Transition Metal Oxides

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出版者:Oxford University Press, USA
作者:P.A. Cox
出品人:
页数:304
译者:
出版时间:2010-09-17
价格:USD 49.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780199588947
丛书系列:
图书标签:
  • Transition
  • Metal
  • Oxides.
  • 科研
  • 凝聚态物理
  • Oxides
  • Transition Metal Oxides
  • Materials Science
  • Chemistry
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  • Catalysis
  • Electronic Structure
  • High-Temperature Superconductivity
  • Magnetism
  • Nanomaterials
  • Surface Chemistry
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具体描述

Transition metal oxides form a series of compounds with a uniquely wide range of electronic properties. They have important applications as dielectrics, semiconductors and metals, and as materials for magnetic and optical uses. The discovery of high temperature superconductors has brought the attention of a wide scientific community to this area and has highlighted the problems involved in trying to understand transition metal oxides. The present book is not primarily about Tc superconductors, although their main properties are discussed in the final sections. The main aim is to describe the varied electronic behaviour shown by transition metal oxides, and to discuss the different types of theoretical models that have been proposed to interpret this behaviour.

《Transition Metal Oxides》 这是一本深入探讨过渡金属氧化物独特物理和化学性质的学术专著。本书系统地梳理了过渡金属氧化物作为一类极具功能性的材料,在现代科技领域扮演的核心角色。内容涵盖了从基础的晶体结构、电子结构理论,到其在磁性、电学、光学以及催化等方面的多维度应用。 核心内容概览: 晶体结构与形成:本书首先详细介绍了过渡金属氧化物纷繁多样的晶体结构,包括钙钛矿、尖晶石、岩盐型、金红石型等,并深入分析了影响其结构形成的因素,如离子半径、价态、化学计量比以及生长环境。通过阐述原子排列、晶格缺陷的形成及其对材料宏观性质的影响,为读者构建了对这类材料结构层面的深刻理解。 电子结构与相变:过渡金属氧化物最引人入胜之处在于其复杂的电子结构,这直接导致了许多奇特的物理现象,如莫特绝缘体、电荷有序、轨道有序以及巨磁电阻效应等。本书详细讲解了Hubbard模型、LDA+U方法等理论工具,用以解释电子关联效应在塑造材料电子行为中的关键作用。同时,书中还对不同温度、压力或外场作用下发生的电子结构相变进行了深入剖析,揭示了这些相变背后的微观机制。 磁性行为:过渡金属氧化物是磁性研究的重要对象。本书系统地介绍了它们的各种磁性,包括铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性以及更复杂的磁有序态。通过对交换作用、磁各向异性、朗道-皮尔斯模型等的阐述,解释了磁性的起源及其调控方法。特别地,书中还探讨了电子关联、轨道构型以及晶格畸变如何共同影响磁性能,并介绍了磁畴动力学、磁畴壁结构等前沿概念。 电学性质与导电机制:在电学方面,过渡金属氧化物展现出从绝缘体到金属的宽广谱系。本书深入分析了各种导电机制,包括极化子导电、量子隧穿、带间跃迁以及导电通道的形成。重点关注了电荷、晶格和自旋之间的耦合(多铁耦合),以及由此衍生的铁电性、压电性、热释电性等。对巨介电效应、量子开关等电学特性及其潜在应用也进行了详尽的论述。 光学特性:过渡金属氧化物的光学性质与其电子结构息息相关。本书涵盖了吸收、反射、透射、光致发光等方面的光谱学研究。详细解释了跃迁金属离子的d-d跃迁、电荷转移跃迁以及激子效应,这些是决定其光学行为的关键。书中还探讨了如何通过化学掺杂、形貌调控以及表面等离激元共振等方式来定制光学响应,例如用于发光材料、光电器件和光学传感器。 催化性能:作为重要的催化剂和催化载体,过渡金属氧化物在化学转化领域发挥着不可替代的作用。本书重点介绍了它们在氧化还原反应、光催化、电催化等方面的应用。深入分析了催化活性位点的形成、表面缺陷对催化活性的影响、以及反应机理在不同氧化物表面的演变。例如,讨论了氧空位、表面羟基以及金属-氧化物界面在提高催化效率中的关键作用,并列举了在环境治理、能源转化等领域的成功案例。 材料制备与表征:为了实现过渡金属氧化物的多样化功能,精确的材料制备与表征至关重要。本书详细介绍了包括固相反应法、溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法、气相沉积(MOCVD、PVD)以及纳米材料制备技术等多种合成方法,并讨论了不同制备工艺对材料结构、形貌和性质的影响。在表征方面,本书涵盖了X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱、振动光谱(IR、Raman)以及磁测量(SQUID)等多种先进技术,并解释了如何利用这些技术来全面理解材料的微观结构和宏观性能。 前沿应用与发展趋势:本书的最后一部分聚焦于过渡金属氧化物在当前和未来科技发展中的前沿应用。这包括但不限于: 电子器件:忆阻器、场效应晶体管、传感器、非易失性存储器等。 能源领域:锂离子电池正负极材料、燃料电池催化剂、太阳能电池、热电材料等。 环境领域:空气净化、水处理、VOCs降解等催化应用。 生物医学:药物递送、生物成像、抗菌材料等。 新兴功能:如多铁材料、拓扑量子材料、二维过渡金属氧化物等。 通过对这些应用场景的深入剖析,本书不仅展示了过渡金属氧化物的巨大潜力,也指明了未来在该领域的研究方向和发展趋势,例如如何通过理性设计和纳米结构调控来开发下一代高性能的功能材料。 这本书是为化学、物理、材料科学以及相关工程领域的研究人员、研究生以及对过渡金属氧化物感兴趣的科技工作者量身打造的。它提供了全面而深入的知识体系,旨在帮助读者掌握理解和开发这些功能材料的理论基础与实践技能。

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读后感

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用户评价

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《Transition Metal Oxides》这本书给了我一个全新的视角来理解这些看似普通的化合物。作者以一种引人入胜的方式,将过渡金属氧化物的多样性、复杂性以及它们在科学研究和技术创新中的重要性展现出来。我发现书中关于电子相变材料的部分尤为有趣,例如钒氧化物在温度升高时会发生从绝缘体到导体的相变,这种独特的电学行为在智能窗户、传感器和开关器件等领域具有巨大的应用潜力。作者不仅解释了相变发生的微观机制,还探讨了如何通过化学掺杂、形貌控制等手段来调控相变温度和相变特性,这一点让我对未来新型功能材料的设计充满了期待。

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作为一名材料工程师,我一直在寻找一本能够全面概括过渡金属氧化物及其在工业应用中潜力的书籍。《Transition Metal Oxides》这本书无疑满足了我的需求。它不仅涵盖了从基础的电子结构、晶体学到复杂的磁性、光学性质,更重要的是,它将这些理论知识与实际的工业应用紧密联系起来。书中对金属氧化物薄膜在半导体器件、磁存储设备以及传感器等领域的应用进行了详细的介绍,并且分析了影响器件性能的关键因素,例如界面效应、掺杂以及缺陷。我尤其欣赏作者对不同制备方法(如溅射、化学气相沉积)在制备高质量薄膜方面的优劣势进行的对比分析,这对于指导实际的器件设计和制造具有很高的参考价值。

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这本书《Transition Metal Oxides》在内容上无疑是极为扎实的,它为我们理解过渡金属氧化物这一大类材料的精髓提供了一个坚实的框架。作者在阐述材料的电子结构和激发态性质时,运用了大量的量子力学理论和第一性原理计算结果,并且将其与实验观测到的光谱学数据(如X射线吸收光谱、光电子能谱)进行对比分析。这种严谨的学术态度,使得书中关于电子关联效应、电荷转移激发以及自旋轨道耦合等复杂现象的解释,既有理论深度又不失科学的严谨性。我尤其赞赏作者在讨论材料的输运性质时,对电导率、热导率以及霍尔系数等参数的深入剖析,这些参数的相互关联性以及它们如何反映材料的微观结构和电子行为,都在书中得到了清晰的阐释,对于我深入理解材料的电学特性非常有帮助。

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这本《Transition Metal Oxides》简直是我近期阅读体验中最令人振奋的一本书籍。当我第一次翻开它时,就被那种深度和广度所震撼。作者并没有仅仅停留在对过渡金属氧化物基本性质的陈述,而是深入剖析了它们在材料科学、催化、电子学以及能源储存等众多前沿领域的应用潜力。例如,书中对某些特定氧化物(如钴氧化物和锰氧化物)的电子结构与磁性之间的复杂关联进行了详尽的论述,结合了大量的实验数据和理论计算结果,为读者构建了一个清晰且具有说服力的图像。我尤其欣赏作者在介绍新材料合成技术时所展现出的细致入微,从溶胶-凝胶法到水热法,每一种方法的原理、优缺点以及在制备不同形貌和结构的过渡金属氧化物方面的应用都进行了深入的探讨,甚至还提及了一些最新的纳米材料制备技术,这一点对于我这样想要了解前沿技术动态的研究者来说,简直是福音。

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《Transition Metal Oxides》这本书所呈现的内容,让我对材料科学领域产生了前所未有的浓厚兴趣。作者在介绍过渡金属氧化物的电子陶瓷应用时,展现了其极高的专业素养。书中详细阐述了这些材料在介电陶瓷、压电陶瓷、热敏电阻以及气体传感器等方面的应用,并深入分析了其微观结构、晶体缺陷与宏观性能之间的关联。我尤其喜欢书中关于钙钛矿氧化物(如BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3)在介电和压电性能方面的讨论,作者不仅解释了其 ferroelectricity 的来源,还深入探讨了如何通过化学掺杂、晶界效应以及相界调控来优化其性能,以满足不同电子器件的需求。甚至还提到了一些关于开发新型电子陶瓷材料的挑战和机遇,这让我对未来的材料设计和应用充满了期待。

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在阅读《Transition Metal Oxides》的过程中,我最大的感受就是作者对于材料选择和应用前景的独到见解。书中不仅仅局限于介绍已有的成果,更重要的是,它引导读者去思考未来可能的发展方向。例如,在新能源材料方面,作者详细分析了过渡金属氧化物在锂离子电池、钠离子电池以及超级电容器中的应用,并对不同材料体系(如钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂)的充放电机理、能量密度和功率密度进行了深入的比较。他甚至还提出了一些关于新型电极材料设计思路的建议,例如如何通过引入缺陷、形成复合材料来提高离子扩散速率和电子导电性,以期实现更高性能的储能器件,这一点对于我这个希望能在新能源领域有所突破的研究者来说,是极具启发性的。

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当我翻开《Transition Metal Oxides》这本书的扉页,我就预感这会是一次不同寻常的阅读体验。作者用一种非常系统和结构化的方式,将过渡金属氧化物的世界展现在我的面前。我发现书中关于其磁性行为的章节尤其引人入胜,深入探讨了反铁磁性、铁磁性、亚铁磁性以及自旋玻璃态等现象。他不仅仅停留在现象的描述,而是深入剖析了导致这些磁性的微观机制,例如通过泡利顺磁性、居里-魏斯定律以及海森堡模型来解释。我尤其欣赏作者在讨论磁畴结构、磁畴壁移动以及退磁场效应时所展现出的严谨性,并且结合了大量实验数据,例如磁滞回线和磁化强度随温度的变化曲线,来佐证其理论分析。

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《Transition Metal Oxides》这本书给我的整体印象是,它不仅仅是一本教科书,更像是一位经验丰富的导师在与你交流。作者在介绍过渡金属氧化物在光学领域的应用时,展现了其非凡的洞察力。书中详细阐述了这些材料的光吸收、光发射、非线性光学效应以及光催化活性等性质。我尤其喜欢书中关于宽禁带氧化物(如TiO2、ZnO)在光催化降解有机污染物和光解水制氢方面的应用讨论,作者不仅解释了其光生载流子的产生和分离机制,还深入探讨了影响光催化效率的关键因素,如比表面积、晶面暴露以及缺陷工程。甚至还提到了如何通过掺杂、构建异质结等策略来进一步提升其光催化性能,这些都为我未来的研究提供了宝贵的思路。

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《Transition Metal Oxides》这本书对于我这样一个对材料催化领域感兴趣的读者来说,无疑是一座宝库。书中关于过渡金属氧化物在多相催化中的作用,特别是它们在氧化还原反应、能源转化以及环境污染治理方面的应用,提供了非常详尽且富有洞察力的分析。作者不仅列举了多种催化剂的化学计量反应,还深入探讨了催化剂表面活性位点的形成机理、反应中间体的吸附和转化过程,以及催化剂失活的原因和提高催化活性的策略。我印象深刻的是,书中对纳米结构过渡金属氧化物在提高催化效率方面的作用进行了重点阐述,例如通过调控纳米颗粒的尺寸、形貌和表面缺陷来优化催化性能,这一点对于开发下一代高效催化剂具有重要的指导意义。

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对于非本专业背景的读者来说,《Transition Metal Oxides》这本书可能初看起来有些挑战,但一旦你沉浸其中,就会发现它提供了一个绝佳的学习平台。作者巧妙地将复杂的理论概念分解成易于理解的部分,并且通过大量的图表、示意图和实际应用案例来辅助说明。我特别喜欢书中关于钙钛矿氧化物的部分,它不仅解释了这类材料独特的晶体结构和电子传输特性,还详细介绍了它们在太阳能电池、发光二极管以及气体传感等领域的应用前景。作者在解释这些复杂系统时,并没有回避其中的难点,而是用生动形象的比喻和循序渐进的逻辑,将深奥的物理化学原理呈现在读者面前。这种教学式的写作风格,让我在不知不觉中就掌握了许多核心概念,并且对这些材料的潜在价值有了更深刻的认识。

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