Controlled Growth of Nanomaterials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Ye, Changhui

出品人:

页数:467

译者:

出版时间:

价格:$ 165.30

装帧:HRD

isbn号码:9789812567284

丛书系列:

图书标签:

• 纳米材料
• 受控生长
• 材料科学
• 纳米技术
• 化学
• 物理
• 材料合成
• 晶体生长
• 薄膜
• 纳米结构

晶体结构与界面工程：先进功能材料的精准调控 作者： [作者姓名或机构名称，可自行设定，例如：张伟、李明、材料科学研究所] 出版社： [出版社名称，可自行设定，例如：科学技术出版社、先进材料研究中心出版] ISBN： [自行设定一个合理的ISBN] --- 本书简介 《晶体结构与界面工程：先进功能材料的精准调控》深入探讨了现代材料科学中最核心且最具挑战性的领域之一：如何通过对材料内部晶体结构和微观界面进行精细控制，从而实现对其宏观功能（如电学、光学、磁学和催化性能）的定向调控。本书聚焦于从原子尺度到纳米尺度的结构-性能关系，旨在为研究人员和工程师提供一套系统的理论框架和先进的实验技术指南，以期突破传统材料设计的瓶颈，催生下一代高性能功能器件。 第一部分：晶体结构基础与缺陷工程 本书的开篇部分奠定了理解先进材料行为的理论基石。我们首先回顾了晶体学的基本原理，包括布拉维格子、晶体对称性以及不同晶系下的原子堆积方式。重点讨论了如何利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等技术，准确解析复杂晶体结构，特别是对于高熵合金、多铁性材料和钙钛矿结构等新兴体系。 随后，深入剖析了晶体缺陷在材料功能实现中的双重作用。我们详细阐述了点缺陷（如空位、间隙原子、取代杂质）如何影响载流子浓度、离子扩散路径和电荷转移机制。书中包含了对位错（线缺陷）和晶界（面缺陷）的深入分析，特别关注了在半导体异质结和薄膜生长过程中，晶格失配如何诱导出应变场，进而影响电子能带结构和激子行为。通过详尽的案例研究，展示了如何通过精确控制缺陷的类型、浓度和空间分布，实现材料特定性能的优化，例如通过引入特定位错来增强压电响应，或通过调控氧空位来提升固态电解质的离子电导率。 第二部分：纳米尺度界面调控的物理化学 本书的核心篇章致力于探讨界面——材料功能得以集中体现的关键区域。界面不仅仅是两种材料的简单交界，更是发生复杂物理化学过程的活性区域。 2.1 异质结构界面物理： 详细分析了不同材料在界面处形成的能带弯曲、肖特基势垒的形成与调控。对于半导体/半导体和金属/半导体界面，我们讨论了费米能级钉扎效应、界面态的起源及其对器件性能（如晶体管的亚阈值斜率、光电二极管的开路电压）的决定性影响。通过第一性原理计算（DFT）的视角，揭示了界面结合能、电荷转移的微观机制。 2.2 机械应力与界面耦合： 探讨了机械形变如何通过弹性应变场，跨越晶格结构，传递并影响电子结构。书中阐述了“应变工程”在半导体材料（如硅锗合金、III-V族材料）中的应用，展示了如何通过衬底应变或外加机械压力，有效调控材料的有效质量和带隙，以提高载流子迁移率和光吸收效率。 2.3 表面与界面反应动力学： 关注在催化、传感和储能应用中至关重要的界面反应过程。内容涵盖了表面吸附位点的电子结构、反应能垒的精确计算，以及如何利用界面形貌（如锐化边缘、高曲率区域）来选择性地锚定活性物种，从而提升催化剂的周转频率和选择性。特别关注了电化学界面（如锂离子电池的固体电解质界面SEI），分析了界面层的化学组成、阻抗特性及其随充放电循环的演变。 第三部分：先进材料制备中的过程控制 实现对晶体结构和界面的精准调控，离不开对合成工艺的严格控制。本部分侧重于介绍当前主流的高精度材料制备技术，并将其与结构控制需求紧密结合。 3.1 气相沉积技术（CVD/ALD）： 深入分析了化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）在生长高质量薄膜中的优势。重点讨论了如何通过精确控制前驱体选择、反应温度、压力和脉冲时间，实现对薄膜厚度、化学计量比以及界面粗糙度的亚纳米级控制。针对ALD技术，详细介绍了其“自限制”机理如何保证了高深宽比结构的均匀覆膜和复杂三维结构的构建。 3.2 溶液法合成与自组装： 针对量子点、纳米颗粒等体系，阐述了溶液化学调控策略。内容包括溶剂效应、配体化学对晶核形成速率和晶体生长的影响，以及如何利用表面活性剂引导纳米晶体向特定晶面择优生长。通过热力学和动力学模型，解释了如何通过精确控制退火过程，实现晶粒尺寸的单分散性和形态的均一性。 3.3 固态反应与烧结的微观动力学： 在陶瓷和粉末冶金领域，本书探讨了固态扩散、晶界迁移和第二相析出的机制。重点分析了添加剂（如烧结助剂、晶粒生长抑制剂）在降低烧结温度、细化晶粒结构中的作用，并引入了电子显微镜下的原位观察技术，实时捕捉烧结过程中的微结构演变。 第四部分：功能集成与器件应用案例 本书最后部分将结构调控的理论和实践成果，应用于尖端功能器件的开发。 4.1 磁电耦合系统的界面设计： 阐述了如何通过在铁磁体和压电体之间引入应变耦合界面，构建高效的磁电复合材料。重点分析了界面应力传递效率与材料弹性模量、界面粘附力的关系，以及如何通过优化界面层厚度来最大化磁化强度和电极化强度之间的相互作用。 4.2 高效光吸收体的能带工程： 针对太阳能电池和光电探测器，讨论了如何通过应变诱导的能带结构改变，以及通过形成梯度结构（Graded Bandgap）来提高载流子分离效率和光吸收范围。案例分析涉及钙钛矿材料的组分工程对缺陷钝化的贡献。 4.3 异质结催化剂的界面活性位点： 深入研究了不同半导体材料或金属/半导体构成的异质结界面，如何产生内部电场以促进光生载流子的有效分离，进而增强界面处的光催化活性。书中通过计算化学方法，对比了不同界面构型（I型、II型、Z型）对电子转移速率的影响。 总结与展望 《晶体结构与界面工程：先进功能材料的精准调控》旨在提供一个全面、深入且高度实用的参考资料，引导读者超越传统材料参数的简单叠加，转向以微观结构和界面物理为核心的材料设计范式。本书对如何实现从原子尺度精确控制到宏观功能高效实现的路径进行了系统梳理，预示着材料科学向智能化、集成化方向发展的未来趋势。

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