Diffusion and Ionic Conduction in Oxides pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Fisher, D. J. (EDT)

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页数:0

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价格:3445.00元

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isbn号码:9783908451525

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图书标签:

• Diffusion
• Ionic Conduction
• Oxides
• Solid State Physics
• Materials Science
• Electrochemistry
• Defect Chemistry
• Ceramics
• Materials Properties
• Transport Phenomena

《固态电解质中的离子传输动力学与材料设计》 内容简介 本书深入探讨了固态电解质在现代能源技术，特别是固态电池、燃料电池和传感器中的核心作用。全书聚焦于离子在晶体结构中的传输机理、影响因素，以及如何通过材料工程学原理来优化电解质的性能。本书的编写力求详实、严谨，为固体物理、材料科学、电化学和化学工程领域的学生、研究人员及工程师提供一个全面而深入的参考。 第一部分：固态电解质的基础理论 本部分首先回顾了电化学和固态物理学的基本概念，为理解离子传输奠定理论基础。 第一章：晶体结构与缺陷化学 本章详细阐述了离子晶体的结构特征，重点分析了点缺陷（如空位、间隙离子、取代离子）的形成热力学与浓度分布。根据静电中和原理和克洛克-洛伦茨模型（Kröger-Vink表示法），系统地分析了不同掺杂策略对缺陷平衡的影响。讨论了晶体对称性如何影响缺陷的迁移路径和能垒。特别关注了复杂氧化物结构（如钙钛矿、石榴石结构）中本征和非本征缺陷的演化。 第二章：离子迁移的微观机制 本章深入剖析了离子如何在晶格中移动。详细介绍了经典的跳跃机制，包括钉扎跳跃（Jump Diffusion）、扩散机制（例如，空位机制、间隙机制）的能量学描述。采用阿累尼乌斯模型（Arrhenius Model）和范特霍夫方程（Eyring Equation）来关联离子电导率与温度的关系，并推导出扩散系数和电导率之间的Nernst-Einstein关系。此外，引入了更先进的分子动力学模拟（MD）和蒙特卡洛模拟（MC）在揭示局域结构松弛和离子团簇行为中的应用。 第三章：电化学势与电荷传输 本章将微观的离子跳跃与宏观的电化学现象联系起来。阐述了电化学势梯度如何驱动离子流动，并结合法拉第定律（Faraday's Law）和菲克定律（Fick's Law）推导出离子电流密度。重点讨论了固态电解质的电化学窗口、电子相容性以及离子迁移数的精确测量方法，如布洛赫-格雷纳法（Blöchl-Gröner Method）和欧姆探针技术。 第二部分：影响离子传输的关键因素 本部分着重于影响电解质性能的外部环境和材料固有性质。 第四章：温度与晶格振动的影响 详细分析了温度对离子迁移能垒和频率因子的影响。探讨了晶格振动（声子谱）如何通过声子辅助跳跃（Phonon-Assisted Jumps）来促进离子传输。比较了不同晶格刚度材料在高温和低温下的电导率行为差异。 第五章：界面效应与晶界阻抗 固态电解质的实际性能往往受限于其微观结构，尤其是晶界。本章系统研究了晶界处离子传输的能垒增高现象（晶界阻抗）。分析了晶界相（Secondary Phases）的化学成分和结构重构对界面电导率的决定性影响。讨论了利用高角度晶界或准同性晶界来降低界面阻抗的策略。 第六章：水分、杂质与化学稳定性 本章关注外部环境对电解质稳定性的影响。详细讨论了吸湿性对离子电导率的负面影响，特别是水分子在晶格中的位置和作用。分析了痕量杂质（如碱金属、过渡金属离子）对固有缺陷浓度的干扰，以及由此导致的电导率劣化。探讨了电解质在宽电化学窗口下的化学惰性要求。 第三部分：先进固态电解质材料体系 本部分聚焦于当前研究热点和具有应用潜力的特定材料类别，并探讨其设计思路。 第七章：氧化物固态电解质的结构工程 重点分析了基于稳定骨架的氧化物电解质，如含稀土的氧化钇稳定氧化锆（YSZ）和尖晶石结构电解质。深入研究了“结构弛豫”在提高离子扩散率中的作用，特别是如何通过引入高熵效应或晶格畸变来“软化”离子迁移路径。讨论了通过原位合成和薄膜沉积技术控制晶体取向对界面性能的优化。 第八章：硫化物电解质的界面挑战 硫化物电解质因其高本征电导率而备受关注。本章详细讨论了硫化物体系面临的关键挑战，包括它们对湿气的极端敏感性以及与金属电极间的界面反应。分析了界面化学反应产物（如锂硫化物相）对电池循环性能和稳定性的影响，并介绍了原位钝化层（In-situ Passivation Layers）的应用。 第九章：聚合物与复合电解质的电化学 本章介绍了有机/无机复合电解质的设计理念。讨论了聚合物基质（如PEO）中锂离子传输依赖于聚合物链段运动的动力学机制。重点研究了如何通过纳米填料（如Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12, LLZO）增强机械强度、抑制锂枝晶生长，以及优化纳米填料与聚合物基体之间的离子接触点。 第四部分：测试与表征技术 本部分系统介绍了研究固态电解质传输性能的关键实验技术。 第十章：交流阻抗谱（EIS）的精细解读 本章深入讲解了EIS在固态电解质研究中的应用。详细解释了不同频率区域的半圆弧分别对应于体相离子传输、晶界阻抗和电极-电解质界面响应的原理。提供了处理复杂等效电路模型（Equivalent Circuit Models）的方法论，并讨论了如何从EIS数据中分离出真实的离子电导率。 第十一章：核磁共振与中子散射 介绍了核磁共振（NMR）技术（如二维交换谱NMR, 2D-EXSY NMR）在定量研究离子跳跃频率和扩散路径的精确测量中的应用。阐述了中子散射技术（如非弹性中子散射, INS）如何提供关于离子低频振动模式（Librational Modes）和扩散机制的直接动力学信息。 第十二章：原位电化学测试 本章关注于在真实工作条件下监测电解质行为的方法。讨论了原位X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）技术如何观察充放电过程中晶格参数的变化和微观结构演化。介绍了原位拉曼光谱在监测界面化学变化和相变过程中的作用。 结语 本书旨在提供一个跨越理论化学、固体物理和应用电化学的综合视角，强调理解离子在晶格中运动的本质规律是开发下一代高性能固态电解质的关键。

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阅读过程中，我被书中对材料性能与微观结构之间关系的深入剖析所深深吸引。作者似乎有一种魔力，能将原本抽象的电子结构理论与可测量的宏观电学、磁学性质巧妙地联系起来。比如，关于掺杂对电子导电性的调控机制，书中通过引入费米能级的概念，清晰地阐述了施主和受主缺陷如何影响载流子的浓度和迁移率。这种层次分明的讲解方式，极大地帮助我梳理了过去零散的知识点。此外，书中对氧化物半导体中界面效应的讨论也十分精彩，特别是在多层异质结构中，界面能带弯曲和应力耦合对电荷传输的影响，展示了作者对复杂系统建模能力的掌握。不过，我有一个小小的遗憾，那就是在涉及非晶态或玻璃态氧化物的部分，内容相对简略，主要精力还是集中在晶体材料上，这使得对于那些新兴的玻璃陶瓷材料的研究者来说，可能需要查阅更多其他文献来补充。整体感觉，这是一部扎根于经典物理学的力作，充满着对精确性的不懈追求。

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这本书的叙事方式颇具一种古典的学术风格，它更像是一本精心编纂的参考手册，而非大众科普读物。我注意到书中对各种先进的表征技术，比如高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和X射线衍射（XRD）在氧化物研究中的应用描述得极为详尽，简直可以作为实验手册的补充材料。每一个实验现象的背后，作者都试图从原子层面给出合理的物理解释，这种对细节的执着令人印象深刻。然而，这也带来了一个问题：对于那些更侧重于应用工程的读者来说，书中关于基础理论的篇幅可能显得有些过长，让人感觉像是被困在了理论的迷宫中，急切地想看到更多关于实际器件制作的案例。例如，在讨论铁电薄膜的制备时，书中对生长条件敏感性的描述非常到位，但对于如何优化工艺窗口以实现工业化量产的实践性指导却相对保守。总而言之，它更偏向于“为什么”会发生，而不是“如何”去做好，这使得它更适合那些致力于基础研究的学者和研究生。

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这本书的排版和图注质量无疑是顶级的，这对于理解复杂的晶体学图示至关重要。每一个示意图都清晰地标示了坐标轴和晶向，避免了视觉上的混淆，这在阅读关于对称性和群论的章节时体现得尤为明显。作者在介绍新的材料体系，如钙钛矿结构时，没有采用泛泛而谈的笔法，而是选取了几个典型的例子进行深入的剖析，包括它们在催化和光电转换方面的潜力。这种“点到为止，深入挖掘”的策略，有效地控制了全书的篇幅，同时保证了内容的深度。我在阅读关于高熵氧化物稳定性的章节时，感受到了作者在面对前沿研究热点时的审慎态度，没有过早地下定论，而是客观地展示了当前理论模型的局限性和实验验证的难度。这本书散发着一种沉稳的力量感，仿佛每一页都经过了无数次的锤炼和检验，是那种可以长期放在案头、时常翻阅的工具书，而不是一读即弃的快餐读物。

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这部著作给我的总体印象是，它是一部为那些愿意投入时间去深度理解氧化物世界的人准备的“学术圣经”。它对材料科学的各个分支——从合成到表征，再到性能预测——都有所覆盖，但其核心价值在于建立起坚实的理论框架。它不像某些新出版的材料学书籍那样，过于侧重于最新的研究成果而牺牲了基础的完整性。相反，它耐心地回顾和总结了该领域经过时间检验的经典理论，并将其与现代实验数据相结合。虽然它在语言表达上可能略显晦涩，不适合心浮气躁的读者，但对于那些渴望构建起完整、自洽的氧化物知识体系的研究人员来说，这本书无疑提供了绝佳的路线图。它不是一本教你“如何快速做出好材料”的秘籍，而是一本指导你“如何真正理解材料为什么是这样”的指南，其价值在于引导思考的深度和广度，而非仅仅是技术操作的便利性。

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翻开这本《Oxide Materials: Structure, Processing, and Applications》，我的心情是既期待又有点沉重的。这本书的封面设计简洁有力，但内容之深奥，着实让我这个对材料学有初步了解的读者感到挑战。它似乎并不试图用花哨的图表或轻松的语言来吸引人，而是直奔主题，深入探讨了氧化物材料的晶体结构、制备工艺，以及它们在现代工业中的具体应用。一开始，我对那些复杂的晶格结构和缺陷化学感到有些摸不着头脑，尤其是关于位错和晶界在宏观性能中扮演的角色的讨论，显得格外专业和严谨。这本书的作者似乎默认读者已经具备了相当的无机化学和固态物理基础，这使得初学者在阅读时可能会感到有些吃力。不过，一旦你耐下性子，试图去理解那些看似枯燥的公式和理论推导，你会发现它在构建一个完整且系统的氧化物材料知识体系上是多么的用心良苦。它不只是罗列事实，更像是带领你进行一场思维的探险，去揭示隐藏在那些坚硬陶瓷表象之下的内在逻辑和物理机制。我尤其欣赏其中关于热力学稳定性和相变动力学的分析，那部分内容对理解为什么某些氧化物在极端环境下依然保持稳定至关重要。

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