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出版者:科学

作者:李亚明

出品人:

页数:318

译者:

出版时间:2007-8

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787030198266

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• 核医学
• 医学影像
• 核素诊断
• 核素治疗
• 放射性药物
• PET-CT
• SPECT
• 肿瘤影像
• 心血管核医学
• 神经核医学

晶体结构与材料科学导论 第一章：晶体结构基础 本章将系统介绍晶体结构的基本概念和理论。首先，我们将深入探讨固体物质的微观结构，区分晶体与非晶体的主要特征。重点解析晶格、晶胞、晶面指数（如密勒指数）的几何意义及其在描述晶体结构中的应用。随后，我们将详细阐述晶体结构中常见的几何点阵类型，如布拉维点阵，并介绍其在三维空间中的周期性排布规律。 进一步地，本章将引入描述晶体结构对称性的概念，包括点群和空间群，这些是理解材料宏观物理性质的基础。我们会通过具体的实例，如体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方密堆积（HCP）结构，来剖析原子在晶格中的实际排列方式，并计算其原子堆积密度（Packing Factor）。对于非理想晶体，我们将讨论晶体缺陷的分类，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界），并分析这些缺陷如何显著影响材料的机械、电学和光学性能。对这些基本概念的掌握，是后续学习所有晶体材料科学和工程应用的前提。 第二章：X射线衍射（XRD）与结构分析 X射线衍射技术是确定晶体结构最核心的无损分析手段。本章将从物理基础出发，讲解X射线与物质相互作用的原理，特别是电子云对X射线的散射机制。随后，重点阐述布拉格定律（Bragg's Law）的数学推导及其在确定晶面间距中的应用。 在实验方法上，本章会详细介绍不同类型的X射线衍射仪（如粉末衍射仪和单晶衍射仪）的工作原理、仪器的几何结构和数据采集流程。在数据处理方面，我们将深入探讨衍射图谱的解析过程，包括如何通过衍射峰的位置确定晶系和晶格常数，以及如何利用峰的强度信息推断原子在晶胞中的位置。此外，本章还将覆盖更高级的应用，例如通过谢勒公式（Scherrer Formula）估计纳米晶体的尺寸，以及利用里特维尔德精修（Rietveld Refinement）方法对复杂结构进行精确结构确定。掌握这些技术，是进行材料微观结构表征的关键技能。 第三章：功能性晶体材料 本章聚焦于那些因其独特的晶体结构和电子排布而展现出特殊宏观功能的晶体材料。 3.1 电子与半导体晶体： 首先讨论晶体能带理论的基础，包括周期性势场下的电子波函数和能带的形成。重点分析硅、锗等元素半导体以及砷化镓等化合物半导体的能带结构（直接带隙与间接带隙的差异），以及掺杂对载流子浓度的调控。在此基础上，深入探讨晶体生长技术（如柴氏法、区熔法）在制备高纯度单晶衬底中的关键作用。 3.2 压电与铁电晶体： 介绍材料的宏观极化现象。解释压电效应的微观机理，即晶体变形引起电偶极矩变化的现象，并讨论其在传感器和换能器中的应用。对于铁电晶体，本章将深入剖析其自发极化、居里温度以及电滞回线特性，并分析铁电畴的形成与翻转过程，这些是先进存储器和非线性光学器件的基础。 3.3 离子导体与固态电解质： 讨论离子在晶体点阵中的扩散机制，对比亚音特结构、萤石结构等高离子导电性晶体结构的设计原则。重点分析锂离子电池中固态电解质的性能要求，如电化学窗口和离子迁移率，并探讨界面阻抗在全固态电池中的影响。 第四章：材料的热力学与动力学基础 材料的相变与微观结构演化过程严格遵循热力学和动力学规律。本章将系统回顾晶体材料相关的热力学原理。 4.1 晶体相图与热力学稳定性： 介绍吉布斯自由能（G）在相平衡中的核心地位，并阐述如何构建和解读二元及三元相图（如铁-碳相图、硅-锗相图）。重点分析固溶体的形成条件（如霍姆-罗瑟里准则）以及相分离的驱动力。理解相图是控制材料制备过程中微观结构的关键。 4.2 成核与生长动力学： 深入探讨晶体相变过程中的动力学控制，特别是异质形核与均质形核的理论。详细介绍经典成核理论（CNT），包括临界核半径、形核功和激活能。在生长方面，分析界面控制的生长机制，如螺旋生长、切面生长，以及生长速率对方晶形态和取向的影响。这些动力学过程直接决定了最终材料的晶粒尺寸、晶界特征和力学性能。 第五章：晶体塑性与机械行为 晶体的机械性能与其内部的位错运动紧密相关。本章专注于解析晶体材料的形变机制。 5.1 位错理论的深入应用： 回顾位错的类型（刃位错、螺型位错、混合位错）和它们的 Burgers 矢量。核心内容是分析位错在晶格平面上的运动（滑移）和在不同滑移系之间的转换（攀移）。引入临界分切应力（CRSS）的概念，并解释其对单晶拉伸实验结果的指导意义。 5.2 强化机制与蠕变： 探讨如何通过晶体结构控制来提升材料的强度。详细分析几种主要的强化机制：晶界强化（Hall-Petch关系）、固溶强化（基于应变场叠加）、沉淀强化（双相材料）和加工硬化（位错缠结）。对于高温应用，本章将分析蠕变现象，包括扩散蠕变（Nabarro-Herring和Coble蠕变）和位错蠕变，并讨论晶界工程在抑制高温蠕变中的作用。 第六章：薄膜沉积与表面工程 本章侧重于通过外延生长技术在衬底上制备具有特定晶体取向和结构的薄膜材料。 6.1 气相沉积技术： 详细介绍化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）的基本原理。在CVD中，重点分析反应物传输、表面反应动力学以及薄膜的生长模式（如岛状生长、层状生长）。在PVD中，对比溅射和蒸发的机制，并讨论等离子体对薄膜质量的影响。 6.2 外延生长与应力管理： 阐述异质外延（Heteroepitaxy）中晶格失配（Lattice Mismatch）引起的应变积累。引入临界薄膜厚度的概念，解释当薄膜厚度超过临界值时，如何通过位错的形成（如Misfit Dislocation）来释放应力。讨论如何通过应变工程来调控薄膜的电子特性，这在高性能电子器件制造中至关重要。 第七章：晶体缺陷的电子与光学特性 晶体中的缺陷并非总是有害的，在许多情况下，特定的缺陷是功能得以实现的关键。 7.1 缺陷与发光/吸收： 分析点缺陷如何作为光子吸收或发射的中心。对于半导体材料，详细讨论施主和受主能级在带隙中的位置，以及载流子复合导致的辐射复合机制（直接与间接）。讲解在LED和激光器中，晶体缺陷和微观结构对手电致发光效率的负面影响。 7.2 晶界对电荷传输的影响： 探讨晶界如何充当电荷的陷阱或传输通道。在多晶体中，晶界电阻和势垒的形成机制，以及它们如何影响材料的整体电导率和载流子迁移率。讨论在晶体材料的生长过程中，如何控制杂质的偏析和晶界的纯净度以优化电学性能。 第八章：先进计算模拟方法 本章介绍现代计算工具在晶体材料设计与预测中的应用。 8.1 密度泛函理论（DFT）： 讲解DFT的基本框架，如何通过电子密度来求解薛定谔方程，以计算晶体的基态性质，如晶格常数、结合能、电子密度分布和能带结构。分析DFT在预测新材料相稳定性和电子特性中的优势与局限性。 8.2 经典分子动力学（MD）： 阐述MD模拟的原理，即基于牛顿运动定律对原子或离子进行追踪。重点介绍势函数（如嵌入原子法EAM、Lennard-Jones势）的选择，以及MD在模拟晶体动力学过程中的应用，例如位错运动、扩散路径、相变过程和热力学性质的计算。强调MD如何与实验观测相结合，提供原子尺度的见解。 通过对上述八个章节的系统学习，读者将建立起从原子尺度晶体结构到宏观材料功能之间完整的知识体系，为深入研究和开发各类晶体功能材料奠定坚实的理论和实验基础。

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这本书的排版和设计，给我一种强烈的“年代感”。虽然内容是关于尖端技术的，但内页的字体选择和间距处理，以及黑白插图的墨迹清晰度，都让人感觉像是翻阅一本上世纪末的教材。在图像质量方面，虽然核心的示意图还算清晰，但用于辅助理解的各种病例照片或功能显像图，分辨率普遍偏低，色彩还原度堪忧。这在涉及到需要细致区分不同显像剂摄取程度的定量分析时，造成了极大的阅读障碍。例如，在讨论骨显像的早期病灶识别时，那些微弱的骨髓活动增强信号，在书中的低分辨率图片上几乎无法分辨，这让读者很难建立起对“早期”这一概念的直观认识。相较于现在市场上其他医学书籍精美的全彩印刷和高清图谱，这本书在视觉呈现上明显落后了一个时代，这极大地分散了阅读的注意力，迫使读者必须过度依赖文字描述来重建脑海中的图像世界，着实令人感到遗憾。

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阅读体验上，这本书的叙事风格是一种典型的“学术布道”模式。作者似乎坚信，只要将所有知识点铺陈开来，读者自然会从中构建起完整的知识体系。这导致全书的阅读节奏非常平稳，缺乏抑扬顿挫的引导。在讨论到肿瘤显像剂的选择时，作者列举了近二十种不同靶向分子的作用机制，每一个都写得面面俱到，文献引用密集，但对于这些分子在实际应用中哪个更具敏感性或特异性，缺乏一个强有力的、基于经验的总结性评价。我经常需要放下书本，上网搜索这些药物在实际病例中的表现，才能将书中的理论知识与临床实践联系起来。书中仿佛有一道无形的墙，将深奥的原理和日常的临床决策分割开来。对于那些期望通过阅读快速提升阅片能力的读者而言，这本书提供的知识密度过高，信息过载，转化效率偏低，更像是一部供人随时查阅的“百科全书”，而非一本能带领人循序渐进掌握技能的“教程”。

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翻开这本书，最直观的感受是其内容编排的逻辑性似乎是按照“设备制造”而非“临床诊断”的顺序来组织的。初学者的视角来看，它似乎更像是一本面向技师而非医生的教科书。书中对不同型号扫描仪的性能比较分析，详尽得令人咂舌，甚至详细到了不同厂家设备的售后维护周期对比，这对于我这种主要关注患者管理和影像判读的人来说，显得有些跑偏了。我期待的是如何鉴别甲状腺扫描中残留甲状腺组织与结节的形态学差异，这本书却花了大量的篇幅去讨论如何校准伽马相机的均匀性。当然，不可否认，这种从硬件源头追溯的严谨性，使得我对整个成像链条的理解得到了极大的深化，明白了为什么有些图像会出现所谓的“热点”或“冷斑”。然而，在关键的临床适应症和禁忌症的阐述上，篇幅相对压缩，很多实战中需要立即决断的问题，书中给出的指引显得过于保守和笼统，像是教科书式的标准答案，缺乏一线操作中那种灵活的应变指导。

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这本关于核医学的入门读物，坦白说，给我的感觉就像是走进了一个全新的迷宫。从第一页开始，作者就用一种近乎学术论文的严谨态度，将我们带入了放射性同位素的基础物理和化学世界。我原以为会更侧重于临床应用，结果却发现大量篇幅被用来解释衰变理论和探测器原理。这对于一个希望快速掌握诊断流程的临床新手来说，无疑是一个不小的挑战。书中的图表质量极高，特别是关于SPECT和PET成像原理的剖面图，细节丰富到令人称奇，但相应的文字解释有时显得过于晦涩，需要我反复阅读甚至查阅其他资料才能勉强跟上作者的思路。特别是讲解能量窗口设置和剂量计算的那几章，仿佛是在进行一场高难度的数学推演，而非医学科普。我感觉作者似乎更偏向于培养未来的核物理工程师，而非日常操作的医师。整个阅读过程充满了求知欲被极大激发后的疲惫感，但硬核的知识储备确实扎实，只是期望它能更“接地气”一些，少一些理论的深潜，多一些临床场景的映射，让基础知识的学习过程不至于如此枯燥和抽象。

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从一个临床医生的角度来看，这本书在“跨学科整合”方面做得略显不足。核医学本身就肩负着连接物理学、药学和临床医学的重任，但这本书的论述，似乎过于强调了物理基础的不可动摇性，而将临床应用部分处理得像是一个后续的、相对次要的补充说明。例如，在讨论肾动态显像时，书中对不同拟合公式的数学推导非常详尽，但对于如何根据患者的心功能状态选择最合适的排泄模型，缺乏深入的讨论。很多时候，我们遇到的病人并非教科书上的“理想模型”，而是伴有多种共病的复杂个体。我更希望能看到更多关于“当理论模型遇到临床现实”的讨论，比如如何处理因药物相互作用导致的显像异常，或者在特定病理状态下，显像剂的分布和清除速率会发生哪些非预期的改变。这本书提供了坚实的“应该是什么”的理论框架，但对于“在复杂情况下它会变成什么样”的应对策略，却显得有些苍白无力，留下了一个巨大的实践鸿沟等待我去填补。

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