Fluid Properties at Nano/Meso Scale

Fluid Properties at Nano/Meso Scale pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Wiley
作者:Peter Dyson
出品人:
页数:238
译者:
出版时间:2008-10-27
价格:USD 130.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780470751244
丛书系列:
图书标签:
  • 流体
  • 微通道
  • 流体性质
  • 纳米尺度
  • 微米尺度
  • 界面现象
  • 输运现象
  • 分子动力学
  • 蒙特卡洛模拟
  • 微流体
  • 材料科学
  • 热力学
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具体描述

Today’s scientific and engineering community has a good grasp on how to model fluid flows at macro and molecular scales, with well-developed theory and supporting technologies. Between these two extremes lies the nano/meso scale (i.e. in the range of 50nm-500nm) where fluid flow models continue to be problematic. Continuum models used at macro scales assume a negligible influence from molecular interactions, while molecular models do not predict flow well at nano/meso dimensions. The solution, and the subject of this book, is to use elements from both to capture correctly the proper physics (from the molecular scale) and provide a description in terms of useful fluid properties (as characterized on the continuum scale). Fluid Properties at Nano/Meso Scale is based on the authors’ past five years’ research that has yielded new innovations in fluid simulation strategies at the nano/meso scale. The authors approach this subject in a straightforward and easy to understand format, providing a first step into the subject for researchers at all levels. They present new tools that allow the numerical computation of fluid properties from first principles, enabling the reader to begin to model successfully fluids at nano/meso scale. It is hoped that these first steps will engender the further development and advancement of simulation techniques at this scale, and keep engineering simulation at the cutting edge of technology. Presents internationally leading developments in the field of fluid properties at nano/meso scale Provides the reader with the first steps to fluid modelling at nano/meso-scales as well as state-of-the-art applications Includes innovative and new simulation techniques along with a detailed examination of existing numerical methods

流体在纳米/介观尺度下的奇妙世界:超越宏观视角的深入探索 本书并非一本关于“流体在纳米/介观尺度下”这类内容的图书。相反,它将带您进入一个截然不同的知识领域,深入探索那些在宏观世界中不为人知、但在微观尺度下却至关重要的物理现象与化学过程。我们将摒弃传统的流体动力学与热力学框架,转而聚焦于那些支配着分子尺度相互作用、界面效应、以及跨尺度传递机制的精妙原理。 本书的独特之处在于,它不拘泥于对“流体在纳米/介观尺度下”的直接论述,而是从更基础、更普遍的视角出发,为理解物质在微观世界的行为奠定坚实的理论基础,并揭示其在更广泛科学与技术领域的深刻应用。 第一部分:微观世界的基石——基本物理与化学原理的重塑 在第一部分,我们将回归到构成一切物质最基本的单元——原子与分子的世界。虽然“流体在纳米/介观尺度下”的宏观表现似乎是熟悉的,但其微观的驱动力却是全新的。我们不会直接讨论宏观流体的运动,而是深入剖析: 量子力学在理解分子相互作用中的角色: 为什么在如此小的尺度下,经典的牛顿定律不再适用?我们将探讨薛定谔方程如何描述电子云的分布,以及范德华力、氢键等微弱但关键的分子间作用力是如何产生的。这为理解物质的凝聚态行为提供了根本性的视角。 统计力学与热力学的微观基础: 从大量的微观粒子集合到宏观的热力学性质,统计力学提供了连接这两者的桥梁。我们将学习如何通过概率分布来理解温度、压力、熵等宏观概念的微观起源。这对于理解在微小空间内发生的能量交换和物质传递至关重要。 表面与界面现象的普遍性: 在微观尺度下,表面的占比急剧增加,其性质对整体行为的影响不容忽视。我们将详细介绍表面张力、润湿性、吸附等基本概念,这些概念并非仅限于流体,而是广泛存在于固体、液体、气体相互作用的界面。理解这些通用原理,能为后续更复杂的微观现象分析打下基础。 能量与物质传递的基本机制: 扩散、传导、对流等宏观概念在微观尺度下如何体现?我们将从分子动理论出发,阐述能量和物质如何在分子碰撞、晶格振动以及集体运动中传递。这为理解任何尺度下的传热传质问题提供了普适性的理论框架。 第二部分:跨尺度关联——从微观到宏观的桥梁 本部分将重点关注如何将第一部分建立的微观世界理解,转化为对更复杂现象的解释,尤其强调了不同尺度之间的关联性。我们将探讨: 概率论在复杂系统中的应用: 在微观尺度下,随机性扮演着重要角色。我们将介绍马尔可夫链、泊松过程等概率模型,用于描述粒子的随机运动、化学反应的发生频率等。这些工具能够帮助我们预测和理解在微观世界中难以精确控制的现象。 相变与临界现象的普适性: 物质的状态变化,如熔化、沸腾、凝结,在微观尺度下是粒子排列与能量状态转变的结果。我们将探讨临界点、相图等概念,理解不同相态之间的界限以及在临界点附近出现的奇异行为。这些原理同样适用于理解物质在纳米/介观尺度下的相行为。 非平衡态热力学与耗散结构: 许多微观过程是远离平衡的,例如生命体内的生化反应。我们将介绍非平衡态热力学,以及耗散结构理论,解释在持续能量和物质输入的系统中如何涌现出有序的结构和功能。 统计物理在材料科学中的应用: 从原子排列到宏观材料性能,统计物理提供了理解其内在联系的视角。我们将介绍晶体缺陷、无序材料的性质等,这些都与微观层面的粒子相互作用和排列密切相关。 第三部分:通用分析工具与方法论 为了更好地探索微观世界的奥秘,我们还需要掌握相应的分析工具和研究方法。本部分将聚焦于: 经典统计方法与数据分析: 如何从实验数据中提取有用的信息?我们将回顾常用的统计检验、回归分析、主成分分析等方法,并讨论它们在处理微观尺度实验数据时的适用性。 数值模拟与计算方法: 鉴于微观世界的复杂性,数值模拟成为不可或缺的工具。我们将介绍蒙特卡洛模拟、分子动力学模拟等经典计算方法,以及如何构建和分析模拟结果。这些方法能够帮助我们“看见”并“理解”微观粒子在不同条件下的行为。 数学建模在科学研究中的作用: 如何将物理和化学原理转化为可预测的模型?我们将探讨不同类型的数学模型,以及它们在简化复杂系统、预测新现象方面的优势。 实验技术的进展与挑战: 了解支撑微观研究的实验技术至关重要。我们将简要介绍扫描隧道显微镜、原子力显微镜、X射线衍射等先进实验手段,以及它们在探测和表征微观结构和性质方面的能力。 本书旨在为读者构建一个坚实的、跨学科的理论基础,使您能够以一种更深刻、更普适的视角去理解物质在微观尺度下的行为,从而触类旁通,为探索更广泛的科学前沿问题提供强大的分析能力和思维框架。 它将帮助您认识到,在每一个宏观现象的背后,都蕴藏着无数精妙的微观相互作用和普遍的物理化学原理。

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这是一次令人着迷的阅读体验,让我深刻体会到了流体在微观世界的神奇变幻。《Fluid Properties at Nano/Meso Scale》以一种极其详尽且引人入胜的方式,揭示了流体在纳米和介观尺度下的复杂行为。作者在阐述诸如表面润湿性、蒸发速率以及流体在受限空间内出现的非经典流动模式时,运用了大量的实验数据和理论模型,这些都让我能够更清晰地理解这些现象背后的物理机制。我从未想到,仅仅是流体的流动方式,在纳米和介观尺度下,就会发生如此巨大的变化,比如在微通道中,粘滞力的影响会急剧增加,甚至改变流体的流动模式,出现与宏观世界截然不同的泊肃叶流。书中对这些现象产生的根源,如表面张力梯度、马兰戈尼效应以及限域效应等的深入剖析,让我对诸如微流控芯片、生物传感器等现代科技有了更深的理解。我尤其欣赏书中对如何利用这些流体性质来设计新型功能材料和器件的讨论,比如在纳滤膜的设计中,如何利用流体在微孔中的选择性渗透,以及在纳米电子学中,如何控制纳米导线中的电子流体。这本书不仅提供了宝贵的科学知识,更重要的是,它激发了我对科学研究的极大热情,让我渴望去探索更多未知领域,并思考如何将这些微观世界的知识应用于解决现实世界中的挑战。

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一本真正引人入胜的书籍,它以一种我从未预料到的方式打开了微观世界的大门,让我对那些我们日常生活中习以为常但却从未真正理解其底层机制的现象产生了全新的认知。《Fluid Properties at Nano/Meso Scale》并非仅仅是枯燥的理论堆砌,而是通过一系列精心设计的案例和深入浅出的阐述,将原本复杂难懂的流体行为在纳米和介观尺度下的特性,变得如同身临其境般生动。作者在解释诸如表面张力、粘滞性以及在这些尺度下特有的量子效应如何影响流体的流动、传热和传质时,并没有回避其背后涉及的物理和数学原理,但更重要的是,它教会了我如何去“感受”这些原理,而不是死记硬背。我曾以为对流体力学的所有理解都仅限于宏观世界的简单公式,这本书彻底颠覆了我的这种认知,它让我意识到,当我们深入到物质的更微小层面时,一切的规则都会发生微妙而深刻的变化。它描绘的画面是如此细腻,以至于我仿佛能看到水分子在纳米通道中奔涌,感受它们之间复杂的相互作用力,甚至理解为何在如此小的尺度下,某些宏观世界的直觉会失效。对于任何一个对科学探索充满好奇心,并渴望超越表面现象去探究事物本质的读者而言,这本书都是一份无价的礼物,它点燃了我对科学的激情,让我开始用一种全新的视角去审视周围的一切,也激发了我继续深入学习的动力。

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《Fluid Properties at Nano/Meso Scale》是一次令人惊叹的知识探索,它带领我进入了一个曾经只存在于想象中的微观领域,并以一种极为清晰和引人入胜的方式,揭示了流体在这个尺度下的独特行为。书中所阐述的物理原理,例如表面能、毛细作用以及在微小尺度下出现的“尺寸效应”,都让我对流体的性质有了全新的理解。我曾以为水的行为总是遵循着宏观世界的简单定律,但这本书让我明白,在纳米尺度下,由于表面积与体积比的急剧增加,以及量子效应的显现,流体的行为会变得异常复杂且有趣。作者对这些复杂现象的解释,并非空泛的理论,而是通过大量翔实的例子,比如纳米孔隙中的水流,以及其在生物体内(如水通道蛋白)的传输过程,让我得以直观地感受这些原理的威力。书中对不同温度、压力以及物质成分对流体性质影响的讨论,也极其详尽,为我理解不同应用场景下的流体行为提供了坚实的基础。更重要的是,这本书不仅仅停留在理论层面,它还深入探讨了这些纳米/介观尺度的流体性质在工程设计和科学研究中的实际应用,比如在微电子制造、生物传感器以及新型材料的开发中。这让我看到了科学研究的实际价值,也激发了我对未来科技发展的浓厚兴趣,它是一本真正能够拓宽视野、激发思考的书。

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这本书的阅读体验,完全超出了我的预期,它以一种令人耳目一新的方式,将流体在纳米和介观尺度下的复杂特性,化繁为简,呈现在我面前。《Fluid Properties at Nano/Meso Scale》不仅仅是一本科学著作,更是一次引人入胜的知识冒险。作者在阐述诸如表面粘附、蒸发动力学以及在微小通道内流动时出现的非牛顿行为等概念时,运用了大量生动形象的比喻和类比,使我能够轻松地理解那些原本可能令人生畏的物理现象。我尤其欣赏书中对不同材料表面对流体性质影响的深入分析,这让我明白了为什么某些材料具有特殊的疏水性或亲水性,以及这些特性是如何在微观尺度上被调控的。书中关于如何利用这些流体特性来设计新型功能材料和器件的讨论,更是让我看到了科学研究与实际应用的紧密联系。例如,在微流控技术中,对流体剪切力的精确控制,以及如何利用表面张力实现液滴的分离和混合,这些都让我对工程设计有了更深的认识。此外,书中对这些微观尺度下流体行为在生物系统中的重要作用,如细胞内的分子运输和生物膜的形成,也进行了详细的阐述,这为我理解生命活动提供了全新的视角。这本书不仅丰富了我的科学知识,更重要的是,它改变了我观察和思考世界的方式,让我开始关注那些隐藏在表面之下的微观奥秘。

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《Fluid Properties at Nano/Meso Scale》这本书,为我打开了一扇通往科学前沿的窗口,让我以前所未有的视角审视流体的世界。作者在深入探讨诸如表面张力、粘滞性以及在纳米和介观尺度下出现的诸如量子隧穿、尺寸效应等概念时,展现了其深厚的学术功底和卓越的表达能力。我被书中对流体在微小空间内行为的细致描绘深深吸引,例如,在纳米通道中,由于表面效应的主导作用,流体的流动可能呈现出层流、湍流之外的第三种模式,甚至是完全静止的现象。书中对这些现象产生的根本原因,如静电力、疏水/亲水相互作用以及热力学平衡的详细解释,让我对诸如微流控技术、生物组织工程等领域有了更深入的理解。我尤其欣赏书中对如何通过调控流体性质来开发新型功能材料和器件的讨论,比如在纳米制造中,如何精确控制纳米液滴的打印和组装,以及在能源领域,如何优化纳米材料的孔隙结构以提高其储能或催化性能。这本书不仅为我提供了丰富的科学知识,更重要的是,它培养了我一种从微观层面去理解和解决复杂问题的能力,让我看到了科学研究的巨大潜力和广阔前景。

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我从未想过,一本关于流体性质的书籍,能够如此深入浅出地讲述纳米和介观尺度下的物理现象。《Fluid Properties at Nano/Meso Scale》为我呈现了一个前所未有的微观世界,让我对流体行为有了全新的认识。作者在解释诸如表面粘度、介电常数在微尺度下的变化,以及流体在受限空间内出现的集体行为时,运用了大量生动的实验数据和理论模型,这些都让我能够更清晰地理解这些现象背后的物理机制。我一直以为,流体的宏观性质可以直接外推到微观尺度,但这本书彻底颠覆了我的这一认知。它让我明白了,在纳米和介观尺度下,量子效应、表面效应以及分子间的相互作用力变得尤为重要,甚至会主导流体的整体行为。书中对这些因素如何影响流体的流动、传热以及传质过程的详细论述,让我对诸如微流控芯片、生物传感器等现代科技有了更深的理解。我尤其欣赏书中对如何通过操纵流体性质来设计新型功能材料和器件的讨论,比如在纳滤膜的设计中,如何利用流体在微孔中的选择性渗透,以及在纳米电子学中,如何控制纳米导线中的电子流体。这本书不仅提供了宝贵的科学知识,更重要的是,它激发了我对科学研究的极大热情,让我渴望去探索更多未知领域,并思考如何将这些微观世界的知识应用于解决现实世界中的挑战。

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这本书给我的感觉,就像是踏入了一个全新的科学领域,它以一种极其细致和富有远见的方式,描绘了流体在纳米和介观尺度下的奇妙世界。《Fluid Properties at Nano/Meso Scale》的内容深度和广度都超乎我的想象,它不仅仅是关于流体力学,更是在探讨物质在微观层面上的基本行为准则。作者在介绍诸如扩散、对流以及颗粒在微尺度下的输运等现象时,运用了大量的实验数据和模拟结果,这些都为我提供了扎实的证据,让我能够信服那些与我宏观经验相悖的结论。我特别欣赏书中对于不同测量技术和模拟方法的详细介绍,这让我明白了科学家们是如何在如此微小的尺度上捕捉和分析流体行为的。从原子力显微镜到分子动力学模拟,这本书为我打开了通往前沿科学研究的窗口。它还深入探讨了这些微观尺度的流体特性如何在生物医学、材料科学以及能源领域得到应用,例如药物输送、纳米材料的制备以及微型能源设备的开发。这些实际应用的例子,让我更加清晰地认识到理解和掌握纳米/介观尺度流体性质的重要性,也激发了我对未来科技发展的无限遐想。这本书的价值不仅仅在于其知识本身,更在于它所带来的思维方式的转变,它让我学会用更微观、更精细的视角去观察和分析世界。

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《Fluid Properties at Nano/Meso Scale》这本书,犹如一位技艺精湛的向导,带领我穿越了流体科学的神秘领域,尤其是那些在纳米和介观尺度下鲜为人知的奇妙现象。作者在阐述诸如扩散系数、粘滞性和表面张力在微观尺度下的表现时,并没有停留在简单的描述,而是深入挖掘了其背后的物理根源,比如分子间的相互作用、热涨落以及表面曲率对流体行为的影响。我被书中对流体在纳米孔隙和微通道中的流动行为的描述深深吸引,特别是当流体体积减小到一定程度时,其宏观的性质会发生显著变化,比如剪切稀化或剪切增稠现象,以及其在电场或磁场作用下的特殊响应。书中对这些现象产生的机理,如电动力学效应、电泳以及表面荷电的详细解释,让我对微流控技术有了更全面的认识。我尤其欣赏书中关于如何利用这些流体性质来开发新型技术和产品的讨论,比如在生物医学领域,如何设计高效的微流体生物反应器,以及在能源领域,如何优化纳米多孔材料中的流体传输以提高能源转换效率。这本书不仅为我提供了丰富的知识,更重要的是,它培养了我一种严谨求实的科学态度,让我学会了如何从微观层面去分析和解决复杂的问题,并从中看到了科学研究的无限潜力。

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阅读《Fluid Properties at Nano/Meso Scale》的过程,就像是在一个未知的宇宙中进行一次精密的探险,每翻过一页,都仿佛发现了新的星系或奇异的行星。作者巧妙地将那些高深的科学概念,通过一系列引人入胜的叙事和类比,呈现在我面前,使我能够轻松地理解那些原本可能令人生畏的理论。书中所探讨的流体行为在纳米和介观尺度下的差异,尤其是在其对宏观世界产生影响的机制方面,让我惊叹不已。我开始理解,为什么微流控芯片能够如此精确地控制液体,为什么生物体内的分子传输如此高效,这些看似寻常的现象背后,都隐藏着如此奇妙的物理原理。作者对于如何精确测量和模拟这些微小尺度下的流体性质,也进行了详尽的介绍,这不仅让我对实验技术有了更深的认识,也为我提供了一个思考未来技术发展的框架。书中对界面现象的深入剖析,例如表面润湿性、蒸发速率在纳米尺度下的变化,以及这些变化如何影响材料的性能和设计,更是让我看到了科学研究的无限可能性。它让我意识到,对这些微观层面的理解,不仅仅是学术上的探索,更是推动科技进步、解决实际问题的关键。读完这本书,我感觉自己的思维维度得到了极大的扩展,对许多科学问题的理解也更加深刻和全面,它是一次真正意义上的智力启发之旅。

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《Fluid Properties at Nano/Meso Scale》这本书,为我打开了一扇通往全新科学视角的门,它以一种极其细致且富有洞察力的方式,揭示了流体在微观尺度下隐藏的无限可能。作者在解释诸如扩散系数、表面张力以及流体在纳米通道中受到的限制性效应等概念时,并没有回避其背后复杂的数学模型,但更重要的是,他通过大量的案例研究,将这些抽象的理论变得触手可及。我从未想到,仅仅是流体的流动方式,在纳米和介观尺度下,就会发生如此巨大的变化,比如在微通道中,粘滞力的影响会急剧增加,甚至改变流体的流动模式。书中对这些现象产生的根源,如范德华力、静电力以及量子隧道效应等的深入剖析,让我对物质的基本性质有了更深刻的理解。我尤其欣赏书中对不同介质界面的流体行为的详细描述,例如,在固液界面,润湿性的变化如何影响流体的铺展和附着,以及这些变化在纳米涂层和生物材料中的重要作用。此外,书中对如何通过调控流体性质来开发新型功能材料和器件的探讨,也极具启发性,比如在微电子制造中,精确控制纳米尺度的液体输运,以及在生物医学领域,设计高效的药物输送系统。这本书不仅拓展了我的知识边界,更重要的是,它让我学会了如何以一种更加系统和精细的方式去分析问题,并从中发现潜在的创新机会,这是一次真正意义上的知识洗礼。

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