化學學習論 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:

作者:周青

出品人:

頁數:269

译者:

出版時間:2010-6

價格:36.00元

裝幀:

isbn號碼:9787030276988

叢書系列:

圖書標籤:

• 化學
• 學習方法
• 學習技巧
• 高效學習
• 應試技巧
• 化學學習
• 教育
• 學科教育
• 中學生
• 高中生

《精微之境：現代材料科學的理論基石》 引言：物質的深層奧秘與人類的創造力 自古以來，人類對物質世界的探索從未停歇。從最初對天然礦物的簡單冶煉，到如今納米尺度的精確操控，材料科學始終是推動文明進步的核心驅動力之一。然而，要真正駕馭物質的力量，僅僅依靠經驗試錯是遠遠不夠的。我們需要一套深刻、嚴謹的理論框架，用以理解原子和電子在特定結構中如何協同作用，從而賦予材料宏觀世界中展現齣的奇特乃至反直覺的性能。 《精微之境：現代材料科學的理論基石》正是這樣一部緻力於構建理論體係的著作。它摒棄瞭對具體閤成工藝或應用實例的過多描述，而是將焦點集中於材料的微觀結構、電子態以及它們與宏觀熱力學和動力學行為之間的內在聯係。本書旨在為高年級本科生、研究生以及從事材料研發的科研人員，提供一套堅實的理論武器，以期能從第一性原理齣發，預測和設計新型功能材料。 第一部分：結構與對稱性——萬物的骨架 材料的性能根植於其原子排列的幾何學。本部分將深入探討晶體學和非晶態結構理論，但重點在於其數學錶述和對物理性質的影響。 第一章：晶體場的數學描述與群論基礎 本章從嚴格的數學角度審視晶體結構。我們引入點群和空間群的概念，並詳細闡述如何利用群論工具來簡化對材料中對稱性操作的分析。重點講解瞭群論在預測材料的光學活性、壓電效應、鐵電性等方麵所起的關鍵作用。材料的對稱性並非僅僅是描述性的，它直接決定瞭材料的本徵物理性質集閤。我們將深入剖析布拉菲格子與費米麵的拓撲關係，這對於理解半導體和絕緣體的電子帶結構至關重要。 第二章：缺陷工程的幾何動力學 完美的晶體在自然界中並不存在，而缺陷——點缺陷、綫缺陷、麵缺陷——恰恰是許多功能材料（如半導體摻雜、超塑性金屬）性能的決定性因素。本章不側重於缺陷的形成焓計算，而是專注於缺陷在晶格動力學中的“運動學”描述。討論瞭缺陷的有效遷移率，以及如何在梯度應力場或電場作用下，使用連續介質模型與離散原子模型進行耦閤分析，以預測材料的蠕變和疲勞過程。特彆是對位錯的纏結、攀移和交叉滑移的幾何約束進行瞭細緻的數學建模。 第二章（續）：非晶態結構的拓撲排序 對於玻璃和高分子材料，周期性結構缺失，這使得傳統的晶體學工具失效。本章引入瞭對非晶態結構的拓撲學描述方法，如：弛豫動力學、平均場理論中的有序參數，以及使用徑嚮分布函數（RDF）和氣泡模型來刻畫短程有序與長程無序之間的微妙平衡。重點探討瞭玻璃轉變溫度（Tg）背後的自由體積理論及其在黏彈性行為中的體現。 第二部分：電子結構與能帶理論——性能的源泉 材料的功能性，無論磁性、導電性還是光學響應，都歸結於其電子的量子力學行為。本部分將係統性地迴顧和深化量子力學在固體物理中的應用。 第三章：從薛定諤方程到能帶結構 本章假設讀者已具備基礎量子力學知識，直接切入布洛赫定理的物理意義與數學推導。重點分析瞭晶體勢場的選擇（如Kohn-Sham密度泛函理論，DFT）對方程求解的精度影響。隨後，詳細探討瞭各種近似方法（如緊束縛法、平均場近似）如何快速構建特定晶體結構的能帶圖。我們還將對比分析直接帶隙與間接帶隙的能帶結構，並引入有效質量張量的概念，闡明其在描述載流子輸運中的核心地位。 第四章：電子-電子相互作用與相變 單電子近似（如標準DFT）在描述強關聯體係時存在局限。本章引入瞭Hubbard模型和平均場理論的擴展，用以理解電子的關聯效應。我們將深入探討Mott絕緣體、高低溫超導以及鐵磁性材料的起源。討論的重點在於相變理論，特彆是利用平均場理論對朗道自由能泛函進行展開，從而預測第一類和第二類相變的臨界行為。對自鏇密度波（SDW）和電荷密度波（CDW）的形成機理進行瞭嚴格的理論推導。 第五章：光學響應的綫性響應理論 材料與光的相互作用，本質上是光場誘導的電子係統響應。本章運用綫性響應理論（Kubo公式）來連接材料的微觀電子態與宏觀的介電函數 $epsilon(omega)$。詳細推導瞭德魯德模型、洛倫茲振子模型在不同頻率範圍內的適用性，並闡明瞭吸收係數、摺射率與能帶結構之間的精確關係。針對金屬和半導體，分析瞭等離激元共振的本質，以及聲子-電子耦閤（Fröhlich機製）在紅外吸收中的貢獻。 第三部分：熱力學與動力學——過程的驅動力 材料的演化和穩定狀態由熱力學和動力學規律所支配。本部分側重於過程的速率和能量驅動。 第六章：統計力學在材料穩定性中的應用 本章復習並深化瞭玻爾茲曼統計和費米-狄拉剋統計在材料科學中的應用。重點在於相圖的構建與解讀，特彆是三元或多組分閤金體係的吉布斯自由能最小化原理。我們將詳細分析化學勢在界麵反應中的作用，並討論非理想固溶體的過量自由能計算方法，如亞百（Sublattice）模型和隨機模型。 第七章：原子擴散與界麵輸運理論 原子擴散是材料加工和性能衰化的核心動力學過程。本章側重於擴散的微觀機理。詳細闡述瞭濛特卡洛模擬（Monte Carlo Simulation）在模擬擴散路徑和擴散係數精確計算中的優勢，並將其與傳統的菲剋定律（Fick's Laws）進行對比。特彆關注瞭擴散激活能與晶格畸變能之間的關係，並引入瞭Kirkendall效應的唯象模型，用以解釋不同原子在擴散過程中的差異化行為。 結語：理論指導下的材料創新 《精微之境》力求提供一個連貫的、從量子力學到宏觀現象的理論框架。本書的最終目的並非取代實驗，而是提供一種“理論預判”的能力。通過掌握這些理論基石，讀者將能夠更有效地設計計算模型，更精準地解釋實驗結果，並最終驅動材料科學嚮更理性、更高效的“按需定製”方嚮發展。本書是理解和突破現有材料性能極限的理論導航圖。

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