The Physics and Chemistry of Nanosolids

The Physics and Chemistry of Nanosolids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Owens, Frank J./ Poole, Charles P., Jr.
出品人:
页数:540
译者:
出版时间:2008-4
价格:759.00元
装帧:
isbn号码:9780470067406
丛书系列:
图书标签:
  • 纳米材料
  • 固体物理
  • 纳米化学
  • 材料科学
  • 纳米技术
  • 物理化学
  • 表面科学
  • 凝聚态物理
  • 纳米结构
  • 材料性质
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具体描述

A comprehensive textbook that addresses the recent interest in nanotechnology in the engineering, materials science, chemistry, and physics communities

In recent years, nanotechnology has become one of the most promising and exciting fields of science, triggering an increasing number of university engineering, materials science, chemistry, and physics departments to introduce courses on this emerging topic. Now, Drs. Owens and Poole have revised, updated, and revamped their 2003 work, Introduction to Nanotechnology, to make it more accessible as a textbook for advanced undergraduate- and graduate-level courses on the fascinating field of nanotechnology and nanoscience.

The Physics and Chemistry of Nanosolids takes a pedagogical approach to the subject and assumes only an introductory understanding of the physics and chemistry of macroscopic solids and models developed to explain properties, such as the theory of phonon and lattice vibrations and electronic band structure. The authors describe how properties depend on size in the nanometer regime and explain why these changes occur using relatively simple models of the physics and chemistry of the solid state. Additionally, this accessible book: Provides an introductory overview of the basic principles of solids Describes the various methods used to measure the properties of nanosolids Explains how and why properties change when reducing the size of solids to nano-dimensions, and what they predict when one or more dimensions of a solid has a nano-length Presents data on how various properties of solids are affected by nanosizing and examines why these changes occur Contains a chapter entirely devoted to the importance of carbon nanostructured materials and the potential applications of carbon nanostructures The Physics and Chemistry of Nanosolids is complete with a series of exercises at the end of each chapter for readers to enhance their understanding of the material presented, making this an ideal textbook for students and a valuable tutorial for technical professionals and researchers who are interested in learning more about this important topic.

《晶体生长与修饰的科学:从宏观到微观的调控》 本书深入探讨了晶体材料在不同尺度下的生长机理、形态演变以及表面与界面的调控策略。内容涵盖了从原子尺度的成核与生长过程,到微观世界中晶面选择性生长、表面缺陷控制,再到宏观尺度下晶体尺寸、形貌与取向的精确调控。本书旨在为材料科学家、化学家、物理学家以及相关领域的研究生提供一个全面而深入的视角,理解并掌握如何通过精确的合成与生长方法,设计和制造具有特定性能的晶体材料。 第一部分:晶体生长的基本原理 本部分将首先回顾晶体学的基础知识,包括晶格、晶面、晶向的概念,以及不同晶系的几何特征。在此基础上,我们将深入探讨晶体生长的热力学与动力学过程。 热力学基础: 详细阐述过饱和度、界面能、形核势垒等概念在晶体生长中的关键作用。我们将分析不同相变路径(如固-液、液-固、气-固)下的能量驱动力,并探讨如Ostwald熟化等现象背后的热力学原理。 动力学过程: 聚焦于原子或分子的吸附、扩散、附着以及晶格掺入的微观过程。我们将介绍各种晶体生长模型,例如伯恩-查普林(Burton-Cabrera-Frank, BCF)模型,用以解释台阶动力学、表面扩散对生长速率和形貌的影响。此外,还将讨论不同生长机制,如层状生长、螺位错生长、以及二维成核生长,并分析它们在实际晶体生长过程中的适用性。 形核理论: 深入解析均质形核与非均质形核的差异,以及影响形核速率的关键因素,如溶质浓度、温度、杂质等。我们将介绍形核势垒的计算方法,并探讨如何通过控制形核条件来获得特定尺寸和分布的晶粒。 第二部分:晶体形态的控制与调控 晶体的宏观形貌与其内在结构紧密相关,同时又受到生长环境的深刻影响。本部分将重点阐述如何通过精细调控生长条件,实现对晶体形态的精确控制。 表面能与晶面选择性生长: 详细讨论不同晶面的表面能差异如何决定优势生长晶面。我们将介绍表面活性剂、溶剂效应等如何通过改变不同晶面的表面能,诱导特定晶面生长,从而获得诸如纳米线、纳米片、纳米立方体、纳米八面体等各类形貌的晶体。 生长诱导剂与模板法: 探讨如何利用生长诱导剂(如有机分子、无机盐)来调控晶体生长速率、吸附在特定晶面上,从而影响晶体生长方向和形貌。同时,还将介绍各种模板辅助的生长方法,包括硬模板(如多孔氧化铝、胶体晶体)和软模板(如液晶、胶束),以及它们如何引导晶体向特定结构生长。 晶粒取向控制: 介绍通过外延生长、取向成核等方法,实现晶体在衬底上的取向控制。我们将讨论单晶外延、多晶外延的原理,以及晶格失配、界面能等因素对取向生长的影响。 第三部分:晶体表面与界面的修饰与功能化 晶体的宏观性能很大程度上取决于其表面的性质,以及晶体之间或晶体与基体之间的界面。本部分将聚焦于晶体表面与界面的修饰策略,以赋予晶体材料新的功能。 表面缺陷的调控与利用: 深入分析晶体表面存在的各种缺陷,如空位、间隙原子、错位等,并阐述它们对晶体表面反应活性、催化性能、电子输运等方面的潜在影响。我们将介绍如何通过热处理、退火、化学刻蚀等方法来控制和调控表面缺陷的密度和类型。 表面化学修饰: 介绍多种表面化学修饰技术,包括共价键合、范德华力吸附、静电吸附等,以改变晶体表面的润湿性、化学惰性、生物相容性等。重点讨论如何通过表面官能团的引入,实现纳米材料的组装、传感器的构建以及药物载体的设计。 界面工程: 探讨晶体与衬底、晶体与聚合物、晶体与金属等不同界面之间的相互作用。我们将介绍界面相、应变、电子转移等现象,以及如何通过界面工程来优化复合材料的性能,例如提高界面结合强度、改善电荷传输效率等。 第四部分:先进的晶体生长与表征技术 本部分将介绍用于实现先进晶体生长和精确表征的各种技术手段。 先进生长技术: 涵盖诸如原子层沉积(ALD)、分子束外延(MBE)、水热/溶剂热合成、微波辅助合成等先进的晶体生长技术,并分析它们在制备高精度、高质量晶体材料方面的优势。 表征技术: 重点介绍用于分析晶体结构、形貌、成分、电子结构和表面性质的关键表征技术,包括X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、拉曼光谱等。将阐述如何结合多种表征手段,全面理解晶体材料的结构-性能关系。 本书的编写风格力求严谨、深入,同时兼顾易读性,通过丰富的图示和实例,帮助读者构建对晶体生长与修饰的系统性认知。无论您是从事基础研究,还是致力于应用开发,本书都将是您不可多得的参考。

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这本书的叙事风格简直是教科书级的典范,它成功地在保持科学严谨性的同时,兼顾了普通学习者对可读性的基本要求。作者在介绍复杂概念时,并没有直接抛出艰深的数学公式,而是先用非常形象化的语言勾勒出物理或化学现象的本质轮廓,就像是先搭起一个坚固的骨架,然后再往上面填充血肉。我注意到,许多关键术语在首次出现时,作者都配上了非常详尽的注解或旁白,这对于那些跨学科背景的读者来说简直是救命稻草。举个例子,当他们讨论到量子隧穿效应时,引用的类比不是那种陈旧的、令人乏味的例子,而是引入了现代电子学中更贴近实际的器件案例,这种与时俱进的教学方法,极大地激发了我进一步探究其背后理论的兴趣。可以说,阅读过程更像是一次精心引导的探索之旅,而不是枯燥的知识灌输,这在深度专业书籍中是相当难得的品质。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮,封面那种深邃的蓝色调,配上银色的几何图形,立刻就给人一种高精尖、严谨治学的专业感。拿到手里掂量一下,厚度和分量都表明了它内容上的扎实程度。我尤其欣赏出版社在纸张选择上的用心,内页是那种哑光的高级纸张,即便是长时间阅读,眼睛也不会感到明显的疲劳。排版上,正文的字体大小和行距拿捏得恰到好处,图表的插入位置也非常合理,没有出现那种生硬地把图片“贴”在某一页上的情况,而是与周围的文字叙述流畅地结合在一起,形成一个整体的视觉流。当然,一本专业的学术书籍,封面设计固然重要,但真正决定其价值的还是内涵。从初步翻阅的几页来看,章节之间的逻辑过渡似乎处理得比较平滑,没有那种突然跳跃或衔接不上的突兀感,这对于初次接触这个领域的读者来说,无疑是一个极大的福音,保证了阅读体验的连贯性,让人愿意沉下心去细细品味。

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坦率地说,这本书的定价对于个人读者来说并不算低廉,但考虑到其篇幅、内容的广度以及引用的参考文献的权威性,我认为这是一笔非常值得的投资,尤其对于研究生和初入职场的研发人员而言。书中穿插了大量作者自己团队或国际知名实验室的原创性案例研究,这些案例不仅是为了佐证理论,更重要的是,它们展示了如何将复杂的理论模型应用到实际的工程挑战中去解决问题。我特别留意到它对特定计算模拟方法的介绍,虽然没有深入到编程层面,但对于理解模拟结果的物理意义和局限性,提供了非常深刻的见解,这在很大程度上拓宽了我们对“实验”和“理论”边界的认识。总而言之,它不仅是一本知识的载体,更像是一位资深导师的智慧结晶,其价值在于引导读者形成批判性思维和解决实际问题的能力,而非简单地记忆事实。

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从整体结构上来看,这本书的逻辑编排显现出一种清晰的、从微观到宏观的递进关系。开篇部分显然是为构建基础知识体系打下了坚实的地基,涉及了必要的晶体学和量子力学基础回顾,但处理得非常高效,没有冗余的篇幅。随后,主体内容便围绕着不同维度的纳米材料展开,比如零维的量子点、一维的纳米线,以及二维的薄膜结构。令人称赞的是,作者在讨论每种结构时,都会有机地将物理特性与其潜在的化学合成路径联系起来。这种“性质-结构-合成”三位一体的论述模式,打破了传统教材中将物理和化学割裂开来的弊端,使得读者能够形成一个更加整体和立体的认知框架,理解材料的最终性能绝非偶然,而是其内在构型和形成机理的必然结果。这种跨学科的融合处理,极大地提升了这本书的实用价值和深度。

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我花了相当长的时间去研究它关于材料表征方法论的章节,从中获得了巨大的启发。作者对现有技术的描述并非停留在“是什么”的层面,而是深入剖析了每种技术背后的物理限制和潜在的测量误差来源。例如,在讨论透射电子显微镜(TEM)的分辨率极限时,书中不仅列出了衍射理论的公式,更重要的是,它探讨了样品制备过程对最终图像质量的决定性影响,这才是实际工作中工程师和研究人员最头疼的问题。此外,作者似乎对新兴的“in-situ”表征技术给予了特别的关注,详细阐述了如何在动态条件下实时监测纳米结构的变化,这部分内容的前瞻性非常强,显示了作者对领域前沿的深刻把握。对于那些致力于实验验证和方法优化的人士来说,这一章节提供的细节和洞察力,远超一般综述文章所能提供的范畴,几乎可以作为方法论手册来参考。

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