Nanoscopic Materials pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Roduner, Emil

出品人:

页数:298

译者:

出版时间:2006-8

价格:$ 63.28

装帧:HRD

isbn号码:9780854048571

丛书系列:

图书标签:

纳米材料
纳米技术
材料科学
纳米尺度
材料特性
纳米结构
生物纳米
能源材料
催化材料
先进材料

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具体描述

Nanotechnology has been hailed as a key technology of the 21st century. The scope of this field is huge and could have a wide influence on many aspects of life. Nanoscience; the manipulation of matter at the atomic and molecular level, and nanomaterials; materials so small that their behaviour and characteristics deviate from those of macroscopic specimens and may be predicted by scaling laws or by quantum confinement effects, are discussed in Nanoscopic Materials: Size - Dependent Phenomena. The book focuses on a qualitative and quantitative approach discussing all areas of nanotechnology with particular emphasis on the underlying physico-chemical and physical principles of nanoscience. Topics include electronic structure, magnetic properties, thermodynamics of size dependence and catalysis. There is also a section discussing the future potential of the field and the ethical implications of nanotechnology. The book is ideal for graduate students of chemistry and materials science and researchers new to the field of nanoscience and nanotechnology.

跨越边界：现代材料科学与工程的前沿探索图书名称：《跨越边界：现代材料科学与工程的前沿探索》图书简介本书旨在为材料科学、化学工程、物理学及相关领域的研究人员、工程师和高年级学生提供一个全面而深入的视角，聚焦于当前材料设计、合成、表征与应用领域中最具突破性和影响力的前沿进展。我们不再局限于传统的宏观或微米尺度的材料范畴，而是将目光投向那些在原子、分子甚至电子层面展现出全新功能性的结构体系，同时兼顾宏观结构对性能的决定性影响。全书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到尖端实验技术的广泛议题，力求在理论深度和工程实践之间架起一座坚实的桥梁。我们深信，理解材料的性能必须追溯到其内在的结构层次，并认识到多尺度耦合在材料功能实现中的核心作用。 --- 第一部分：基础理论的革新与计算方法的飞跃本部分奠定了理解现代材料行为的理论基础，并重点探讨了计算科学如何加速材料发现的进程。第一章：热力学与动力学的多尺度集成本章详细阐述了如何将量子力学计算（DFT）的结果有效地集成到介观尺度的蒙特卡洛模拟和分子动力学（MD）模拟中。重点讨论了如何准确建模复杂的界面能垒和扩散路径，特别是在非晶态材料和高熵合金（HEA）体系中，传统的基于晶格模型的假设已不再适用。引入了基于密度泛函理论的相场方法（Phase-Field Theory），用以预测复杂微结构演变过程中的热力学驱动力与动力学限制。此外，探讨了在极端条件下（如超高压或超低温）材料稳定性的预测模型。第二章：材料基因组计划与人工智能辅助设计材料科学正经历一场由数据驱动的范式转变。本章深入解析了“材料基因组计划”（MGI）的哲学思想及其在实践中的应用。重点介绍了高通量计算（High-Throughput Screening）的流程设计，以及机器学习（ML）模型，如神经网络和高斯过程回归，在预测材料性能（如机械强度、催化活性、电化学窗口）中的应用。讨论了如何构建高质量的、异构的数据集，以及因果推断在材料科学发现中的潜力。此外，还探讨了贝叶斯优化在靶向合成新材料时的策略。 --- 第二部分：尖端合成技术与结构控制本部分着重于材料制备领域中的革命性进展，强调对材料内部结构在亚微米乃至原子尺度上的精确控制能力。第三章：先进沉积技术与薄膜应力工程本章聚焦于原子层沉积（ALD）和脉冲激光沉积（PLD）等技术如何实现对薄膜厚度、组分和界面化学的亚埃级控制。详细分析了薄膜生长过程中的竞争机制，包括异质核化、层间重构和应力弛豫。讨论了如何通过精确调控生长参数来诱导奇异的薄膜相变，以及如何利用应力工程来“设计”出热力学上非稳定但具有优异性能的新型异质结结构，例如在钙钛矿太阳能电池和铁电存储器中的应用。第四章：自下而上组装与超分子材料超越传统固态合成，本章探索了利用分子间弱相互作用（如氢键、π-π堆叠、范德华力）实现复杂结构自发有序组装的原理。内容包括有机-无机杂化材料、金属有机骨架（MOFs）和共价有机骨架（COFs）的理性设计与合成。重点讨论了如何利用动态共价化学（DCC）实现材料的自修复和可逆性，以及如何构建具有特定孔径和表面化学的催化剂载体和气体分离介质。第五章：高熵材料与复杂合金的相稳定性高熵合金（HEAs）的出现挑战了传统的凝固理论。本章深入分析了 HEAs 中“高熵效应”、“迟滞效应”和“局部失序”的微观机制。探讨了使用相场模型和电子结构计算来预测和稳定新型的单相或多相 HEA 结构（如 BCC, FCC, L12 等）。内容延伸至高熵陶瓷和高熵玻璃的制备，它们在极端高温和辐射环境下的应用潜力。 --- 第三部分：功能实现与前沿应用本部分将理论与合成的成果转化为具体的功能性器件和系统，关注能量、信息和环境领域中的突破。第六章：能源转化中的界面电化学本章聚焦于电化学系统（如锂离子电池、固态电池、燃料电池）中，材料的性能瓶颈往往存在于固/液或固/固界面。详细分析了固体电解质界面（SEI）的形成动力学及其对电池寿命的影响。讨论了新型电极材料（如硅基负极、富锂锰基正极）的体积膨胀管理策略，以及固态电解质中离子迁移率的结构依赖性，包括晶界和晶内的扩散机制。第七章：拓扑材料与量子功能本章介绍了凝聚态物理对材料功能的新启发。深入讲解了狄拉克半金属、拓扑绝缘体和拓扑超导体等概念，它们在零电阻传输和自旋-电荷转换中展现出独特优势。探讨了如何通过表面工程或应变调控来“打开”或“关闭”拓扑表面态，以及这些材料在低功耗电子学和量子计算中的潜在应用。第八章：智能响应与活体材料接口本章关注于材料与外部环境（光、热、电、磁、生物信号）的动态交互能力。深入研究了形状记忆合金、电活性聚合物和光热转换材料的响应机理。在生物医学领域，重点讨论了可降解生物材料的设计原则、药物控释载体的结构-释放速率关系，以及用于神经接口或组织工程的导电生物支架的构建策略。 --- 结论与展望本书在结语部分总结了当前材料科学面临的关键挑战，特别是如何实现跨尺度预测的准确性、如何将实验室成果高效地放大至工业规模，以及如何构建具有环境可持续性的材料循环体系。我们期待读者能以本书为阶梯，在理解复杂性的同时，激发对未来材料创新的无限可能。目标读者：材料科学家、化学与材料工程师、物理学家、电池与能源技术研发人员、先进制造业专业人士。