具体描述
《化学学习论》基于化学学科的知识特点，以教育心理学理论为基础，以提高化学教育类硕士研究生的教育理论水平和科学研究意识与能力为主旨，对化学学习的基本内容、认知结构、目标、策略、过程、模式、条件进行了系统分析与阐述。全书由11章内容构成，突出了“化学学习事实与教育心理学理论有机结合”的特点。以镶嵌式配以大量的案例，通过理论介绍与案例的评析，帮助读者从学习理论的角度认识、理解化学学习的本质与化学学习的机制等。
《化学学习论》可作为高等师范院校化学教育类硕士研究生的教材，也适合从事化学教育研究和化学教学的相关人员使用。
《精微之境：现代材料科学的理论基石》 引言：物质的深层奥秘与人类的创造力 自古以来，人类对物质世界的探索从未停歇。从最初对天然矿物的简单冶炼，到如今纳米尺度的精确操控，材料科学始终是推动文明进步的核心驱动力之一。然而，要真正驾驭物质的力量，仅仅依靠经验试错是远远不够的。我们需要一套深刻、严谨的理论框架，用以理解原子和电子在特定结构中如何协同作用，从而赋予材料宏观世界中展现出的奇特乃至反直觉的性能。 《精微之境：现代材料科学的理论基石》正是这样一部致力于构建理论体系的著作。它摒弃了对具体合成工艺或应用实例的过多描述，而是将焦点集中于材料的微观结构、电子态以及它们与宏观热力学和动力学行为之间的内在联系。本书旨在为高年级本科生、研究生以及从事材料研发的科研人员，提供一套坚实的理论武器，以期能从第一性原理出发，预测和设计新型功能材料。 第一部分：结构与对称性——万物的骨架 材料的性能根植于其原子排列的几何学。本部分将深入探讨晶体学和非晶态结构理论，但重点在于其数学表述和对物理性质的影响。 第一章：晶体场的数学描述与群论基础 本章从严格的数学角度审视晶体结构。我们引入点群和空间群的概念，并详细阐述如何利用群论工具来简化对材料中对称性操作的分析。重点讲解了群论在预测材料的光学活性、压电效应、铁电性等方面所起的关键作用。材料的对称性并非仅仅是描述性的，它直接决定了材料的本征物理性质集合。我们将深入剖析布拉菲格子与费米面的拓扑关系，这对于理解半导体和绝缘体的电子带结构至关重要。 第二章：缺陷工程的几何动力学 完美的晶体在自然界中并不存在，而缺陷——点缺陷、线缺陷、面缺陷——恰恰是许多功能材料（如半导体掺杂、超塑性金属）性能的决定性因素。本章不侧重于缺陷的形成焓计算，而是专注于缺陷在晶格动力学中的“运动学”描述。讨论了缺陷的有效迁移率，以及如何在梯度应力场或电场作用下，使用连续介质模型与离散原子模型进行耦合分析，以预测材料的蠕变和疲劳过程。特别是对位错的缠结、攀移和交叉滑移的几何约束进行了细致的数学建模。 第二章（续）：非晶态结构的拓扑排序 对于玻璃和高分子材料，周期性结构缺失，这使得传统的晶体学工具失效。本章引入了对非晶态结构的拓扑学描述方法，如：弛豫动力学、平均场理论中的有序参数，以及使用径向分布函数（RDF）和气泡模型来刻画短程有序与长程无序之间的微妙平衡。重点探讨了玻璃转变温度（Tg）背后的自由体积理论及其在黏弹性行为中的体现。 第二部分：电子结构与能带理论——性能的源泉 材料的功能性，无论磁性、导电性还是光学响应，都归结于其电子的量子力学行为。本部分将系统性地回顾和深化量子力学在固体物理中的应用。 第三章：从薛定谔方程到能带结构 本章假设读者已具备基础量子力学知识，直接切入布洛赫定理的物理意义与数学推导。重点分析了晶体势场的选择（如Kohn-Sham密度泛函理论，DFT）对方程求解的精度影响。随后，详细探讨了各种近似方法（如紧束缚法、平均场近似）如何快速构建特定晶体结构的能带图。我们还将对比分析直接带隙与间接带隙的能带结构，并引入有效质量张量的概念，阐明其在描述载流子输运中的核心地位。 第四章：电子-电子相互作用与相变 单电子近似（如标准DFT）在描述强关联体系时存在局限。本章引入了Hubbard模型和平均场理论的扩展，用以理解电子的关联效应。我们将深入探讨Mott绝缘体、高低温超导以及铁磁性材料的起源。讨论的重点在于相变理论，特别是利用平均场理论对朗道自由能泛函进行展开，从而预测第一类和第二类相变的临界行为。对自旋密度波（SDW）和电荷密度波（CDW）的形成机理进行了严格的理论推导。 第五章：光学响应的线性响应理论 材料与光的相互作用，本质上是光场诱导的电子系统响应。本章运用线性响应理论（Kubo公式）来连接材料的微观电子态与宏观的介电函数 $epsilon(omega)$。详细推导了德鲁德模型、洛伦兹振子模型在不同频率范围内的适用性，并阐明了吸收系数、折射率与能带结构之间的精确关系。针对金属和半导体，分析了等离激元共振的本质，以及声子-电子耦合（Fröhlich机制）在红外吸收中的贡献。 第三部分：热力学与动力学——过程的驱动力 材料的演化和稳定状态由热力学和动力学规律所支配。本部分侧重于过程的速率和能量驱动。 第六章：统计力学在材料稳定性中的应用 本章复习并深化了玻尔兹曼统计和费米-狄拉克统计在材料科学中的应用。重点在于相图的构建与解读，特别是三元或多组分合金体系的吉布斯自由能最小化原理。我们将详细分析化学势在界面反应中的作用，并讨论非理想固溶体的过量自由能计算方法，如亚百（Sublattice）模型和随机模型。 第七章：原子扩散与界面输运理论 原子扩散是材料加工和性能衰化的核心动力学过程。本章侧重于扩散的微观机理。详细阐述了蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）在模拟扩散路径和扩散系数精确计算中的优势，并将其与传统的菲克定律（Fick's Laws）进行对比。特别关注了扩散激活能与晶格畸变能之间的关系，并引入了Kirkendall效应的唯象模型，用以解释不同原子在扩散过程中的差异化行为。 结语：理论指导下的材料创新 《精微之境》力求提供一个连贯的、从量子力学到宏观现象的理论框架。本书的最终目的并非取代实验，而是提供一种“理论预判”的能力。通过掌握这些理论基石，读者将能够更有效地设计计算模型，更精准地解释实验结果，并最终驱动材料科学向更理性、更高效的“按需定制”方向发展。本书是理解和突破现有材料性能极限的理论导航图。
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