Surface Science and Its Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Osvaldo de Melo

出品人:

页数:430

译者:

出版时间:2000-1

价格:532.00元

装帧:

isbn号码:9789810243968

丛书系列:

图书标签:

• 表面科学
• 表面物理
• 表面化学
• 材料科学
• 纳米技术
• 薄膜技术
• 催化
• 界面科学
• 真空技术
• 分析技术

《纳米材料的电子结构与表征技术》 本书深入探讨了纳米材料领域的电子结构理论及其相关的表征技术。在当代科学研究中，纳米材料因其独特的物理化学性质，在催化、传感、能源、医药等诸多领域展现出巨大的应用潜力。而理解这些性质的根源——即材料的电子结构——是实现其高性能应用的关键。 本书首先从量子力学的基本原理出发，详细阐述了理解纳米材料电子结构所需的理论框架。我们将从原子轨道理论讲起，逐步深入到分子轨道理论、晶体场理论以及配位场理论，解释这些理论如何应用于描述单原子、小分子吸附在表面、二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的电子分布，以及零维纳米颗粒（如量子点、金属纳米团簇）的电子能级结构。书中将重点介绍计算化学方法，如密度泛函理论（DFT）及其各种近似方法，阐述如何利用这些计算工具来预测和理解纳米材料的电子态密度、能带结构、费米能级、电子密度分布以及光学性质。此外，我们还将讨论激子效应、表面等离激元共振等在纳米材料中尤为显著的电子现象，并分析其对材料性能的影响。 在电子结构理论的基础上，本书着重介绍了与纳米材料电子结构密切相关的实验表征技术。我们将详细介绍高能光子的电子探测技术，包括紫外光电子能谱（UPS）和X射线光电子能谱（XPS）。UPS能够提供材料价带区域的电子结构信息，而XPS则可以给出元素的组成、化学态以及表面形貌的详细信息。我们将深入探讨如何通过分析光电子的能量、强度和半高宽来解读材料的电子能级、轨道填充情况、化学键合状态以及元素的配位环境。 除了光电子谱学，本书还将详细介绍俄歇电子能谱（AES）及其在表面成分分析和形貌学研究中的应用。我们还会讨论电子衍射技术，如透射电子衍射（TED）和扫描电子衍射（EBSD），阐述它们如何揭示纳米材料的晶体结构、取向和缺陷。 此外，本书还会涵盖扫描探针显微镜（SPM）家族中的重要技术，包括扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）。我们将重点介绍STM如何利用量子隧穿效应来探测材料表面的电子态密度，实现原子级别的空间分辨率成像，并可以进行电子谱学测量（STS），揭示不同位置的电子结构差异。AFM则通过探测探针与样品表面的范德华力、静电力等相互作用力来成像，能够提供材料的三维形貌信息，并可结合各种探针技术，如磁力显微镜（MFM）和导电原子力显微镜（C-AFM），用于探测表面磁性、电学性质等。 书中还将介绍X射线吸收谱（XAS），包括X射线吸收近边结构（XANES）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）。XANES可以提供元素价态和配位环境信息，而EXAFS则能够分析周围原子的类型、数量和距离，从而解析纳米材料的局部原子结构。 为了更好地理解这些表征技术，本书将提供大量的实际案例分析，涵盖了金属纳米颗粒、半导体量子点、二维材料（如石墨烯、MoS2）、氧化物纳米晶体以及金属有机框架（MOFs）等多种典型纳米材料。通过对这些案例的深入分析，读者将能够掌握如何将实验数据与理论计算结果相结合，从而全面地理解纳米材料的电子结构及其与性能之间的关联。 本书旨在为纳米材料领域的科研人员、研究生和高年级本科生提供一个系统、深入的学习平台。通过对电子结构理论和表征技术的全面介绍，读者将能够更好地设计、合成和理解新型纳米材料，并有效地解决在纳米材料研发过程中遇到的关键科学问题。本书的另一重要目标是促进纳米材料理论研究与实验表征之间的紧密联系，为推动纳米科学和技术的发展奠定坚实的基础。

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这本书的深度，说实话，超出了我最初的预期。我原本以为它会停留在表面科学的基础原理层面，但当我翻到关于表面反应动力学的章节时，我发现它已经触及到了前沿研究的腹地。尤其是在描述异相催化反应的过渡态理论时，作者引入了密度泛函理论（DFT）计算的结果来佐证实验观测，这种跨学科的融合处理，使得原本晦涩的理论充满了坚实的计算基础。特别是针对特定催化循环（如二氧化碳还原反应）的详细机理剖析，其对中间产物的稳定性和反应能垒的讨论，具有极高的参考价值。我甚至将书中关于表面扩散机制的图表与我正在跟踪的几篇顶会论文进行了对照，发现这本书的内容更新速度和深度都保持在非常高的水准。更值得称赞的是，作者在讨论这些复杂模型时，总是能保持一种批判性的视角，他不会将任何理论视为绝对真理，而是会指出当前模型的局限性以及未来可能的研究方向，这对于培养学生的科学思维至关重要。这种“授人以渔”而非“授人以鱼”的写作风格，让这本书的价值远远超出了一个简单的教科书范畴，更像是一位资深导师的悉心教诲。

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读完这本书的前半部分，我最大的感受是作者在构建知识体系上的那种近乎偏执的逻辑性。它并非是简单地堆砌知识点，而是像一位高明的建筑师，层层递进地搭建起表面科学的宏伟大厦。从最基础的晶体结构和化学键合理论开始，作者没有急于进入复杂的动力学研究，而是花了大量篇幅来铺垫热力学基础，特别是关于表面能、表面张力以及吉布斯吸附等基本概念的阐述，处理得极其细致入微。我印象深刻的是书中对不同清洁方法（如等离子体清洗、湿法化学刻蚀）的对比分析，它不仅描述了“怎么做”，更深入探讨了“为什么这样做是最佳选择”，涉及到每种方法对不同材料表面损伤程度的量化评估。这种对“度”的把握，在很多同类著作中是缺失的。此外，作者在引入先进表征技术时，处理得非常巧妙，它不是孤立地介绍扫描隧道显微镜（STM）或原子力显微镜（AFM）的原理，而是将其置于特定的研究问题之下，例如，如何利用AFM在亚纳米尺度上分辨出不同倾斜角晶面上的原子台阶。这种以问题为导向的教学方法，极大地激发了我的主动学习欲望，让我不再是被动地接受信息，而是主动地去思考如何运用这些工具去解决尚未解决的科学难题。

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这本《Surface Science and Its Applications》的封面设计，单从视觉冲击力上来说，着实让人眼前一亮。那种深邃的蓝色调，配上极其精密的分子结构图示，透露出一种严谨而又充满探索欲的学术气息。我拿起它的时候，首先吸引我的是排版。它不像那些老派的教科书那样充斥着密集的文字和生硬的公式堆砌，而是采用了大量的彩色插图和清晰的流程图，即便是对于初次接触这个领域的读者，也能感受到作者试图拉近与读者的距离的用心。比如书中关于俄歇电子能谱（AES）的介绍部分，它没有直接抛出复杂的物理模型，而是通过一个生动的“打靶与反弹”的比喻，将电子与固体表面的相互作用过程可视化了。这一点非常关键，因为表面科学本身就充满了抽象的概念，如何有效地将这些看不见的微观世界呈现在纸面上，是衡量一本优秀教材的重要标准。我特别欣赏它在案例分析上的选择，不同于其他书籍热衷于罗列经典理论，这本书似乎更关注现代工业中的实际问题，比如催化剂的失活机制、半导体器件的表面钝化技术等，这些内容让人觉得它不仅是理论的总结，更是一本解决实际工程难题的工具书。那种对细节的打磨，比如对真空技术要求的详尽说明，都体现了作者深厚的专业背景和丰富的实践经验。整体而言，它在形式上成功地做到了学术前沿与可读性之间的完美平衡。

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从读者的体验角度来看，这本《Surface Science and Its Applications》在“应用”这一块的阐述，绝对是它的亮点之一。很多表面科学的书籍往往止步于基础物理和化学，但这本书明显地意识到，这些知识只有落地到实际工程中才能发挥最大的价值。书中专门设立了一个关于“功能化表面”的章节，它详尽地介绍了如何通过自组装单分子膜（SAMs）来精确调控材料表面的润湿性、生物相容性乃至电子传输特性。举例来说，书中对半导体器件制造中的原子层沉积（ALD）技术的介绍，不仅涵盖了其反应机理，更详细分析了温度窗口、前驱物选择以及薄膜厚度控制的工艺窗口，这对于从事微电子行业的工程师来说，简直是如获至宝。再者，书中对生物传感器的设计原理的剖析，清晰地展示了如何利用表面等离子体共振（SPR）技术，结合特定分子识别元件，实现对生物标志物的高灵敏度检测。这些应用实例的选取，极具时代感和针对性，它们直观地展现了表面科学如何在材料科学、生物医学和信息技术等领域发挥核心驱动力，极大地提升了本书对于工程背景读者的吸引力。

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这本书的辅助资源和配套材料也做得非常到位，这从侧面反映了出版社和作者对提升读者学习体验的重视程度。例如，书中提供的每个实验案例后面，都附带了一个“扩展思考”部分，这些问题往往要求读者综合运用前一章和本章的知识点来设计一个虚拟实验或评估一个现有工艺的优缺点，这有效地避免了读者在读完理论后就束之高阁的现象。更令人惊喜的是，书中多次提及了一个在线资源库的链接，通过扫描特定的二维码，读者可以直接访问到相关的原始数据文件、模拟结果的可视化动画，甚至是作者在撰写该章节时所参考的几篇关键论文的精选摘要。这种数字化和互动的学习体验，极大地弥补了传统纸质书在动态信息展示上的不足。对我个人而言，尤其是在学习涉及多相催化反应的复杂网络模型时，能够实时调出三维的能量地形图进行观察和旋转，这比单纯的二维截面图要直观和高效得多。总而言之，这本书不仅仅是一本可以被阅读的书，更是一个完整的、支持深度学习和研究的平台，体现了当代学术出版的最高标准。

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