Electrochemical Surface Modification

Electrochemical Surface Modification pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Wiley-VCH
作者:Richard C. Alkire
出品人:
页数:360
译者:
出版时间:2008-10-21
价格:USD 239.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9783527314195
丛书系列:
图书标签:
  • 电化学改性
  • 表面处理
  • 材料科学
  • 电化学
  • 界面科学
  • 纳米材料
  • 腐蚀
  • 涂层
  • 传感器
  • 生物材料
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具体描述

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In this topical volume, the authors provide in–depth coverage of the vital relationship between electrochemistry and the morphology of thin films and surfaces. Clearly divided into four major sections, the book covers nanoscale dielectric films for electronic devices, superconformal film growth, electrocatalytic properties of transition metal macrocycles, and the use of synchrotron techniques in electrochemistry. All the chapters offer a concise introduction to the relevant topic, as well as supplying numerous references for easy access to further reading and the original literature.

The result is must–have reading for electrochemists, physical and surface chemists and physicists, as well as materials scientists and engineers active in the field of spectroscopic methods in electrochemistry.

探索物质与能量交织的奥秘:一本关于电化学界面科学的经典之作 本书并非一本浅尝辄止的科普读物,而是一次深入探索电化学表面改性领域前沿科学的旅程。我们精心编纂的内容,旨在揭示隐藏在物质界面之下的复杂电化学过程,以及如何通过精确的调控,赋予材料全新的性能和应用前景。 一、 电化学表面改性的基石:理论与方法论的深度剖析 在深入探讨具体技术之前,本书将从根本上梳理电化学表面改性的理论框架。我们将追溯电化学的核心原理,详细阐述电荷转移、双电层结构、电极动力学等关键概念。理解这些基础,是掌握后续复杂技术的前提。 电化学理论的基石: 我们将以清晰的逻辑,为您解析电极电势的形成机制,法拉第定律在电化学反应中的应用,以及吉布斯自由能等热力学参数如何影响反应的可行性。针对不同类型的电极材料(金属、半导体、导电聚合物等),我们将分析其电化学行为的独特性,以及影响其活性的关键因素。 双电层结构的精细解读: 双电层是电极表面发生反应的场所,其结构直接影响着电荷转移的效率和选择性。本书将系统介绍古依-赫姆霍兹模型、施尔胡斯模型以及更现代的扩散层模型,并结合实验证据,揭示不同电解质浓度、溶剂极性以及表面电荷状态下双电层的精细结构演变。 电化学动力学:反应速率的决定因素: 反应速率是衡量电化学过程效率的关键指标。我们将深入剖析电荷转移阻抗、扩散阻抗、欧姆阻抗等电化学动力学参数,并介绍如何通过循环伏安法、计时电流法、交流阻抗谱等经典电化学技术来测量和分析这些参数。同时,也会探讨影响反应活化能和预指数因子等因素。 二、 创新驱动的表面改性技术:从微观到宏观的策略 本书的精髓在于其对一系列前沿且实用的电化学表面改性技术的深度阐述。我们不仅介绍这些技术的工作原理,更注重对其适用范围、优缺点以及在不同领域应用的潜力进行评估。 电沉积与电聚合:构筑功能性界面: 金属与合金电沉积: 从原子层面的精确控制到宏观尺度的功能涂层,本书将详述金属离子在电极表面的还原过程,以及如何通过调控电解液成分、温度、电流密度等参数,实现对沉积层的形貌、晶体结构、孔隙率和成分的精确控制。重点介绍铜、金、铂、钯等贵金属以及镍、铁等常用金属的电沉积技术,并拓展至合金电沉积,实现合金材料的协同效应。 导电聚合物电聚合: 导电聚合物因其独特的导电性和可调控的光电特性,在传感器、超级电容器、有机发光二极管等领域具有广阔的应用前景。本书将详细介绍聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等常见导电聚合物的电聚合机理,以及如何通过单体结构、电解质、氧化还原电势等因素,控制聚合物链的取向、分子量、掺杂状态和薄膜形貌。 电化学氧化与还原:功能团的引入与转化: 材料表面氧化改性: 氧化是改变材料表面化学性质的常用手段。本书将介绍金属氧化物、半导体氧化物等的功能化改性,例如通过电化学氧化制备TiO2、ZnO等半导体薄膜,赋予其催化、光催化、气体传感等特性。同时,也会探讨表面官能团的引入,如羟基化、羧基化等,以提高材料的亲水性、生物相容性或作为后续偶联反应的活性位点。 表面还原改性: 还原过程同样能赋予材料新的功能。例如,通过电化学还原修饰碳材料,可以提高其电子传输能力,适用于储能器件。本书还将关注金属氧化物表面的选择性还原,以调控其电子结构和催化活性。 电化学剥离与蚀刻:精细结构的制造: 二维材料的电化学剥离: 石墨烯、MXenes等二维材料因其独特的层状结构和优异的性能,备受关注。本书将深入探讨如何利用电化学方法,在外加电场作用下,实现层间插层和剥离,获得高质量的单层或少层二维材料。 金属与半导体材料的电化学蚀刻: 精确控制的电化学蚀刻是微纳加工的关键技术。本书将介绍如何通过选择合适的电解液和控制电蚀参数,实现对金属表面(如硅)的纳米图案化、孔洞阵列的制备,以及半导体材料的功能化刻蚀。 电化学接枝与固载:活性分子的引入: 活性分子在表面的化学接枝: 将具有特定功能的分子(如催化剂、生物分子、荧光探针等)通过共价键或非共价键的方式引入到材料表面,是实现材料功能化的重要途径。本书将详细介绍不同类型的电化学接枝反应,如自由基引发接枝、原子转移自由基聚合(ATRP)等,以及如何优化反应条件以实现高效、可控的接枝。 生物分子与酶的电化学固载: 在生物传感器、生物催化等领域,将生物分子或酶稳定地固定在电极表面至关重要。本书将探讨多种电化学固载策略,包括包埋法、交联法以及利用电化学聚合物作为载体的技术,并分析固载效率、活性保持以及长期稳定性等关键问题。 三、 应用驱动的革新:电化学表面改性在关键领域的突破 本书的最终目标是展示电化学表面改性技术在推动各领域科学技术发展中的关键作用。我们将聚焦于以下几个具有代表性的应用方向: 能源科学: 电池与超级电容器: 通过电化学表面改性,优化电极材料的表面形貌、导电性和离子传输通道,显著提升电池和超级电容器的能量密度、功率密度和循环寿命。例如,在锂离子电池正负极材料表面构筑导电网络,或通过修饰电极表面以抑制副反应。 燃料电池: 提高催化剂的活性和稳定性是燃料电池的关键。本书将探讨如何通过电化学方法制备高分散、高比表面积的催化剂纳米粒子,并将其负载在载体材料上,实现优异的催化性能。 太阳能电池: 优化半导体界面能带结构,提高光生载流子的分离效率和传输能力,是提升太阳能电池效率的重要途径。本书将关注通过电化学方法在半导体材料表面引入功能性界面层,以减少复合损失。 催化与传感: 电催化: 在水分解制氢、二氧化碳还原、有机合成等领域,高效的电催化剂是实现绿色化学和可持续能源的关键。本书将深入探讨如何通过电化学方法设计和制备新型电催化材料,并阐述其催化机理。 化学与生物传感器: 利用电化学表面改性技术,构建高灵敏度、高选择性的传感器,用于检测痕量化学物质、生物标记物等。本书将展示如何通过表面固定识别元件,或构建具有特殊电化学响应的传感界面。 生物医学工程: 生物兼容性材料: 通过对植入材料、药物输送载体等进行电化学表面改性,赋予其良好的生物相容性,减少免疫排斥反应,促进组织再生。 细胞调控与组织工程: 利用电化学信号调控细胞的行为,例如促进细胞生长、分化,或用于电刺激组织修复。本书将探讨表面微纳结构与电化学刺激协同作用在组织工程中的应用。 腐蚀与防护: 防腐蚀涂层: 电化学方法可以制备具有优异防腐性能的涂层,如自修复涂层、缓蚀剂包覆涂层等,有效延长材料的使用寿命。 四、 面临的挑战与未来展望 在全面介绍现有技术和应用的同时,本书也将诚恳地指出电化学表面改性领域当前面临的挑战,并展望其未来的发展方向。这包括: 理论与实验的结合: 加强理论计算与实验验证的紧密结合,深入理解表界面过程的微观机理,指导实验设计。 精确控制与放大生产: 实现纳米尺度的精确控制,并开发可规模化、低成本的生产工艺。 多功能集成: 融合多种改性技术,实现材料的多重功能集成,满足日益复杂的需求。 环境友好性: 发展更环保的电化学改性方法,减少对环境的影响。 本书的内容严谨、深入,图文并茂,旨在为从事电化学、材料科学、化学工程、能源科学、生物医学工程等相关领域的科研人员、工程师和研究生提供一份全面而权威的参考。它不仅是一部知识的汇集,更是一扇通往物质界面奥秘的窗口,激发您在电化学表面改性领域进行更深入的探索和创新。

作者简介

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读后感

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用户评价

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这本书最引人注目的一点是它对**跨学科知识融合的深度**。作者成功地将高分子物理、电化学动力学以及半导体物理的知识点无缝衔接起来,为理解复合材料界面行为提供了全新的理论框架。例如,书中关于电荷转移阻抗谱(EIS)在分析界面极化现象中的应用,不仅仅停留在电路模型层面,而是深入探讨了溶剂化壳层结构如何影响电荷传输的激活能。这种融合使得读者必须调动多个领域的知识储备才能完全理解,挑战性十足,但也收获颇丰。对于已经掌握单一领域知识的专业人士来说,这本书扮演了一个优秀的“翻译官”角色,将不同学科的术语和概念统一在一个更高级的抽象层面上进行阐述。对于初学者来说,可能需要搭配一本基础电化学教材辅助阅读,因为某些基础概念的引入略显仓促,直接切入了高阶讨论。

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初次翻开这本《表面处理技术前沿探索》,我立刻被它严谨的学术态度和广博的知识覆盖面所吸引。这本书并非仅仅停留在对现有工艺的简单罗列,而是深入剖析了诸如等离子体增强沉积、原子层沉积(ALD)在微电子器件制造中的应用瓶颈与突破。作者对薄膜生长动力学的数学模型构建和实验验证部分尤为精彩,清晰地展示了如何通过精确控制反应物分压和基底温度来调控薄膜的晶相和微观形貌。例如,在介绍高熵合金涂层时,书中详尽地对比了不同热处理路径对材料抗疲劳性能的差异化影响,配有大量的透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)实拍图谱,极大地增强了说服力。对于那些希望从基础物理化学原理层面理解表面改性过程的科研工作者而言,这本书无疑提供了一个坚实的理论基石,其对界面能和表面张力在液相沉积中的作用的阐述,细腻而深刻,远超一般教材的深度。总的来说,这是一部将理论深度与工程实践紧密结合的典范之作,适合高年级本科生、研究生以及资深工程师作为参考手册。

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我发现这本书在**应用案例的广度**上做得非常出色,远远超出了传统金属表面处理的范畴。它花了大量篇幅探讨了在生物医学工程领域中,如何利用先进的表面技术来提高植入物的生物相容性和抗感染能力。书中详细讨论了pH敏感型聚合物刷在药物缓释系统中的设计原则,以及如何通过微纳图案化技术来引导细胞的定向生长,这部分内容极具前瞻性。尤其值得称赞的是,作者没有回避技术实施中的**伦理考量**和**成本效益分析**。例如,在讨论人工关节涂层时,书中客观地列举了不同涂层技术在十年使用周期内的维护成本和患者生活质量改善的对比数据,这种全方位的视角展现了作者深厚的行业洞察力。遗憾的是,关于特定自动化生产线上集成这些新技术的实际操作流程,描述略显笼统,更侧重于“是什么”和“为什么”,而非“如何精确地做”。

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这本书的叙事风格非常具有**故事性**和**人文关怀**,与其说它是一本技术手册,不如说是一部关于材料科学发展史的编年史。书中巧妙地穿插了多位里程碑式科学家的生平轶事和他们的“灵光乍现”时刻,使得那些原本枯燥的反应机理描述变得生动起来。我特别喜欢其中对“意外发现”的论述,比如某种催化剂的偶然发现如何推动了整个领域向前发展,这种叙事手法极大地激发了我继续阅读的兴趣。它没有过多纠缠于复杂的张量分析和偏微分方程,而是用非常直观的类比和生活化的语言来解释复杂的物理现象,例如,用“漏水的筛子”来比喻薄膜的缺陷控制。虽然对于需要精确计算的设计师来说,可能需要查阅其他补充材料,但对于希望建立宏观认知框架、理解技术发展脉络的读者来说,这简直是一场知识的盛宴。作者的笔触时而激昂,时而沉静,仿佛在带领我们走过材料科学的曲折长路,读来令人心潮澎湃,完全没有阅读技术书籍的疲惫感。

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从**排版和图表质量**来看,这本书的制作水准达到了顶级出版物的标准。清晰度极高的扫描隧道显微镜(STM)图像配合精确的能谱分析图(EDX),使读者能直观地辨识不同化学态的原子分布。版式设计非常注重读者的视觉体验,关键公式和定义都用醒目的颜色块突出显示,有效地避免了信息过载。然而,我认为书中对于**开源软件和计算模拟**的介绍部分略显保守和过时。例如,虽然提到了有限元分析(FEA)在应力模拟中的作用,但对近年来迅速发展的基于Python或Julia的计算工具包的介绍几乎没有,这使得这本书在与时俱进的计算材料学领域略显不足。总体而言,作为一本印刷品,它在视觉传达效率上无可挑剔,但在信息源的与时俱进方面留有提升空间。

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