Advances in Organometallic Chemistry pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:West, Robert (EDT)/ Hill, Anthony F. (EDT)

出品人:

页数:358

译者:

出版时间:2006-6

价格:$ 250.86

装帧:

isbn号码:9780120311545

丛书系列:

图书标签:

• Organometallic Chemistry
• Coordination Complexes
• Catalysis
• Homogeneous Catalysis
• Ligand Design
• Transition Metal Chemistry
• Inorganic Chemistry
• Chemical Reactions
• Organic Chemistry
• Materials Science

现代材料科学中的前沿进展 一、引言：跨学科融合的必然趋势 在二十一世纪，科学研究的深度与广度以前所未有的速度拓展。传统学科的壁垒正日益模糊，尤其是在材料科学领域，其发展已不再是单一化学或物理的线性推进，而是多学科交叉融合的复杂系统工程。本著作旨在全面梳理并深入剖析当前材料科学领域中最具革命性和影响力的前沿方向，为研究人员、工程师以及政策制定者提供一个清晰的路线图，以应对全球在能源、环境、信息技术和生物医学等关键领域面临的挑战。 本书将焦点集中于功能性纳米结构、智能响应材料、先进复合体系以及可持续性材料设计这四大核心支柱上。这些领域的研究突破，正深刻地影响着我们制造下一代技术设备的能力，并重塑着工业生产的范式。我们力求从基础物理化学原理出发，逐步深入到实际应用中的工程挑战和潜在的商业化路径。 二、功能性纳米结构：从量子限制到宏观应用 纳米技术是当代材料科学中最引人注目的分支之一。当材料尺寸缩减至十亿分之一米量级时，其电子、光学和磁学性质会发生根本性的转变，这为设计具有特定功能的材料提供了前所未有的机遇。 1. 二维（2D）材料的扩展与调控： 石墨烯及其同系物（如过渡金属硫化物、氮化硼）的研究已进入“后石墨烯时代”。当前的研究重点已从单纯的制备转向缺陷工程和异质结的构建。我们将详细探讨如何通过精确控制晶格缺陷（如空位、掺杂位点）来调节电子能带结构，从而实现对导电性、催化活性和机械性能的精细调控。此外，垂直堆叠或在特定衬底上生长的异质结，如二维材料/二维材料或二维材料/传统半导体界面，已成为开发新型超薄晶体管、高效光电器件（如太阳能电池和光电探测器）的关键策略。我们还将介绍原子层沉积（ALD）和化学气相沉积（CVD）技术的最新进展，确保大规模、高质量2D薄膜的均匀生长。 2. 量子点（Quantum Dots, QDs）的替代与稳定性： 虽然基于镉的量子点在显示技术中表现出色，但毒性和供应稳定性促使研究转向无毒的、基于第三代半导体（如InP、ZnSe）或钙钛矿型量子点。本书将深入分析这些新型量子点在光致发光效率（PLQY）、窄带发射以及长期操作稳定性方面的挑战与解决方案。特别是，针对钙钛矿量子点易受湿度和氧气侵蚀的问题，我们详细阐述了新型表面钝化技术和先进封装策略的应用，以期在商业照明和生物成像领域实现更广泛的应用。 3. 拓扑材料的物理特性与应用潜力： 拓扑绝缘体和拓扑半金属代表了材料科学中的一个重要前沿领域。这些材料的体态呈绝缘性或半导体性，但其表面或边缘却存在受拓扑保护的、导电性极佳的表面态。本书将从拓扑不变量、时间反演对称性等理论基础出发，分析如何利用磁场或应变工程来诱导拓扑相变，并探讨这些独特表面态在低能耗电子学和量子计算中的潜在应用，例如用于构建马约拉纳费米子器件。 三、智能响应材料：环境感知的动态系统 智能材料的核心在于其能够感知外部环境刺激（如温度、光、电场、pH值或机械应力）并产生可逆、可控的响应。这类材料是实现自适应系统和柔性电子学的基石。 1. 形状记忆聚合物（SMPs）与可逆变形： 形状记忆聚合物（SMPs）在被施加一次形变后，可通过特定触发条件恢复到初始形状。本书不仅回顾了经典的热驱动SMPs，更侧重于光控和化学梯度驱动的SMPs。我们探讨了如何通过设计带有光敏基团或特定化学反应位点的聚合物网络，实现远程、非接触式的形状控制，这在微流控器件和可生物降解的药物递送系统中具有巨大的价值。 2. 压电/热释电材料与能量收集： 高性能压电材料（如PZT的替代品——无铅钙钛矿或改性聚合物）是实现能量采集（Energy Harvesting）的关键。我们将详细分析材料的本征电偶极矩与晶体结构之间的关系，重点介绍如何通过引入应变梯度或设计多层结构来增强其机电耦合系数。在能量收集应用中，我们关注如何优化这些材料的阻抗匹配，以从微小的环境振动或体温变化中高效提取电能。 3. 电活性聚合物和人工肌肉： 电活性聚合物（EAPs）因其模仿生物肌肉的运动能力而备受关注。本书区分了离子型和电子型EAPs，并探讨了如何通过优化电解质/聚合物复合体的界面性能来提高其应变和响应速度。特别地，针对高功率密度应用，我们介绍了介电弹性体执行器（DEAs）的最新进展，包括如何利用超薄介电层和高击穿强度涂层来提升其工作电压下的能量密度。 四、先进复合材料与结构设计 现代工程对材料的要求已远超单一组分的性能极限。复合材料的设计目标在于实现性能的“1+1 > 2”效应，特别是在提高强度、韧性与功能性之间寻求平衡。 1. 高熵合金（HEAs）的相稳定性与设计原则： 高熵合金，由五种或更多主族或过渡金属以接近等摩尔比例混合而成，展现出优异的耐高温、抗辐照和耐腐蚀性能。本书深入探讨了“四种芯效应”（高熵效应、迟滞效应、晶格畸变效应、稀释效应）的量化模型，以及如何通过计算热力学和动力学模拟来预测和引导单相（FCC/BCC）或特定多相结构的形成，从而优化其在极端环境下的服役性能。 2. 纤维增强复合材料的界面工程： 在航空航天和汽车轻量化领域，碳纤维和玻璃纤维增强材料仍是主流。当前研究的瓶颈在于纤维与基体（特别是热塑性树脂）之间的界面粘结。我们详细分析了表面化学改性（如等离子体处理、偶联剂的应用）对增强界面剪切强度（ILSS）的决定性影响，并探讨了自修复功能的引入，即在界面处预埋微胶囊，以便在微裂纹产生时释放修复剂。 3. 多孔和梯度功能材料（GFMs）： 多孔材料（如金属有机框架MOFs和多孔陶瓷）在气体分离、催化和储能中扮演重要角色。本书聚焦于孔隙结构的分级控制，例如如何通过自组装或模板法制备出具有微孔、介孔和大孔协同作用的材料，以优化扩散和反应动力学。梯度功能材料则展示了材料性能随空间位置平滑变化的特性，这对于制造抗冲击和热冲击结构至关重要。 五、可持续性材料：循环经济的基石 面对资源枯竭和环境污染的压力，材料科学必须转向更具可持续性的路径，包括生物基材料的开发、能源效率的提升以及循环再利用策略的实施。 1. 生物基与可降解聚合物的性能提升： 聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHAs）等生物基聚合物是石油基塑料的有力替代品。然而，其机械性能和耐热性仍是限制其广泛应用的主要因素。本书讨论了纳米晶体增强、共聚改性以及链段设计如何有效提升这些生物聚合物的玻璃化转变温度和韧性，使其能够胜任更苛刻的应用场景。 2. 电池材料的循环性与替代方案： 在储能领域，锂离子电池的供应链和废弃物处理是重大挑战。我们重点介绍了固态电解质的研究，特别是硫化物和氧化物固态电解质的界面稳定性和离子电导率的提升。同时，本书也探讨了钠离子电池和镁离子电池作为锂的潜在替代品，分析其在材料限制（如电极材料的体积变化）和电化学性能上的现状与前景。 3. 绿色合成方法与原子经济性： 环境友好型的材料合成是可持续性的重要组成部分。我们将探讨无溶剂合成、水相反应以及利用机械化学方法（如高能球磨）来构建复杂材料的有效性。原子经济性原则被置于材料设计流程的中心，旨在最小化副产物和能源消耗，推动化学合成向更清洁的方向发展。 结语：面向未来的材料创新 《现代材料科学中的前沿进展》试图构建一个全面的框架，连接基础科学发现与工程实际需求。本书的最终目标是激励研究者们跳出传统学科的限制，利用计算模拟、高通量实验和先进表征技术，加速新材料的发现、设计与转化，为构建一个更高效、更智能、更可持续的未来社会提供物质基础。

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