具体描述
《物理化学实验》是教育部高职高专规划教材，是根据教育部1999年组织制定的《高职高专教育物理化学课程教学基本要求》，在黄汉平等人编写的第一版的基础上修订而成。《物理化学实验》主要内容包括：物理化学实验数据处理方法和常用计算程序简介；温度、压力、光化学、电化学等测量的有关仪器设备使用和基本实验技术介绍；化学热力学、化学动力学、电化学、界面现象及胶体分散系统等方面的21个实验；物理化学实验文献资料的查阅方法和部分常用的物理化学标准数据。《物理化学实验》根据《中华人民共和国国家标准（量和单位）》，对全书涉及到的物理量的名称、符号、单位等进行统一更新。
《物理化学实验》可供高职高专学校化工、轻工、冶金、纺织、制药、材料等相关专业使用，也可供从事化学实验室工作的人员参考。
现代材料的制备与性能表征 本书聚焦于当代材料科学领域的前沿进展，深入探讨了从基础理论到实际应用的多个关键环节，旨在为读者提供一个全面而深入的视角，以理解和掌握新型功能材料的构筑、结构-性能关系的揭示以及先进的表征技术。全书内容紧密围绕“创新驱动”和“应用导向”两大主线展开。 --- 第一部分：先进材料的理性设计与合成策略 本部分系统阐述了现代材料科学中，如何基于理论预测和原子尺度的理解，设计并高效合成具有特定功能的材料体系。 第一章：晶体工程与结构导向合成 本章首先回顾了固体物理和化学键理论在预测材料稳定性和结构类型中的基础作用。重点介绍了晶体生长动力学、形貌控制以及亚稳态结构的实现技术。内容涵盖了溶剂热法、气相沉积（CVD/PVD）的最新进展，特别关注了在极端条件下（如高压、超快退火）对材料微观结构的精确调控。着重分析了如何通过引入模板剂或表面活性剂，实现对晶体生长方向的精确控制，从而获得具有特定晶面暴露或低维特性的材料结构。 第二章：高熵合金与复杂多组分材料 面对传统合金体系性能瓶颈，本章详细介绍了高熵合金（HEAs）的设计哲学。探讨了基于“高熵效应”、“迟滞效应”和“局部无序”理论，如何通过五种或更多等原子比或近等原子比的元素组合，设计出具有超高强度、优异抗蠕变性和辐射损伤耐受性的新型金属材料。讨论了计算热力学（CALPHAD方法）在预测HEAs相稳定性中的应用，以及快速凝固技术（如激光熔覆、电弧熔炼）在避免有害相析出中的关键作用。同时，涉及了高熵陶瓷和高熵氧化物的结构设计与合成难点。 第三章：纳米尺度材料的界面调控 纳米材料的性能极大地依赖于其表面和界面特性。本章深入剖析了量子尺寸效应、表面能对催化活性的影响。详细介绍了核壳结构、异质结（Heterostructures）的构建方法，包括原子层沉积（ALD）在实现超薄、保形涂层方面的优势，以及溶液法合成中尺寸离散性的控制策略。特别关注了二维材料（如过渡金属硫化物、石墨烯衍生物）的宏量制备与缺陷工程，以期优化其导电性、光吸收截面和电荷转移效率。 第四章：自组装与超分子材料 本章从化学自下而上（Bottom-Up）的视角，探讨了分子识别、氢键、范德华力等非共价相互作用在构筑有序结构中的作用。详细阐述了超分子聚合物、液晶材料以及基于DNA折纸术（DNA Origami）的复杂纳米器件的构建原理。内容覆盖了嵌段共聚物（Block Copolymers）的相分离行为研究，以及响应性材料（如pH敏感、光响应性水凝胶）的设计与组装机制。 --- 第二部分：先进表征技术与性能解析 本部分侧重于介绍现代科学研究中用于解析材料微观结构、化学态和宏观性能的尖端技术，并讲解如何从实验数据中提取有意义的物理化学信息。 第五章：高分辨率电子显微技术深度应用 本章详细阐述了透射电子显微镜（TEM/STEM）在材料分析中的多功能性。重点解析了球差校正仪对原子分辨成像的突破，如何利用高角度环形暗场（HAADF）成像识别重原子位点，以及利用电子能量损失谱（EELS）进行元素识别和价态分析。探讨了原位（In-situ）TEM技术，例如在加热、电场或应力作用下实时观察材料的结构演变过程，揭示相变机理。 第六章：同步辐射光源与X射线光谱学 同步辐射光源作为一种强大的研究工具，在本章中被系统介绍。重点阐述了X射线吸收精细结构（XAFS，包括XANES和EXAFS）在确定局部原子结构和配位环境中的精确性，尤其适用于无序或纳米尺度体系。此外，还介绍了高分辨X射线衍射（HRXRD）在分析晶格畸变、残余应力以及薄膜外延生长中的应用，以及软X射线光电子能谱（Soft X-ray PES）对化学键合和表面吸附态的敏感性。 第七章：光谱学与表面敏感技术 本章关注于非破坏性的光谱分析方法。拉曼光谱（Raman Spectroscopy）不仅用于物相鉴定，还深入讨论了表面增强拉曼散射（SERS）的机理及其在痕量分析中的应用。傅里叶变换红外光谱（FTIR）被用于分子振动模式的解析，特别是在聚合物和生物材料的构象分析中。此外，还介绍了俄歇电子能谱（AES）和X射线光电子能谱（XPS）在材料表面成分、化学态和污染程度分析中的操作规范和数据反演技巧。 第八章：电化学与输运性能的耦合分析 针对能源材料和电子材料，本章探讨了如何将材料结构与电、热、离子输运性能关联起来。详细介绍了循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）在电池和电容器中的应用，以及如何通过电化学方法解析电极/电解质界面的动力学过程。对于固态材料，则重点介绍了四线法电阻率测量、霍尔效应测定载流子类型和浓度，以及热力学方法（如差示扫描量热法DSC）在确定相变温度和热容方面的应用。 --- 第三部分：应用领域的前沿挑战 本部分将前述的材料设计与表征技术，应用于解决当前科技领域中的关键挑战。 第九章：催化剂的活性位点调控与长期稳定性 本章聚焦于多相催化领域，讨论如何利用本征缺陷工程和单原子催化剂（SACs）设计，最大化原子利用率。深入分析了反应机理的原位光谱监测（如环境透射电子显微镜下的实时反应观察），以及如何利用密度泛函理论（DFT）计算来指导活性位点的筛选。内容还包括了催化剂失活的机制分析，如烧结、积碳和浸渍中毒的动力学研究。 第十章：先进能源存储材料的界面科学 本章着重于锂离子电池、钠离子电池和固态电解质的界面问题。详细讨论了固态电解质与电极之间的相容性、界面阻抗的起源，以及锂枝晶生长的微观机制。引入了基于机器学习辅助的电化学性能预测模型，以加速新型电解液和添加剂的筛选过程。 第十一章：生物医用材料的生物相容性与功能化 本章探讨了植入式和可穿戴设备材料的开发。关注点在于如何设计具有优异机械匹配性、控制降解速率和靶向药物释放功能的生物活性材料（如生物陶瓷、可降解聚合物）。详细分析了材料表面修饰技术，以调控细胞附着、增殖和分化的行为，以及如何利用表面等离子体共振（SPR）技术实时监测生物分子间的相互作用。 结论与展望：跨学科材料合成的未来趋势 总结当前材料科学的发展趋势，强调人工智能（AI）和高通量计算在材料发现中的日益重要的角色，以及柔性电子、量子材料等新兴交叉学科对传统材料学提出的新要求。本书倡导研究人员应具备扎实的物理化学基础，并熟练掌握多尺度、多尺度的表征手段，以应对未来材料科学的复杂性。
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