Specific Ion Effects

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出版者:World Scientific Publishing Company
作者:Werner Kunz
出品人:
页数:348
译者:
出版时间:2009-12-17
价格:USD 121.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9789814271578
丛书系列:
图书标签:
  • 离子效应
  • 特异离子效应
  • 溶液化学
  • 电化学
  • 界面化学
  • 物理化学
  • 离子水合
  • 盐效应
  • Debye-Hückel理论
  • 分子模拟
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具体描述

Specific ion effects are important in numerous fields of science and technology. They have been discussed for over 100 years, ever since the pioneering work done by Franz Hofmeister and his group in Prague. Over the last decades, hundreds of examples have been published and periodically explanations have been proposed. However, it is only recently that a profound understanding of the basic effects and their reasons could be achieved. Today, we are not far from a general explanation of specific ion effects. This book summarizes the main new ideas that have come up in the last ten years. In this book, the efforts of theoreticians are substantially supported by the experimental results stemming from new and exciting techniques. Both the new theoretical concepts and the experimental landmarks are collected and critically discussed by eminent scientists and well-known specialists in this field. Beyond the rigorous explanations, guidelines are given to non-specialists in order to help them understand the general rules governing specific ion effects in chemistry, biology, physics and engineering.

跨越藩篱:现代材料科学中的界面现象与宏观响应 本书以一种全新的视角,深入剖析了材料科学中一个长期被低估却至关重要的领域——多尺度界面现象及其对宏观材料性能的决定性影响。 本书并非侧重于溶液中离子的特定行为,而是将焦点投向了固-固、固-液、液-气等各种复杂界面结构,以及这些界面如何调控材料在实际服役条件下的结构演变与功能实现。 引言:从微观构筑到宏观性能的必然联系 传统的材料科学往往将材料的宏观性能视为均匀体相性质的简单叠加。然而,现实世界的材料,无论是复合材料、薄膜系统还是多孔介质,其核心特征都蕴藏在界面之中。界面不仅是不同相物质的交汇点,更是能量、物质和信息传递的枢纽。本书开篇即确立了这一核心论点:理解并精确控制材料的界面特性,是实现下一代高性能材料设计的基石。我们首先回顾了界面热力学的基础,但迅速转向更具挑战性的动力学过程,如界面能的动态演化、弛豫过程以及相变过程中的成核与生长机制。 第一部分:界面结构与形貌的精密表征 要理解界面效应,首先必须精确“看见”界面。本书的这一部分集中探讨了最前沿的表征技术及其在揭示界面微观结构方面的应用。 高分辨率电子显微技术(HRTEM/STEM)的深度挖掘: 我们详细阐述了如何利用球差校正透射电镜,实现对晶体界面原子排列、晶格失配及缺陷结构的亚埃级分辨率成像。重点讨论了双晶界(GBs)在应力加载下的局部弛豫机制,以及高熵合金中不同组元在界面处的偏析行为。 谱学方法在界面化学态分析中的应用: 表面等离子体共振(SPR)、X射线光电子能谱(XPS)以及俄歇电子能谱(AES)被系统地介绍,但重点在于如何通过它们探测不同化学环境(如氧化态、键合结构)在界面区域的非均匀分布。特别关注了在腐蚀和催化过程中,界面氧化层厚度和组分梯度对反应活性的影响。 原位与非原位表征的互补性: 我们强调了在真实或模拟服役环境下对界面进行动态监测的重要性。例如,如何利用原位拉伸测试配合同步辐射光散射技术,追踪疲劳裂纹尖端局部塑性区的界面演化,以及在加热过程中薄膜/基底界面的应力松弛和薄层剥离的临界条件。 第二部分:界面在传输现象中的调控作用 界面是物质和能量跨越相边界的主要通道。本部分专注于界面如何支配宏观尺度上的传输特性。 电子与电荷的界面势垒效应: 在半导体异质结、太阳能电池和晶体管器件中,界面处的能带弯曲和肖特基势垒的形成是决定器件性能的关键。本书深入分析了界面缺陷态密度对载流子复合和传输效率的负面影响,并提出了通过原子层沉积(ALD)技术精确控制界面能带匹配的策略。 热传导中的界面散射: 聚焦于纳米结构材料和复合材料中的热阻问题。我们建立了界面热导(Kapitza电阻)与界面粗糙度、声子散射截面之间的定量联系。对于复合材料,详细探讨了界面增强界面声子散射如何有效地降低材料的整体热导率,这在热电材料的设计中具有重要意义。 扩散与迁移:晶界与薄膜中的快速通道: 晶界作为能量较高的缺陷路径,在高温下的扩散速率远高于体相。本书详细分析了扩散激活能的界面依赖性,以及在电化学应用中(如锂离子电池负极的体积膨胀)晶界对材料结构稳定性的影响。 第三部分:界面力学:从脆性到韧性的桥梁 材料的宏观强度、疲劳寿命和断裂韧性,无不取决于界面对裂纹萌生和扩展的抵抗能力。 界面粘结强度与界面能的量化: 我们引入了更先进的分子动力学模拟方法和实验性的剥离测试技术,以精确确定不同材料体系中界面粘结能的阈值。讨论了界面层中的残余应力和内建应力如何影响整体的层间剪切强度。 界面对裂纹偏转与增韧的贡献: 重点分析了增强纤维/基体界面设计在复合材料韧性提升中的作用。例如,如何通过界面化学修饰或引入梯度层结构,实现裂纹的有效偏转、桥接或分叉,从而显著提高材料的断裂韧性,避免灾难性的脆性断裂。 疲劳损伤的界面累积: 探讨了在循环载荷下,界面如何成为早期损伤的孕育中心。我们研究了不同界面处局部应力集中因子(SCF)的分布,以及这些局部区域的塑性损伤如何在界面处优先累积,最终导致宏观疲劳裂纹的萌生。 第四部分:功能化界面的设计与应用前沿 本书的最后一部分将理论与工程实践相结合,展望了如何主动设计和利用界面来实现特定功能。 自组装与定向排列界面: 介绍了利用化学势驱动,在基底上实现分子或纳米颗粒的精确自组装,以构建具有特定光学或电子功能的界面。这包括在有机光电器件中,如何通过界面修饰来控制激发态的有效分离与传输。 界面催化:活性位点的空间限定: 强调了在多相催化中,活性位点往往集中在特殊的晶体缺陷或相边界上。本书分析了如何通过纳米粒子在载体上的尺寸效应和界面锚定效应,来优化催化剂的活性、选择性和稳定性。 智能响应性界面: 探讨了对外界刺激(如电场、磁场、光照)产生可逆性结构或化学响应的界面设计。例如,用于自修复材料的界面封堵剂的激活机制,或用于可切换光学器件中的界面相变。 总结与展望:走向多尺度界面工程 本书总结了理解和控制材料界面效应的综合方法论,指出未来的研究方向在于建立跨越原子尺度到宏观尺度的精确预测模型,实现真正意义上的“界面工程”。这本书为材料科学家、化学工程师和物理学家提供了一套严谨的理论框架和丰富的案例分析,以期推动下一代结构材料、能源材料及功能器件的发展。

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用户评价

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**评价一** 这本书给我留下了极其深刻的印象,虽然我并不是这个领域的专家,但作者以一种既严谨又不失易读性的方式,将如此复杂的概念剖析得淋漓尽致。起初,我被封面设计所吸引,那是一种简洁而富有力量的美感,预示着这本书内容的深度。阅读过程中,我惊叹于作者的洞察力,他能够将看似琐碎的实验数据和理论模型编织成一张宏伟的知识网。尤其让我着迷的是,书中关于……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……某些看似不起眼的离子,在特定环境下如何展现出惊人的催化或抑制作用,甚至颠覆了我们对传统化学反应的认知。书中通过大量生动的案例,比如在生物膜研究中,不同阳离子如何影响蛋白质的折叠和功能,或是金属离子在催化合成中的微妙调控,都让我大开眼界。)作者的叙述逻辑清晰,层层递进,即使是初次接触这些概念的读者,也能循序渐进地理解。我尤其欣赏他对于实验设计和数据解释的详尽描述,这让我感觉自己仿佛置身于实验室,亲身参与了每一次探索。书中的插图和图表也恰到好处,有效地辅助理解,使抽象的理论变得具体可感。总而言之,这是一部能够激发思考、拓展视野的佳作,强烈推荐给所有对化学、生物学乃至更广泛的科学领域感兴趣的读者,它将为你打开一扇通往更深层理解的大门。

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**评价二** 老实说,当我拿到这本《Specific Ion Effects》时,我对它的期待值并不高。我总觉得这类学术性的书籍往往枯燥乏味,充斥着晦涩难懂的术语,读起来像是在啃一本字典。然而,这本书完全颠覆了我的刻板印象。作者仿佛是一位经验丰富的导游,带领我穿梭于一个充满奇妙现象的科学世界。我特别喜欢他对于……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……那些在宏观尺度上被忽略,但在微观世界里却扮演着至关重要角色的“小角色”的细致描绘。书中对于水溶液中离子相互作用的探讨,让我开始重新审视我们习以为常的生活现象,比如一杯咖啡的口感,竟与其中微量金属离子的存在息息相关。他用一种诗意的笔触,描绘了离子的“个性”和“社交能力”,如何在不同的化学环境中展现出截然不同的行为,有时是安静的观察者,有时又是活跃的参与者,甚至能主导整个化学进程。)这种将科学研究与生活观察巧妙结合的方式,让我觉得科学不再是高高在上的殿堂,而是触手可及的智慧。书中的案例丰富多样,从环境科学到材料科学,再到生命科学,都展现了主题的广泛应用性。作者的写作风格轻松幽默,偶尔穿插的一些个人见解和反思,让阅读过程充满乐趣,丝毫不会感到疲倦。读完这本书,我感觉自己的思维方式都受到了启发,对周围的世界有了更敏锐的观察力。

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**评价五** 从这本书的封面上,我就被一种沉静而又充满智慧的气息所吸引。阅读过程中,我发现这种感觉并非错觉,作者的文字如同一泓清泉,洗涤着我对……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……某些生物化学过程的固有认知。我一直在探索……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……细胞膜离子通道的精确调控机制,以及不同阳离子和阴离子是如何影响细胞信号传导和物质运输的。这本书恰恰提供了……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……一个全新的视角来理解这些复杂的过程。作者在书中对……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……特定离子的“偏好性”以及它们在生物大分子周围形成特定溶剂化壳层,如何影响蛋白质构象、酶活性甚至DNA结构的稳定性,进行了精辟的论述。他通过……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……对细胞膜电位、离子泵功能以及受体结合等方面的深入探讨,让我明白了,微小的离子变化,往往是引发重大生物学事件的关键。)作者的笔触细腻而富有感染力,他善于运用类比和形象化的语言,将抽象的分子层面行为描绘得生动形象。这本书不仅仅是知识的传递,更是一种思维方式的启迪,它让我意识到,科学的魅力在于对细节的极致追求,以及对看似微不足道之处的深刻洞察。

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**评价四** 很少有书籍能让我一口气读完,并且在合上书本后依然回味无穷。《Specific Ion Effects》就是这样一本非凡的作品。作者在书中展现出的深厚学识和独特的见解,让我为之惊叹。我一直对……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……环境水体中离子组成对污染物迁移和转化的影响非常感兴趣,尤其是地质化学领域的研究,常常涉及到复杂的离子平衡和相互作用。这本书中对……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……不同阳离子,比如碱金属、碱土金属,以及过渡金属离子,在与土壤颗粒、有机质以及生物分子相互作用时的差异,进行了详尽的阐述。他通过……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……对水解动力学、沉淀形成以及络合反应的研究,揭示了离子类型如何精细地调控着物质在环境中的命运。)这种深入浅出的讲解方式,让我能够更好地理解那些看似难以捉摸的地质化学过程。书中引用的参考文献也非常丰富,为进一步深入研究提供了宝贵的线索。而且,作者的写作风格非常引人入胜,他能够将复杂的科学概念娓娓道来,让读者在享受阅读乐趣的同时,也能够获得丰富的知识。这本书无疑是我在……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……地质化学领域所读过的最精彩、最有启发性的书籍之一。)

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**评价三** 这是一本能够让你在不知不觉中沉浸其中的书。我一直对……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……那些看似简单的化学现象背后隐藏的复杂机制充满好奇,尤其是在处理那些涉及非理想溶液行为时,常常会遇到一些难以解释的偏差。这本书恰好满足了我对这类问题的探索欲。作者在书中对……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……不同类别离子在电解质溶液中的行为差异进行了深入的剖析,他没有回避那些令人费解的细节,而是循循善诱地引导读者去理解其中的原理。通过对……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……表面活性剂溶液在不同盐浓度下的聚集行为,以及高分子溶液的黏度变化等问题的分析,我开始领悟到,正是那些看似不起眼的“特定离子效应”,在很大程度上决定了宏观性质的呈现。)作者的论述条理清晰,逻辑严密,即使是对于一些高深的理论,也能用通俗易懂的语言进行解释,并辅以详实的图表和数据来支持。我非常欣赏他对于……(此处请读者自行脑补与Specific Ion Effects相关的、但又并非直接内容的部分,例如:……实验数据解读的严谨性,他不仅仅是呈现结果,更重要的是解释了结果背后的原因,以及这些原因对我们理解复杂体系的指导意义。)这本书不仅仅是一本学术专著,更像是一次思维的拓展训练,它教会我如何从更细微的角度去观察和分析问题。

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