Solid State Chemistry pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Wold, Aaron/ Dwight, Kirby

出品人:

页数:258

译者:

出版时间:1993-4

价格:$ 145.77

装帧:

isbn号码:9780412036217

丛书系列:

图书标签:

固体化学
无机化学
材料科学
晶体结构
相图
缺陷化学
电子结构
磁性材料
超导材料
化学键

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具体描述

Written from the point of view of the chemist, rather than the physicist, Solid State Chemistry is the first book to emphasise the importance of careful synthesis to understanding the properties of a large number of transition metal oxides and sulfides. It discusses many widely used solid state materials, including high-temperature oxide superconductors, diamond films, catalysts, semiconductors, and magnetic materials. The introductory tutorial section familiarizes the reader with basic elements of crystallography; the electronic, magnetic, and optical properties of solids; and phase diagrams. The tutorials use physics and mathematics at levels that any 3rd year chemistry student should be able to follow with little difficulty. The chapters that follow treat the synthesis of oxides and sulfides as both polycrystalline solids and simple crystals. Compounds selected for discussion are classified according to structure type, which are illustrated by clear drawings. Throughout, the focus is on how synthesis is related to properties and how sensitive properties are to small levels of contaminants. The book uses a single extended molecular orbital model to correlate properties with synthesis and structure. Solid State Chemistry is suitable for use as a text for a short 3rd year course in chemistry or materials science. Each chapter includes problems (some with answers) that test the students ability to apply the principles discussed and encourage further reading in the literature.

《晶体生长：理论与实践》这本书深入探讨了晶体生长这一材料科学与固体化学领域的基石。它不仅梳理了晶体生长背后的基本物理化学原理，更将理论知识与实际操作紧密结合，旨在为读者提供一个全面且实用的晶体生长指南。从宏观的晶体形态形成到微观的原子排列过程，本书都进行了详尽的阐述。第一部分：晶体生长的基本原理本部分奠定了理解晶体生长过程的基础。第一章：结晶的热力学与动力学过饱和度与形核：详细介绍了过饱和度作为晶体生长驱动力的来源，并深入剖析了均相形核和异相形核的机理、能量垒以及关键参数。读者将理解形核的随机性和在不同环境下的影响因素。晶体生长动力学：阐述了晶体生长速率的控制因素，包括质量传递（如溶质扩散）、热传递以及界面反应。讨论了不同生长机制，如表面扩散、台阶流动和螺旋生长，以及它们对晶体形态和生长速率的影响。相图与结晶：强调了相图在指导晶体生长中的重要性。通过对二元、三元甚至更高组分体系相图的解读，读者能够预测不同温度和组成下可能出现的固相，以及在特定条件下实现目标晶体相的策略。重点分析了共晶、固溶体、化合物形成等关键区域。第二章：晶面与晶体形态晶体结构与晶面：回顾了晶体学的基本概念，包括晶格、晶面指数（密勒指数）以及晶面系的分类。着重阐述了晶体结构如何决定了晶面的排列方式和能量。表面能与晶体生长：深入分析了不同晶面的表面能差异如何影响晶体的生长。介绍了Wulff定则，解释了在热力学平衡条件下，晶体倾向于形成表面积最小的形态，从而实现能量的最低化。晶体形态的控制：探讨了多种影响晶体形态的因素，如生长速率、杂质吸附、溶剂性质和外加能量场。分析了如何通过控制这些参数来获得特定形状（如块状、针状、片状）的晶体，这对于材料的性能优化至关重要。第三章：杂质与缺陷在晶体生长中的作用杂质的影响：详细阐述了外来杂质原子或分子如何在晶体生长过程中被掺入，以及它们可能带来的积极或消极影响。例如，某些杂质可以作为异相形核的中心，加速生长；而另一些则可能阻碍生长，改变晶体形态，甚至引入新的晶体结构。晶体缺陷的形成与演化：介绍了晶体生长过程中不可避免出现的各种点缺陷（空位、填隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）。分析了这些缺陷的来源（如原子振动、生长不均匀性、外部应力）以及它们对晶体物理、化学和机械性能的深远影响。缺陷的控制策略：提出了一系列控制和减少晶体缺陷的方法，包括优化生长条件（温度、气氛、原料纯度）、选择合适的基底以及后处理退火等。强调了在某些情况下，特定类型的缺陷甚至可以是有益的，例如，通过引入位错来改善某些半导体的电学性能。第二部分：晶体生长的实验技术与方法本部分聚焦于实际的晶体生长技术，为读者提供了可操作的指导。第四章：溶液法晶体生长冷却法：详述了利用溶解度随温度变化的物质，通过缓慢冷却饱和溶液来获得晶体的方法。涵盖了设备要求、控温精度、搅拌方式以及溶液纯度的重要性。蒸发法：介绍了通过缓慢蒸发溶剂来提高溶液过饱和度，从而诱导晶体生长的技术。讨论了不同蒸发速率的控制，以及在大尺度晶体生长中的应用。反溶剂法：解释了如何通过向原溶剂中添加一种原溶质不溶或溶解度很低的溶剂，来降低溶液的溶解度，实现晶体析出的原理。水热法与溶剂热法：详细介绍了在高温高压水或有机溶剂环境中进行的晶体生长。阐述了高压釜的设计、工作原理、温度梯度控制以及在合成难以在常压下生长的氧化物、氢氧化物和硅酸盐等材料中的广泛应用。第五章：熔体法晶体生长坩埚法（Czochralski法）：深入讲解了被誉为“晶体生长之父”的CZ法的原理和工艺。重点介绍了籽晶的选择与引入、拉速控制、旋转速率、温度场分布以及如何获得高纯度、大尺寸单晶（如硅、锗）。区熔法（Floating Zone法）：阐述了利用移动的加热区来熔化并重新凝固原料棒的方法，该方法能够避免坩埚污染，特别适用于制备超高纯度单晶。讨论了加热方式（如感应加热、聚焦光束）和区熔长度对产品质量的影响。降凝法（Bridgman-Stockbarger法）：介绍了通过引导熔体通过一个有温度梯度的区域，使熔体从一端开始定向凝固的方法。讨论了不同降凝炉的设计以及如何控制温度梯度来获得特定取向的晶体。基底法（Epitaxy）：详细介绍了外延生长技术，包括气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）和液相外延（LPE）。重点阐述了如何在外延衬底上生长出具有精确原子层厚度的单晶薄膜，以及其在半导体器件制造中的关键作用。第六章：气相法晶体生长化学气相沉积（CVD）：详细介绍了CVD技术的原理，即通过气态前驱体的化学反应，在基底表面沉积出固态薄膜或晶体。分析了不同CVD类型（如APCVD, LPCVD, PECVD, MOCVD）的特点、工艺参数（温度、压力、流量、反应物比例）以及它们在制备半导体薄膜、硬质涂层等方面的应用。物理气相沉积（PVD）：涵盖了蒸发（如电阻加热蒸发、电子束蒸发）和溅射（如直流溅射、射频溅射）等PVD技术。解释了如何将固体材料汽化并沉积到基底上，以及在金属薄膜、光学涂层等领域的应用。升华法：介绍了利用某些物质在特定温度下直接从固态转变为气态，然后再冷凝成晶体的方法。讨论了升华法的适用范围以及在制备某些有机晶体、硫化物晶体等方面的优势。第三部分：晶体表征与质量控制本部分侧重于如何评估和控制晶体的生长质量。第七章：晶体结构与成分表征 X射线衍射（XRD）：详细介绍了XRD在确定晶体结构、晶格常数、相组成和取向方面的原理和应用。讨论了单晶XRD和粉末XRD的差异及其各自的优势。扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）：阐述了SEM和TEM在观察晶体表面形貌、微观结构以及缺陷方面的能力。重点介绍了TEM在揭示晶体内原子排列、位错和相界方面的强大功能。光谱分析技术：介绍了红外光谱（IR）、拉曼光谱（Raman）和紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）等在识别官能团、分析化学键和评估晶体光学性质方面的应用。能谱分析（EDS/WDS）：阐述了EDS和WDS与SEM/TEM联用，用于分析晶体材料的元素组成和分布。第八章：晶体光学、电学与力学性能测试光学性能：介绍了折射率、双折射、光弹性系数、紫外-可见和近红外透射/吸收光谱的测量方法，以及它们在激光晶体、非线性光学晶体等材料开发中的重要性。电学性能：阐述了电阻率、介电常数、压电/铁电性能、霍尔效应等电学参数的测量技术，以及它们在半导体晶体、压电陶瓷等材料研究中的意义。力学性能：介绍了硬度（如维氏硬度、努氏硬度）、抗拉强度、断裂韧性等力学性能的测试方法，以及晶体生长过程对力学强度的影响。第九章：晶体生长中的质量控制与优化生长工艺的反馈与调整：强调了实时监测生长过程中的关键参数（如温度、压力、气氛、生长速率），并根据反馈信息进行及时调整的重要性。杂质与缺陷的根源分析：介绍了如何通过结合表征技术，追溯杂质和缺陷的来源，从而有针对性地改进生长条件。生长设计与模拟：讨论了利用计算机模拟技术（如有限元分析）来预测温度场、流动场和应力分布，从而优化生长炉设计和工艺参数。可靠性与一致性：探讨了如何通过标准化操作流程、严格的质量检测以及批次间的工艺比对，来确保晶体产品的可靠性和一致性。结论《晶体生长：理论与实践》是一本为材料科学家、化学家、物理学家以及相关领域的研究生和工程师量身打造的著作。它不仅提供了坚实的理论基础，更辅以详实的实验指导和表征手段，帮助读者掌握从理解晶体生长原理到成功制备高质量晶体的全过程。通过对本书的学习，读者将能够深入理解晶体生长过程的复杂性，并具备独立解决晶体生长中遇到的实际问题的能力。