Solid-State Physics, Fluidics, and Analytical Techniques in Micro- and Nanotechnology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Press

作者:Marc J. Madou

出品人:

页数:656

译者:

出版时间:2010-06-16

价格:USD 99.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781420055115

丛书系列:

图书标签:

• 固态物理
• 流体微技术
• 微纳米技术
• 分析技术
• 材料科学
• 纳米材料
• 微系统
• 传感器
• 物理学
• 工程学

《固态物理、流体力学与微纳技术分析技术》 前言 微纳技术，作为21世纪最激动人心的前沿科学和工程领域之一，正以前所未有的速度改变着我们的世界。从极小的传感器到复杂的微流控芯片，再到纳米级别的医疗诊断工具，微纳技术的进步不仅驱动着科学探索的边界，也深刻地影响着工业生产、医疗健康、环境保护以及我们日常生活的方方面面。要真正理解并驾驭这个微观世界，需要跨越多个学科的知识壁垒。 本书《固态物理、流体力学与微纳技术分析技术》正是应运而生，旨在为广大读者提供一个系统、深入且全面的学习框架。我们认为，要掌握微纳技术的精髓，绝不能仅仅停留在应用层面，而是需要深入理解其背后的基础科学原理。因此，本书将目光聚焦于固态物理、流体力学以及与微纳技术紧密相关的各种分析技术，力求将这些看似独立的领域有机地结合起来，为读者构建一个坚实而广阔的知识体系。 本书的编写遵循以下核心原则： 1. 基础与前沿的结合： 我们将从固态物理和流体力学的基本概念入手，逐步深入到与微纳尺度效应相关的理论和现象。同时，我们也将探讨最新的研究进展和技术应用，确保读者能够掌握最前沿的知识。 2. 学科的融合与互通： 微纳技术的许多核心问题，例如微通道内的流体行为、纳米材料的电学特性、微纳器件的制造与表征，都依赖于多个学科的交叉知识。本书将着力于展示这些学科之间的内在联系，以及它们如何协同作用于微纳技术的开发。 3. 理论与实践的并重： 我们不仅会阐述相关的理论模型和数学工具，还会结合实际的微纳技术应用案例，帮助读者理解理论知识如何转化为实际的工程解决方案。此外，本书还将详细介绍多种关键的分析技术，它们是理解和验证微纳器件性能的不可或缺的手段。 4. 面向多元化读者群体： 本书的目标读者包括但不限于物理学、工程学、材料科学、化学、生物学等相关专业的本科生、研究生，以及从事微纳技术研发和应用的工程师、研究人员。我们力求内容既严谨深入，又易于理解，能够满足不同背景读者的学习需求。 内容概述 本书将分为三个主要部分，分别对应固态物理、流体力学以及微纳技术分析技术，并在此基础上进行深入的融合与拓展。 第一部分：固态物理及其在微纳技术中的应用 本部分将为读者打下坚实的固态物理基础，重点关注与微纳尺度器件特性相关的概念。 晶体结构与缺陷： 深入理解固体材料的晶体结构是理解其宏观性质的基础。我们将从布拉维晶格、晶面指数、倒格子等概念出发，探讨不同材料的晶体结构特点。此外，还将介绍点缺陷、线缺陷和面缺陷，以及它们如何影响材料的电学、力学和光学性能，尤其是在微纳尺度下，表面效应和界面效应的重要性将得到突出。 能带理论： 这是理解半导体材料及其在微电子、光电子器件中应用的关键。我们将从周期势场中的电子行为出发，推导出能带的形成机制，并介绍金属、绝缘体和半导体的能带结构。重点将放在本征半导体和杂质半导体的导电机理，以及费米能级、载流子浓度等概念，为后续讨论PN结、MOSFET等微纳器件奠定基础。 输运现象： 探讨电荷和能量在固体材料中的输运是微纳器件功能实现的根本。我们将介绍欧姆定律、漂移和扩散电流，并深入讨论霍尔效应及其在测量载流子类型和浓度中的应用。还会涵盖热导、声子输运等，为理解热管理和热电转换在微纳器件中的作用做好准备。 表面与界面物理： 在微纳尺度下，材料的表面和界面效应变得尤为显著，甚至可能主导其整体性能。本章将详细介绍表面结构、表面态、表面势垒等概念，以及不同材料界面（如金属-半导体、半导体-绝缘体）的形成机制和性质，例如肖特基结和MOS界面的形成和特性。 量子效应与低维材料： 随着器件尺寸缩小到纳米级别，量子力学效应开始显现。我们将介绍量子阱、量子线、量子点等概念，以及它们对材料电子和光学性质的影响。还将讨论二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的独特性质及其在未来微纳电子和光电子器件中的巨大潜力。 压电、铁电与介电材料： 这些材料在微纳传感器、执行器和存储器件中扮演着重要角色。我们将阐述它们的微观机制、宏观表现以及在微纳技术中的具体应用，如压电MEMS器件、铁电存储器等。 第二部分：流体力学在微纳尺度下的特性 在微观世界中，流体的行为与宏观尺度下有着显著的差异。本部分将重点介绍微纳流体力学及其在微流控技术中的关键作用。 流体基本概念与控制方程： 回顾流体静力学和动力学基本原理，包括粘度、密度、压力等。重点介绍Navier-Stokes方程及其在微观尺度下的简化形式，如斯托克斯方程（Stokes equation）和雷诺数（Reynolds number）的概念，解释为何在微纳尺度下，粘性力通常远大于惯性力，从而导致流体行为的根本性改变。 微纳流体的特性： 深入探讨微纳尺度下流体的独特性质，如表面张力、毛细现象、润湿性等在微通道中的重要性。我们将分析扩散、对流和迁移等传输现象在微流控系统中的作用，以及它们如何被用于物质的分离、混合和反应。 微通道内的流动： 详细研究层流（laminar flow）在微通道中的特性，如泊肃叶流（Poiseuille flow）及其流量计算。我们将讨论非牛顿流体在微流体中的行为，以及粘弹性效应的出现。 微流控器件设计与操作： 介绍微流控芯片的基本结构和工作原理，包括微通道、微阀、微泵、混合器、分离器等。我们将探讨如何利用电动力学效应（如电渗流 electroosmosis，电泳 electrophoresis）和磁流体动力学效应来驱动和控制微流体，这在生物芯片和药物筛选等领域至关重要。 多相流在微纳尺度： 探讨微纳尺度下液-液、气-液、液-固多相流的行为，如液滴的形成与操控、气泡的产生与输运等。这对于微反应器、微传感器和微制造等应用具有重要意义。 生物流体与细胞操控： 关注生物体内的微流体现象，以及如何利用微流控技术对细胞进行分离、培养、分析和操控。这将为理解疾病机理、开发诊断工具和个性化医疗提供新的途径。 第三部分：微纳技术中的分析与表征技术 精确的测量和表征是微纳技术研发过程中不可或缺的一环。本部分将全面介绍用于分析和表征微纳结构和性能的关键技术。 显微成像技术： 光学显微镜： 从明场、暗场到相差、荧光和共聚焦显微镜，介绍其原理、分辨率限制以及在微纳结构观察中的应用。 电子显微镜： 深入介绍扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的工作原理、成像模式，以及它们在高分辨率形貌、结构和成分分析中的强大能力。 原子力显微镜（AFM）： 详细讲解AFM的探测原理、工作模式（接触模式、轻敲模式、非接触模式），以及其在三维形貌测量、表面力学性质、电学和磁学性质探测方面的独特优势。 光谱分析技术： 能量色散X射线谱（EDS）/波长色散X射线谱（WDS）： 与SEM/TEM结合，用于元素成分的定性和定量分析。 拉曼光谱（Raman Spectroscopy）： 介绍其原理，以及在材料识别、化学键分析、应力测量和纳米材料表征中的应用。 X射线光电子能谱（XPS）： 探讨其在表面化学态、元素组成和氧化态分析中的作用。 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis Spectroscopy）和荧光光谱： 在光学材料和生物样品分析中的应用。 衍射与散射技术： X射线衍射（XRD）： 用于晶体结构、晶格常数、晶粒尺寸和取向的分析。 小角X射线散射（SAXS）/小角中子散射（SANS）： 用于分析纳米结构、聚集体和多孔材料的尺寸和形貌。 扫描探针技术（SPM）的延伸： 除了AFM，还将介绍扫描隧道显微镜（STM）及其在原子尺度成像和电子态密度测量中的应用。 微纳器件的电学和光学测量： 介绍用于测试微纳器件电学性能的设备和方法，如参数测试仪、源表、四探针法等。同时，也将涵盖光学性能的测试，如光电流测量、光谱响应测量等。 微流控分析技术： 讨论微流控芯片在样品处理、分离（如毛细电泳、色谱）、检测（如荧光检测、电化学检测）等方面的应用，以及这些技术如何与上述基础分析技术相结合，实现高效、微量的样品分析。 结语 《固态物理、流体力学与微纳技术分析技术》旨在为读者构建一个系统而深入的知识体系，帮助他们理解微纳世界运行的根本规律，并掌握开发和应用微纳技术所必需的工具和方法。本书将引导读者从宏观的物理学和工程学原理出发，逐步深入到微纳尺度的复杂现象，最终掌握分析和表征这些微观世界所必需的高级技术。我们相信，通过对这些核心内容的学习，读者将能够更好地应对微纳技术领域中层出不穷的挑战，并为未来的科学创新和技术进步做出贡献。

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