Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths Volume 11 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier Science Pub Co

作者:K.A. Gschneidner

出品人:

页数:594

译者:

出版时间:1988-07-01

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444870803

丛书系列:

图书标签:

• 稀土
• Rare Earths
• Physics
• Chemistry
• Materials Science
• Condensed Matter Physics
• Spectroscopy
• Magnetism
• Luminescence
• Chemical Physics
• Inorganic Chemistry

稀土元素物理与化学手册 第十一卷：前沿进展与新兴应用 图书简介 《稀土元素物理与化学手册》系列一直以来都是该领域内公认的权威参考书目，以其深度和广度而著称。本卷，第十一卷，聚焦于稀土元素研究领域近年来取得的突破性进展，以及这些元素在尖端技术和新兴应用中的潜力。本书汇集了全球顶尖学者的最新研究成果，旨在为材料科学家、化学家、物理学家、工程师以及研究生提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识平台。 本卷的结构设计，旨在系统地梳理和探讨稀土元素在特定功能材料设计、复杂体系相互作用机制、以及可持续发展技术中的关键角色。内容涵盖了从基础物理化学原理的深入探究，到高新技术领域中具体应用的实例分析。 --- 第一部分：稀土化合物的结构与电子态的精细调控 本部分深入探讨了稀土离子在不同晶格环境下的电子结构、磁性起源以及光学特性的精细调控。 1. 新型稀土氧化物与氟化物的晶体化学： 重点关注了高熵氧化物（HEOs）和复杂氟化物体系中稀土离子的配位环境对宏观性能的影响。探讨了通过替代（Doping）和晶格缺陷工程来稳定非传统晶相，以及由此带来的光催化活性和高温稳定性的提升。例如，研究了 $ ext{Ln}_2 ext{Zr}_2 ext{O}_7$ 等 pyrochlore 结构材料中，通过改变 $ ext{Ln}$ 元素的原子尺寸对晶格振动模式和热输运性能的耦合效应。 2. f 电子的相对论效应与自旋-轨道耦合： 深入分析了重稀土元素（如 $ ext{Dy}, ext{Er}, ext{Yb}$）中强烈的自旋-轨道耦合（SOC）对磁各向异性及磁畴结构的影响。引入了先进的第一性原理计算方法（如 GGA+U 和混合密度泛函理论），精确模拟了 $ ext{Ln}^{3+}$ 离子的 $4f$ 轨道能级分裂，特别是在高压和极端温度下的行为变化。这为设计高性能永磁体和单分子磁体（SMMs）提供了理论基础。 3. 稀土掺杂对发光材料的效率和色纯度影响： 本节详细考察了 $ ext{Ce}, ext{Tb}, ext{Eu}$ 等离子在窄带隙半导体（如氮化物、磷化物）和氧化物基质（如 $ ext{YAG}, ext{LuAG}$）中的能量转移机制。重点讨论了交叉弛豫（Cross-Relaxation）和上转换（Upconversion）现象的动力学过程，并提出了抑制浓度猝灭（Concentration Quenching）的新策略，如利用间隔离子或结构工程来优化离子间距。此外，对新型近红外（NIR）发光材料（如 $ ext{Er}^{3+}: ext{Y}_2 ext{Si}_2 ext{O}_7$）在生物成像中的应用潜力进行了评估。 --- 第二部分：稀土在催化、能源与环境科学中的应用 本部分侧重于稀土元素作为功能添加剂、结构模板或活性中心的最新应用研究，特别关注其在可持续化学和清洁能源技术中的作用。 4. 稀土在多相催化剂中的协同效应： 探讨了 $ ext{CeO}_2$ 基催化剂中氧空位调控的重要性。研究了添加 $ ext{La}$ 或 $ ext{Nd}$ 如何稳定高价态的 $ ext{Ce}^{4+}$ 表面物种，从而增强其在水煤气变换（WGS）反应和选择性催化氧化中的氧化还原循环效率。同时，分析了负载型稀土催化剂（如 $ ext{Ln}/ ext{Pt}$ 体系）的界面结构，揭示了稀土氧化物与贵金属纳米颗粒之间的强相互作用（SMSI效应）如何提高催化剂的抗烧结能力和反应活性。 5. 稀土在固体氧化物燃料电池（SOFCs）中的电解质与电极材料： 重点介绍了基于掺杂 $ ext{ZrO}_2$（如 $ ext{ScSZ}$）和 $ ext{La}$-钙钛矿氧化物（如 $ ext{LSM}, ext{LSC}$）作为高温电解质和阴极材料的研究进展。分析了 $ ext{Gd}$ 或 $ ext{Sm}$ 掺杂对晶格氧离子电导率的影响机制，强调了晶界电阻的降低对于提高电池整体性能的关键性。此外，探讨了稀土作为新型电极材料（如 $ ext{LnFeO}_3$）在降低电池工作温度方面的潜力。 6. 稀土在环境修复与分离技术中的创新： 关注稀土修饰的吸附剂在水处理中的应用，特别是针对新兴污染物（如抗生素、内分泌干扰物）的选择性去除。研究了具有特定表面官能团的稀土有机骨架材料（MOFs）和共价有机框架材料（COFs），利用其高孔隙率和可调控的表面酸碱性，实现对重金属离子和放射性核素（如 $ ext{U}$ 和 $ ext{Pu}$）的高效选择性吸附与分离。 --- 第三部分：前沿功能材料与器件集成 本部分聚焦于稀土元素在信息存储、量子计算和先进传感领域的最新器件级应用。 7. 稀土离子在拓扑材料和自旋电子学中的应用： 探讨了将稀土原子引入二维材料（如石墨烯、 $ ext{TMDs}$）或拓扑绝缘体薄膜中，以诱导或增强其内部的磁性或手性性质。研究了稀土掺杂的铁磁性半导体中，稀土离子自旋矩如何耦合到导带电子，从而影响隧穿磁阻（TMR）效应。这为开发基于稀土的自旋电子器件奠定了基础。 8. 稀土在量子信息处理中的前景： 深入分析了 $ ext{Pr}^{3+}, ext{Eu}^{3+}$ 等稀土离子作为固态量子比特的潜力。讨论了如何通过精确控制晶体场环境来最小化核自旋和环境噪声，从而实现长相干时间。特别关注了基于稀土掺杂晶体的光磁耦合机制，旨在实现高效的量子存储和光子-自旋接口。 9. 稀土基纳米结构的高性能传感器： 介绍了利用稀土掺杂的纳米晶体（如量子点、纳米棒）作为高灵敏度化学传感器和生物传感器的设计原理。重点阐述了表面等离激元共振（SPR）与稀土发光猝灭或增强的耦合效应，用于痕量物质的检测。例如，基于 $ ext{CeO}_2$ 纳米粒子表面的氧气响应机制研究，及其在高温环境下的长期稳定性验证。 --- 总结与展望 第十一卷的内容体现了稀土科学研究正从传统的材料制备与性能表征，向更加精细化的原子尺度调控和跨学科的集成应用迈进。本书不仅提供了对当前研究热点的详尽回顾，更指明了未来稀土研究在可持续能源、先进计算和环境技术领域的发展方向，是该领域研究人员不可或缺的工具书。

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