晶体学的几何基础与倒易空间 详细介绍了晶体点群、空间群的严谨数学描述。不同于传统的侧重于晶体结构衍射图谱解析的描述，本章侧重于如何利用群论工具来预测和理解材料在特定对称性下所必须具备的物理特性。引入了倒易空间的概念，并将其与傅里叶变换在描述晶体结构周期性中的作用紧密结合。特别讨论了高维晶体结构（如准晶体或超晶格）的描述方法，为理解复杂周期性结构打下基础。 第二章：晶体化学键合与能带结构 本章探讨了离子键、共价键、金属键以及范德华力在不同材料体系中的主导地位。核心内容是利用紧束缚模型（Tight-Binding Model）和初步的密度泛函理论（DFT）概念，解释晶格常数、结合能与电子结构（能带隙、费米面）之间的定量关系。详细分析了化学键的定向性如何影响晶体生长习性和宏观机械性能的初步表现。 第二部分：缺陷工程：从零维到二维的结构调控 材料的性能往往不是由完美的晶格所决定的，而是由晶格中存在的“不完美”——即缺陷——所塑造的。本部分是本书的重点，旨在提供一套系统的缺陷分类、形成热力学以及动力学演化模型。 第三章：点缺陷的热力学与迁移机制 深入探讨了空位、间隙原子、替位杂质等零维缺陷的形成能、激活能和平衡浓度。着重分析了在非化学计量比氧化物（如UO$_{2}$或TiO$_{2}$）中，缺陷的维特-安德森（Wadsley-Anderson）簇集模型如何解释高掺杂状态下的相稳定性和导电性。对于扩散过程，详细阐述了菲克定律在缺陷迁移过程中的修正形式，并引入了电场/应力场对缺陷迁移的耦合效应分析。 第四章：线缺陷（位错）与塑性变形的本构关系 本章摒弃了对位错的简单几何描述，转而聚焦于位错动力学。详细分析了刃型位错和螺型位错在不同晶系中的滑移系统。核心内容是对位错源机制（如弗兰克-范德米尔机制）的深入探讨，以及位错缠结和相互作用对材料屈服强度、加工硬化的影响。引入了位错芯结构对环境敏感性塑性（如氢脆）的调控作用。 第五章：面缺陷与晶界工程 晶界是决定材料宏观性能（特别是高温性能、电学性能和界面反应性）的关键因素。本章详细分类了低角度晶界（小角度倾斜/扭转边界）和高角度晶界。重点讨论了晶界能的计算方法，以及如何通过控制晶界结构（如$Sigma3$孪晶界）来“软化”或“强化”材料。讨论了晶界扩散和析出物在晶界处的优先成核机制。 第三部分：缺陷在特定功能材料中的应用与挑战 本部分将理论与实际应用相结合，展示如何利用缺陷工程实现对特定功能材料性能的精确调控。 第六章：半导体中的缺陷调控与载流子寿命 针对电子器件材料，本章聚焦于杂质能级、缺陷诱导的陷阱态对载流子复合效率的影响。详细分析了II-VI族和III-V族半导体中深能级缺陷（如EL2中心）的表征技术（如DLTS）。重点讨论了如何通过精确的离子注入或退火工艺来控制受主/施主浓度的垂直分布，从而实现PN结的陡峭程度和结深的可控性。 第七章：高能材料中的缺陷与稳定化策略 在陶瓷和核燃料材料领域，本章讨论了辐照损伤引起的级联碰撞效应（Cascade Damage）如何导致缺陷雪崩和材料脆化。探讨了弥散相或纳米晶界如何作为“缺陷清除器”（Defect Sinks），有效捕获和湮灭辐射诱生的空位-间隙对，从而提高材料的抗辐照性。 第八章：多铁性和电学性能中的缺陷耦合 对于铁电体和压电材料，本章探讨了电畴壁运动与空间电荷陷阱之间的相互作用。例如，分析了PZT陶瓷中氧空位如何钉扎铁电畴壁，导致“铁电疲劳”现象。提出了通过引入特定电荷补偿缺陷来实现铁电性和自发极化的长期稳定性的设计思路。 第九章：先进表征技术：可视化与量化缺陷 本书最后一部分强调了研究缺陷的工具箱。我们详细介绍了那些能够“看到”单个原子尺度缺陷的表征技术，并强调了它们在缺陷工程中的指导作用。 重点介绍高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）中高角度环形暗场成像（HAADF-STEM）如何用于原子尺度的元素敏感成像，以及同步辐射X射线衍射技术如何用于探测材料内部的微应力场和缺陷的统计分布。同时，对原子尺度的非破坏性技术如二维核磁共振（2D NMR）在解析非晶相和界面缺陷结构中的应用进行了前瞻性讨论。 总结： 《晶体结构与缺陷工程：高性能材料设计的新范式》旨在提供一个跨越传统材料学、固体物理和计算模拟的综合框架。它鼓励读者将材料性能的提升视为对晶格几何与缺陷统计的精妙操控，而非仅仅是材料成分的简单叠加。本书的深度和广度，使其成为结构材料、功能陶瓷、先进半导体研发人员不可或缺的参考资料。

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