Bonding and Structure of Solids (Royal Society Discussion Volumes) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1991-10-25

价格:USD 74.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521413169

丛书系列:

图书标签:

• 固态物理
• 材料科学
• 化学键
• 晶体结构
• 凝聚态物理
• 材料性质
• 皇家学会
• 学术讨论
• 固体化学
• 结构物理

固体的键合与结构：原子层面的探索与宏观性质的关联 《固体的键合与结构》并非一本探讨具体书籍内容的介绍，而是一份聚焦于固体材料科学核心概念的详尽阐述。它深入剖析了构成固体世界最基本的力量——原子间的化学键，以及这些键的排列方式如何决定了物质的宏观性质。本书将引导读者穿越微观的原子尺度，理解从微小的晶格振动到宏观的力学强度、电学特性、光学表现乃至热力学行为的一切奥秘。 第一部分：化学键的基石——连接原子的力量 本书将首先构建对化学键的基本理解。我们将从最简单的原子模型出发，回顾原子核与电子的相互作用，进而深入探讨形成固体的几种主要化学键类型： 离子键： 电子的得失在金属与非金属原子之间发生，形成带电荷的离子，这些离子通过静电吸引力紧密结合。我们将探讨离子键的特点，如高熔点、脆性以及它们在卤化物、氧化物等化合物中的表现。 共价键： 原子之间共享电子，形成稳定的共价键。这是许多非金属材料，如金刚石、石英、以及半导体材料（硅、锗）的核心。我们将深入研究共价键的饱和性、方向性和能量，并解释其如何塑造了这些材料的硬度、绝缘性或导电性。 金属键： 在金属晶体中，外层电子脱离原子核的束缚，形成“电子海”，金属离子则浸没其中。这种自由电子的流动赋予了金属优异的导电性、导热性、延展性和光泽。我们将阐述金属键的特性，以及它在合金形成中的作用。 范德华力与氢键： 除了主要的化学键，分子固体中还存在着较弱的范德华力和氢键。范德华力源于瞬时偶极矩的诱导，而氢键则是在氢原子与高电负性原子（如氧、氮、氟）之间形成的特殊偶极-偶极相互作用。我们将讨论这些弱相互作用如何影响分子固体的物理性质，例如低熔点和易挥发性。 第二部分：结构的多样性——原子如何排布 一旦理解了连接原子的力量，我们就需要探讨这些原子是如何在三维空间中进行有序或无序排列的。这一部分将是本书的核心，着重于固体的结构： 晶体结构： 大部分固体，尤其是无机固体，其原子会以高度有序的方式排列，形成重复的单元——晶胞，并沿着特定的方向延伸，构成晶格。我们将详细介绍： 基本晶格类型： 布拉维格子，以及它们如何形成不同维度的周期性结构。 常见晶体结构： 介绍如面心立方 (FCC)、体心立方 (BCC)、六方最密堆积 (HCP)、氯化钠结构、闪锌矿结构、金红石结构等在金属、陶瓷和半导体材料中广泛存在的晶体结构。 晶向与晶面： 学习如何用指数表示晶体中的特定方向和平面，这对于理解材料的各向异性性质至关重要。 缺陷： 现实世界中的晶体并非完美无缺。我们将深入探讨点缺陷（空位、填隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的存在，以及它们对材料性能的深刻影响，例如位错在金属塑性变形中的关键作用。 非晶态结构： 与晶体结构相对，非晶态固体（如玻璃、某些聚合物）缺乏长程有序的原子排列，原子分布更趋于随机。我们将讨论非晶态结构的形成机制，以及它们与晶体材料在物理性质上的差异。 聚合物结构： 聚合物是由长链分子组成的，其结构比小分子更复杂。我们将探讨链的构象、缠结、以及支化和交联等结构特征如何影响聚合物的力学性能、热性能和溶解性。 纳米结构： 随着科学技术的发展，尺寸在纳米尺度的材料（纳米颗粒、纳米线、薄膜）展现出独特的性质。我们将探讨纳米尺度下的结构效应，以及量子尺寸效应、表面效应在纳米材料中的作用。 第三部分：结构与性质的联系——微观决定宏观 本书的最后一部分，也是最具实践意义的部分，在于将前面所学的键合与结构知识，与固体材料的宏观可观测性质联系起来。我们将通过具体的例子，阐释微观世界的规律如何支配着我们日常接触到的材料的性能： 力学性能： 强度、硬度、韧性、塑性、弹性模量等。例如，共价键的强方向性导致金刚石的极高硬度，而金属键的自由电子海洋则赋予了金属优良的延展性。位错的存在是金属能够发生塑性变形的关键。 电学性能： 导电性、绝缘性、半导电性。金属中自由电子的存在是其优异导电性的根源。绝缘体中电子被束缚在原子核周围，无法自由移动。半导体则介于两者之间，其导电性可以通过掺杂等方式进行调控。 光学性能： 反射、透射、吸收、折射。材料的电子结构决定了它与光的相互作用方式。例如，金属的光泽来自于自由电子对光的反射，而透明材料则允许光线穿过。 热学性能： 热导率、热容、热膨胀系数。晶格振动（声子）是固体中热量传递的主要方式，而自由电子在金属中也扮演着重要的传热角色。 磁学性能： 顺磁性、抗磁性、铁磁性。这些性质与原子中未成对电子的自旋有关，并依赖于原子在固体中的排列方式。 总结： 《固体的键合与结构》旨在构建一个完整的知识体系，帮助读者从原子和分子层面深刻理解物质世界的构成原理。通过对化学键的细致分析和对原子结构的全面探讨，本书将揭示材料性质的根本来源，为材料科学、凝聚态物理、化学以及工程等领域的研究者和学习者提供坚实的基础。它鼓励读者以一种全新的视角去审视我们周围的物质世界，理解从日常用品到尖端科技的材料背后，所蕴含的深刻的科学原理。

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