Correlation Spectroscopy of Surfaces, Thin Films, and Nanostructures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-VCH

作者:Berakdar, Jamal; Kirschner, J]rgen; Kirschner, Jurgen

出品人:

页数:255

译者:

出版时间:2004-09-03

价格:USD 210.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783527404773

丛书系列:

图书标签:

• 表面光谱学
• 薄膜
• 纳米结构
• 相关光谱
• 材料科学
• 物理学
• 化学物理
• 表面分析
• 纳米技术
• 光谱学

物质表面的量子织锦：光谱学的洞察之旅 人类对物质世界的探索从未止步，而光谱学，作为一种探测原子和分子与其电磁辐射相互作用的强大工具，为我们揭示了物质微观结构的奥秘。从宏观世界的物质形态到纳米尺度下涌现出的奇特物理现象，光谱学以其独到的视角，编织出一幅幅精妙绝伦的量子织锦。本书将带领读者踏上一场深入探究物质表面、薄膜及纳米结构光谱学特性的旅程，揭示这些前沿领域中蕴藏的丰富科学内涵与潜在应用。 第一章：光谱学的基石——理论框架与基本原理 在深入研究具体体系之前，理解光谱学的基本原理至关重要。本章将从量子力学的角度出发，系统介绍原子和分子的能级结构、跃迁过程以及光与物质相互作用的基本模型。我们将探讨光子吸收、发射和散射的机制，阐述光谱学研究的核心概念，例如吸收光谱、发射光谱、拉曼光谱、红外光谱等。此外，本章还将介绍傅里叶变换光谱仪（FTIR）、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、荧光光谱仪等常用光谱仪器的基本工作原理，为后续章节的研究奠定坚实的理论基础。我们还将简要回顾朗伯-比尔定律在定量分析中的应用，以及如何利用光谱数据推断物质的组成、浓度和分子结构。 第二章：表面光谱学的魅力——探索界面的化学指纹 物质的表面，是固态、液态或气态物质的交界面，其独特的物理化学性质对于催化、吸附、腐蚀、传感等众多过程至关重要。表面光谱学应运而生，为我们提供了研究这些界面性质的有力武器。本章将聚焦于适用于表面研究的光谱学技术。我们将详细介绍表面等离子体共振（SPR）光谱学，这种技术能够灵敏地检测表面吸附物的变化，在生物传感和纳米材料表征中发挥着不可替代的作用。接着，我们将探讨表面增强拉曼散射（SERS）光谱学，通过金属纳米结构对附近分子的拉曼信号进行数十亿倍的增强，SERS使我们能够以极高的灵敏度探测单分子，解锁了痕量物质检测和表面分子识别的新维度。此外，我们还将介绍X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES），这两种技术能够提供表面元素的组成、化学态和电子结构信息，对于理解材料的表面化学性质至关重要。表面红外（IR）光谱和紫外-可见（UV-Vis）光谱在研究表面吸附物和弛豫过程中的应用也将被深入探讨。本章旨在揭示表面光谱学如何成为我们理解和调控物质界面行为的“化学照相机”。 第三章：薄膜世界的光影——结构、光学与电子特性 薄膜，作为在基底上形成的纳米至微米厚度的层状材料，在电子器件、光学器件、保护涂层和功能材料等领域扮演着核心角色。薄膜的光谱学研究，能够直接揭示其光学常数、生长过程、晶体结构、缺陷以及界面特性。本章将深入探讨薄膜的光谱学表征。我们将介绍椭圆偏振光谱（EPS）技术，这种无损检测方法可以精确测量薄膜的光学常数（折射率和消光系数）以及厚度，对于光学薄膜的设计与优化至关重要。接着，我们将讨论反射和透射光谱在研究薄膜的吸收、透射以及带隙等光学特性方面的应用。我们将深入分析X射线衍射（XRD）在确定薄膜的晶体结构、取向和应力方面的作用，并结合能量色散X射线光谱（EDX）或波长色散X射线光谱（WDX）来分析薄膜的元素组成。光致发光（PL）和电致发光（EL）光谱是研究薄膜半导体材料的电子结构、缺陷态和载流子动力学的重要手段，我们将对其进行详细阐述。此外，本章还将涵盖薄膜生长动力学（如分子束外延MBE和化学气相沉积CVD）的光谱学监测，以及如何利用光谱学来识别和控制薄膜中的缺陷。 第四章：纳米尺度下的奇迹——量子点、纳米线与纳米粒子 纳米技术，作为21世纪最具颠覆性的技术之一，将物质的性质在纳米尺度下进行了重塑，涌现出许多令人惊叹的量子效应和宏观量子现象。纳米结构的光谱学研究，是理解这些纳米效应、开发新型纳米器件的关键。本章将聚焦于纳米结构的光谱学特性。我们将深入研究量子点（QDs）的光谱学，包括其尺寸依赖的荧光发射（量子尺寸效应）、激子行为以及表面配体对光谱的影响。我们将探讨纳米线（NWs）的光谱学，了解其在单轴量子限制下的光学特性、应力效应以及表面态的影响。纳米粒子（NPs），尤其是金属纳米粒子，因其表面等离子体共振效应而备受关注，本章将详细介绍表面等离子体共振（SPR）在金属纳米粒子中的体现，以及如何通过改变粒子尺寸、形状和介质环境来调控其光学响应，这在光子学、催化和生物医学成像领域具有广泛应用。此外，我们还将讨论纳米复合材料的光谱学特性，例如纳米颗粒与聚合物的结合，以及如何通过光谱学来研究界面相互作用和能量转移过程。本章旨在展现纳米尺度下物质光谱学所展现出的丰富多彩的量子世界。 第五章：光谱学在功能材料开发中的应用 光谱学不仅仅是基础研究的工具，更是功能材料开发与性能优化的强大驱动力。本章将聚焦于光谱学在实际功能材料开发中的应用实例。我们将探讨在太阳能电池领域，如何利用光谱学来表征有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池的激子动力学、电荷分离效率和缺陷态，从而指导材料设计和器件优化。在LED和激光领域，光谱学被用于分析发光材料的性能，例如量子点的发光效率、半导体材料的载流子复合机制，以及激光腔的损耗等。我们将讨论在传感器领域，如何利用表面光谱学技术（如SERS）来开发高灵敏度的化学传感器和生物传感器，用于环境监测、疾病诊断等。在催化领域，原位（in-situ）光谱学技术，如原位拉曼和原位红外，能够实时监测催化反应过程中催化剂表面活性位点的变化、中间产物的生成与消失，从而深入理解催化机理，设计更高效的催化剂。此外，本章还将简要介绍光谱学在磁性材料、铁电材料、生物材料等领域的应用，展示光谱学作为一种通用性强大的表征手段，如何加速新材料的发现与应用。 第六章：先进光谱学技术与未来展望 随着科学技术的不断发展，光谱学也在不断突破边界，涌现出越来越多先进的技术和方法。本章将介绍一些前沿的光谱学技术，并展望未来的发展方向。我们将探讨时间分辨光谱学，例如瞬态吸收光谱和飞秒时间分辨光谱，这些技术能够捕捉物质在极短时间尺度下的动态过程，例如电子的弛豫、能量的传递等，为理解超快动力学提供窗口。高空间分辨率光谱学，如扫描近场光学显微镜（SNOM）和电子能量损失光谱（EELS），能够将光谱信息与纳米尺度的空间分辨率相结合，实现对纳米材料局部光学和电子特性的精确表征。计算光谱学，即利用第一性原理计算和分子动力学模拟来预测和解释光谱数据，已成为理解复杂光谱现象的有力辅助工具。最后，本章将对未来光谱学的发展进行展望，包括发展更通用、更灵敏、更高空间分辨率和时间分辨率的光谱技术，以及将光谱学与机器学习、人工智能等新兴技术相结合，以加速材料的发现和应用。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的关于物质表面、薄膜及纳米结构光谱学研究的导引。通过对各个章节内容的学习，读者将能够掌握相关的理论知识和实验技术，理解不同光谱学方法在研究这些前沿领域中的作用，并为未来的科学研究和技术创新提供有益的启示。

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