纳米线和纳米带 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:王中林

出品人:

页数:476

译者:

出版时间:2004-3-1

价格:85.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302082149

丛书系列:

图书标签:

• 科技
• 纳米材料
• 纳米线
• 纳米带
• 材料科学
• 纳米技术
• 电子学
• 物理学
• 化学
• 材料工程
• 微纳结构

《光子晶体与超材料：结构设计与电磁波调控》 图书简介 本书深入探讨了光子晶体（Photonic Crystals, PhCs）和超材料（Metamaterials, MMs）两大前沿物理学与工程学交叉领域。聚焦于周期性或亚波长结构对电磁波（包括光、微波和太赫兹波）的精细操控能力，本书系统地梳理了其基本理论框架、关键的结构设计原理、先进的制造技术，以及在通信、传感、成像和能源等领域的突破性应用。 第一部分：光子晶体——结构决定的能带调控 本部分详细阐述了光子晶体的基本概念，即通过周期性介电常数分布在空间中诱导出类电子能带结构的“光子带隙”（Photonic Band Gaps, PBG）。 第一章：光子晶体导论与理论基础 本章首先回顾了晶体物理中布洛赫定理在光子系统中的类比——布洛赫光学原理。重点解析了色散关系（$omega$ vs $mathbf{k}$）在倒易空间中的几何意义，以及如何通过改变结构参数（如晶格常数、填充因子、材料折射率对比度）来设计和拓宽光子带隙的范围和深度。讨论了有效介质理论在高频区作为近似方法的局限性，并引入了计算光子晶体带结构的标准数值方法，如平面波展开法（PWE）和有限差分时域法（FDTD），并对比了它们的适用场景和计算精度。 第二章：一维、二维和三维光子晶体的构筑与特性 本章将光子晶体的结构复杂度进行分层解析。 一维（1D）结构：如布拉格反射镜（Distributed Bragg Reflectors, DBRs），解析了其垂直入射下的反射特性，及其在光纤激光器和光学滤波中的基础应用。 二维（2D）结构：深入分析了最常见的六方和方形点阵结构。重点探讨了线缺陷（引入光子波导）和点缺陷（引入光谐振腔）的原理。详细分析了如何通过缺陷工程实现光信号的无损传输和高品质因子（Q值）的光谱筛选。 三维（3D）结构：介绍了构建体心立方（BCC）、面心立方（FCC）等复杂光子晶体的挑战与方法，特别是光子晶体光纤（PCFs）的结构设计，如反谐振空芯光纤（Hollow-Core Anti-Resonant Fibers），及其在低非线性传输和高功率光束传输中的优势。 第二章的重点强调了：如何通过局部结构微扰（如引入空洞或杆状缺陷）来精确控制光在晶体内部的路径和停留时间，这是实现片上光集成和高性能传感器的基础。 第二部分：超材料——结构引发的非常规电磁响应 本部分将视角从周期性结构扩展到亚波长、非晶体的、人工设计的结构，关注材料的宏观等效参数如何由其亚结构几何形状决定。 第三章：超材料的基本物理模型与负折射率 本章是超材料理论的核心。详细介绍了等效介质理论（EMT）在亚波长尺度下描述超材料的有效介电常数（$epsilon_{eff}$）和有效磁导率（$mu_{eff}$）的方法。重点阐述了洛伦兹散射体和双环谐振器（SRR）等基本单元结构如何实现负磁导率。深入剖析了实现负折射率（n < 0）的先决条件——同时满足 $epsilon < 0$ 和 $mu < 0$，并讨论了负折射材料的独特界面特性和反向能量流现象。 第四章：功能性超材料的结构设计与应用 本章聚焦于实现特定电磁功能的结构设计，超越了传统的负折射率概念。 超表面（Metasurfaces）：作为二维超材料，重点分析了其在相位梯度设计中的应用。通过控制亚波长单元的几何形状和排列，实现对入射电磁波的局部相位延迟控制，从而实现广角平面聚焦（如超透镜/Flat Lenses）、光束偏转（如偏转镜）和全息成像。 吸收体与热管理：介绍了如何通过设计阻抗匹配结构（通常是多层介质/金属堆叠）来设计完美吸收体（Perfect Absorbers），并讨论了其在红外探测和选择性太阳能收集中的应用。 空间变换光学（Transformation Optics）：阐述了如何通过坐标变换来“弯曲”光线，并据此设计出隐身斗篷（Invisibility Cloaks）的等效材料参数分布。虽然实际制造涉及复杂梯度材料，但该理论为理解电磁波的空间操控提供了强大的数学工具。 第三部分：制造、表征与未来展望 本书最后一部分将理论与实践相结合。 第五章：先进的微纳加工技术 详细介绍了实现亚波长结构制造的关键技术，包括电子束光刻（EBL）、聚焦离子束刻蚀（FIB）、深紫外光刻（DUV）以及自组装技术在制备大面积周期结构中的潜力。特别讨论了原子层沉积（ALD）和二维材料（如石墨烯）的集成在功能化光子/超材料器件中的作用，强调了材料界面质量对器件性能的决定性影响。 第六章：器件集成与前沿应用 本章将光子晶体和超材料的特性转化为实际器件： 1. 高速光通信：光子晶体波导在实现高密度、低损耗片上集成中的作用。 2. 传感技术：基于缺陷腔的高灵敏度化学和生物传感（利用模式的微小偏移来检测环境折射率变化）。 3. 先进成像：利用超表面实现衍射极限的突破（超分辨率成像）和压缩感知成像。 4. 电磁兼容与屏蔽：利用宽带吸收超材料在微波防护中的潜在应用。 本书旨在为材料科学、物理学、电子工程及光学工程等领域的科研人员和高年级学生提供一本扎实的理论参考和设计指南，重点在于理解结构与函数之间的直接映射关系，并展望利用定制化结构实现对电磁波前沿操控的广阔前景。 （总字数：约 1510 字）

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这本书的行文风格非常流畅，语言组织也相当老练，读起来几乎没有什么晦涩难懂的术语障碍，这对于非专业背景的读者来说是一个巨大的优点。作者似乎非常擅长用通俗易懂的方式来解释复杂的概念，大量运用生活化的比喻和类比，使得原本高深的材料科学原理变得亲切起来。比如，在描述材料的表面能和缺陷效应时，作者将其比作一块海绵的吸水性与孔隙结构的关系，一下子就抓住了核心。然而，这种过度追求“易懂性”也带来了一个不可避免的副作用——牺牲了精确性和深度。在一些关键的理论推导部分，作者采取了“点到为止”的态度，直接给出了结果，却省略了中间复杂的推导过程。这让我这位习惯于追根究底的读者感到有些意犹未尽。就好比吃了一道精美的点心，味道绝佳，但你不知道它究竟是如何制作出来的。对于那些想把书中的知识应用到实际研究中，需要复现实验或深入计算的读者而言，这本书提供的“工具箱”可能不够全面。它更像是一次高屋建瓴的导览，让你知道“有什么”，但没有详细教你“怎么做”。总的来说，它是一本很好的科普读物，但作为一本专业参考书，它的详实程度还远远不够。

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我必须承认，这本书在文献引用和历史背景梳理方面做得非常出色，这显示了作者深厚的学术功底和严谨的研究态度。开篇部分对相关领域发展历程的回顾，梳理得脉络清晰，从早期的发现到近二十年的突破性进展，每一阶段的关键人物和里程碑事件都交代得井井有条。读完这一部分，我对整个学科的演变有了宏观的认识，这对于建立知识框架非常有帮助。但是，一旦进入核心技术章节，这种严谨性似乎就有所松动了。书中对某个特定技术路线的描述，虽然篇幅不短，但反复在几个相似的案例中循环论证，缺乏对不同技术路径之间的优劣势进行系统的、量化的对比分析。例如，在讨论两种不同的合成方法时，书中仅仅用定性的语言描述了哪种方法“更环保”或“成本略低”，却没有提供具体的能耗数据、纯度报告，或者是不同批次间的稳定性比较。这种对比的缺失，使得读者很难根据这本书的论述，做出一个具有说服力的技术选型决策。感觉作者可能更倾向于自己擅长的那个方向，而对其他领域只是浅尝辄止，这让整本书的平衡性略显欠缺。

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这本书的特点是其章节间的逻辑关联性很强，像一条精心编织的链条，知识点层层递进，非常适合初学者系统性地构建知识体系。作者似乎非常注重知识的传承性，每一个新的概念都会回顾前一章的基础，确保读者不会因为遗漏了某个细节而跟不上后面的内容。这一点非常值得称赞，它让原本艰涩的学科学习过程变得平滑许多。然而，这种强烈的线性结构也限制了这本书的实用价值。一旦你对某个特定主题已经有了一定的了解，想要快速查阅某一特定技术细节时，就会感到不便。因为很多关键信息被分散地放置在不同的章节中，相互之间有着复杂的引用关系，你必须按照既定的顺序阅读，才能将所有碎片化的信息拼凑完整。这本书更像是教材，而不是一本随时可以翻阅的工具书或手册。对于经验丰富的专业人士而言，他们可能更需要一本索引清晰、重点突出的技术手册，能够直接定位到特定的公式、参数表或者故障排除指南。这本书的优势在于“教你思考”，而不是“直接给你答案”。

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这本书的封面设计非常引人注目，那种深邃的蓝色背景上点缀着细密的白色线条，仿佛宇宙深处的星系图，给人一种既神秘又充满科技感的印象。我一开始是被这种视觉冲击吸引的，期待着里面能有关于前沿物理和材料科学的精彩内容。然而，当我翻开内页，深入阅读后，发现内容导向与我最初的预期有些偏差。这本书似乎更侧重于宏观尺度的工程应用和商业化前景的探讨，而非深入到材料的原子级别结构和量子力学效应的剖析。例如，它花了大量的篇幅去介绍如何将某种新型复合材料集成到现有的电子设备生产线上，讨论的是供应链管理、成本效益分析，甚至是市场营销策略。虽然这些内容对于一个跨学科的工程师或者项目经理来说可能很有价值，但对于一个纯粹的理论物理爱好者，或者希望了解纳米结构内部电子输运机制的科研人员来说，深度显得有些不足。书中提到的许多实验案例，描述得也比较概括，缺乏关键的实验参数和详细的数据支撑，让人感觉像是在看一份行业报告，而不是一本扎实的科学专著。我期待能有更细致的图表和数学推导来支撑结论，但这本书更多的是定性的描述和对未来趋势的展望。整体来说，它更像是一本面向产业界读者的入门指导手册，而非严谨的学术研究文献。

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这本书的排版和装帧设计非常精美，纸张质量上乘，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳，这在学术书籍中是难能可贵的。装帧的坚固程度也让人放心，可以经得起反复查阅。内容上，它在探讨“可持续发展”与“绿色制造”的结合方面，提出了不少具有前瞻性的观点。作者着重强调了如何在材料制备过程中减少有害溶剂的使用，并积极倡导循环经济的理念，这在当前强调环保法规的背景下，显得尤为重要。我特别欣赏其中关于生命周期评估（LCA）的章节，它引导读者跳出单纯的技术性能指标，去思考产品对环境的整体影响。然而，这本书在讨论实际操作层面的“绿色”转化时，似乎显得有些理想化了。例如，它建议使用某种稀有金属作为催化剂，因为它具有更高的活性和可回收性，但对于这种稀有金属的全球储量现状、开采难度以及短期内大规模替代现有廉价材料在经济上是否可行，书中没有进行深入的探讨。这种理想化的论述，虽然在理念上值得称赞，但对于真正负责成本控制和量产的技术人员来说，缺乏足够的现实操作指导，更像是一种美好的愿景陈述。

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王中林

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