计算机在化学中的应用

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出版者:东华大学出版社
作者:张卫
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2002-12-01
价格:14
装帧:
isbn号码:9787810385749
丛书系列:
图书标签:
  • 计算化学
  • 化学信息学
  • 分子模拟
  • 量子化学
  • 密度泛函理论
  • 分子动力学
  • 机器学习
  • 药物设计
  • 材料科学
  • cheminformatics
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具体描述

深入探索材料科学前沿:新型功能材料的构筑与性能调控 图书简介 本书旨在为材料科学、化学工程以及相关领域的科研人员、工程师和高年级学生提供一个全面而深入的视角,聚焦于 新型功能材料的精密构筑、结构-性能关系解析以及先进表征技术 的前沿研究。全书内容紧密围绕当前材料科学领域最活跃、最具颠覆性的几个方向展开,避开了传统的计算化学与模拟方法(如分子动力学模拟、密度泛函理论计算等),而是侧重于 实验驱动 的材料合成、结构控制与功能验证。 本书结构清晰,共分为七个核心章节,每一章都代表了当前功能材料研究的一个关键环节或新兴方向。 --- 第一章:高性能能源存储材料的界面工程与缺陷调控 本章重点探讨如何通过精细的化学方法,在实验层面实现对电化学储能材料(如锂离子电池、钠离子电池及固态电池的关键电极和电解质材料)的界面结构进行重构和优化。 核心内容包括: 1. 固态电解质的制备与晶界调控: 详细介绍采用固相烧结、溶液浸渍法(如溶胶-凝胶法)制备高离子电导率的无机固态电解质(如LLZO、硫化物体系)。重点阐述如何通过添加微量改性剂(如稀土氧化物、碱金属卤化物)来优化晶界处的电荷传输,并通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)分析晶界相的形成机制。 2. 电极/电解质界面(SEI/CEI)的原位调控: 聚焦于通过表面包覆技术(如原子层沉积ALD、化学气相沉积CVD)在电极活性材料表面形成稳定、导电性良好的无机或聚合物保护层。书中将详细分析不同包覆层对锂枝晶生长抑制的物理机制,并通过电化学阻抗谱(EIS)的频率响应变化来量化界面阻抗的降低效果。 3. 高熵氧化物的多晶设计: 探讨如何通过精确控制烧结温度和气氛,制备具有高熵效应的电极材料,揭示晶格畸变和多价态离子共存对电化学稳定性和容量提升的贡献。 --- 第二章:智能响应性高分子与超分子自修复系统 本章专注于设计和合成具有环境响应性(如温度、pH、光照、电场)的高分子材料,以及构建具有自修复、自清洁或形状记忆等高级功能的超分子体系。 核心内容包括: 1. 动态共价键化学在自修复中的应用: 深入分析可逆的化学键合(如Diels-Alder反应、硫醇-烯点击反应、亚胺键交换)在聚合物网络构建中的应用。详细描述了如何通过溶剂热法或光引发聚合,制备交联点可断裂重组的弹性体,并通过机械测试和荧光探针技术验证其修复效率。 2. 基于液晶相的定向组装: 介绍利用液晶单体或液晶嵌段共聚物,通过外场(如磁场、剪切力)诱导分子链的有序排列,从而实现材料宏观性能的各向异性控制,特别是在光学薄膜和柔性电子器件中的应用。 3. 刺激响应型水凝胶的构建: 详细描述如何将纳米颗粒(如磁性氧化铁、pH敏感的聚电解质)嵌入到高分子网络中,形成对外界刺激快速响应的凝胶材料,用于药物缓释或微流控器件中的阀门控制。 --- 第三章:多孔晶体材料(MOFs/COFs)的孔道功能化与分离纯化 本章聚焦于多孔骨架材料——金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)——的孔道环境设计,以实现高效的气体分离、液相吸附或催化反应。 核心内容包括: 1. 孔道内壁的后合成修饰(Post-Synthetic Modification, PSM): 强调通过化学反应将特定的官能团(如胺基、磺酸基、手性中心)精确嫁接到MOFs/COFs的有机配体上。详细展示如何利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和固体核磁共振波谱(Solid-State NMR)来确认修饰的成功率和官能团的空间排布。 2. 微孔结构对选择性吸附的影响: 运用体积排阻效应和分子筛分效应原理,通过控制合成溶剂和反应温度,精细调控材料的孔径分布。实例分析了如何利用这些结构差异,实现C1/C2烃类分离或二氧化碳的富集捕获。 3. 超高表面积COFs的机械稳定性增强: 探讨如何通过共聚引入柔性或刚性的连接单元,以提高COFs在压实、循环使用过程中的形貌稳定性和孔隙率保持能力。 --- 第四章:先进光学材料:量子点与钙钛矿的载流子动力学控制 本章侧重于制备具有特定光物理性质的纳米晶体材料,特别是关注其在光电器件中的应用潜力,严格限定在材料的实验制备和性能测试上。 核心内容包括: 1. 热注射法制备高亮度量子点(QDs): 详细阐述反应温度、配体化学和前驱体比例如何影响合成出的量子点的尺寸均匀性(通过高分辨TEM确认)和光致发光量子产率(PLQY)。重点分析硼酸酯或胺类配体在表面钝化中的关键作用。 2. 钙钛矿薄膜的晶化动力学控制: 介绍“两步法”和“原位结晶法”的改进策略,旨在消除薄膜中的碘空位和缺陷态。通过偏振光显微镜观察晶粒生长过程,并结合X射线衍射(XRD)分析不同退火条件下相纯度和结晶度的变化。 3. 载流子寿命的瞬态吸收光谱分析: 介绍如何利用皮秒级或飞秒级瞬态吸收光谱(TAS)技术,实验性地追踪光激发后电子-空穴对的产生、迁移和复合过程,从而指导材料设计,抑制非辐射复合。 --- 第五章:仿生矿化与层状复合材料的界面增强技术 本章借鉴自然界中生物骨骼、珍珠等材料的层级结构设计思想,通过湿化学方法构筑具有优异力学性能和韧性的仿生复合材料。 核心内容包括: 1. “砖泥结构”的构建策略: 详细描述如何通过精确控制无机纳米片(如氧化石墨烯、粘土层、羟基磷灰石纳米片)在聚合物基体中的取向和堆叠,实现类似“砖墙”的结构。探讨溶液浇铸法和定向冷冻法在诱导片层取向中的差异性效果。 2. 界面粘接强度的分子设计: 引入偶联剂(如硅烷偶联剂、磷酸酯类分子)在无机填料和有机基体之间搭建化学桥梁。通过拉伸测试和断裂面分析(Fractography),量化界面结合能对宏观断裂韧性的贡献。 3. 多尺度增强机制的实验验证: 介绍使用纳米压痕技术,在微米尺度上测试层间滑移和裂纹偏转机制,与宏观力学性能数据进行对比分析。 --- 第六章:低成本、可再生生物质的化学转化与材料化 本章聚焦于将农业废弃物或木质纤维素等生物质资源,通过绿色化学转化路径,制备高附加值的碳基材料或平台化学品。 核心内容包括: 1. 木质素的解聚与选择性官能团保留: 介绍催化水解、酶解或超临界流体处理技术,用于高效分离木质素中的苯丙烷单元。重点分析如何控制反应条件,使得到的木质素寡聚物保留足够的羟基或酚羟基,以便后续作为聚合物单体或抗氧化剂使用。 2. 纤维素的纳米纤维化(CNF)与表面改性: 详细描述机械研磨、酶处理与TEMPO氧化法在制备高结晶度、高长径比纤维素纳米纤维中的应用。分析表面羟基的化学接枝对CNF在溶剂中分散性的影响。 3. 生物炭的孔结构调控与吸附应用: 通过控制生物质的预处理方式和热解温度(例如在惰性气氛或氧化气氛下),制备具有特定孔径分布的生物炭材料,并测试其对重金属离子或有机污染物的去除效率。 --- 第七章:先进无损表征技术在材料结构解析中的应用 本章是全书实验技术的基础总结,详细介绍几种关键的、非破坏性的或微区分析技术,这些技术是理解前六章所有材料构效关系的基础。 核心内容包括: 1. 同步辐射X射线散射(SAXS/WAXS): 讲解如何利用高能X射线束,分析纳米粒子、聚合物链段或多孔材料内部的电子密度差异,确定粒径分布、晶体大小和取向排列等中程有序结构信息。 2. 原位/非原位拉曼光谱的振动指纹分析: 探讨拉曼光谱如何用于监测材料合成过程中的化学键变化(如官能团转化、应力分布),特别是其在电化学反应中的原位跟踪能力。 3. 聚焦离子束(FIB)与能谱分析(EDS)的联用: 强调如何利用FIB对特定微区进行精确切割和制样,然后结合高分辨率TEM和EDS进行多元素、多相界面的微区成分和化学态分析,为理解界面现象提供精确的证据。 --- 本书的每一部分都强调 实验操作的细节、数据分析的严谨性,旨在构建一个扎实的、以实验为核心的材料科学研究框架,特别适用于那些致力于从零开始设计、合成并验证新型功能材料的实践者。

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用户评价

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这本书的内容深度和广度都让我感到惊喜。作者在讲解的过程中,始终保持着一种严谨的学术态度,同时又不失对科学探索的热情。我特别喜欢他对实验数据处理和分析部分的处理。他详细讲解了如何利用计算机程序对实验数据进行降噪、拟合、统计分析,以及如何通过数据挖掘技术从中发现隐藏的规律。这对于我在实验室工作中处理大量实验数据非常有帮助。书中还涉及了化学教育领域,作者探讨了如何利用计算机模拟和虚拟现实技术来增强化学教学的效果,这让我对未来的教育模式有了全新的认识。他提出的“虚拟实验室”的概念,让我觉得学习化学将变得更加生动有趣,也更加安全高效。这本书的阅读过程,更像是一次与作者在化学前沿领域的深度对话,他用清晰的语言和丰富的案例,引导我一步步深入理解计算机技术如何赋能化学研究,如何改变我们认知世界的方式。

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这本书的封面设计就吸引了我,简洁大气,透露着一种严谨的科学气息。作为一名对化学学科充满兴趣,但又对计算机技术应用略知一二的爱好者,我一直渴望找到一本能够 bridging the gap 的书籍。当我翻开《计算机在化学中的应用》时,我立刻被作者深厚的功底和清晰的逻辑所折服。书中并没有直接堆砌大量的专业术语,而是从基础的概念入手,循序渐进地讲解计算机在化学领域的各个方面。例如,在介绍计算化学时,作者并没有止步于量子化学方程的罗列,而是深入浅出地阐述了这些方程如何通过计算机模拟得以求解,以及这些模拟结果如何帮助我们理解分子的结构、性质和反应机理。他对分子动力学模拟的解释尤其精彩,通过生动的比喻,让我这个初学者也能理解分子在时间和空间上的运动轨迹是如何被捕捉和分析的。书中对大数据分析在化学研究中的应用也进行了详尽的阐述,我尤其对其在药物发现和材料设计方面的案例印象深刻。作者没有回避技术实现的复杂性,而是以一种鼓励探索的姿态,引导读者去思考计算机技术如何为解决化学难题提供全新的视角和强大的工具。整体而言,这本书为我打开了一扇通往计算化学新世界的大门,让我对计算机在化学研究中的巨大潜力有了更深刻的认识,也激发了我进一步学习和探索的动力。

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这本书的阅读让我感到受益匪浅,作者的知识储备和表达能力都令人印象深刻。我一直在思考如何将我在化学学习中所获得的知识,与日益发展的计算机技术相结合,而这本书恰好为我指明了方向。作者在讲解如何利用计算机进行光谱数据分析和解析时,用了很多具体的案例,这对于我来说是极其宝贵的。我了解到,通过先进的算法,可以从复杂的光谱数据中提取出丰富的化学信息,从而辅助鉴定化合物、分析反应过程。书中对化学数据库的构建和管理,以及如何利用这些数据库进行检索和分析的介绍,也让我对化学信息学有了更深入的认识。我明白了,一个良好组织的化学数据库,能够极大地提高科研效率,并为发现新的化学规律提供重要支撑。这本书让我深刻地认识到,计算机技术已经渗透到化学研究的每一个角落,掌握这些技术,将为我的学术生涯打下坚实的基础。

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这本书的阅读体验非常流畅,作者的写作风格十分吸引人。他善于将复杂的理论用通俗易懂的语言表达出来,即使是那些对我来说相对陌生的领域,也能在阅读过程中逐渐理解其核心思想。我尤其欣赏作者在介绍人工智能在化学中的应用时,所举的那些具体案例。比如,他详细描述了机器学习算法如何被用于预测化合物的生物活性,以及如何通过深度学习模型来设计新的催化剂。这些案例不仅让我看到了计算机技术的强大之处,更让我看到了它们在解决现实化学问题中所扮演的关键角色。书中对可视化技术的运用也给我留下了深刻的印象。作者通过大量的图示和流程图,将抽象的计算过程具象化,使得理解过程不再枯燥乏味。例如,在讲解分子建模时,书中提供的交互式三维模型让我们可以直观地观察分子的空间构象,这比单纯的文字描述要生动得多。这本书的结构也非常合理,章节之间的过渡自然,逻辑清晰,让读者能够系统地学习计算机在化学中的各个应用方向。它不仅仅是一本知识的传递者,更是一本启发思维的引路者,让我对未来化学研究的发展方向有了更清晰的认识,也让我对学习和掌握相关技能充满了热情。

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这本书的价值在于它提供的不仅仅是知识,更是一种解决问题的思路和方法。作者在讲解过程中,始终关注着如何利用计算机技术来提高化学研究的效率和精度。他通过多个具体的案例,展示了计算机如何在分子模拟、量子化学计算、数据分析等多个环节发挥关键作用。我尤其对书中关于“机器学习辅助材料设计”的章节印象深刻。作者详细阐述了如何利用机器学习算法来预测材料的性能,并指导如何优化材料的成分和结构,以获得理想的性能。这让我看到了计算机技术在材料科学领域巨大的潜力。书中对专业术语的解释也十分到位,即使是对于非计算机专业的读者,也能在阅读中轻松理解。作者的写作风格非常清晰,结构严谨,逻辑性强,使得整个阅读过程都充满了收获感。这本书为我打开了新的视野,让我意识到,掌握计算机技能对于现代化学研究者来说是多么的重要。

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这本书的叙述方式非常独特,作者的语言风格既有学术的严谨,又不失科学的趣味性。我作为一名热爱化学,同时又对科技发展充满好奇的读者,在这本书中找到了极大的共鸣。作者在讲解如何利用计算机进行化学品安全性和毒性评估时,用了很多生动的例子,让我能够直观地理解这些技术的重要性。他将计算机模拟比作“数字实验室”,能够帮助科学家们在早期阶段就预测化学品的潜在风险,从而减少不必要的动物实验,也保障了人类和环境的安全。书中对化学文献的自动化处理和知识发现的介绍也让我眼前一亮。我了解到,通过自然语言处理技术,可以快速地从海量的化学文献中提取关键信息,从而加速科研进程。这本书为我提供了一个全新的视角来理解计算机在化学领域的应用,让我对未来的科学研究充满期待。

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这本书的内容非常前沿,同时也非常实用。作者在书中详细阐述了人工智能和机器学习在化学领域的各种创新应用,这让我看到了科学研究的未来发展方向。我特别欣赏作者在分析大数据在化学研发中的作用时,所提供的那些详实的案例。他展示了如何利用大数据分析来发现新的药物靶点,以及如何通过机器学习模型来优化药物的合成路线。这些内容让我深刻地认识到,在信息爆炸的时代,如何有效地利用数据将成为化学研究的关键。书中对计算化学方法学的介绍也十分全面,从量子化学计算到分子动力学模拟,作者都进行了深入浅出的讲解。这对于我这样希望深入了解计算化学理论基础的读者来说,无疑是一份宝贵的财富。这本书让我认识到,计算机技术不再仅仅是辅助工具,它已经成为化学研究不可或缺的核心驱动力。

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我一直认为,科学的进步离不开不同学科之间的交叉融合。《计算机在化学中的应用》这本书正是这种理念的绝佳体现。作者巧妙地将计算机科学的原理与化学研究的实践相结合,为读者提供了一个全面而深入的视角。他不仅关注了理论层面,更在实践操作上给予了细致的指导。例如,在介绍分子对接技术时,书中提供了详细的操作步骤和软件选择的建议,这让我能够亲手尝试,将书本上的知识应用于实际的分子模拟中。这种“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”的体验,让我对计算机在药物设计领域的应用有了更深刻的体会。此外,书中对数据可视化在化学研究中的重要性也进行了详细阐述,我了解到,通过精美的可视化图表,可以将复杂的化学数据转化为直观易懂的信息,从而更好地进行交流和传播。这本书的价值在于,它不仅传授了知识,更培养了读者的研究思维和创新能力。

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这本书的阅读体验极佳,作者的文字功底深厚,将抽象的科学概念表达得既准确又生动。我作为一名对化学理论知识有一定了解,但对计算机应用实践了解不多的读者,在这本书中找到了极大的乐趣和收获。作者在讲解如何利用计算机进行高通度筛选和化学数据挖掘时,用了很多形象的比喻,让我能够轻松理解这些复杂的技术。例如,他将高通度筛选比作“大海捞针”,而将计算机的介入形容为“提供了更先进的渔网和定位系统”,这极大地激发了我对这类技术的兴趣。书中对化学反应路径的计算机模拟的解释也让我受益匪浅,我明白了如何通过计算化学的方法来预测反应的活性和选择性,从而指导实验设计。这本书不仅提升了我对计算机在化学领域应用的认知,也为我未来的学习和研究指明了方向,我感到自己对这个交叉学科的理解又上了一个台阶。

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作为一名在读的化学专业本科生,我一直在寻找能够帮助我理解“化学+计算机”这个交叉学科的书籍。《计算机在化学中的应用》这本书可以说完全满足了我的需求。作者并没有将计算机技术本身作为独立的知识点来讲解,而是巧妙地将其融入到具体的化学问题解决过程中。例如,在介绍化学信息学时,作者并没有孤立地讲解数据库和检索技术,而是通过实际的例子,展示了如何利用这些工具来查找和分析大量的化学数据,从而加速新化合物的发现。书中对高性能计算在化学模拟中的作用的阐述也让我大开眼界。我了解到,通过并行计算和云计算,我们可以处理前所未有的庞大计算量,从而进行更精细、更长周期的分子模拟,揭示更深层次的化学奥秘。作者对这些技术的解释,既有理论的高度,又不失实践的可操作性,这对于我这样希望将理论知识转化为实际应用的学生来说,是非常宝贵的。这本书也让我意识到,计算机不仅仅是工具,更是一种思考方式,它能够帮助我们以一种全新的、更有效的方式来审视和解决化学问题。

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