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专著：《先进材料的界面科学与工程应用》 图书简介 本专著深入探讨了先进材料在不同环境界面上的物理化学行为、结构演变及其对宏观性能的影响。全书聚焦于材料科学、化学工程与应用物理的交叉前沿，旨在为研究人员、工程师及高年级学生提供一个全面且深入的理论框架与实验方法论指导。 第一部分：界面基础理论与表征技术 第一章：复杂系统中的界面热力学与动力学 本章详细阐述了多组分、多相体系中的界面现象。内容涵盖了表面自由能、表面张力、接触角测定原理及其在湿润性、粘附性研究中的应用。重点解析了Gibbs吸附等温线、Capillarity理论在理解纳米尺度效应中的局限与修正。此外，本章深入探讨了界面弛豫过程、扩散机制以及在非平衡态下界面结构的动态演变，包括相分离过程中的成核与生长理论。 第二章：高分辨率界面结构表征技术 本章系统介绍了用于解析材料表面与界面结构的尖端分析技术。详细讨论了透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）在界面形貌和晶体学分析中的高分辨模式，特别是球差校正电镜（Cs-corrected TEM）在原子尺度界面缺陷分析中的潜力。着重介绍了X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）如何提供元素组成与化学态信息，以及二次离子质谱（SIMS）在深度剖析与同位素追踪方面的优势。针对有机/无机或液体/固体界面，讨论了原子力显微镜（AFM）在力学、电学成像以及单分子力谱方面的最新进展。 第二章补充：原位与非原位光谱学在界面研究中的应用 本节补充了拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）在监测界面官能团变化方面的应用，并特别关注了表面等离子体共振（SPR）技术在实时监测生物分子或化学物质在特定界面吸附动力学中的精确性。 第二部分：功能化界面的设计与调控 第三章：自组装单分子层（SAMs）的构建与功能化 本章聚焦于通过化学键合或物理吸附在固体表面构建有序、功能化的单分子层。内容包括烷基硫醇、硅烷偶联剂等经典分子在贵金属、氧化物表面上的自组装机理、缺陷控制与膜层厚度调控。重点探讨了如何利用SAMs工程化调节表面润湿性（从超疏水到超亲水）、控制电荷转移效率以及构建具有特定识别功能的分子识别界面。 第四章：电化学界面与双电层结构 本章深入研究了电极/电解质界面。详细分析了电荷转移过程中的能垒、界面的结构松弛，并阐述了亥姆霍兹模型、Gouy-Chapman-Stern模型对双电层（EDL）的描述。内容涵盖了如何通过改变电解质浓度、离子半径以及施加外加电势来精细调控EDL的厚度和容量，这对于高性能储能器件和电催化至关重要。 第五章：高熵合金与复杂氧化物界面的热力学稳定性 本章将界面科学应用于先进结构材料领域。分析了高熵合金（HEAs）在高温氧化、腐蚀环境下的界面反应路径，特别是界面扩散和氧化物薄膜生长机制。对于复杂多层氧化物体系，探讨了不同晶格失配度如何影响界面应力、缺陷迁移率和电荷分离效率。本章还讨论了界面扩散对材料疲劳寿命和蠕变性能的内在影响机制。 第三部分：界面工程在特定领域的应用 第六章：多孔介质与流体输运的界面效应 本章关注于孔隙结构内部的界面现象。系统研究了在微/纳尺度通道内，流体（液体或气体）与固体孔壁之间的相互作用如何主导宏观传输性质。内容包括毛细现象的精确建模、界面润湿性对多孔介质中流体驱替效率的影响，以及在燃料电池气体扩散层（GDL）和分离膜中的界面传质阻力分析。 第七章：异质结与界面光电转换 本章探讨了通过精确控制不同半导体材料或导体/半导体界面形成的异质结结构在光电和光热转换中的应用。详细分析了能带匹配、肖特基势垒的形成及其对载流子分离与复合速率的影响。重点案例研究包括钙钛矿太阳能电池中的界面钝化技术，以及用于高效光催化产氢的晶格匹配型异质结设计。 第八章：生物相容性界面与生物传感器的构建 本章侧重于材料表面与生物系统的相互作用。阐述了蛋白质吸附的动力学模型（Langmuir、Temkin吸附），以及表面疏水性、电荷和拓扑结构对细胞粘附和生物膜形成（Biofouling）的调控。本章最后介绍了如何设计具有高选择性和稳定性的生物传感器表面，通过固定酶或抗体，实现对特定生物标志物的灵敏检测。 结论与展望 本书总结了当前界面科学研究面临的主要挑战，例如理解液体/固体界面的动态结构、实现高通量界面性能预测以及控制极端条件下的界面稳定性。同时，对未来在能源存储、先进制造和生物工程领域中界面工程的潜力进行了展望。 目标读者： 材料科学、化学工程、物理化学、纳米技术、电化学及生物医学工程领域的博士研究生、博士后研究人员、高校教师及相关工业研发工程师。
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