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出版者:Oxford University Press, USA

作者:Thomas Ihn

出品人:

页数:568

译者:

出版时间:2010-02-08

价格:USD 125.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780199534425

丛书系列:

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• 纳米物理
• 物理
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• 器件物理

好的，这是一本关于先进材料科学与工程的专著，专注于超精密加工技术及其在功能材料制备中的应用。 --- 书籍名称：先进材料的超精密加工：原理、技术与前沿应用 简介 本书是对当前材料科学与工程领域中至关重要的一个分支——超精密加工（Ultra-Precision Machining, UPM）——进行的全面而深入的探讨。随着现代工业对材料性能和几何精度要求的不断提高，从纳米尺度到微米尺度的精确控制已成为尖端技术，如精密光学、微电子、生物医学工程以及先进航空航天制造的核心瓶颈。本书旨在系统梳理超精密加工的技术原理、关键设备、工艺优化策略及其在不同功能材料制备中的前沿应用。 全书结构严谨，理论深度与工程实践紧密结合，力求为研究人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个权威且实用的参考指南。 第一部分：超精密加工的理论基础与挑战 第一章：超精密加工的学科定位与发展历程 本章首先界定了超精密加工的内涵，明确其与传统加工方式的区别，着重强调在原子或分子尺度上控制表面形貌、粗糙度及形位公差的重要性。回顾了从机械加工向先进磨削、抛光、激光加工等技术演进的历史脉络。重点讨论了加工过程中的物理、化学与热力学相互作用机制，包括切削力、热影响区、残余应力以及微观磨损的建模基础。 第二章：材料去除的物理机制与表面完整性 深入探讨不同加工模式下的材料去除机理。对于机械加工（如金刚石车削、磁流变抛光），详述了塑性变形、微裂纹萌生与扩展的临界条件。对于非接触加工（如激光烧蚀、电化学加工），解析了能量耦合效率和相变过程。特别关注“表面完整性”（Surface Integrity）的概念，包括表面硬度变化、微观晶粒结构重构、微裂纹密度以及化学污染对材料后续性能（如疲劳寿命和光学性能）的长期影响。 第三章：超精密加工中的误差源分析与补偿 阐述了影响加工精度的主要误差来源，包括机床的刚度、热漂移、驱动系统的反向间隙、以及环境振动。详细介绍了误差分解与模型化方法，并着重介绍主动误差补偿技术，如基于激光干涉仪的实时位移测量、容错控制（Fault-Tolerant Control）策略，以及利用有限元分析（FEA）预测和优化机床结构变形的方法。 第二部分：关键的超精密加工技术 第四章：精密磨削与抛光技术 本章集中介绍确保极低表面粗糙度的核心技术。在磨削方面，详述了CBN（立方氮化硼）砂轮的应用、低损伤磨削（LDS）的参数选择，以及超高速磨削中的热管理。在抛光方面，系统介绍了化学机械抛光（CMP）的原理、浆料的配方设计（氧化剂、磨料、稳定剂的选择）、压力的控制，以及其在平面化和去除损伤层中的应用。此外，还涵盖了磁流变抛光（MRF）和离子束抛光（IBF）等先进技术。 第五章：光子辅助与能量束加工 聚焦于利用高度集中的能量束实现无接触或低接触材料去除的技术。详细分析了紫外（UV）激光微加工的深度控制、多光子吸收效应在透明介质加工中的应用。探讨了飞秒激光钻孔与切割中“冷加工”特性的实现条件，以及等离子体刻蚀在亚微米结构制造中的优势与局限。对聚焦离子束（FIB）的二次离子收集与成像也进行了深入论述。 第六章：微纳尺度下的特种加工工艺 本章涵盖了新兴的、针对特定材料和结构的高级加工方法。包括：电火花加工（EDM）中微小间隙的稳定控制、超声波辅助加工（UAM）中振动对切削性能的调控、以及电化学和电化学机械加工（ECM/ECAM）在难加工材料去除中的应用。特别强调了这些方法如何实现传统刀具无法触及的复杂三维结构。 第三部分：先进材料与前沿应用 第七章：超精密加工在光学元件制造中的应用 重点阐述了如何利用超精密加工制造高精度光学表面。包括非球面透镜、自由曲面反射镜和微结构阵列的加工策略。讨论了对材料双折射、表面散射和镀膜附着力的影响，以及如何通过在线检测（如白光干涉仪）实现闭环控制。 第八章：硬脆材料与复合材料的精密制造 硬脆材料（如陶瓷、玻璃、SiC）由于其高硬度和易碎性，对加工技术提出了极高要求。本章分析了在加工这些材料时如何有效抑制微裂纹和分层，探讨了激光辅助钻孔、水射流切割以及超声波辅助磨削的优化工艺包。对于金属基或陶瓷基复合材料，则侧重于如何保持纤维或颗粒的完整性。 第九章：超精密加工的计量学与质量控制 讨论了在超高精度环境下，如何对工件的形貌和表面质量进行量化评估。详述了计量学溯源的重要性，重点介绍多种非接触式精密测量技术，如共聚焦显微镜、原子力显微镜（AFM）的表面粗糙度测量模式、轮廓仪的采样频率要求，以及表面形貌的三维重建与分析标准。 第十章：面向未来制造的前沿探索 展望超精密加工技术未来的发展方向。包括增材制造（AM）后处理中的超精密精修技术、智能加工系统中机器学习（ML）在工艺参数优化中的应用、以及多尺度制造（Multi-Scale Manufacturing）的集成化挑战。讨论如何通过与原子尺度模拟相结合，实现真正意义上的“按需制造”。 --- 本书汇集了多学科知识，内容涵盖了从基础物理原理到复杂工程实现的各个层面，是材料、机械、光学、电子等领域科研人员和专业工程师的必备参考书。

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《Semiconductor Nanostructures》这本书给我留下了深刻印象的，是它对纳米结构电子特性的细致分析。我知道，当材料尺寸缩小到纳米尺度时，其电子行为会与体材料发生显著差异，量子限制效应开始占据主导地位。我非常希望能在这本书中找到关于这一现象的详尽解释，例如，量子阱、量子线和量子点中电子能级的离散化是如何发生的？这些离散的能级如何影响材料的导电性、载流子迁移率和光学带隙？我特别关注书中对这些纳米结构中电子输运机制的讨论，例如，在纳米线中，表面散射和晶界散射对电子输运的影响有多大？以及在量子点中，隧穿效应和库仑阻塞现象是如何表现出来的？此外，我也对如何通过调控纳米结构的尺寸、形状以及表面化学环境来“设计”其电子特性感到好奇。这本书是否会提供一些具体的案例，说明如何通过这些调控来实现高电子迁移率晶体管、高效的太阳能电池或高性能的传感器？我希望能够从书中获得关于这些电子学原理的清晰阐述，这将有助于我理解当前纳米电子学器件的性能瓶颈，并激发我思考未来的创新方向。

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我对《Semiconductor Nanostructures》这本书的期待，很大程度上源于我对其中可能包含的先进表征技术的浓厚兴趣。我知道，要全面理解半导体纳米结构的性质，需要依赖一系列复杂的实验技术来揭示其结构、化学成分和电子行为。我尤其希望书中能够详细介绍透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）在纳米结构形貌和尺寸表征中的作用，以及它们如何帮助我们识别纳米结构的缺陷和界面。此外，我对于X射线衍射（XRD）在分析纳米结构的晶体结构和取向方面的信息也十分好奇。更重要的是，我希望这本书能够深入探讨各种光谱学技术，如拉曼光谱（Raman spectroscopy）、光致发光谱（photoluminescence spectroscopy）和X射线光电子能谱（XPS），它们如何揭示纳米结构的电子能带结构、光学性质和表面化学状态。例如，拉曼光谱中的峰位移动和峰宽变化，是否能够反映纳米结构的应力状态或量子尺寸效应？光致发光谱是否能精确测量量子点的发光效率和发射波长？我期待这本书能提供这些表征技术在研究半导体纳米结构时的具体应用范例，从而让我更深入地理解如何通过实验手段来验证理论模型和探索新的材料特性。

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《Semiconductor Nanostructures》这本书最让我感到兴奋的是，它可能会揭示半导体纳米结构在传感器和生物技术领域的创新应用。我知道，由于其极高的表面积与体积比，以及对周围环境的敏感性，纳米结构非常适合用于构建高灵敏度和高选择性的传感器。我特别期待书中能详细介绍如何利用纳米线或纳米片作为化学传感器或生物传感器的敏感材料。例如，当目标分析物（如特定气体分子或生物标记物）吸附在纳米结构表面时，会引起其电导率或光学性质发生变化，从而被检测到。书中是否会探讨如何通过表面功能化来提高纳米结构传感器的选择性和灵敏度？例如，通过修饰纳米线表面以特异性结合某种蛋白质或DNA序列？此外，我也对纳米结构在药物输送和生物成像方面的潜在应用充满好奇。它们是否能够作为药物载体，将药物靶向递送到病变部位？或者作为生物成像探针，提供更清晰的体内图像？我希望能够从书中获得这些生物医学应用的最新进展和技术挑战的全面概述。

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这本《Semiconductor Nanostructures》的书名本身就充满了吸引力，让我对半导体材料在纳米尺度下的神奇表现充满了好奇。我尤其期待书中能够深入探讨量子点、纳米线、二维材料（如石墨烯和过渡金属二卤化物）等不同类型的半导体纳米结构。我知道这些材料在电子学、光电子学、能源转换和生物传感等领域都有着革命性的潜力，但具体的机理、制备方法以及它们如何协同工作以实现特定的功能，对我来说仍然是一个相对陌生的领域。我希望能在这本书中找到清晰的解释，比如量子点的光学性质是如何由其尺寸控制的，以及纳米线如何能够作为高效的载流子传输通道。此外，我也对如何精确地控制这些纳米结构的尺寸、形貌和表面特性感兴趣，因为这些参数直接决定了它们的性能。对于那些希望了解半导体材料前沿研究进展，并思考它们未来应用前景的读者来说，这本《Semiconductor Nanostructures》无疑是一个极具价值的起点。它不仅能提供基础的理论知识，更有可能点燃我对这一领域的探索热情，让我对未来的科技发展充满期待，并希望能从中学习到一些能够启发我自身研究方向的思路和方法。

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在我看来，《Semiconductor Nanostructures》这本书的价值在于它能够为理解更复杂的纳米复合材料提供坚实的基础。我知道，在许多前沿应用中，单一的半导体纳米结构往往不足以满足要求，而需要将其与其他材料（如金属纳米颗粒、聚合物或二维材料）结合，形成具有协同效应的纳米复合材料。我特别希望能在这本书中找到关于如何设计和制备这些纳米复合材料的策略。例如，如何将量子点与金属纳米颗粒结合，以实现表面等离子体共振增强的光学效应？如何将半导体纳米线与石墨烯相结合，以提高其导电性和载流子传输能力？书中是否会深入探讨这些复合材料的界面效应和协同作用机制？例如，金属纳米颗粒与半导体量子点之间的能量转移或电子转移过程是如何发生的？我希望能够从书中获得关于这些纳米复合材料的构效关系的清晰认识，这将有助于我理解如何通过材料的巧妙组合来创造出具有更优越性能的新型功能材料，从而在各个领域实现技术突破。

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《Semiconductor Nanostructures》这本书给我的一个重要启示是，半导体纳米结构在光电器件中的应用潜力是巨大的。我一直对如何将这些微小的结构转化为能够高效地吸收、转换或发射光线的器件感到着迷。我特别希望能在这本书中找到关于量子点在LEDs、激光器和太阳能电池中的应用的详细阐述。例如，量子点的色纯度如何影响LEDs的显示效果？它们的高荧光量子产率如何提高太阳能电池的光电转换效率？此外，我也对纳米线在光电器件中的作用感到好奇，比如，半导体纳米线阵列如何用于构建高效的光探测器或用于热电转换？书中是否会探讨如何通过调控纳米线的直径、长度和表面涂层来优化其光吸收和载流子收集能力？我希望能够从书中获得关于这些光电器件设计原理和性能优化策略的深入理解，这将有助于我理解当前技术的发展瓶颈，并思考如何通过创新性的纳米结构设计来突破这些限制，从而推动下一代光电子器件的发展。

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当我翻开《Semiconductor Nanostructures》这本书，我最先被吸引的是其对制备技术多样性的详尽介绍。我知道，要实现对半导体纳米结构的精确控制，从宏观材料到微观、再到纳米尺度的转变，需要极其精湛的工艺。我尤其关注书中对物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等方法的阐述，特别是它们在不同类型纳米结构（如纳米线阵列、纳米片和量子点薄膜）的生长过程中的具体应用和优化策略。我很好奇，在这些先进的制备技术背后，有哪些关键的工艺参数需要严格控制，以确保所得纳米结构的尺寸均一性、晶体质量和表面缺陷密度？例如，在分子束外延（MBE）生长量子点时，源材料的通量、基底温度和生长速率是如何影响量子点的形成和其光学特性的？此外，我也对“自下而上”的组装方法，如溶液法合成量子点或纳米线，以及它们在大规模生产中的可行性和挑战感到浓厚兴趣。这本书是否会深入分析这些方法的优缺点，以及它们在成本效益和环境影响方面的权衡？我期待能够从书中获得对这些制备过程的深入理解，这对于未来将这些纳米结构从实验室推向实际应用至关重要。

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对于《Semiconductor Nanostructures》这本书，我最期待的部分之一是其对纳米结构在能量转换和存储领域的应用的探讨。我知道，半导体纳米结构凭借其独特的电子和光学性质，在太阳能电池、燃料电池、催化剂以及电池材料等领域都展现出了巨大的潜力。我非常希望书中能够详细介绍如何利用纳米结构来提高能量转换效率。例如，在太阳能电池中，纳米线的表面积优势是否能促进光生载流子的分离和收集？多孔纳米结构是否能为电解质提供更广泛的接触面积，从而提高离子传输速率？此外，我也对纳米结构在催化领域的应用很感兴趣，特别是它们如何作为电催化剂或光催化剂，用于水分解制氢或二氧化碳还原。书中是否会深入分析纳米结构催化剂的活性位点、电子结构与催化性能之间的关系？我希望能够从书中获得关于这些能量转换和存储技术的深入理解，从而为解决全球能源危机和环境污染问题提供新的思路和技术支持。

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《Semiconductor Nanostructures》这本书让我最感兴趣的是，它可能触及到当前科学研究中最具挑战性和前沿性的问题。我知道，半导体纳米结构的研究领域发展迅速，总是有新的发现和理论不断涌现。我特别希望书中能够介绍一些尚未完全解决的关键科学问题，例如，如何精确地控制纳米结构的表面缺陷，以及这些缺陷如何影响其电子和光学性质？如何理解纳米结构在复杂环境（如高温、高压或腐蚀性介质）中的稳定性？或者，如何通过理论模拟和机器学习等方法来加速新型半导体纳米结构的发现和设计？书中是否会提供一些关于这些前沿研究方向的案例研究，展示科学家们是如何运用各种先进的实验和理论工具来攻克这些难题的？我希望能够从书中获得对这些最前沿科学问题的深入洞察，这将有助于我保持对这一领域的敏锐度，并思考未来可能的研究机会和发展方向，甚至可能启发我自己的学术探索。

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对于《Semiconductor Nanostructures》这本书，我抱着一个非常实用的期待：它能否为我提供一些关于纳米结构在实际工程应用中遇到的挑战和解决方案的见解？我知道，从实验室的成功到大规模的工业化生产，中间存在着许多技术和经济上的障碍。我特别希望书中能够讨论一些实际生产中需要考虑的因素，例如，纳米结构的成本效益问题，如何实现纳米结构的规模化、稳定化生产？在器件集成过程中，如何确保纳米结构的长期稳定性和可靠性？例如，在户外使用的太阳能电池中，纳米结构是否会受到环境因素（如紫外线、湿度）的影响而发生降解？书中是否会介绍一些用于提高纳米结构器件稳定性和寿命的工程策略？我希望能够从书中获得一些关于从基础研究到实际应用的转移过程中的宝贵经验和教训，这将有助于我更全面地理解半导体纳米结构技术的商业化前景，并为未来相关产业的发展提供有益的参考。

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