化学实验教学中的研究与探索 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国工人

作者:郑逸农著

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页数:0

译者:

出版时间:

价格:14.8

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isbn号码:9787500825562

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图书标签:

• 化学实验
• 实验教学
• 教学研究
• 化学教育
• 探究式学习
• 实验设计
• 教学方法
• 高等教育
• 课程改革
• 实践能力

《现代材料科学的突破与前沿应用》 内容简介 本书深入探讨了二十一世纪以来，材料科学领域取得的一系列革命性突破及其在各个工业部门的广泛应用。全书聚焦于新材料的结构、性能、制备技术以及功能化设计，旨在为科研工作者、工程师以及高年级本科生提供一个全面且深入的知识框架。 第一部分：纳米尺度下的材料构建与调控 本部分详细剖析了纳米技术如何重塑我们对物质特性的理解和控制能力。 第一章：量子点与二维材料的电子特性 本章首先回顾了量子点的合成方法学，包括溶剂热法、微乳液法和气相沉积法的最新进展。重点阐述了尺寸、形状和表面钝化对半导体量子点光学和电学特性的精细调控机制。随后，深入分析了石墨烯、过渡金属硫化物（如 $ ext{MoS}_2$ 和 $ ext{WS}_2$）等二维材料的独特电子带结构。讨论了如何通过机械剥离、化学气相沉积（CVD）和分子束外延（MBE）技术实现高质量单层或少层材料的制备。特别关注了二维材料在超高速晶体管、柔性电子学和高灵敏度传感器中的应用潜力，包括界面的电子耦合效应。 第二章：超材料与拓扑材料的非常规物理 本章聚焦于通过亚波长结构设计实现对电磁波、声波或热流的奇异调控。详细介绍了负折射率材料的设计原理，包括基于等离子体共振和磁共振的结构单元设计。讨论了电磁超材料在隐身技术、完美透镜（Superlens）和高效天线中的实际应用案例。此外，本章对拓扑绝缘体进行了系统梳理，解释了其表面态的狄拉克锥特性及其对强自旋轨道耦合的敏感性。探讨了如何利用拓扑材料实现无损耗的自旋电子器件。 第二部分：能源存储与转换材料的革新 本部分着眼于解决全球能源挑战所需的关键材料体系的最新进展。 第三章：下一代锂离子电池与固态电解质 本章对传统锂离子电池正负极材料的局限性进行了批判性分析，并详细介绍了高镍三元材料、富锂锰基材料以及新型磷酸铁锂材料的结构优化策略。研发重点转向了硅基负极材料的体积膨胀控制技术，如碳包覆和纳米结构化。核心内容集中在固态电解质的研究，对比了聚合物固态电解质、硫化物基固态电解质和氧化物基固态电解质的离子电导率、界面稳定性和机械性能。讨论了固-固界面阻抗的降低技术，为实现高安全、高能量密度的全固态电池铺平道路。 第四章：高效光催化与热电材料 本章探讨了将光能或热能直接转化为电能或化学能的先进材料。在光催化方面，重点分析了基于 $ ext{TiO}_2$ 和 $ ext{g-C}_3 ext{N}_4$ 的改性策略，以拓宽可见光吸收范围和提高载流子分离效率。讨论了串联光催化剂的设计，以实现高效水分解制氢。在热电材料部分，阐述了塞贝克系数（S）、电导率（$sigma$）和热导率（$kappa$）之间的“三角困境”。介绍了通过晶格缺陷工程（如掺杂和引入空位）来散射声子以降低热导率，同时保持高电导率的策略，重点展示了碲化锗和新型氧化物热电材料的ZT值提升。 第三部分：生物相容性与智能响应材料 本部分关注材料与生命系统、环境的复杂交互。 第五章：医用植入物与组织工程支架 本章详细介绍了生物活性材料的设计原则。对于医用植入物，重点讨论了如何通过表面改性（如羟基磷灰石涂层、生物活性玻璃）来促进骨整合，减少炎症反应。分析了形状记忆合金（如 $ ext{NiTi}$）在微创手术器械中的应用及其在体内环境下的疲劳和腐蚀问题。在组织工程方面，详细阐述了生物可降解聚合物（如 $ ext{PLGA}$、 $ ext{PCL}$）和天然高分子（如壳聚糖、胶原蛋白）在构建具有精确孔隙结构和力学性能的三维支架中的作用。讨论了如何利用生物电子学原理将电信号或药物释放集成到支架中。 第六章：自修复与环境响应性高分子 本章聚焦于赋予材料主动响应外部刺激（如温度、 $ ext{pH}$ 值、光照或机械应力）的能力。深入探讨了基于可逆化学键（如Diels-Alder反应、氢键）的动态共价网络材料在自修复高分子中的应用。分析了热响应性聚合物（如 $ ext{PNIPAM}$ 体系）的相变行为及其在药物控释和传感器中的应用。对于环境响应材料，重点讨论了智能水凝胶在污染物吸附、传感以及软体机器人驱动方面的最新研究成果，强调了功能基团的引入如何精确调控材料的响应速度和敏感阈值。 结语 本书的最后部分对材料科学的未来发展趋势进行了展望，强调了计算材料学、人工智能辅助材料设计（Materials Informatics）与高通量实验技术相结合在加速新材料发现过程中的决定性作用。重点指出了跨学科合作，特别是材料科学与生命科学、信息科学的深度融合，是未来技术创新的核心驱动力。

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