Physics of Surfaces and Interfaces

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出版者:Springer
作者:Harald Ibach
出品人:
页数:646
译者:
出版时间:2006-11-14
价格:USD 129.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9783540347095
丛书系列:
图书标签:
  • 材料学
  • 表面物理
  • 界面物理
  • 材料科学
  • 凝聚态物理
  • 物理化学
  • 纳米技术
  • 表面分析
  • 界面工程
  • 薄膜物理
  • 吸附学
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具体描述

This graduate-level textbook covers the major developments in surface sciences of recent decades, from experimental tricks and basic techniques to the latest experimental methods and theoretical understanding. It is unique in its attempt to treat the physics of surfaces, thin films and interfaces, surface chemistry, thermodynamics, statistical physics and the physics of the solid/electrolyte interface in an integral manner, rather than in separate compartments. It is designed as a handbook for the researcher as well as a study-text for graduate students. Written explanations are supported by 350 graphs and illustrations.

表面与界面物理学:宏观视野下的微观图景 本书聚焦于固体表面和不同介质界面处发生的复杂物理现象,深入剖析了从基础理论到尖端应用的广阔领域。它旨在为材料科学、凝聚态物理、化学工程以及相关领域的研究人员和高年级学生提供一个全面且深入的参考框架,理解这些二维区域如何主宰了宏观世界的物质行为。 本书的结构经过精心设计,力求在理论的严谨性与对实际观测现象的解释能力之间取得完美平衡。我们首先从热力学和统计力学的基本原理出发,建立描述表面能、表面张力以及相变(如润湿和吸附)的理论基础。我们将详细阐述吉布斯吸附等温线、开尔文方程和汤姆逊方程,这些工具是理解气-固、液-固以及液-液界面行为的基石。 第一部分:表面结构与电子态 本部分将重点探讨表面的原子结构和电子结构。我们从晶体学角度出发,详细介绍了表面重建、弛豫以及不同晶向对表面性质的影响。对于理想表面,我们引入了表面晶格的概念,并讨论了如何利用低能电子衍射(LEED)等实验技术来确定其原子排列。 电子结构方面,本书深入讲解了表面对电子态的调控作用。这包括表面态、表面重构导致的电子结构变化,以及如何利用角分辨光电子能谱(ARPES)和扫描隧道显微镜(STM)的隧道谱(STS)来直接成像和测量电子局域态密度(LDOS)。我们特别关注金属、半导体和绝缘体表面的电子结构差异,以及电荷转移对界面势垒的影响。 第二部分:界面热力学与动力学 界面热力学是理解界面稳定性和相容性的关键。本书系统地阐述了界面能的计算方法,包括基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算和基于经验势函数的分子动力学模拟。润湿现象是界面热力学的核心应用之一,我们将详细讨论Young方程的局限性及其在不同几何约束(如线型或球形液滴)下的修正形式。对于超润湿和自清洁表面,我们将引入Cassie-Baxter和Wenzel模型,并结合表面形貌学进行深入分析。 在动力学方面,我们探讨了原子和分子在表面上的迁移、扩散和重排过程。表面扩散系数的测量方法,如“留痕法”(step-flow growth)和“电迁移法”,被详细介绍。对于化学反应,本书将吸附动力学置于核心地位,包括Langmuir、Hougen-Watson等不同类型的吸附模型,以及热力学驱动的表面扩散导致的岛屿形成与烧结过程。 第三部分:界面电学与输运现象 界面电学是现代电子器件和能源技术的基础。本部分聚焦于半导体异质结、金属-绝缘体-半导体(MIS)结构以及电化学界面的物理机制。我们详细分析了能带弯曲、肖特基势垒的形成与特性,以及如何通过掺杂工程和界面钝化来优化器件性能。 在输运方面,本书扩展讨论了在纳米尺度下,电荷、能量和物质如何在界面上传输。这包括量子隧穿效应在薄膜和隧道结中的体现,以及声子(热量)在晶界和表面附近的不对称散射机制。对于离子界面,如电解质/电极界面,我们将涉及电双层结构(EDL)的现代理解,例如固有的或感应的电荷分离,这对于电池和电容器的工作至关重要。 第四部分:表面散射与光谱学 为了实验验证理论模型,对表面和界面的定性和定量表征至关重要。本部分深入介绍了几种核心的表征技术及其背后的物理原理。 散射技术: 详细阐述了快离子束或中性原子在表面上的弹性(Rutherford背散射)和非弹性散射(中子或电子非弹性隧穿谱)。 光谱技术: 深入分析了涉及表面电子或振动的各种光谱方法,如傅里叶变换红外光谱(FTIR)在研究表面官能团上的应用,拉曼散射(特别是表面增强拉曼散射SERS)如何利用局域场增强效应实现高灵敏度检测,以及X射线吸收近边结构(XANES)和扩展吸收边结构(EXAFS)如何提供局域原子结构信息。 第五部分:前沿应用与展望 本书的最后部分将目光投向表面与界面物理学在当代科技中的具体应用。我们将探讨催化反应在多孔材料和纳米结构表面的增强机制,重点分析活性位点的设计与电子结构调控。在摩擦学领域,我们将讨论表面粗糙度、润滑剂分子层与基底材料之间的相互作用如何决定宏观的摩擦系数和磨损率。此外,对生物医学界面(如蛋白质吸附、生物相容性材料设计)的讨论,也展示了该领域跨学科的巨大潜力。 本书力求以严谨的物理语言,清晰地梳理表面与界面现象的内在联系,为读者提供一个坚实的理论基础,使其能够理解和预测复杂异质材料在实际应用中的行为。每一章都包含了丰富的数学推导和实例分析,旨在培养读者解决实际问题的能力。

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目录信息

读后感

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用户评价

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一本能够让你重新认识“表面”和“界面”这两个概念的书!在我看来,表面和界面是物质世界中最活跃、最神秘的区域之一,它们决定了物质与外部环境的相互作用,也隐藏着许多令人着迷的物理现象。这本书正是将这些神秘的面纱层层揭开。作者在讲解表面振动时,并没有止步于简单的晶格振动模型,而是深入探讨了表面声子态如何影响材料的光学吸收、热导率以及声学性质。我特别欣赏书中关于表面相变的章节,它解释了在不同温度和压力下,表面原子排列方式如何发生变化,从而形成不同的表面相。这对于理解材料的相图和相变动力学非常有帮助。书中对界面扩散和界面反应的详细描述,也让我对异种材料在接触时发生的微观过程有了清晰的认识,例如界面形成固溶体、形成化合物或者发生化学反应等。这对于材料的焊接、钎焊和扩散焊等工艺至关重要。我从书中还学习到了关于表面电荷转移和界面电子传输在催化、传感和能源转换等领域的应用,并了解了如何通过调控界面性质来优化器件性能。总之,这本书的内容非常丰富,涵盖了表面和界面物理学的多个重要方向,并且将理论研究与实际应用紧密结合,能够让你在理解基本原理的同时,也能了解到该领域在各个应用领域的最新进展,是一本真正能够拓展你视野的书籍。

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这本书简直就是一座宝库,对于任何想要深入理解物质表面和界面物理现象的研究者来说,都绝对是必备的参考书。我一直觉得,虽然很多基本物理定律在体相中得到了很好的阐述,但一旦涉及到表面和界面,情况就变得复杂得多,并且充满了许多令人着迷的特殊性。这本书恰恰弥补了这一缺憾。作者在介绍表面电子结构时,从固体的能带理论出发,清晰地阐述了表面局域化电子和表面态的形成机制,以及它们如何影响表面的光学和电学性质。我印象特别深刻的是书中关于表面狄拉克锥和拓扑表面态的讨论,这对于理解二维材料的奇异电子学行为提供了前所未有的视角。书中关于界面合金化和界面扩散的章节,也为我解释了为什么不同金属在接触时会发生相互扩散,以及在什么条件下会形成固溶体或金属间化合物,这对于理解固态接合和材料的稳定性至关重要。我还从书中学习到了关于表面应力和界面应力的概念,它们如何影响材料的形变行为和失效模式。书中对这些力学效应的数学描述和物理机制的解析,让我对材料的宏观力学性能有了更深层次的理解。此外,书中对表面纳米结构的形成和演化过程的探讨,也为我提供了大量关于如何设计和控制纳米材料形貌的思路。总的来说,这本书的内容非常充实,涵盖了表面和界面物理学的众多前沿领域,并且将理论研究与实验观测紧密结合,极大地拓宽了我的学术视野。

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一本能够真正帮助你建立起表面和界面物理学完整知识体系的书!在我的学习过程中,我发现很多关于表面现象的解释都分散在不同的学科领域,比如材料科学、化学、物理学等等,这使得我很难形成一个系统性的认识。这本书就像一座桥梁,将这些分散的知识点有机地连接起来,形成了一个清晰、连贯的知识网络。作者在讲解表面振动(声子)时,从晶格振动的基本概念出发,逐步深入到表面声子态、表面声学波等,并阐述了它们如何影响材料的热学和力学性能。我特别欣赏书中关于表面电子散射和表面电子传输的讨论,它解释了表面粗糙度、缺陷和吸附物如何散射电子,进而影响材料的导电性。这对于设计高导电性的纳米材料和电子器件非常重要。书中对界面磁性的阐述也让我眼前一亮,它解释了为什么在某些磁性材料的界面处,会表现出与体相材料不同的磁行为,例如界面磁各向异性、界面磁绝缘等。这对于开发新型磁存储器件和自旋电子器件具有重要意义。我从书中还学习到了关于表面应力和界面应力对材料微观结构和宏观性能的影响,以及如何利用应力来调控材料的性质。总之,这本书不仅提供了前沿的学术知识,更重要的是,它能够帮助读者建立起一套科学的分析方法和解决问题的思路,让我感觉自己在表面和界面物理学领域的能力得到了显著提升。

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对于任何一位热爱探索物质本质的研究者来说,这本书都是一份不可多得的礼物。它不是那种翻几页就会让你昏昏欲睡的书,而是充满了引人入胜的物理思想和巧妙的实验设计。我之所以这么说,是因为书中不仅仅停留在理论层面,更重要的是,它引导读者去思考如何用实验去验证这些理论。例如,在介绍表面电子结构时,书中不仅解释了理论计算的方法,还详细介绍了光电子能谱(XPS)、紫外光电子能谱(UPS)和俄歇电子能谱(AES)等技术是如何探测表面电子结构的,并给出了相应的谱图解析。我特别喜欢书中关于表面自旋输运的讨论,它解释了自旋极化电子如何在表面和界面上输运,以及如何利用自旋效应来设计高性能的电子器件。这对于理解自旋电子学的发展方向至关重要。书中对表面弛豫和表面重构的讨论,也让我对晶体表面在能量最低原则下的动态变化有了更深刻的认识,并了解了这些变化如何影响表面反应和材料的稳定性。我从书中还学习到了关于表面诱导的相变,以及界面两侧的原子相互作用如何导致体相材料发生相变的现象。总之,这本书的内容既有理论的深度,又有实验的广度,它能够让你在掌握基本原理的同时,也能了解到当前该领域的研究前沿和实验技术,是一本真正能够激发研究灵感的读物。

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我一直从事纳米材料的研究,其中表面和界面效应是我的工作核心。过去,我经常为了解决一些与表面相关的实验问题,而不得不翻阅大量的期刊论文,拼凑各种零散的知识点。这本书的出现,简直就像沙漠中的甘泉。它系统地梳理了表面和界面物理学的研究脉络,将我之前零散的知识点串联成了一个完整的体系。书中关于表面电子结构理论的讲解,尤其让我受益匪浅。它清晰地阐述了表面和体相电子结构的差异,以及这些差异如何导致表面态、表面等离激元等独特的电子现象。对于表面相变和重构的讨论,也为我解释一些实验中观察到的不可思议的表面结构变化提供了理论依据。我特别喜欢书中对金属、半导体和绝缘体表面性质的对比分析,这让我能够根据材料的种类,更精准地预测和理解其表面行为。此外,书中对有机分子在表面的吸附和自组装过程的深入探讨,也为我设计和制备功能性纳米器件提供了重要的指导。例如,它解释了表面能、分子间作用力以及溶剂效应如何共同决定了分子的排列方式,这对于在特定衬底上构建有序的分子层至关重要。我对书中关于界面工程的章节也印象深刻,它提供了多种调控界面电学、光学和磁学性质的方法,这正是我在开发新型传感器和光电器件时迫切需要的。这本书的理论深度和实践指导性,让我感觉像是拥有了一位经验丰富的导师,能够随时解答我在科研过程中遇到的疑惑。

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一本让我爱不释手的关于表面和界面物理学的书籍!我并非物理学专业出身,但在工作中经常会遇到与材料表面和界面相关的挑战,于是抱着学习的态度买下了这本书。起初,我担心内容会过于晦涩难懂,但事实证明我的担忧是多余的。作者的写作风格非常清晰流畅,即使是复杂的物理概念,也能够被解释得通俗易懂。书中从最基本的概念,如表面张力和表面能的宏观描述开始,逐步深入到原子尺度下的能量计算和相互作用。我尤其喜欢书中关于表面扩散和迁移的讨论,它解释了原子和分子如何在表面上移动,以及温度、缺陷和表面势能如何影响它们的运动轨迹。这对于理解薄膜生长、催化反应的动力学过程非常有帮助。书中关于表面氧化和腐蚀的章节,也让我对金属材料在不同环境下的行为有了更深刻的认识,这对于材料的长期服役性能评估至关重要。我还惊喜地发现,书中竟然包含了关于生物界面物理学的内容,这让我看到了表面科学在生物医学领域的巨大应用潜力,例如药物载体、生物传感器等。书中对生物分子在界面上的相互作用,以及如何利用表面工程来改善生物相容性的讨论,都给我带来了全新的启发。总之,这是一本兼具学术严谨性和科普性的佳作,我强烈推荐给所有对表面和界面物理学感兴趣的读者,无论是学生还是专业研究人员,都能从中获得丰厚的收获。

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一本真正意义上能够引领读者进入表面和界面物理学殿堂的书籍!我是一名研究生,在攻读学位期间,接触了许多与表面相关的课题,但总感觉知识体系不够完整,理解不够深入。直到我遇到了这本书,才真正感觉自己找到了“指路明灯”。作者在处理复杂概念时,总能找到最恰当的比喻和最清晰的逻辑链条,让原本抽象的理论变得鲜活起来。例如,在讲解表面催化机理时,书中通过对吸附分子在不同表面位点上能量的分析,清晰地展示了催化反应的活化能是如何降低的,以及活性位点的重要性。我特别喜欢书中关于表面缺陷对反应活性的影响的讨论,它解释了空位、间隙原子和位错等缺陷是如何成为催化反应的“加速器”的。书中对半导体表面光生伏特效应的阐述也让我受益匪浅,它详细解释了PN结的形成,以及光照如何引起电子-空穴对的产生和分离,进而产生电压。这对于理解太阳能电池的工作原理至关重要。我还从书中学习到了关于表面等离激元共振(SPR)的原理,以及如何利用SPR效应来设计高灵敏度的生物传感器。书中对光学模式在金属纳米结构表面的传播和增强的解释,让我对光的局域化和强化的物理过程有了全新的认识。总而言之,这本书不仅提供了扎实的理论基础,更重要的是,它能够激发读者的思考,引导读者去探索更深层次的物理奥秘。

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这是一本我早就想找的关于表面和界面物理学的专著。一直以来,我对于如何从微观层面理解物质表面和不同物质界面处的奇特现象充满了好奇,而现有的很多教材要么过于理论化,要么过于侧重某个特定应用领域,总感觉抓不住核心。翻开这本书,我立刻被它那种严谨而不失宏观视野的叙述方式所吸引。作者并没有上来就堆砌复杂的数学公式,而是循序渐进地从基本概念入手,比如原子在表面的排列、电子的局域化和离域化对表面性质的影响,以及表面能是如何形成的。尤其让我印象深刻的是,书中对表面缺陷的讨论,它解释了为什么即使是看起来完美的晶体表面,也会存在各种各样的缺陷,而这些缺陷又是如何深刻地影响着表面催化、吸附和扩散等关键过程的。书中还用了相当大的篇幅来介绍各种先进的表面分析技术,例如扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM),不仅讲解了它们的基本原理,还给出了许多实际应用的案例,让我对如何“看见”和“触摸”原子层面的表面结构有了直观的认识。另外,书中对于界面处的电子和声子输运的阐述也极为精彩,它深入浅出地解释了在纳米尺度下,界面两侧的载流子是如何相互作用并传递能量的,这对于理解热电材料和量子器件的工作机制至关重要。总的来说,这本书为我打开了理解表面和界面物理学的一扇大门,它既有深度又不失广度,既有理论的严谨也有实验的指导,是一本不可多得的入门及进阶读物。

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作为一名在工业界从事材料开发的工程师,我经常需要解决实际生产中遇到的各种表面和界面问题,比如涂层附着力差、材料腐蚀加速、或者电极接触电阻过高等。这本《Physics of Surfaces and Interfaces》恰恰填补了我在这方面的知识空白。书中的内容非常贴近实际应用,它不仅仅是理论的堆砌,更是将复杂的物理原理与具体的工程问题紧密结合。我特别赞赏书中关于金属氧化物表面电子结构和化学性质的讲解,这对于理解金属的防腐蚀和催化性能至关重要。书中还详细介绍了表面处理技术,如化学蚀刻、等离子体处理和热处理等,并分析了这些处理过程如何改变材料的表面形貌和化学成分,进而影响其宏观性能。对于薄膜沉积技术,例如物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD),书中也给出了深入的阐述,解释了不同沉积机制如何影响薄膜的晶体结构、生长模式以及与衬底的界面质量。我尤其关注书中关于界面电阻和载流子传输的章节,这对于提高电子器件的性能和可靠性具有直接的指导意义。它解释了界面散射、陷阱态以及空间电荷层是如何影响电荷的流动,并提出了一些降低界面电阻的策略。总而言之,这本书为我提供了一个强大的理论工具箱,让我能够更科学、更有效地分析和解决实际工程中遇到的表面与界面问题,极大地提升了我的工作效率和创新能力。

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如果你对那些肉眼看不见的微观世界充满好奇,特别是物质最外层的奥秘,那么这本书绝对值得你细细品味。它不像某些教科书那样,上来就抛出一堆公式,而是从最直观的现象入手,比如水滴如何在荷叶上滚落,金属表面为何会生锈,然后一层层剥开表象,揭示背后的物理机制。我尤其喜欢书中关于表面张力和界面张力的详细解释,它不仅给出了严谨的数学定义,还通过生动的例子,比如肥皂泡的形成,说明了表面张力的存在及其重要性。书中对表面扩散和界面扩散的比较分析也让我印象深刻,它解释了为什么在高温下,原子更容易在表面上移动,以及界面两侧的原子扩散速率有何不同。这对于理解材料的热处理和烧结过程至关重要。我还从书中学习到了关于表面润湿性和表面能如何影响液体在固体表面的铺展行为,这对于涂层设计和防污材料的开发非常有启发。书中对表面电荷和表面电势的讨论,也让我理解了为什么某些材料表面会带电,以及这些电荷如何影响周围环境。我特别关注书中关于电化学界面的章节,它解释了电极表面如何与电解质溶液相互作用,以及电化学反应是如何在界面上发生的。这对于理解电池、电解和腐蚀等现象至关重要。总之,这是一本既有深度又不乏趣味的书籍,它能够让你在不知不觉中,对那些隐藏在物质表面和界面下的奇妙物理现象产生浓厚的兴趣。

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