Modelling of Microfabrication Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Nassar, Raja (EDT)/ Dai, W. (EDT)

出品人:

页数:350

译者:

出版时间:

价格:129

装帧:HRD

isbn号码:9783540002529

丛书系列:

图书标签:

• Microfabrication
• MEMS
• Modeling
• Simulation
• Manufacturing
• Engineering
• Technology
• Design
• Processes
• Materials

深入探索无机材料的结构、性能与应用：一本面向材料科学与工程的综合性著作 图书名称： 《先进无机材料的理论、制备与功能化：从基础到前沿应用》 本书简介 本书旨在为材料科学、化学工程、物理学以及相关交叉学科的研究人员、工程师和高年级本科生提供一个全面而深入的视角，探讨当代无机材料领域的核心理论、尖端制备技术以及功能化策略。不同于侧重于特定制造过程或微观结构建模的专著，本书聚焦于理解和调控宏观性能与微观结构之间的基本物理化学联系，尤其强调材料的本质属性、环境响应机制以及面向能源、环境和生物医学等重大挑战的应用潜力。 全书内容组织严谨，结构清晰，从无机材料的热力学基础和动力学演化入手，系统地梳理了晶体结构、缺陷化学、界面效应等决定材料特性的关键要素。随后，章节深入探讨了多种先进无机材料体系，包括高性能陶瓷、功能性金属氧化物、先进复合材料以及新型纳米结构材料，详述了它们的内在机制和功能实现路径。 --- 第一部分：无机材料的本征特性与理论基础 本部分奠定了理解所有无机材料的基础，侧重于其原子尺度和电子尺度的行为。 第一章：无机化学键与晶体结构热力学 本章详细阐述了离子键、共价键在无机化合物中的作用机制，并引入了离子半径规则、电荷密度分析等工具来预测晶体结构。重点讨论了晶格能计算、相图绘制方法，以及在不同温度和压力下材料相变的吉布斯自由能驱动力。特别关注了亚稳态的形成条件和热力学稳定性判据。 第二章：缺陷化学与非化学计量学 缺陷是赋予无机材料独特电学、光学和离子导电性的关键。本章系统介绍了点缺陷（空位、间隙原子、取代缺陷）的形成能和浓度分布，并利用肖特基-瓦根纳模型（Schottky-Wagner Model） 阐述了在不同气氛（氧化性/还原性）下非化学计量的演变规律。详细分析了缺陷对电荷载流子浓度的影响机制，为理解半导体和固态电解质的行为打下基础。 第三章：界面与表面物理化学 材料的功能往往由其表面和界面决定。本章深入探讨了界面能、晶格失配引起的应变效应，以及表面吸附的本质。引入了接触角、表面张力等宏观量与原子排列的联系。对不同晶面（如立方晶体的(100)、(110)面）的电子结构差异及其对催化活性的影响进行了详细的理论剖析。 第四章：输运现象的微观机理 本章专注于材料内部的传导过程。对于电子导电材料，阐述了能带理论、有效质量和载流子迁移率的物理图像。对于离子导电材料（如燃料电池电解质），则侧重于阿伦尼乌斯方程在离子跳跃过程中的应用，区分了晶格扩散和晶界扩散的差异。热输运方面，将通过布洛椤振动（Phonon） 散射理论解释晶格热导率的调控原理。 --- 第二部分：先进无机材料的合成、结构与功能调控 本部分将理论基础应用于具体的材料体系，重点讨论了如何通过精确的合成路径来定制所需的功能。 第五章：固相合成与高温反应动力学 本章详细考察了传统陶瓷和复合材料的制备方法。核心内容在于扩散机制（Fick定律）在固态反应中的主导作用，以及颗粒形貌、烧结致密化过程的动力学控制。深入分析了反应活化能、烧结温度与最终材料微观结构（晶粒尺寸、孔隙率）的对应关系。 第六章：溶胶-凝胶法与化学共沉淀技术 针对制备高纯度、纳米尺度材料的化学方法，本章详述了水解、缩合反应的机理，以及pH值和络合剂对前驱体聚合速度和最终产物形貌的精细控制。讨论了溶胶-凝胶法在制备薄膜和多孔材料中的优势，以及如何通过后处理（煅烧）来消除有机残留物并诱导相变。 第七章：先进水热/溶剂热合成法 本章聚焦于在高温高压下利用溶液作为反应介质进行晶体生长的方法。强调了过饱和度、晶种存在对晶体形貌（如纳米棒、花状结构）的决定性影响。案例分析将涵盖高压下复杂氧化物和氢氧化物的合成，以及如何通过溶剂极性来引导特定晶面的暴露。 第八章：功能性氧化物的电化学行为 本章专门针对具有特定电学或离子学功能的氧化物（如钙钛矿、尖晶石结构）。核心在于电子结构与离子扩散通道的耦合。通过实例分析了如何通过元素掺杂（替代效应）来精确调节材料的电子浓度，从而优化其在电化学器件中的性能，例如提高氧化还原活性或降低界面阻抗。 --- 第三部分：前沿应用领域中的无机材料设计与挑战 本部分着眼于当前材料科学面临的重大工程挑战，展示了如何利用前述的理论和制备知识解决实际问题。 第九章：光催化与光电转换材料 本章探讨了宽禁带半导体材料（如TiO2、Ta3N5）在太阳能驱动的水分解和污染物降解中的作用。重点分析了光生载流子的分离效率、表面活性位点的设计。讨论了如何通过表面敏化或构建异质结来拓宽光吸收范围并抑制电子-空穴复合，从而提高量子效率。 第九章：耐高温与抗腐蚀陶瓷体系 针对极端环境下的结构材料需求，本章分析了高温陶瓷（如SiC、ZrB2）的抗氧化机理和断裂韧性来源。阐述了纤维增韧、裂纹偏转等增韧机制，以及陶瓷基复合材料在热震和氧化气氛下的服役性能评估方法。强调了热障涂层（TBCs）的设计原则，即如何平衡低导热性与高界面粘结力。 第十一章：生物惰性与生物活性无机材料 本章关注材料与生命系统的交互作用。详细讨论了生物活性玻璃和羟基磷灰石的溶解度、离子释放动力学以及它们与骨组织形成过程的分子机制。对于生物惰性材料，如氧化铝和氧化锆，则侧重于其表面电荷、蛋白质吸附和细胞相容性的调控，以确保其长期植入的稳定性。 第十二章：先进传感器的无机材料选择与设计 本章探讨了利用无机材料的电学或光学特性进行环境监测和组分分析。分析了金属氧化物半导体气体传感器（如SnO2）的工作原理，即表面吸附导致的电导率变化。同时，也涵盖了基于稀土离子发光的荧光材料在离子或温度传感中的应用，强调了量子效率与特定分析物选择性的关系。 --- 本书特点： 本书的撰写风格严谨且注重物理化学的内在逻辑，不侧重于设备操作流程或特定的商业化系统建模，而是致力于揭示材料体系的深层物理和化学规律。每一章的论述都紧密围绕材料的结构-热力学-功能之间的耦合关系展开，通过详细的理论推导和机制分析，帮助读者建立一个坚实的、跨越传统材料边界的知识框架。全书的案例选择聚焦于具有普适性原理的经典和前沿材料体系，确保知识的长期有效性。

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