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出版者:冶金工业出版社

作者:张招贤

出品人:

页数:356

译者:

出版时间:2005-8

价格:33.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502434342

丛书系列:

图书标签:

• 电化学
• 电极
• 应用
• 分析化学
• 传感器
• 材料科学
• 界面科学
• 电化学分析
• 腐蚀
• 能源

现代材料科学中的界面现象与调控 图书简介 本书深入探讨了现代材料科学领域中至关重要的界面现象，涵盖了从基础理论到前沿应用的广泛内容。界面作为物质世界中不同相交界处的独特区域，其物理、化学性质与宏观本体材料存在显著差异，对材料的整体性能，如催化、传感、能源储存与转换等方面，起着决定性的作用。本书旨在为材料科学家、化学工程师以及相关领域的科研人员提供一个全面、深入且前瞻性的知识体系。 第一部分：界面物理与化学基础 本部分首先构建了理解界面现象的理论基础。我们从热力学的角度出发，详细阐述了表面能、界面张力和润湿性的基本概念及其对材料结构和稳定性的影响。通过对量子化学和密度泛函理论（DFT）的应用，剖析了原子尺度上电子结构在不同界面上的重构和电子态的演变，特别是涉及到金属/半导体、固/液、气/固等多相界面。 随后，重点讨论了界面结构表征技术。详尽介绍了高真空环境下常用的表面敏感技术，如X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、二次离子质谱（SIMS），以及用于探究表面原子排列的低能电子衍射（LEED）和扫描隧道显微镜（STM）。对于非真空环境下的界面研究，则侧重于原子力显微镜（AFM）在液相和气相中的应用及其在力学、电学和化学成像方面的潜力。 第二部分：固-液界面：电化学与腐蚀 固-液界面是电化学过程的核心场所。本部分深入剖析了电荷转移动力学，包括电极/电解质界面的双电层结构。详细讨论了不同电解质、溶剂和添加剂对双电层结构和电荷转移速率的影响机制，并引入了法拉第过程和非法拉第过程的理论模型。 在应用层面，本章重点关注电化学腐蚀与防护。系统阐述了电化学腐蚀的各种类型，如均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）。详细介绍了电化学阻抗谱（EIS）在腐蚀过程监测和防护涂层性能评估中的应用，并讨论了阴极保护、缓蚀剂设计以及耐腐蚀合金开发的前沿策略。 第三部分：多孔材料与催化界面 多孔材料因其极高的比表面积，在吸附、分离和催化领域具有无可替代的优势。本部分聚焦于孔道结构对界面性能的调控。内容涵盖了介孔材料（如MCM系列、SBA系列）和金属有机框架（MOFs）的合成、孔隙度表征和孔径分布控制。 在多相催化方面，本书将界面视为反应的发生地。详细分析了活性位点的构筑策略，包括单原子催化剂（SACs）、核壳结构和界面复合材料的设计原理。利用原位/非原位表征技术（如XAFS、原位IR）揭示了催化反应机理，特别是中间体的吸附与转化过程，旨在实现对反应路径的精准调控，提高选择性和活性。 第四部分：能源转换界面：电池与燃料电池 能源存储与转换设备（如锂离子电池、固态电池、燃料电池）的性能瓶颈往往受限于关键界面的老化与失效。本书对此进行了深入剖析。 对于锂离子电池，核心内容在于固态电解质界面（SEI）的形成、演变及其对电池循环稳定性的影响。分析了SEI的化学成分、形貌结构，以及在不同电解液体系（有机、离子液体、固态）中的差异。此外，还探讨了正负极材料与电解液的界面反应，以及如何通过表面修饰和添加剂策略来抑制界面副反应。 在燃料电池领域，本书重点关注三相界面（反应物/电极/电解质）的传输现象和催化活性。详细讨论了质子交换膜（PEM）和固体氧化物燃料电池（SOFC）中的电荷传输机制，以及在高温和高湿环境下电极材料（如铂基催化剂）的界面稳定性问题。 第五部分：先进功能界面与智能材料 本部分展望了界面科学在新兴功能材料中的应用。探讨了电润湿现象在微流控芯片和可重构光学器件中的应用，以及压电/热释电界面在能量收集和传感中的潜力。 重点介绍了光电功能界面，如钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层/吸收层/电子传输层界面。分析了载流子的提取、复合机制，以及如何通过界面工程来钝化缺陷态，提升器件效率和长期稳定性。 最后，本书触及了生物/材料界面。讨论了蛋白质吸附、细胞粘附的机制，以及如何设计具有特定表面能、润湿性或生物相容性的界面材料，用于生物传感、药物递送和组织工程等领域。 总结 本书内容紧密围绕“界面”这一核心概念，从微观的电子结构到宏观的器件性能，系统地梳理了界面科学的最新进展和关键挑战。它不仅是理论研究的有力参考，也为面向实际应用的材料设计提供了坚实的工程基础。读者将能够掌握分析和调控材料界面的先进思维与工具。

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从排版和设计上看，这本书也体现了出版方对读者的尊重。清晰的字体选择、合理的行距，以及大量的专业插图和高分辨率的电镜图谱，都极大地提升了阅读体验。特别值得称赞的是，书中对公式的推导过程保持了极高的完整性，作者没有轻易跳过中间步骤，这对于我们这些需要从头理解每一个数学模型的学习者来说，至关重要。此外，书中对于各种电化学测试设备的原理介绍也极为详尽，例如循环伏安法（CV）中的背景电流校正、电化学阻抗谱（EIS）中的等效电路拟合，都有详尽的图例和常见误差分析，这使得读者不仅学会了如何“使用”工具，更明白了工具背后的“原理限制”。

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这本关于“电极”的书，虽然书名听起来很专业，但实际上它的内容深度和广度都远超我的预期。它不仅仅是罗列了各种电极的类型和制作方法，更像是一部系统的、深入探讨电化学界面行为的“百科全书”。作者在开篇部分就用非常清晰的逻辑，将电极材料的选择、表面形貌对电化学反应动力学的影响，以及不同电解质环境下的电极过程进行了全面的梳理。我尤其欣赏它在讲解电极-电解质界面双电层结构时所采用的类比和图示，即便是初次接触这个领域的读者，也能迅速建立起一个直观的认识。书中还花了相当大的篇幅来讨论动态电化学中的电极过程，比如旋转圆盘电极（RDE）和振动电极技术，这些前沿实验方法被讲得深入浅出，不仅提供了理论基础，还结合实际案例展示了如何通过这些技术来解析反应机理，对于正在进行相关实验的学生来说，无疑是一份宝贵的参考指南。

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我花了将近两个月的时间来研读这本书，最大的感受是它的“实践性”极强。市面上很多同类书籍要么过于偏重理论推导，让人读起来晦涩难懂，要么就是过于侧重应用案例而缺乏对基础原理的系统阐述。而这本“应用电极学”恰好找到了一个完美的平衡点。它在每一个章节的末尾都设置了“思考题”和“实验设计启发”，这些内容非常贴合实际研究中的痛点。比如，书中关于新型催化剂负载和电极稳定性提升的章节，详细分析了不同粘合剂和碳载体的优劣，并给出了具体的配方建议，这对我正在尝试优化锂离子电池正极材料的稳定工作电极时，提供了立即可操作的指导。我感觉作者像是站在实验台前，将自己多年的经验浓缩成了文字，而非仅仅是文献的堆砌。

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我必须指出，这本书的学术前沿性令人印象深刻。在探讨“柔性电极”和“生物电化学界面”这些热点领域时，作者展现了与时俱进的广阔视野。它没有停留在传统的固液界面，而是将讨论延伸到了固-固、液-气乃至生物分子层面的电极响应。书中对纳米结构电极的制备策略，特别是原子层沉积（ALD）和电化学气相沉积（CVD）在构建高性能电极结构中的应用进行了精辟的论述。很多最新发表的顶刊研究成果，都被作者巧妙地融入到基础理论框架之中，使得本书不仅仅是一本基础教材，更像是一份精炼的、指向未来研究方向的路线图。读完它，你会感觉自己对整个电化学领域的发展脉络有了更宏观、更有力的把握。

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这本书的叙事风格非常引人入胜，完全没有传统教材那种板着面孔说教的感觉。作者似乎有一种魔力，能将枯燥的物理化学定律，转化成一个个充满张力的“电化学故事”。特别是关于“电极钝化与再生”那一章，它没有简单地归纳现有模型，而是深入剖析了不同氧化物膜的形成动力学和溶解机制，用历史的眼光回顾了早期学者们如何一步步揭示这些复杂现象的。阅读过程中，我能清晰地感受到作者对电化学这门学科的热爱和敬畏。它不是一本只关注“是什么”的书，更是一本探讨“为什么会这样”的书，这种对本质的追问，极大地激发了我探索更深层电化学现象的兴趣。

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