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

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出版者:North Holland

作者:Karl A. Gschneidner

出品人:

页数:718

译者:

出版时间:1994-12-01

价格:USD 377.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444820150

丛书系列:

图书标签:

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

《稀土的物理与化学：理论、应用与前沿探索》 一部全面深入的现代稀土科学百科全书 引言：探索元素周期表中的“工业维生素” 稀土元素（Rare Earth Elements, REEs）——这个由镧系元素（镧至镥）以及钪和钇组成的独特家族，在当代高科技产业中扮演着不可或缺的核心角色。它们以其极为特殊的电子结构和电子排布，赋予了材料无与伦比的光学、磁学、催化和电学性能。然而，要真正驾驭这些“工业维生素”的潜力，需要对它们的电子结构、晶格化学、表面物理以及复杂体系中的相互作用有深刻的、跨学科的理解。 《稀土的物理与化学：理论、应用与前沿探索》正是为满足这一需求而精心编撰的权威性著作。本书汇集了全球领先专家在稀土领域的最新研究成果和深刻洞察，旨在为材料科学家、化学家、物理学家、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个全面、深入且与时俱进的知识平台。本书超越了对单一材料或单一效应的简单罗列，而是聚焦于稀土体系的基本原理、先进表征技术、跨学科应用拓展以及未来面临的挑战与机遇。 --- 第一部分：稀土的电子结构与基本物理化学（基础构建） 本部分是理解所有稀土现象的理论基石。我们深入剖析了稀土元素的独特电子结构，特别是 $4f$ 电子壳层在化学键合、光致发光和磁性中所扮演的关键角色。 第一章：$4f$ 电子的相对论效应与轨道耦合 详细探讨了稀土元素中，由于相对论效应（如狄拉克-库仑相互作用）对 $4f$ 轨道能级的影响。重点分析了自旋-轨道耦合（Spin-Orbit Coupling, SOC）的强度及其如何决定了稀土离子的光谱分裂（如杰夫-泰勒效应的弱化）和磁各向异性。引入了现代原子和分子物理学中描述稀土电子态的有效哈密顿量模型，包括 $LS$ 耦合和 $jj$ 耦合方案的适用性比较。 第二章：晶体场理论的精细化处理 阐述了稀土离子在不同晶格环境（如氧化物、氟化物、磷酸盐和金属间化合物）中经历的晶体场效应（Crystal Field Effects, CFE）。本书摒弃了简化的球对称模型，转而采用先进的牛顿势模型（NMA）和局部对称性方法，精确计算了晶体场参数 $B^k_q$。这一章对于预测和优化稀土发光材料和磁性材料的性能至关重要。 第三章：稀土在固态中的化学计量与缺陷工程 考察了稀土离子掺杂到宿主晶格时，如何影响材料的化学计量、缺陷生成与迁移。讨论了电荷补偿机制（如氧空位、间隙离子或价态变化），以及这些缺陷如何成为光催化活性位点或磁性耦合的媒介。引入了Born-Haber循环和密度泛函理论（DFT）计算在预测稳定掺杂结构中的应用。 --- 第二部分：先进表征技术与光谱学解析（探究工具） 本部分集中介绍如何利用尖端实验技术来解析稀土材料的微观结构和动态过程。重点在于非传统的、高灵敏度的表征手段。 第四章：高分辨光谱学的动态信息 不仅涵盖了传统的激发态光谱（Excited State Spectroscopy）和时间分辨荧光（Time-Resolved Fluorescence），更侧重于上转换发光（Upconversion Luminescence, UCL）的机理分析。深入探讨了稳态Raman光谱与非线性光学光谱（如二阶非线性散射）如何揭示稀土纳米粒子表面的官能团和界面极化效应。 第五章：同步辐射与中子散射技术 阐述了如何利用高能光源（如同步辐射）进行X射线吸收精细结构（XAFS）分析，精确确定稀土离子的局部配位几何（特别是短程有序结构）。此外，重点介绍了中子衍射在确定轻元素（如氢化物中的氢）与稀土离子共存时，对磁性结构和低对称性结构解析的独特优势。 第六章：磁共振技术在稀土体系中的应用拓展 超越标准的电子顺磁共振（EPR），本章详细讨论了核磁共振（NMR）在固态稀土化合物中的应用，特别是超高场NMR如何区分不同晶格位点上的稀土核磁矩，以及受激磁化衰减光谱（SQUID-SQUID）如何用于测量超快磁弛豫时间。 --- 第三部分：功能材料的跨界集成与前沿应用（创新驱动） 本部分聚焦于将基础物理化学原理转化为实际高性能器件和创新解决方案。涵盖了磁性、催化和生物医学三大前沿领域。 第七章：新型磁性材料的设计与调控 深入探讨了稀土-过渡金属（RE-TM）合金和金属有机骨架（MOFs）中的磁相互作用。重点讨论了如何通过磁各向异性工程来设计单分子磁体（Single-Molecule Magnets, SMMs），并分析了稀土离子在斯格明子（Skyrmions）和拓扑磁结构形成中的驱动力。 第八章：稀土基催化剂的界面化学 分析了稀土氧化物（如CeO2, La2O3）在环境和能源催化中的关键作用。着重阐述了氧离子迁移率、表面氧空位活性以及稀土/过渡金属界面处的电子转移机制。案例分析包括燃料电池中的固态电解质以及高效的CO氧化和光催化水分解。 第九章：生物医学成像与治疗的纳米尺度界面 本章关注稀土纳米粒子（如NaYF4基上转换纳米晶）在生物体系中的最新进展。讨论了多模态成像（UCL与磁共振成像的结合）的策略，以及如何通过表面修饰（PEG化、靶向配体）来优化其生物相容性、稳定性和光热/光动力治疗（PTT/PDT）的量子效率。 --- 结语：迈向智能与可持续的稀土未来 本书的最后一部分展望了稀土研究领域的未来方向，包括稀土元素的循环利用与可持续供应、基于深度学习的材料筛选以及在量子计算领域中利用稀土量子比特（如受限的$4f$能级作为量子存储器）的潜力。 《稀土的物理与化学：理论、应用与前沿探索》不仅是一本参考书，更是一份指引未来研究方向的蓝图，它强调了从原子层面理解到宏观器件实现的完整链条，是该领域研究人员和决策者案头必备的宝贵资源。

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