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出版者:华东理工大学出版社

作者:宁桂玲 编

出品人:

页数:358

译者:

出版时间:2007-9

价格:39.80元

装帧:

isbn号码:9787562821243

丛书系列:化学与应用化学研究生教学用书

图书标签:

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现代材料科学前沿：功能性晶体与新型能源载体 作者： [虚构的资深材料学家姓名，例如：张伟，李明] 出版社： [虚构的知名学术出版社名称，例如：蓝天科学出版社] ISBN： [虚构的ISBN号，例如：978-7-5063-9987-6] --- 卷首语：跨越界限的探索 在二十一世纪的科技浪潮中，人类对物质世界的理解正以前所未有的深度和广度扩展。我们的未来，在很大程度上取决于能否精确地设计、合成并调控那些在纳米尺度上展现出奇特性能的材料。本书并非聚焦于经典的无机化学理论的系统性梳理，而是将视野投向材料科学最活跃、最具颠覆性的前沿领域：功能性晶体的设计与生长、新型能源存储与转化体系的构筑，以及高熵合金与拓扑材料的奇异物理性质研究。 本书旨在为高年级本科生、研究生以及致力于新材料研发的科研人员，提供一个深入、前沿且极具实践指导意义的参考框架。我们摒弃了对传统元素周期律的冗长回顾，转而聚焦于如何利用晶格工程、界面物理学和高通量计算等先进手段，创造出具有特定功能（如催化、光电转换、超导或生物相容性）的新型固体材料。 --- 第一部分：晶体结构与界面调控的艺术 本部分着重阐述现代晶体生长与结构表征的精细化控制。我们不再满足于宏观尺度的材料制备，而是深入探讨原子排列对材料宏观性能的决定性影响。 第一章：非平衡态晶体生长动力学 本章深入探讨了超越热力学平衡条件的晶体生长方法。重点分析了溶液外延（Solution Epitaxy）和化学气相沉积（CVD）在高精度薄膜生长中的应用。我们将详细解析原子层沉积（ALD）中自限制生长的机理，以及如何通过精确控制反应气氛和温度梯度，实现对缺陷密度和晶界结构的亚纳米级调控。此外，我们还首次系统性地介绍了机械力化学合成法（Mechanochemistry）在合成高能量密度固态材料中的应用潜力，及其与传统高温固相反应的区别。 第二章：高熵与多主元体系的构筑原理 当前材料设计的一个重要趋势是引入多主元体系（Multi-Principal Element Systems, MPEs）。本章将集中探讨高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）的“迷理想”状态（Quasi-Random State）如何影响其机械性能和耐腐蚀性。我们将超越简单的组分随机性描述，聚焦于局域结构畸变、子晶格有序化（Chemical Short-Range Ordering, CSRO）对材料硬度、韧性和催化活性的调控机制。同时，对高熵氧化物在固态电解质和高温陶瓷中的潜在应用进行了详尽的分析。 第三章：拓扑材料的能带工程 拓扑材料是凝聚态物理学的热点。本章详细介绍了狄拉克半金属、Weyl半金属以及拓扑绝缘体的设计原则。重点不在于证明其拓扑不变量，而在于如何通过表面/界面掺杂、应变工程或二维层数控制，有效地打开或关闭拓扑表面态，从而实现对电荷输运、自旋霍尔效应的精细操控。章节中包含了对近年来被发现的非传统拓扑材料（如铁磁性拓扑材料）的最新研究进展。 --- 第二部分：能源存储与转化的功能材料平台 本部分全面覆盖了面向可持续能源挑战的先进材料系统，重点放在电化学和光电催化领域。 第四章：下一代固态电解质的分子设计 锂离子电池的安全性与能量密度瓶颈主要受限于液态电解质。本章聚焦于无机固态电解质的设计与优化。详细讨论了硫化物基（如Li7P2S11家族）和氧化物基（如LLZO）电解质的离子传导机制、界面阻抗问题。特别地，本章引入了准二维（Quasi-2D）结构的锂离子导体设计，探讨如何通过引入层间阻碍和优化晶界相，实现超高离子电导率。内容侧重于电化学窗口的拓展和与电极界面的稳定化策略。 第五章：光电催化剂的表面活性位点调控 水分解制氢是未来清洁能源的关键技术之一。本章不再泛泛而谈光催化剂的原理，而是聚焦于活性位点工程。详细分析了单原子催化剂（Single-Atom Catalysts, SACs）在负载型光催化剂中的构建策略，以及如何利用表面缺陷工程（如氧空位、晶格畸变）来优化光生载流子的分离效率和反应能垒。讨论内容涵盖了可见光区吸收的量子点敏化体系以及用于二氧化碳还原的分子/固体耦合催化剂。 第六章：热电材料的载流子与声子协同输运调控 热电材料能够实现热能与电能的相互转换。本章深入探讨如何通过材料结构设计实现“高电导率-低热导率”的解耦优化。内容包括利用纳米孪晶结构、晶格局部应变或引入点缺陷/纳米析出相来高效散射晶格热振动（声子），同时保证费米能级处的电子传输性能。本章提供了多种热电材料（如碲化物、锰氧化物）的设计案例，并对比了其ZT值的局域增强机制。 --- 第三部分：先进计算辅助下的材料发现 本部分阐述了计算化学和材料信息学如何加速功能材料的研发进程，强调理论预测与实验验证的循环反馈机制。 第七章：第一性原理计算在结构预测中的应用 本章侧重于密度泛函理论（DFT）在预测材料结构稳定性、电子结构和预测新相方面的具体操作流程。我们将详细介绍如何使用CP2K或VASP等软件包，对复杂晶体结构（如钙钛矿、金属有机骨架）进行构象搜索、缺陷形成能计算以及赝势的选择策略。重点在于如何将计算结果（如态密度、能带结构）准确地与高分辨率透射电镜（HRTEM）数据进行耦合分析。 第八章：材料信息学与高通量筛选 介绍如何构建和利用材料数据库（如Materials Project）。重点探讨机器学习（ML）模型在加速特定功能材料（如电池材料、催化剂）筛选中的应用。内容涉及描述符（Descriptors）的选择（如化学势、晶格参数）、高通量计算流程的设计，以及如何利用贝叶斯优化等方法指导后续的实验合成方向，显著缩短新材料的发现周期。 --- 结语：面向未来的材料系统集成 本书的收尾部分强调，未来的材料科学已不再是单一学科的突破，而是结构、功能与性能的系统集成。我们鼓励读者将晶体工程、界面物理与计算模拟紧密结合，以期突破当前材料科学的性能极限。本书提供的是一个充满挑战与机遇的路线图，激发研究者在更广阔、更精密的尺度上，设计并创造出驱动下一代技术革命的物质基础。 --- 参考与致谢： 本书的论述高度依赖于过去十年中在凝聚态物理、电化学和材料表征领域取得的突破性进展。致谢部分特别提到了[虚构的几位资深同行和合作机构]，他们的工作为本书提供了坚实的理论和实验基础。 关键词索引： 晶格工程、高熵合金、拓扑绝缘体、固态电解质、单原子催化剂、界面阻抗、DFT计算、材料信息学。

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《固态离子学与能源转换》这本书，成功地将一个高度专业化的尖端领域，以一种非常贴近工程应用的方式展现了出来。这本书的重点显然是放在“如何利用固态电解质实现高效储能”这一核心目标上的。作者对离子导电机制的讲解非常到位，特别是对晶格缺陷（如肖特基缺陷和范德华缺陷）如何促进离子迁移的微观过程进行了详细的建模和模拟分析，让人对“跳跃”而非“流动”的离子运动有了深刻理解。书中对不同固态电解质类型（如氧化物系、硫化物系、聚合物系）的优缺点对比极其客观和详尽，没有过度美化任何一种技术。最实用的部分是关于界面阻抗的章节，作者深入分析了电极/电解质界面处极化现象的成因，并提出了几种降低界面电阻的有效策略，这些内容对于正在设计下一代电池的工程师来说，简直是不可多得的内部参考资料。这本书的价值在于其极强的应用导向性，它让理论知识和工业实践之间架起了一座坚实的桥梁。

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《元素周期律的魔法解析》这本书简直是化学学习的里程碑！我花了整整一个暑假才啃完，但收获绝对是超乎想象的。作者似乎有一种魔力，能将那些晦涩难懂的元素性质和周期性规律讲得如同神话故事一般引人入胜。尤其是关于稀土元素电子排布与磁性的那一章，原以为会是枯燥的理论堆砌，结果作者通过几个精彩的案例分析，比如某些高性能永磁材料的结构秘密，让我对“电子云”这个概念有了前所未有的直观感受。书中对早期化学家们摸索规律的过程描写得栩栩如生，完全能体会到他们推翻旧理论、建立新模型的艰辛与智慧。比如，关于门捷列夫如何依据“空位”预言新元素的桥段，读起来简直让人热血沸腾，仿佛身临其境地参与了那场科学的猜谜游戏。这本书的结构编排也极其巧妙，从宏观的周期性趋势，逐步深入到微观的原子轨道理论，逻辑链条清晰得让人不得不佩服作者深厚的功底。它不是那种只罗列公式和结论的教本，而是充满了对化学世界的好奇心和探索欲的引导，让我第一次意识到，化学这门学科的魅力远不止于实验室里的试剂反应。

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我是一个对基础理论有着近乎偏执追求的工科生，所以当我翻开《量子化学导论：从薛定谔到分子轨道》时，内心是既期待又忐忑的。这本书的内容深度远超我预期的“入门”级别，它更像是一本为研究生准备的精炼教材。作者对数学工具的应用达到了令人叹服的程度，每一条推导过程都严谨得像是几何证明，毫无含糊之处。特别是关于变分法在计算基态能量中的应用那一节，作者没有满足于给出标准公式，而是深入剖析了波函数选择对结果精度的影响，甚至还附带了对“完备基组”这个概念的哲学式探讨，读来令人深思。这本书最让我印象深刻的是其严谨的学术态度，它不强求读者立刻掌握所有复杂的积分和矩阵运算，而是更注重培养读者对“近似”在量子化学中的必要性和局限性的理解。对我来说，这本书就像一座高耸的学术灯塔，虽然攀登过程异常艰辛，但站在其顶端俯瞰整个分子世界的量子图景时，那种豁然开朗的感觉是无可替代的。它强迫我重新审视了许多在本科阶段被简单带过的概念，真正理解了“一切皆由概率决定”的深刻内涵。

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《材料科学中的晶体结构与衍射技术》这本书，简直是为材料分析人员量身定做的“工具箱”。我原以为它会是一本偏重于实验操作手册的读物，但事实是，它对晶体学理论的阐述达到了教科书级别的高度。作者对布拉菲格子、晶系、以及点群对称性的讲解细致入微，通过大量高清的三维立体图示，即便是像我这样对空间想象力不太自信的人，也能轻松构建出复杂的晶体结构模型。更让人拍案叫绝的是，书中关于X射线衍射（XRD）的部分，不仅详细解释了布拉格定律的物理意义，还深入探讨了衍射峰的强度与结构因子之间的复杂关系，甚至还涉及了高分辨率透射电镜（HRTEM）图像的模拟与解析。书中穿插的几个“疑难杂症”案例分析，比如如何通过衍射图谱判断材料中的孪晶或层错，简直是实战宝典。读完后，我再看任何一块材料的XRD谱图，都不会仅仅停留在“峰位”和“半高宽”上，而是能立刻联想到原子在晶格中的具体排布和畸变情况，极大地提升了我的分析深度和解决问题的能力。

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读罢《配位化学：结构、反应与功能》，我感觉自己像是经历了一场色彩斑斓的分子芭蕾。这本书的叙事风格极其优美，充满了文学气息，完全没有传统无机化学书籍的刻板印象。作者对过渡金属配合物的电子排布和颜色成因的描述，简直是一场视觉盛宴。他没有拘泥于简单的晶体场理论（CFT）和配位场理论（Ligand Field Theory），而是巧妙地引入了分子轨道理论（MOT）的视角，解释了为什么某些配体能导致如此剧烈的光谱变化。特别是关于手性催化剂的设计那一章，作者用一种近乎艺术创作的笔调，描述了不对称诱导过程中分子间微小空间位阻如何决定最终产物的对映体过量值（ee值）。书中引用的反应案例都极具代表性，从经典的维尔纳理论到最新的点击化学中的金属催化，时间跨度极大，但叙述始终流畅自然。这本书不仅传授了知识，更激发了我对“分子工程学”这一领域的无限遐想，让人渴望去创造那些前所未见的、具有特定功能的复杂分子结构。

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