Structure and Chemistry of Crystalline Solids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Douglas, Bodie E./ Ho, Shih-Ming

出品人:

页数:358

译者:

出版时间:2006-6

价格:$ 258.77

装帧:HRD

isbn号码:9780387261478

丛书系列:

图书标签:

• 固体化学
• 晶体结构
• 材料科学
• 化学键
• 晶体学
• 固体物理
• X射线衍射
• 相图
• 材料性质
• 结构化学

晶体结构与化学导论：探索物质的微观有序世界 本书旨在为读者提供一个全面而深入的入门指南，探索晶体物质的结构、化学键合、性质以及其在现代科学与技术中的应用。本书不涉及特定书目《Structure and Chemistry of Crystalline Solids》的具体内容，而是从基础原理出发，构建一个关于晶体学、固体物理化学以及材料科学的广阔图景。 --- 第一章：物质的宏观形态与微观秩序的起源 本章首先探讨物质在宏观尺度上的多样性，重点区分非晶态（无定形）物质与晶体态物质的根本差异。我们将深入分析晶体学定义的基石——长程有序性（Long-Range Order）的物理意义。 晶体的基本概念： 晶体是由原子、分子或离子按照严格、周期性的三维点阵排列而成的固体。我们将介绍晶格（Lattice）、基矢（Basis/Translation Vectors）以及晶胞（Unit Cell）的概念，这些是描述所有晶体结构的基础数学工具。通过引入布拉维点阵（Bravais Lattices）及其七大晶系，读者将理解如何用最少的参数来描述无限延伸的周期性结构。 对称性原理： 对称性是晶体结构中最核心的美学与物理特征。本章将详细讲解晶体中可能存在的旋转轴、反演中心和镜面，并介绍 Schoenflies 符号和国际晶体学符号（Hermann-Mauguin Notation）在描述点群和空间群时的应用。理解对称性不仅是识别晶体形态的需要，更是预测其宏观物理性质（如压电性、光学活性）的关键。 从点阵到倒易点阵： 晶体衍射实验（如X射线、中子衍射）是确定晶体结构的主要手段。因此，理解倒易点阵（Reciprocal Lattice）至关重要。本章将解释倒易点阵如何与实空间点阵相关联，并阐述布里渊区（Brillouin Zone）在描述电子能带结构中的核心地位。 --- 第二章：晶体结构的几何分类与实例解析 本章将从理论走向实践，系统性地介绍三大类常见晶体结构，并结合实际材料进行深入分析。 密堆积结构： 理想的球体堆积是最有效的空间利用方式。我们将分析六方最密堆积（HCP）和面心立方堆积（FCC，即立方最密堆积）的形成过程，讨论堆积效率（Packing Efficiency）的计算，以及四面体和八面体空隙的几何特征。以金属如镁（Mg，HCP）和金（Au，FCC）为例，说明这些结构如何影响金属的延展性和晶面滑移。 离子晶体结构： 离子化合物的结构由离子半径比和电荷平衡决定。我们将详述几种经典的离子结构模型： 1. 岩盐结构（NaCl Type）： 分析其配位数、晶格能的估算，并讨论取代缺陷对化学计量的影响。 2. CsCl 结构： 比较其与岩盐结构的密度差异。 3. 萤石结构（CaF₂ Type）与反萤石结构： 探讨阳离子和阴离子对堆积方式的影响。 共价与分子晶体： 结构多样性显著的共价晶体（如金刚石、硅）因其强烈的方向性键合而展现出极端的硬度和高熔点。我们将解析金刚石的 $sp^3$ 杂化模型与硅的结构关联。分子晶体（如冰、干冰）的稳定性则主要依赖于范德华力或氢键，本章将对比它们与前两类晶体的物理性质差异。 --- 第三章：晶体化学键合理论基础 晶体宏观性质的根源在于其内部的化学键合性质。本章深入探讨构成固态物质的主要化学作用力。 离子键与晶格能： 详细介绍Madelung常数的计算方法，理解晶格能（Lattice Energy）对离子晶体稳定性的决定性作用。引入Born-Haber循环来估算晶格能，并讨论范德华力在弱键合体系中的作用。 共价键的局域化与离域化： 探讨如何使用价键理论（VB）和分子轨道理论（MO）来理解共价键的方向性。着重分析半导体和绝缘体中，电子占据的价带（Valence Band）和空置的导带（Conduction Band）的形成，以及它们之间的能隙（Band Gap）对材料电学性质的控制。 金属键与电子“海洋”模型： 描述金属晶体中价电子的离域性，及其对高导电性、延展性和光反射性的贡献。本章将引入能带论的初步概念，解释为什么金属的费米能级位于能带内部。 --- 第四章：晶体缺陷的物理化学影响 理想的晶体结构在现实中并不存在。晶体缺陷（Defects）是调控材料性质，实现功能化的关键。本章将系统地分类和分析这些“不完美”之处。 零维缺陷（点缺陷）： 重点分析空位（Vacancy）、间隙原子（Interstitial）和替位原子（Substitutional Atom）。对于离子晶体，讨论Schottky缺陷和Frenkel缺陷的热力学平衡浓度，以及它们如何影响扩散和电导率。 线缺陷（位错）： 位错是决定金属塑性变形和材料机械强度的核心。本章将详细描绘刃型位错、螺型位错及其混合型位错的几何结构，并讨论位错运动、缠结和攀移（Climb）机制。 面缺陷与体缺陷： 介绍晶界（Grain Boundaries）、孪晶界（Twin Boundaries）和堆垛层错（Stacking Faults）对材料微观结构和宏观力学性能的影响。例如，晶粒细化如何通过阻碍位错运动来提高钢材的强度（Hall-Petch 效应）。 --- 第五章：晶体结构与物性的关系——基础物理性质透视 本章将连接结构与宏观可测量的物理性质，展示晶体对称性与物理响应的内在联系。 晶体光学性质： 解释各向同性（如立方晶体）与各向异性（如单轴晶体）在光折射行为上的区别。引入双折射现象，以及偏振光在晶体中的传播特性。 电学与磁学性质： 阐述电导率、介电常数如何受限于电子的能带结构和离子的极化率。在磁性方面，区分顺磁性、抗磁性，并引入铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的基本结构起源，强调原子磁矩的排列方式决定了宏观磁矩的产生。 热力学与动力学： 讨论晶格振动（声子，Phonons）的概念，它是理解晶体比热容和热导率的基础。通过固态扩散的Arrhenius关系，分析点缺陷在高温下对物质输运性质的控制作用。 --- 总结与展望： 本书为读者提供了探索晶体世界的基础工具箱。从理解原子如何精确地排列成周期性结构，到认识这些结构如何通过化学键合产生独特的物理和化学性质，再到理解缺陷如何成为材料工程的有效杠杆，本书构建了一个连贯的知识体系。掌握这些基础，是进一步深入研究材料科学、矿物学、半导体物理以及超导机制的坚实前提。 ---

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