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出版者:化学工业出版社

作者:肖志国

出品人:

页数:350

译者:

出版时间:2005-4

价格:30.0

装帧:平装

isbn号码:9787502567118

丛书系列:

图书标签:

• 发光材料
• 蓄光材料
• 荧光粉
• 夜光材料
• 材料科学
• 化学
• 物理
• 光化学
• 功能材料
• 发光器件

现代光学与材料科学前沿探索 ——聚焦于先进功能性材料的物理特性、合成方法与器件应用 内容提要： 本书深入探讨了当代光学与材料科学领域中多个前沿分支，特别是那些依赖于精确调控材料微观结构和电子态来实现宏观功能转化的先进技术。全书共分为六大部分，系统梳理了从基础理论到尖端应用的完整知识链条，旨在为相关领域的科研人员、工程师以及高年级本科生提供一份全面且富有启发性的参考资料。 第一部分：功能性无机晶体材料的晶体场理论与光响应机制 本部分着重解析了固态材料中电子能级的分布规律及其对外部光场刺激的响应机理。 1. 晶体场理论的深化应用： 详细介绍了配位环境对称性如何影响过渡金属离子和稀土离子 $d$ 轨道和 $f$ 轨道的能级分裂（如 $Delta_o$ 和 $10Dq$ 参数的精确计算方法）。讨论了群论在解析晶体场对称性和选择定则中的核心作用，特别是如何通过计算 $O_h, T_d, D_{3h}$ 等点群下的能级结构图，预测材料的光谱吸收和发射特性。 2. 电子-声子耦合效应： 阐述了材料吸收或发射光子过程中，能量如何通过电子与晶格振动（声子）的相互作用进行弛豫和转移。着重分析了斯托克斯位移的物理本质，并引入了波恩-奥本海默近似的局限性以及小极化子理论在描述强耦合体系中的应用。 3. 缺陷工程与光电特性调控： 深入研究了材料内部本征缺陷（如空位、间隙原子、反位替换）和外来掺杂物对能带结构和载流子输运的影响。通过第一性原理计算（如密度泛函理论，DFT）模拟了不同缺陷结构下的电荷转移和局域态的形成，以指导缺陷浓度的精确控制，优化材料的载流子迁移率和光吸收截面。 第二部分：有机半导体材料的设计与合成策略 本部分关注分子结构与宏观电荷传输性能之间的构效关系，是柔性电子器件实现的关键。 1. 共轭聚合物的骨架设计： 系统介绍了给体-受体（D-A）交替共聚策略，用于精确调控聚合物的HOMO/LUMO能级差（即带隙）。讨论了噻吩、咔唑、苯并噻二唑等核心结构单元的电子效应，以及如何通过改变侧链的烷基长度和空间位阻来影响聚合物的固态堆积形态和溶解性。 2. 小分子有机半导体（OSCs）的结晶控制： 探讨了有机薄膜的形貌对器件性能的决定性影响。分析了通过溶液加工（如旋涂、喷墨打印）过程中溶剂选择、退火温度和成膜速率如何影响分子间的 $pi-pi$ 堆积距离和取向，从而优化空穴或电子的传输路径。 3. 光物理过程的动力学研究： 利用飞秒瞬态吸收光谱（TA）技术，实时监测了光激发后激子（Exciton）的产生、扩散、分离以及电荷的俘获过程。详细解析了单重态激子和三重态激子的寿命及其淬灭路径，为提高光电器件的效率提供了动力学依据。 第三部分：新型纳米结构材料的光学限制与局域场增强效应 本部分聚焦于材料尺寸效应和界面效应，探索如何利用纳米尺度的结构来实现对光场的精细操控。 1. 等离激元共振（Plasmonics）： 详尽阐述了金属（如金、银）纳米颗粒表面电子的集体振荡现象及其与光的耦合机制。分析了表面等离激元共振（SPR）与局域表面等离激元共振（LSPR）的理论模型，特别是局域场增强效应在表面增强拉曼散射（SERS）和高效光捕获中的应用。 2. 量子点（Quantum Dots）的尺寸量子化效应： 深入解析了半导体纳米晶的带隙随粒径变化的规律，即量子尺寸效应的数学描述。比较了基于胶体合成法和热注射法的量子点制备工艺，并讨论了表面钝化技术（如配体工程）对荧光量子产率和光谱窄度的影响。 3. 光子晶体与超材料的光学调控： 介绍了周期性介质结构（光子晶体）如何构建光子带隙，从而实现对光传播的完全控制。同时，引入了负折射率超材料的概念，解释了如何通过亚波长尺度的结构单元（Meta-atoms）来设计材料的有效介电常数和磁导率，实现传统材料无法达到的光学特性。 第四部分：先进光电转换器件的界面物理与效率瓶颈 本部分将理论知识应用于实际器件结构中，分析了能量转换过程中的关键界面问题。 1. 异质结的能带匹配与电荷分离： 以太阳能电池和光电探测器为例，分析了 p-n 结、背接触结构（Back Contact）以及体异质结（BHJ）中内建电场的形成机制。讨论了界面势垒（Interface Barrier）对电荷提取效率的影响，以及如何通过引入界面修饰层（如缓冲层、传输层）来优化能级对准。 2. 载流子复合机制分析： 区分了辐射复合（Radiative Recombination）、俄歇复合（Auger Recombination）和陷阱辅助复合（Trap-Assisted Recombination）在不同材料和工作状态下的主导地位。通过测量器件的开路电压损失（Voltage Loss）和电流密度损失，量化了非辐射复合对器件性能的制约。 3. 器件封装与长期稳定性： 探讨了环境因素（氧气、水汽、热应力）对有机和无机光电器件寿命的加速退化机制。研究了先进的阻隔材料和封装技术，如原子层沉积（ALD）制备的氧化物薄膜，在保持高光透射率的同时，有效隔绝环境侵蚀的策略。 第五部分：非线性光学现象及其高次谐波产生 本部分关注材料在强光场作用下的响应，是光通信和超快光谱学的基础。 1. 经典与量子非线性光学理论： 介绍了材料的极化率张量（$chi^{(2)}, chi^{(3)}$）及其与电场强度的多项式关系。详细推导了二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）和和频/差频产生（SFG/DFG）的耦合方程，强调了相位匹配（Phase Matching）在非线性过程中实现有效能量转换的重要性。 2. 激光与物质的超快相互作用： 讨论了皮秒和飞秒脉冲激光与材料相互作用时，由于非线性吸收和自聚焦效应导致的复杂现象。引入了克尔效应（Kerr Effect）和自相位调制（SPM）的概念，这些是超连续谱（Supercontinuum Generation）产生的基础。 3. 新兴非线性材料的探索： 分析了具有高二阶非线性光学系数（$d_{33}$）的铌酸锂（LNO）晶体、周期性极化铌酸锂（PPLN）的制备与应用，以及基于等离激元结构增强非线性信号的潜力。 第六部分：先进光谱学表征技术与数据解析 本部分提供了支撑前述理论和材料制备的实验工具和数据解读方法。 1. 固态材料的结构表征： 涵盖了高分辨透射电子显微镜（HRTEM）在晶格缺陷成像中的应用，X射线衍射（XRD）在晶粒大小和微应力分析中的作用。重点讲解了固态核磁共振（Solid-State NMR）如何提供局域化学环境和原子间距的无序度信息。 2. 光谱学表征技术深度解析： 详细介绍了荧光寿命成像光谱（FLIM）用于分辨不同激发态物种和微环境粘度的技术原理。同时，对光致发光（PL）和电致发光（EL）光谱的峰位、半高宽（FWHM）与材料组分和温度的定量关系进行了深入探讨。 3. 痕量分析与界面灵敏技术： 阐述了二次离子质谱（SIMS）用于深层元素分析的技术细节，以及如何利用表面敏感技术如X射线光电子能谱（XPS）和紫外光电子能谱（UPS）来精确测定材料表面的化学态和功函数。 本书结构严谨，内容详实，旨在提供一个跨越基础物理到工程实现的全面视角，推动读者在光电功能材料的设计与应用方面取得突破。

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这本厚厚的书，封面设计倒是挺朴实，就是那种略带磨砂质感的米白色，标题字体很醒目，但内容上，我真的得承认，我看得一头雾水。我本意是想找一些关于如何在家DIY一些夜光小饰品的方法，或者至少是一些关于发光原理的科普读物，希望能用在给孩子讲故事时增加点趣味性。然而，这本书的内容深度完全超出了我的理解范围。里面充斥着大量的化学分子结构图、复杂的晶体学描述，以及各种晦涩难懂的缩写，比如什么“SrAl2O4:Eu2+,Dy3+”之类的，看得我脑子嗡嗡作响。感觉这更像是一本面向专业研究人员的教科书，而不是给普通爱好者准备的入门指南。我尝试去理解其中关于激发态寿命和淬灭机制的部分，但每次都得停下来查阅好几个专业词典，进展极其缓慢。如果有人想深入了解固态物理和无机化学背景下的光物理过程，或许这本书是宝库，但对我来说，它更像是一本摆在书架上，偶尔翻阅一下，然后感叹一句“好高深”的装饰品。我甚至没能在其中找到任何一个可以照着操作的简单实验步骤，完全是理论的海洋。

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这本书的结构给我一种强烈的“学术会议论文集”的感觉，而不是一本结构流畅的专著。章节之间似乎更多地是基于材料体系（比如硫化物系、铝酸盐系、硅酸盐系）而非基于应用领域或阅读难度来组织的。每一章都像一个独立的、高度专业化的研究报告，引用了大量的早期文献和最新突破。虽然这保证了内容的广度和前沿性，但对于一个初学者来说，阅读体验非常碎片化，缺乏一个循序渐进的主线来引导理解。我读起来的感觉更像是跳跃式的知识点检索，而不是沉浸式的学习过程。我本想找一个关于“发光材料历史发展脉络”的概述，但书中几乎都是关于特定化学反应机理的深度剖析。这使得那些对发光现象本身感到好奇，但对量子化学不甚了解的读者，很难建立起一个宏观的知识框架。它像是一份给领域内专家的深度参考，而不是给想跨界学习的新人的友好向导。

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我买这本书的初衷，是希望能够为我正在装修的新家，选择一些既美观又节能的照明材料。我特别关注那种能够在白天吸收光线，晚上能发出柔和光芒的装饰材料，比如地砖、墙漆或者是一些特殊的户外标牌。我期待这本书能提供关于不同光致变色材料的实用性能对比，比如亮度衰减的速度、不同波长光的吸收效率，以及它们在潮湿或酸碱环境下的稳定性测试报告。遗憾的是，这本书似乎完全没有涉及这些“应用端”的信息。它几乎把所有的笔墨都放在了材料合成的路径上，探讨的是如何在实验室条件下精确控制掺杂剂的浓度、烧结温度对发光效率的决定性影响。当我翻到有关“制品”的部分时，我发现它讨论的“制品”指的是经过特定工艺处理的粉末颗粒，而不是我们日常生活中能买到的成品灯具或装饰板。这让我的期待落空了。我需要的是“这个涂料能维持多久的亮度”，而不是“这个纳米颗粒的能带结构是什么样的”。对于一个追求家居美学的非化学专业人士来说，这本书的实用价值几乎为零，它更像是实验室的年度总结报告汇编。

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我购买这本书时，对“蓄光型发光材料”这个标题中的“制品”二字抱有很高的期望，我以为里面会详细介绍市面上各种产品——从发光手表到应急出口标志——它们是如何应用这些材料的。我甚至想看看是否有关于质量控制和行业标准的介绍。结果，这本书里对“制品”的讨论，更多的是指那些刚刚从反应釜里取出的、尚处于半成品状态的**晶体粉末或薄膜**，而不是最终消费者可以购买和使用的完整产品。书中对于涂覆工艺、模压技术或者集成到塑料基体中的具体工程问题，几乎是避而不谈的。我试图寻找关于材料老化和耐久性的章节，想知道户外使用时，材料的耐候性如何，但这些实际应用中的关键痛点，在书中仅仅是一笔带过，重点完全放在了如何“制造”出具有某种特定发光特性的基质材料上。这使得这本书更像是上游的原材料供应商手册，而不是下游的应用解决方案指南。对于希望将其知识转化为实际生产或设计的人来说，中间的鸿沟实在太大了。

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坦白说，这本书的排版和印刷质量相当不错，纸张厚实，图表清晰，这一点值得称赞。我个人对那种用纯粹的科学语言描述世界的方式抱有天然的敬意。然而，我的耐心是有限的。我花了整整一个下午试图理解其中关于“上转换发光机制”的章节，书中详细描述了能量的逐级跃迁和多光子吸收过程，这无疑是极具学术价值的。但对于一个希望了解“为什么某些材料在紫外光下颜色和在可见光下颜色不同”的普通读者来说，这种深度解析显得过于冗长和抽象。我更希望看到的是一些直观的类比，比如用更日常的物理现象来解释这些复杂的能量交换过程，而不是直接抛出薛定谔方程的简化形式。这本书的语言风格极其严谨，每一个论断都建立在坚实的实验数据和理论推导之上，这使得它的可信度毋庸置疑，但也极大地提高了阅读门槛。它就像一座信息密集的图书馆，但你没有地图，找不到你需要的那个特定的故事，只有成千上万的索引条目。

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