Surfaces and Interfaces in Nanostructured Materials and Trends in LIGA, Miniaturization, and Nanosca pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Mukhopadhyay, Sharmila M. (EDT)/ Seal, Sudipta (EDT)/ Dahotre, Narendra (EDT)/ Agarwal, Arvind (EDT)

出品人:

页数:412

译者:

出版时间:2004-3

价格:1366.00 元

装帧:

isbn号码:9780873395663

丛书系列:

图书标签:

• 纳米材料
• 表面与界面
• LIGA技术
• 微型化
• 纳米技术
• 材料科学
• 纳米结构
• 薄膜
• MEMS
• 纳米制造

好的，以下是为您准备的图书简介。 --- 书名：《先进能源存储材料与器件：原理、技术与未来挑战》 引言 在当前全球能源结构转型和可持续发展的大背景下，高效、安全、长寿命的能源存储技术已成为驱动技术进步和产业升级的核心动力。本专著深入探讨了当前及未来能源存储领域中最具前沿性和应用潜力的材料科学、电化学原理、器件设计与工程化挑战。本书旨在为从事电池、超级电容器、燃料电池等领域的研究人员、工程师及高年级学生提供一个全面、深入且具有高度实践指导意义的参考框架。 第一部分：基础理论与关键材料 本部分奠定了理解现代能源存储系统的理论基础，并聚焦于构成这些系统的核心材料。 第一章：电化学存储系统的热力学与动力学 详细阐述了电池和电容器的基本工作原理，包括吉布斯自由能、电极电势、能斯特方程在实际应用中的修正。深入分析了电荷转移动力学、锂离子/钠离子在固体电解质中的扩散机制（包括阿伦尼乌斯方程和菲克定律的应用），以及界面阻抗谱（EIS）分析方法在评估器件性能中的作用。重点讨论了界面极化、浓差极化对充放电速率的影响。 第二章：正极材料的结构、性能与合成 本章系统梳理了锂离子电池（LIBs）正极材料的演变历程。从传统的层状氧化物（如LCO、NCM、NCA）的晶体结构稳定性、层间锂脱嵌机制，到橄榄石结构（如LFP）的高倍率性能优势与热稳定性。同时，引入了富锂锰基材料的电压平台优势及其面临的结构坍塌问题。此外，对钠离子电池（NIBs）和钾离子电池（PIBs）中新兴的正极材料，如普鲁士蓝类似物和层状氧化物，进行了深入的结构解析和性能评估。 第三章：负极材料的挑战与创新 负极材料是决定电池能量密度和循环寿命的关键。本章重点关注了石墨材料的缺陷结构、石墨化过程对电化学性能的影响，以及硅基材料作为下一代负极的巨大潜力与体积膨胀带来的工程难题。讨论了固态电解质界面（SEI）的形成机理、化学稳定性以及如何通过表面改性策略来调控SEI的均匀性和韧性。对金属锂负极的枝晶生长问题，从电化学诱导机制和电解液添加剂的角度进行了剖析。 第四章：电解质：从液态到固态的跨越 电解质是离子传输的载体，其性质直接决定了器件的安全性与工作温度范围。本章详细比较了有机碳酸酯基电解液（EC/DMC/DEC）的电化学窗口、溶剂化结构与添加剂（如VC、FEC）的协同效应。随后，将焦点转移至固态电解质，对氧化物（如LLZO）、硫化物（如LGPS）和聚合物基固态电解质的离子电导率、界面接触电阻以及与电极界面的相容性进行了深度比较。特别强调了固-固界面的超高阻抗问题及解决策略。 第二部分：先进器件设计与工程化 本部分聚焦于如何将先进材料整合到实际器件中，解决实际工程问题，并探索新型储能架构。 第五章：高功率密度器件：超级电容器的设计 系统介绍了电化学双层电容器（EDLCs）和赝性电容器（PCs）的工作原理。在材料方面，重点分析了活性炭的孔隙结构（微孔、介孔、大孔的分布对功率密度和能量密度的耦合影响）。对于赝性电容器，详细讨论了过渡金属氧化物（如MnO2、RuO2）和导电聚合物（如聚苯胺、聚吡咯）的氧化还原反应动力学、电荷存储机制及其循环稳定性。探讨了柔性、可穿戴超级电容器的制造技术。 第六章：全固态电池的界面控制与制造工艺 全固态电池（ASSBs）是下一代安全储能系统的关键方向。本章详细阐述了ASSBs的制备挑战，包括粉末冶金、溶液浸渍法、薄膜沉积技术（如原子层沉积ALD）。重点剖析了界面接触电阻的量化模型，探讨了通过高压烧结、中间层涂覆（如LiPON）或原位化学反应来构建低阻抗界面的工程方法。此外，对固态电池在充放电过程中的机械应力演化及其对界面完整性的影响进行了有限元分析（FEA）的初步介绍。 第七章：多功能与新型储能系统 本章拓宽了视野，涵盖了当前研究热点之外的创新储能方向。内容包括： 液流电池（RFBs）： 讨论了钒基、锌溴体系的工作原理，重点分析了活性物质的溶解度、膜材料的选择（离子交换膜的性能指标）以及系统规模化面临的成本控制问题。 金属-空气电池（MABs）： 深入探讨了锂-空气、锌-空气体系中氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）的催化剂设计，包括基于纳米结构的贵金属替代品和非贵金属催化剂的局限性。 热电材料与储能的耦合： 简要介绍了如何利用电池或电容器工作时产生的热量，通过热电发电机进行能量回收和利用，实现能量系统的集成化管理。 第三部分：先进表征技术与安全评估 第八章：电化学器件的在位表征技术 准确理解材料在实际工作状态下的变化是解决性能瓶颈的关键。本章聚焦于非破坏性和原位（In-situ）/非原位（Operando）表征技术，包括：同步辐射X射线吸收谱（XAS）对价态变化的监测；原位拉曼光谱对晶格振动和界面相变的追踪；以及原位透射电子显微镜（TEM）对微观结构演变的实时观测。强调如何将谱学数据与电化学数据进行有效关联分析。 第九章：热失控机理与电池安全评估 电池热安全是产业化的生命线。本章详细分析了锂离子电池热失控的诱发因素（过充、短路、外部加热），从微观层面解析了SEI分解、正极材料的氧气释放、电解液燃烧等关键放热步骤。介绍了反应量热法（RC1）、差示扫描量热法（DSC）在评估材料热稳定性和反应活性的应用。讨论了构建内建安全机制的材料设计策略，如阻燃电解液和自修复隔膜技术。 总结与展望 本书最后总结了当前高性能能源存储系统在能量密度、功率密度、循环寿命、成本和安全性方面存在的关键制约因素。对人工智能（AI）在材料筛选、电解液优化以及电池管理系统（BMS）中的应用前景进行了展望，强调跨学科合作和工程化集成是未来突破的关键路径。 ---

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我对新材料的宏观力学性能优化非常感兴趣，特别是当材料尺寸缩小到纳米级别时，传统的连续介质力学模型为何会失效。这本书在讨论“纳米结构材料”时，重点放在了电子、光子和磁性的尺度效应上，对于结构材料的力学响应——例如脆性转变、尺寸依赖性的硬化效应——着墨不多。我原以为会看到大量关于位错运动在纳米晶界处的捕获与传递机制的深入分析，或者涉及表面对弹性模量影响的精细模拟。书中的确有一章提到了“界面处的应力集中”，但很快就转到了电荷转移对界面粘结强度的影响，这明显是偏向于电化学或电子器件的应用。对于机械工程背景的读者来说，这本书的侧重点显得有些偏差，它更像是纳米物理学和量子化学的跨界融合，而非材料力学的升级换代。我需要的不仅仅是理解纳米材料为什么表现出奇异的电学性质，我更需要知道如何设计一个既能导电又足够坚固的纳米复合结构，而这方面的实用指导在书中非常稀缺。

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这本书的封面设计着实引人注目，那种深邃的蓝色调配上银色的文字，立刻给人一种严谨而前沿的科学氛围。我当时挑选它，主要是被“纳米结构材料”这个核心概念所吸引。我目前的研究方向是先进的薄膜沉积技术，涉及到许多材料表面的相互作用，这本书的书名似乎正好击中了我的痛点。然而，当我翻开第一章时，我发现它对基础概念的阐述比我预期的要深入得多，几乎是从原子尺度开始构建理论框架。例如，关于晶界扩散和表面能的建模部分，作者采用了非常复杂的数学工具，包括密度泛函理论（DFT）的应用实例，这对于我这种更偏向实验操作的工程师来说，阅读起来略显吃力。我原本期待的是更多关于特定纳米材料（如量子点或碳纳米管）的实际合成案例和性能调控的讨论，但这本书更倾向于建立一个统一的、普适性的理论框架来解释所有界面现象。虽然这本教材的理论深度毋庸置疑，但如果能增加一些与实际工程应用接轨的案例分析，哪怕只是在附录中提供一些参数化的模型构建指南，我想会更有助于不同背景的读者快速吸收知识。目前看来，它更像是一本为高年级博士生或理论物理学家准备的参考书，而非一本面向广泛材料科学爱好者的入门读物。

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最近我对微纳加工技术，尤其是LIGA技术及其在生物传感器领域的应用产生了浓厚的兴趣，因此这本书的书名让我眼前一亮。我希望它能详细介绍如何利用光刻、电镀和模压等经典技术，精确控制微米乃至纳米尺度的结构。遗憾的是，书中关于LIGA工艺流程的描述非常简略，更像是对现有技术的概念性回顾，而非深入的技术解析。例如，在提到X射线光刻胶的灵敏度和分辨率极限时，作者只是泛泛而谈，没有给出不同光源（同步辐射源与普通X射线源）在实际生产中对结构保真度的具体影响数据。我更关注的是，如何在高深宽比结构中有效控制应力累积和脱模过程中的形变问题。书中大篇幅地讨论了纳米尺度材料的电子结构和声子散射，这些内容虽然重要，但与我所关心的“如何制造出稳定可靠的微型器件”这一实践目标相去甚远。总体而言，这本书在“制造工艺”这个板块上显得后劲不足，更像是在用先进的理论来‘包装’一个相对传统的微加工综述，而非真正引领前沿的制造趋势。

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从一名侧重于新兴制造趋势的行业分析师的角度来看，我对书中关于“Miniaturization”（微型化）的论述抱有很高的期望，希望了解未来十年内哪些技术路线最具颠覆性。这本书确实提到了微型化，但它似乎将“微型化”等同于“纳米加工技术”本身，内容集中在半导体制造的前沿（如EUV光刻的物理极限）。我更希望看到的是对整个微系统集成（MEMS/NEMS）生态系统的分析，包括新型封装技术、异质集成（Heterogeneous Integration）的挑战，以及微流控芯片的商业化瓶颈。书中对“LIGA”技术的讨论，也停留在90年代末和21世纪初的经典应用层面，缺乏对3D打印、原子层沉积（ALD）等新兴增材制造技术在微型化领域中带来的范式转变的探讨。这本书的知识结构非常扎实，但它的“前沿感”似乎被固化在了大约十年前。如果它能更积极地纳入柔性电子、自组装系统在微型化中的角色，它会更符合当前工业界对“趋势”的期待，而非仅仅是对现有尖端技术的理论总结。

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作为一名长期从事材料表征的科研人员，我对“界面”这个词语有着近乎偏执的关注。我期待这本书能提供关于如何使用尖端表征技术（如高分辨TEM、AFM的力谱分析、或者原位XPS）来剖析材料界面的原子排列和化学态变化。这本书的确提到了许多表征技术，但它们往往是以数学模型的输入参数形式出现的，而非作为解决实际问题的工具。书中关于非平衡态界面动力学的讨论非常精彩，引入了大量的统计力学概念，试图用统一的框架描述界面扩散和重构。然而，这些理论推导需要读者具备极强的数学背景和对热力学相图的深刻理解。我尝试对照书中的某些界面能计算公式去验证我手头的一个复杂氧化物异质结的数据，结果发现书中的简化模型无法很好地映射到我所观察到的非晶态过渡层现象。这本书的价值在于其理论的完备性，但它似乎忽略了实验信号的复杂性和不确定性，导致理论与实际观测之间存在一道难以逾越的鸿沟。它提供的是“应该是什么样”的完美世界，而不是“实际上是什么样”的现实世界。

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