Crystallography of Modular Materials pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Ferraris, Giovanni/ Makovicky, Emil/ Merlino, Stefano

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:2008-7

价格:$ 79.10

装帧:

isbn号码:9780199545698

丛书系列:

图书标签:

晶体学
模块化材料
材料科学
结构化学
自组装
多孔材料
金属有机框架
共价有机框架
拓扑结构
X射线衍射

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具体描述

This is the first book to provide a comprehensive treatment of theories and applications in the rapidly expanding field of the crystallography of modular materials. Molecules are the natural modules from which molecular crystalline structures are built. Most inorganic structures, however, are infinite arrays of atoms and some kinds of surrogate modules, e.g. co-ordination polyhedra, are usually used to describe them. In recent years the attention has been focused on complex modules as the basis for a systematic description of polytypes and homologous/polysomatic series (modular structures). This representation is applied to the modelling of unknown structures and understanding nanoscale defects and intergrowths in materials. The Order/Disorder (OD) theory is fundamental to developing a systematic theory of polytypism, dealing with those structures based on both ordered and disordered stacking of one or more layers. Twinning at both unit-cell and micro-scale, together with disorder, causes many problems, "demons", for computer-based methods of crystal structure determination. This book develops the theory of twinning with the inclusion of worked examples, converting the "demons" into useful indicators for unravelling crystal structure. In spite of the increasing use of the concepts of modular crystallography for characterising, understanding and tailoring technological crystalline materials, this is the first book to offer a unified treatment of the results, which are spread across many different journals and original papers published over the last twenty years.

晶体结构与材料科学前沿：结构解析、特性调控与应用展望图书简介本书系统梳理了现代晶体学理论在材料科学前沿领域的最新应用与发展趋势，重点聚焦于结构解析技术、晶体缺陷对材料宏观性能的影响，以及如何通过晶体工程实现功能材料的设计与优化。全书内容深入浅出，理论与实践并重，旨在为从事材料科学、物理学、化学以及相关工程领域的研究人员、研究生和工程师提供一本权威且实用的参考指南。第一部分：晶体结构的理论基础与解析方法本部分从晶体学的基本概念出发，详细阐述了晶体的周期性结构、对称性群论在晶体描述中的应用，以及倒易空间的物理意义。第一章：晶体学基础概念回顾本章首先回顾了晶体的定义、晶胞的选择与描述（布拉维点阵、米勒指数），以及晶体结构的决定性要素——原子位置参数。重点讨论了晶体学中的对称操作及其群论表示，强调了对称性在预测材料物理性质中的核心作用。同时，引入了结构因子和衍射理论的基本框架，为后续的实验技术奠定理论基础。第二章：X射线衍射（XRD）的核心原理与实践本章深入探讨了X射线与晶体的相互作用机制，重点解析了布拉格定律的物理图像和数学表达。详细介绍了单晶X射线衍射（SC-XRD）和粉末X射线衍射（PXRD）的技术原理。在SC-XRD部分，阐述了数据采集过程、结构因子计算、相位问题及其主要的求解方法（如直接法、帕特森法）。对于PXRD，则详细分析了衍射峰的归属、晶格常数和晶粒尺寸的精确测定方法，并介绍了残余应力和微观应变分析的常用模型。本章还涵盖了高分辨率衍射技术在研究纳米材料结构变化中的应用案例。第三章：中子与电子衍射技术及其互补性除了X射线衍射，本章着重介绍了中子衍射（ND）和电子衍射（ED）在结构解析中的独特优势。阐述了中子与原子核相互作用的特点，强调了ND在区分同位素、精确定位轻元素（如氢、锂）以及研究磁性结构方面的不可替代性。电子衍射则作为透射电子显微镜（TEM）的重要组成部分，详细介绍了其在局域结构分析、晶带轴确定以及高角度环形暗场成像（HAADF-STEM）中对晶体学信息的提取方法。通过对比分析三种主要衍射技术，指导读者根据研究目标选择最合适的表征手段。第二部分：晶体缺陷的分类、表征与对性能的影响晶体中的缺陷是调控材料功能性的关键因素。本部分集中探讨了点缺陷、线缺陷和面缺陷的形成机制及其对材料电学、力学和光学特性的深远影响。第四章：点缺陷的形成与热力学本章详述了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子、自间隙原子）的热力学平衡浓度模型。引入了费伦兹-亨利模型和缺陷化学概念，解释了在不同气氛和温度下点缺陷浓度的变化规律。重点分析了离子晶体和半导体中点缺陷的电荷状态及其对载流子浓度的影响。通过详细的晶格弛豫计算，说明了点缺陷周围的局部应变场如何影响材料的扩散行为。第五章：位错与塑性变形的微观机制本章聚焦于线缺陷——位错。详细介绍了刃型位错、螺型位错及其混合位错的几何描述（伯格斯矢量、滑移面）。深入分析了位错的运动学和动力学，包括滑移、攀移和交滑移过程。在材料力学方面，阐述了位错源的激活、位错塞积的形成及其对材料屈服强度和加工硬化的贡献。此外，讨论了晶界处的位错分布对晶体材料宏观力学性能（如疲劳和蠕变）的影响。第六章：晶界、孪晶与相界面结构本章探讨了二维缺陷——晶界和相界面。分类介绍了小角度晶界和大角度晶界（包括高能、低能和共格/非共格晶界）。重点阐述了晶界能、晶界扩散和晶界处的原子重构。在孪晶方面，详细分析了孪晶界面的结构特征及其在材料加工（如孪生诱导塑性，TWIP）和功能材料（如铁电/压电材料）中的重要作用。界面处的应力与应变匹配问题，以及界面对电荷传输的影响，也得到了充分的讨论。第三部分：晶体工程与功能材料的设计本部分将结构信息转化为材料设计策略，探索如何通过精确控制晶体结构和缺陷来定制材料的功能。第七章：晶体对称性与本征物理性质的耦合本章回归晶体对称性，深入探讨了晶体结构与宏观物理性质之间的定量关系，重点关注非中心对称结构的重要性。详细分析了压电效应、热释电效应、热电效应和非线性光学效应的张量描述及其与晶体点群的内在联系。通过具体案例（如钙钛矿结构、层状材料），展示了如何通过结构相变或缺陷工程来激活或增强这些基于结构敏感性的功能。第八章：从结构到性能的计算模拟本章介绍了利用计算方法（如密度泛函理论，DFT）模拟晶体结构、缺陷和界面特性的先进技术。详细阐述了周期性边界条件下的电子结构计算、能带结构和态密度分析。重点展示了如何利用计算方法预测缺陷形成能、扩散势垒和材料的弹性常数。讨论了如何将高通量计算结果与实验数据相结合，构建结构-性能预测模型，加速新材料的筛选过程。第九章：晶体工程与先进功能材料的构建本章聚焦于前沿功能材料的晶体学设计理念。涵盖了金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）的构筑模块化原则，强调了孔隙结构与材料吸附、催化性能的关系。同时，讨论了如何通过晶格匹配和应变工程来设计异质结和超晶格结构，以调控电子带隙和界面电子态。最后，展望了在能源存储（如固态电解质的晶界优化）、催化和光电子器件中，晶体结构控制所蕴含的巨大潜力。结论与展望全书最后总结了晶体学作为材料科学基石的地位，并展望了未来研究方向，包括原位/实时结构解析技术的发展、复杂多晶体系的结构表征难题，以及人工智能在晶体结构预测与材料设计中的融合应用。