具体描述
《高能量密度材料的理论设计》是作者近十年高能量密度材料部分科研工作的总结。全书共三篇20章。第一篇第一章简介一般理论计算方法，主要有量子化学、分子力学、分子动力学和静态力学分析等方法；第二章重点介绍高能量密度化合物能量和稳定性的定量判别标准及其计算方法。后两篇共18章，以被誉为“新世纪能源材料”的有机笼状和氮杂环硝胺两类多系列高能物质为研究对象，主要包括多取代基金刚烷和多取代基六氮金刚烷以及单环硝胺、双环硝胺、三环硝胺等。
《晶体结构与性能调控：从原子尺度到宏观应用》 图书简介 本书聚焦于材料科学的前沿领域，深入探讨了晶体结构的基本原理、材料性能的内在联系以及通过调控晶体结构来实现材料性能优化的多维度方法。全书以严谨的理论分析为基础，结合大量前沿的实验案例和先进的计算模拟结果，旨在为材料学、物理学、化学以及相关工程领域的科研人员和研究生提供一本系统、深入且具有实践指导意义的参考专著。 第一部分：晶体结构基础与对称性原理 本书的开篇部分系统回顾了晶体学的基本概念。我们从晶体的宏观形貌入手，逐步深入到原子尺度的排列规律，详细阐述了晶格、晶胞、布拉维点阵等核心概念。 第一章：晶体的形成与基本描述 本章首先探讨了固体材料的形成过程，着重介绍晶体生长动力学与热力学基础。随后，详细解析了七大晶系和十四种布拉维点阵的几何特征，强调了晶体对称性的数学描述，包括点群、空间群及其在晶体结构确定中的关键作用。我们引入了倒易点阵的概念，解释了其在X射线衍射分析中的不可替代性。 第二章：晶体缺陷的物理学 完美的晶体结构在自然界中难以实现，因此，理解晶体缺陷对于解释材料的实际性能至关重要。本章系统分类并深入分析了点缺陷（如空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错的类型及其反应）、面缺陷（孪晶界、晶界、堆垛层错）的形成机制、结构特征及其对材料力学、电学和光学性质的显著影响。特别地，本章通过福兰克-里德（Frank-Read）源模型，阐释了位错如何驱动金属的塑性变形。 第二部分：结构-性能关系的理论建模 本部分是本书的核心，致力于构建从原子排列到宏观物理现象之间的桥梁。我们侧重于电子结构理论和动力学模拟方法在理解材料性能中的应用。 第三章：电子结构理论在晶体中的应用 本章详细介绍了理解晶体电子行为的理论工具。首先，基于紧束缚法和近自由电子近似，推导出布洛格定理（Bloch Theorem），解释了周期性势场中电子能带的形成机制。随后，重点讨论了密度泛函理论（DFT）在计算晶格常数、结合能、态密度（DOS）以及能带结构方面的精确性与局限性。通过具体的半导体和金属案例，展示了如何利用能带结构预测材料的导电类型和带隙大小。 第四章：声子、热学与磁学结构 晶格振动（声子）是决定材料热学性能的关键因素。本章从弹性理论出发，推导出晶格的色散关系，区分了声学支与光学支。深入分析了声子对热容（基于德拜模型和爱因斯坦模型）以及热导率的贡献，探讨了缺陷和晶界对声子散射的机制。在磁性方面，本章阐述了铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的源于晶格结构和电子自旋的耦合（如交换相互作用和磁晶各向异性），并以钙钛矿氧化物为例，展示了结构畸变如何诱发磁性有序。 第三部分：晶体结构的高级调控策略 本部分面向材料的设计与工程应用，探讨如何主动地通过外部手段或内部组分设计来精确调控晶体结构以获得预期的宏观性能。 第五章：固溶体与相图工程 固溶是调控材料性能的常用手段。本章首先回顾了相律和相图的基本构建方法，重点分析了固溶体的形成条件（如 Hume-Rothery 规则）。随后，详细讨论了合金化如何通过引入应变场和电子浓度变化来提高硬度、改变电阻率或诱导新的相变。以高熵合金（HEA）为例，阐明了复杂高维相图在材料创新中的指导作用。 第六章：晶体生长与界面控制 本章关注如何控制晶体的形貌和界面结构。在单晶生长方面，详细介绍了切克劳斯基法和提拉法（Czochralski Method）的物理过程，强调了温度梯度和拉速对缺陷控制的重要性。对于多晶材料，深入探讨了晶粒尺寸、晶界能和晶界结构对材料力学性能（如 Hall-Petch 效应）的影响，并介绍了利用纳米化策略实现结构强化的原理。 第七章：结构弛豫与结构诱导的功能转变 许多先进功能材料的特性依赖于其结构对外部刺激（如电场、应力、温度）的敏感响应。本章重点分析了晶体结构中的弛豫现象，特别是铁电体和压电体中离子位移对介电常数和极化的影响。通过巴斯勒晶胞模型，解释了钙钛矿氧化物中的“软模式”现象及其在相变（如马丁斯转变）中的作用。最后，讨论了晶体缺陷工程在诱导或稳定特定亚稳态结构，从而实现光电耦合或催化活性的前沿研究方向。 结论与展望 全书最后总结了晶体结构调控的跨尺度挑战，强调了先进表征技术（如同步辐射X射线衍射、球差校正电镜）与高通量计算模拟相结合的协同效应，展望了智能材料和自修复晶体结构在未来工程中的广阔应用前景。 本书内容结构严谨，论述深入浅出，力求在保持理论高度的同时，兼顾工程实践的可操作性，是结构材料科学领域不可或缺的参考书。
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