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出版者:

作者:Frehlich, Johannes

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:230

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isbn号码:9783527288595

丛书系列:

图书标签:

• 核磁共振
• NMR
• 光谱学
• 化学
• 分析化学
• 有机化学
• 物理化学
• 分子结构
• 谱图解析
• 仪器分析

《空间几何结构与现代材料科学中的应用》 第一章：晶体结构基础与对称性原理 本章深入探讨了固体材料的微观结构基础——晶体学。首先，详细阐述了晶体的基本概念，包括点阵、晶胞、布拉维点阵的分类及其在三维空间中的表示方法。重点解析了密堆积结构，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方最密堆积（HCP）的几何排列特征、堆积密度计算及其对材料力学性能的初步影响。 随后，深入讲解了晶体对称性理论。通过群论的视角，系统梳理了晶体所具有的旋转轴、反演中心和滑移面对称操作。详细区分了点群与空间群，并阐述了这些对称性如何决定材料的物理性质（如压电性、热电效应等）。本章通过大量实例，如氯化钠、金刚石和氧化镁的晶体结构分析，帮助读者建立坚实的晶体学基础。 第二章：衍射技术在结构解析中的核心作用 衍射实验是确定物质结构的关键工具。本章聚焦于X射线衍射（XRD）、中子衍射和电子衍射的基本原理及其在材料分析中的应用。 首先，详细推导了布拉格定律，并阐释了倒易空间的物理意义。在X射线衍射部分，重点讲解了粉末衍射和单晶衍射的实验流程、数据采集和峰位分析技术，包括Rietveld精修方法，用于精确确定晶格参数和相组成。 中子衍射部分则侧重于其对轻元素（如氢、锂）的敏感性以及对磁性结构的研究能力，并与X射线衍射进行对比分析。电子衍射（SAED）则被应用于纳米材料和薄膜的微区结构分析，特别是高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）中的图像重建技术。本章强调了如何利用衍射数据解析复杂的晶体结构和晶界结构。 第三章：非晶态、准晶与缺陷工程 并非所有材料都具有长程有序的晶体结构。本章专门探讨了非晶态材料（如玻璃、无定形薄膜）的结构特征，包括短程有序的建立、局域结构模型（如随机网络模型）以及其对粘滞性、韧性的影响。 准晶体作为一种特殊的存在形式，因其独特的五重或十重对称性而受到广泛关注。本章将介绍彭罗斯铺砖理论，并探讨准晶的能带结构和电子性质。 结构缺陷是决定材料宏观性能的关键因素。本章系统分类并深入分析了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错的类型与运动，如刃型、螺旋型位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。重点讨论了缺陷的形成能、迁移率及其如何调控材料的机械强度（如加工硬化）和导电性（如半导体掺杂）。 第四章：先进计算方法在材料结构预测中的应用 随着计算能力的飞跃，基于第一性原理的计算方法已成为结构研究不可或缺的工具。本章详述了密度泛函理论（DFT）在固体物理中的应用，包括 Kohn-Sham 方程的求解、泛函的选择（LDA, GGA, meta-GGA）及其对电子结构计算的精度影响。 重点演示如何利用DFT计算材料的平衡晶格常数、键长、电子密度分布和态密度（DOS）。此外，还介绍了分子动力学（MD）模拟在研究原子热运动、相变动力学和扩散过程中的优势。本章通过实际案例，展示了如何通过计算预测新型稳定相结构、优化缺陷工程参数，并模拟极端条件下的结构响应。 第五章：结构与功能：热电、铁电及拓扑材料 本章将前述的结构知识与现代功能材料的研究紧密结合，探讨结构特征如何直接决定材料的功能性。 热电材料： 详细分析了优良热电材料（如碲化铅、硫化铋）的结构要求——高塞贝克系数、低热导率和高电导率。讨论了晶体结构中晶格振动模式（声子散射）对手性热导率的影响，以及“晶格玻璃化”策略的结构基础。 铁电与压电材料： 深入探讨了极性结构和自发极化的起源，特别是钙钛矿结构（如 $ ext{BaTiO}_3$）中的离子位移机制。讲解了电畴的形成、畴壁结构及其对宏观电学响应的贡献。 拓扑材料： 引入能带拓扑的概念，重点分析了拓扑绝缘体和拓扑半金属的结构特征。阐述了表面态的形成与保护机制，以及它们与材料晶体对称性的深刻关联。 第六章：结构表征的先进光谱学技术 本章超越了衍射技术，专注于利用能量和动量转换来揭示材料的电子和原子振动信息的光谱学方法。 拉曼与红外光谱： 详细分析了晶格振动（声子）模式，并解释了群论在预测光学活性振动模式中的应用。重点讨论了光谱峰位和宽度的变化如何反映晶格应力、温度效应和局域结构畸变。 X射线吸收光谱（XAS）： 涵盖近边吸收结构（XANES）和扩展吸收边精细结构（EXAFS）。XANES 用于确定元素的价态和局域几何环境，而 EXAFS 则提供精确的键长和配位数信息，是研究无序和短程结构的关键工具。 核磁共振（NMR）在固态中的应用： 探讨了固体NMR如何通过化学位移、偶极耦合和四极耦合来区分化学环境和研究原子运动，特别是在分析电池电解质界面和高熵合金中的原子局域结构。 结论与展望 本领域的未来研究将更加依赖于“结构-性能”的精确、多尺度关联。从原子尺度的精确控制，到宏观尺度的结构设计，下一代材料的创新将围绕如何利用先进的计算工具辅助实验表征，实现对复杂结构（如高熵合金、二维材料异质结）的本征性能的突破性调控。本书旨在为结构材料科学家、物理学家和化学工程师提供坚实的理论基础和先进的实验视角。

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说实话，这本书的阅读体验更像是在参加一场顶级的学术研讨会，而不是轻松地翻阅一本休闲读物。它的语言风格是那种典型的欧洲严谨学派，句子结构复杂，充满了限定语从句和大量的专业术语，需要读者具备扎实的化学背景才能跟上思路。最令我印象深刻的是它对化学位移各向异性（CSA）的讲解，作者没有停留在简单的平均值描述上，而是详细拆解了分子轨道理论中σ键和π键的贡献比例，并用相对论效应来解释高场下的微小偏移，这种深挖本源的态度，实在令人敬佩。此外，书中对新型探头技术，如CryoProbe的灵敏度提升机制的解释，也相当到位，清晰地描绘了低温半导体芯片如何有效降低电子噪音。遗憾的是，我对生物大分子NMR，特别是蛋白质折叠和相互作用研究的兴趣点，在这本书中没有得到充分满足。虽然提到了NOE和J耦合的在距离测定中的应用，但缺乏具体的、复杂多肽链的完整结构解析案例，显得有些侧重于小分子和无机配合物。对于生物物理方向的研究者来说，可能需要搭配其他侧重于生物大分子的专著使用。

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我购买这本书的初衷是想系统梳理一下液体NMR在配位化学中的应用瓶颈与突破。这本书在这一领域的覆盖面确实广阔，几乎囊括了所有主流的金属核（如31P, 11B, 17O等）的化学位移范围和偶合模式分析。它对“一对多”的复杂偶合网络进行逐步解耦的策略描述，堪称教科书级别。尤其让我耳目一新的是，书中专门开辟章节探讨了溶剂效应和温度对超精细偶合常数（J值）的微妙影响，这直接关系到我们实验室在非标准溶剂中进行表征时的谱图预测准确性。然而，这本书在讨论前沿技术时，似乎略显保守。例如，在处理高通量筛选和自动化流程方面，内容相对缺乏。我们现在很多工作已经依赖于自动化进样和微波辅助反应耦合NMR，这些能极大地加速数据采集效率，但书中对如何优化这些自动化流程中的参数一致性，探讨得不够深入。它更偏向于“一次完美实验”的理论推导，而非“一千次稳定重复”的工业化思维。因此，对于那些追求速度和效率的工业界人士，这本书的“即时应用价值”会打些折扣。

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翻开这本书，一股扑面而来的专业气息几乎让人喘不过气来，这绝非那种为“科普”而降维的读物，它坚定地站在了核磁共振（NMR）研究前沿的视角上。作者在处理弛豫时间（T1/T2）的动力学模型时，几乎是将物理化学的各个分支融会贯通，从布朗运动的修正到化学交换效应的速率方程，论证逻辑链条极其紧密，让人不得不佩服其学术功底的深厚。我特别关注了关于固体NMR的部分，那是我的研究盲区，而这本书竟然详细介绍了魔角旋转（MAS）的原理以及不同探头设计的机械精度要求，甚至连常见的样品制备中球磨力度过大导致的晶格损伤对谱线加宽的影响也做了探讨。这种深入到“微观操作层面”的细节描述，让这本书的价值远超一般教科书的范畴。然而，美中不足的是，在软件应用和数据处理流程上，介绍略显陈旧。比如，对于当前广泛使用的自动峰积分和结构解析软件（如Mnova或CCP4）的最新功能模块，提及甚少，更多的是基于传统命令行操作的解析思路，这使得新接触NMR数据的学生在实际工作中可能会感到一定的脱节。

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这本《Nmr Spectroscopy》的出版物，坦白地说，在内容深度和广度上都超出了我原先的预期，尤其是在理论基础的构建上，作者显然投入了极大的心血。初翻时，那些复杂的数学推导和量子力学背景知识差点让我望而却步，但沉下心来仔细研读后，我发现正是这种严谨性，为后续理解高分辨实验技术打下了坚实的地基。例如，对于自旋哈密顿量的详细阐述，不再是简单地罗列公式，而是结合了不同场强下偶合常数的细微变化进行剖析，这对于试图优化实验参数的进阶用户来说，简直是宝贵的财富。书中的图示也值得称赞，许多高阶二维谱图的解析案例，配上了清晰的峰形和归属说明，比我在其他参考资料中见到的那些模糊不清的扫描件要直观得多。不过，我个人希望能看到更多关于实验仪器维护与故障排除的实际案例，虽然理论很完备，但在实际操作中，仪器噪音的处理往往是耗费时间最多的环节，这部分内容略显单薄，如果能增加一章专门探讨低温探头或微量样品检测中的系统误差校正，这本书的实用价值会更上一层楼。总体而言，它更像是一部为研究生和专业研究人员准备的案头工具书，而不是入门手册。

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这本书的装帧和排版质量一流，纸张厚实，印刷清晰，即便是那些复杂的张量图和能级跃迁示意图，细节也一览无余，这对于长时间阅读来说，极大地减轻了眼睛的疲劳。从学习体验的角度来看，本书的章节组织逻辑性极强，前一章的结论往往是下一章引入新概念的跳板，形成了一种严密的知识爬升阶梯。我尤其欣赏它在“排除干扰”方面的做法——它很少提及那些已经被淘汰的、过时的实验方法，而是集中火力攻克当前主流技术的核心难点。例如，它对脉冲序列的设计原理（如TOPSY、HSQC等）的阐释，不是简单地展示脉冲角度，而是基于傅里叶变换和矩阵乘法的角度进行推导，使得读者能真正理解序列中每一个90度或180度脉冲背后的物理意义。如果说有什么需要改进的地方，那就是索引系统的设计略显粗糙。当我想快速定位某个特定偶合类型或特定同位素的化学位移数据时，需要花费比预期更长的时间在书的末尾检索，一个更细致、更交叉引用的索引，将使这本书成为真正无懈可击的参考工具。

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