Single Molecule Chemistry and Physics

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出版者:Springer Verlag
作者:Wang, C.
出品人:
页数:303
译者:
出版时间:
价格:$ 213.57
装帧:HRD
isbn号码:9783540253693
丛书系列:
图书标签:
  • Single Molecule
  • Chemistry
  • Physics
  • Nanotechnology
  • Spectroscopy
  • Molecular Electronics
  • Surface Science
  • Chemical Physics
  • Materials Science
  • Biophysics
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具体描述

The characterization of individual molecules has been a scientifically attractive and challenging task for decades, and remains so today. New technological developments have facilitated great progress in our understanding of the structure and behavior of single atoms and molecules in various environments. This book provides an introduction to the most important experimental and theoretical methods for characterizing and imaging single molecules, including scanning tunnelling and atomic force microscopy of molecules at surfaces, fluorescence studies, near-field optical microscopy and Raman spectroscopy. It also elucidates newly discovered properties of single-molecular systems and their relevance to the fast growing field of nanotechnology.

聚焦宏观与复杂系统的化学物理学前沿探索 本书旨在深入探讨一系列超越传统单分子尺度的、涉及复杂体系和宏观现象的化学物理学领域。我们摒弃对单个分子行为的精细解析,转而将目光投向由大量分子构成的集合体、界面过程、以及在不同尺度和维度下涌现出的新颖物理化学性质。本书的内容体系侧重于从统计力学到复杂系统动力学的跨越,强调集体行为、结构演化与功能实现之间的内在联系。 全书共分为七个主要部分,涵盖了从基础理论框架的拓展到尖端实验技术的应用,旨在为研究人员和高年级研究生提供一个理解和掌握当前复杂化学物理研究热点的权威参考。 --- 第一部分:介观尺度的界面与表面现象 本部分聚焦于物质在宏观尺度下的暴露面——界面和表面,这些区域的性质往往决定了许多实际化学过程的效率和选择性。 第一章:多相催化中的结构敏感性与局域环境 本章深入研究了负载型催化剂的表面结构异质性对反应活性的影响。我们讨论了如何通过先进的谱学技术(如同步辐射吸收谱和固体NMR)来表征催化剂活性位点附近的电子结构和原子排列。重点分析了贵金属纳米颗粒在不同载体(氧化物、碳材料)上的形貌演变,以及在反应气氛下表面原子重构的动力学过程。讨论扩展到催化剂失活机制,特别是积碳、烧结和相变在宏观反应速率下降中的作用。 第二章:电化学界面双电层结构与离子传输 本章详细阐述了在电极/电解质界面处形成的电化学双电层(EDL)的结构与动力学。我们采用密度泛函理论(DFT)计算与X射线反射测量相结合的方法,探究了不同电解质离子在不同金属(如Pt, Au, Ag)表面上的吸附位点和排布方式。重点解析了双电层厚度、局部电场强度与宏观电荷转移速率之间的耦合关系,特别是在非水体系和固态电解质中的表现。 第三章:软物质的自组装与形态控制 本章关注高分子、胶体、液晶等软物质体系的相分离与自组装行为。内容涵盖了临界胶束浓度(CMC)的统计热力学描述、共聚物嵌段的微相分离理论(Flory-Huggins理论的扩展)以及动态过程中的形核与生长。此外,本章还讨论了外部场(如剪切力、温度梯度)对自组装结构(如囊泡、管状结构)的动态诱导与形态锁定机制。 --- 第二部分:复杂流体动力学与传输现象 本部分着眼于具有非线性粘弹性、颗粒分散或非均匀组分的流体体系中的输运过程。 第四章:湍流的统计描述与尺度依赖性 本章系统回顾了经典湍流理论(如Kolmogorov的5/3律)的局限性,并引入了更现代的统计工具来描述复杂流体中的涡旋级联。讨论了在颗粒悬浮液或高分子溶液中,添加物对湍流结构的影响,包括粘度各向异性引起的剪切层不稳定性和混合效率的改变。 第五章:多孔介质中的渗流与反应耦合 本章聚焦于在多孔材料(如岩石、土壤、膜结构)中流体传输的随机性。我们使用随机网络模型和格子玻尔兹曼方法来模拟渗流路径的选择与效率。重点分析了反应性流体在孔隙网络中的对流-扩散-反应耦合过程,这对地下水污染迁移和燃料电池性能评估至关重要。 --- 第三部分:集合态的电子结构与光物理 本部分讨论了当分子以集合态存在时,其电子能级结构和光响应行为如何发生根本性的变化。 第六章:固体材料的光激发态动力学 本章探讨了半导体和分子晶体中的激子物理学。内容包括弗伦克尔激子和瓦尼尔-莫特激子的区别,以及它们在晶格中的迁移机制。通过瞬态吸收光谱(TA)技术,分析了能量转移过程中的非辐射复合、电荷分离效率以及激子-声子耦合对激发态寿命的调控作用。 第七章:无序体系中的电子局域化 本章深入研究了在无序材料(如无定形半导体或掺杂晶体)中,电子波函数的局域化现象。引入了安德森局域化理论,并通过计算模拟来确定临界无序度。讨论了局域化对材料宏观电导率的影响,特别是鲍尔-费(Bohr-Firey)模型在描述变程跳跃导电机制中的应用。 --- 第四部分:统计力学与非平衡态过程 本部分处理远离热力学平衡态的系统演化,重点是不可逆过程的驱动力和效率。 第八章:介观系统的非平衡态热力学 本章介绍了关于涨落定理(如Jarzynski等式、Crooks关系)在描述小尺度系统或短时程过程中的应用,这些定理将非平衡功的统计性质与平衡态自由能联系起来。讨论了能量耗散与信息获取之间的界限。 第九章:化学反应网络的复杂性与稳定性 本章从动力学系统理论的角度分析了复杂的化学反应网络(如生物催化网络或燃烧反应)。关注点在于网络的拓扑结构如何决定系统的振荡行为、多稳态、以及对外界扰动的鲁棒性。 --- 第五部分:高压与极端条件下的物态研究 本部分考察了物质在极高压力或强磁场下表现出的新奇物理化学性质。 第十章:高压下固体的相变与晶格动力学 利用金刚石砧技术获得的压力数据,本章分析了从分子晶体到原子晶体的转变过程。讨论了拉曼光谱和X射线衍射在确定高压新相结构中的作用,以及电子结构(如电荷密度波)在高压下被抑制或增强的机制。 --- 第六部分:数据驱动的化学物理模型构建 本部分关注如何利用先进的计算和数据科学方法来处理复杂系统的多尺度数据。 第十一章:分子动力学模拟的长程相关性分析 详细介绍如何从长时间尺度的分子动力学轨迹中提取出宏观相关的输运系数(如扩散系数、热导率),重点是降噪技术和时间序列分析在去除短程相关性噪音中的应用。 第十二章:机器学习在相图预测中的应用 探讨了如何利用高通量计算数据训练的神经网络来快速预测复杂多组分体系的相图区域,并优化了基于势能面采样的“主动学习”策略。 --- 第七部分:宏观系统的耦合与多尺度模拟 第十三章:流体-固体耦合系统的摩擦与润滑 本章讨论了宏观运动中,流体膜如何影响固体表面的摩擦系数。通过有限元分析(FEA)与分子模拟的耦合,研究了在高速或高载荷下润滑剂分子的取向、剪切诱导的降解,以及由此导致的摩擦力增加。 本书的编写风格强调理论的严谨性、计算方法的实用性,以及与前沿实验观测的紧密结合,旨在全面覆盖当前化学物理学中对“集体现象”和“复杂性”的深入理解。

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这本书单分子化学与物理,简直打开了我的认知新世界。我一直对化学和物理的交叉领域很感兴趣,但总觉得那些宏观的理论离我太遥远,不够直观。这本书则完全不同,它以一种前所未有的视角,将我们带入了微观世界的奇妙之旅。从理解单个原子或分子的行为,到揭示它们如何相互作用并最终构成宏观物质,这本书都做了极其详尽的阐述。它不仅仅是理论的堆砌,更是通过大量精美的图示、清晰的逻辑和深入浅出的讲解,让即使是初学者也能逐步掌握复杂的概念。例如,书中关于单分子光谱学的介绍,我之前总是觉得光谱学是分析样品的“黑箱”,但作者通过详细介绍如何从单个分子的振动、转动甚至电子跃迁中获取信息,让我对其有了全新的认识。这种“抽丝剥茧”的研究方法,让我深刻体会到科学探索的严谨与魅力。此外,书中还涉及了诸如单分子力学、单分子电子学等前沿领域,这些内容对于我这样希望站在学科前沿的读者来说,无疑是宝贵的财富。作者在介绍这些前沿技术时,并没有避讳其中的复杂性,而是循序渐进地引导读者理解其背后的基本原理和应用前景,这种教学方式让我受益匪浅。整本书的编写风格严谨而不失趣味,专业性极强,但又尽可能地避免了晦涩难懂的语言。每一章的结尾都有对相关研究的总结和展望,这对于读者理解该领域的最新进展非常有帮助。我尤其喜欢书中关于单分子开关和单分子马达的章节,它们展现了如何利用单分子构建功能性器件,这让我对未来的微纳科技充满了无限遐想。这本书绝对是我近期阅读中最具启发性的一本书籍,它不仅提升了我的专业知识,更激发了我对科学研究的热情。

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作为一名对前沿科学技术抱有浓厚兴趣的普通读者,我常常为那些能够窥探物质世界最深层秘密的科学领域感到着迷。《Single Molecule Chemistry and Physics》这本书,正是这样一本带领我进入微观奇境的指南。它以令人惊叹的细致和清晰,阐述了如何观测和研究单个分子。书中关于单分子成像技术的讲解,让我明白了那些我们肉眼无法看见的微小结构,是如何被现代科学技术捕捉到的。从电子显微镜到光学显微镜,再到各种先进的光谱技术,作者都对其原理和应用进行了深入的介绍,并且通过大量的实例,展示了这些技术如何帮助我们揭示分子的结构、性质以及它们之间的相互作用。我特别喜欢书中关于单分子电学和输运的章节,它让我看到了如何利用单个分子来构建功能性的电子器件,以及如何研究电子在分子层面的流动和行为。这对于未来的微电子技术和量子计算的发展,无疑具有极其重要的意义。这本书的语言通俗易懂,尽管涉及了很多专业的概念,但作者总是能够用恰当的比喻和生动的描述,让读者轻松理解。阅读这本书,就像是在进行一场奇妙的科学探险,每一次翻页,都充满了新的发现和惊喜。

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我一直认为,对于任何一个希望深入理解物质世界的科学工作者来说,理解最基本的构成单元至关重要。《Single Molecule Chemistry and Physics》这本书,正是以一种极为系统和深入的方式,向我们展示了单分子研究的方方面面。它将理论与前沿的实验技术紧密结合,为我们打开了一扇通往微观世界的大门。书中关于单分子操纵技术的介绍,让我大开眼界。我之前总是认为,单个原子或分子的精确移动,仅仅是理论上的设想,但这本书却通过大量真实的实验案例,展示了如何利用原子力显微镜等工具,精确地移动、连接甚至“组装”单个分子,这无疑是人类探索微观世界的一大壮举。我尤其喜欢书中关于单分子传感器和诊断技术的讨论,它让我看到了单分子科学在疾病诊断、环境监测等方面的巨大应用前景。通过对单个分子的灵敏检测,我们可以实现更早、更准确的诊断,以及更高效、更环保的环境监测。这本书的逻辑清晰,结构严谨,使得即使是初学者也能逐步掌握复杂的概念。它对于任何一位对纳米科技、材料科学或精密测量技术感兴趣的读者来说,都将是一次非常有价值的阅读体验。

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对于一个对物理化学原理有着浓厚兴趣,但又总觉得宏观实验结果难以追溯到本源的读者来说,《Single Molecule Chemistry and Physics》这本书简直是一场及时雨。它将我们从宏观世界的模糊视角,带入了微观世界的清晰洞察。书中对单分子光谱学方法的细致讲解,让我深刻理解了如何从单个分子的细微光信号中提取出丰富的结构和动力学信息,这对于理解化学反应机理和分子间的相互作用至关重要。作者不仅介绍了各种光谱技术的原理,还详尽地讨论了它们在实际应用中的挑战和解决方案,这对于实验室研究者来说极具参考价值。我特别喜欢书中关于单分子动力学模拟的部分,它将计算机模拟的力量与实验数据相结合,为我们提供了一个强大的工具来理解分子运动的复杂性。这种理论与实验的协同,是现代科学研究不可或缺的一部分。书中对单分子器件的介绍,也让我看到了未来科技的无限可能,比如利用单分子来制造超小型、超高效的电子元件,或者开发新型的生物传感器。这本书的图解非常精美,能够帮助读者直观地理解抽象的科学概念。阅读过程充满了惊喜,我总能在书中找到新的启发和思考。

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我一直认为,真正伟大的科学书籍,是那种能够点燃你内心深处好奇心,让你对未知充满渴望的书。《Single Molecule Chemistry and Physics》恰恰就是这样一本书。它以一种非常独特的方式,将宏观世界的化学反应和物理现象,分解到最基本的单元——单个分子。这种视角,让我对很多习以为常的现象产生了全新的理解。书中关于单分子反应动力学的部分,详细阐述了如何通过时间分辨技术来观察单个分子在反应过程中经历的各种中间态和能量变化,这让我感觉自己仿佛亲身置身于微观的反应现场,见证着化学键的形成与断裂。这种“看见”微观过程的能力,是传统化学分析所难以比拟的。我特别喜欢书中对单分子荧光共振能量转移(smFRET)的讲解,它清晰地展示了如何利用这种技术来研究分子构象的变化、分子间的相互作用,甚至是生物大分子在细胞内的动态过程。这种精细的测量能力,为理解复杂的生物系统提供了强大的工具。书中还介绍了许多利用单分子效应来设计新型传感器和探测器的思路,这让我看到了科学研究如何直接转化为实际应用的可能性。作者在论述这些前沿技术时,并没有使用过于艰深的数学模型,而是侧重于解释其核心思想和应用价值,使得读者能够更好地理解其背后的科学逻辑。阅读这本书的过程,就像是在探寻物质世界的终极奥秘,每一次翻阅,都像是在揭开一层面纱,让我对科学的理解更加深刻。

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我一直认为,科学的魅力在于其不断探索未知的能力,而探索未知,往往需要我们拥有更精密的工具和更深入的视角。《Single Molecule Chemistry and Physics》这本书,正是这样一种能够拓展我们研究边界的利器。它将我们带入了单分子这一物质世界的最基本组成单元,让我们能够以前所未有的方式去观察、理解和操控它们。书中对单分子操纵技术的详细介绍,让我大开眼界。我之前总是觉得,单个原子或分子的移动,仅仅是科幻小说中的场景,但这本书却通过大量真实的实验案例,展示了如何利用原子力显微镜等工具,精确地移动、连接甚至“组装”单个分子,这无疑是人类探索微观世界的一大壮举。我尤其喜欢书中关于单分子马达和分子开关的章节,它们不仅展现了如何利用单分子构建具有特定功能的器件,更揭示了微观世界中的能量转换和信息传递的奥秘。这种将基础科学研究与工程应用相结合的思路,让我对未来的科技发展充满了期待。这本书的逻辑清晰,结构严谨,使得即使是初学者也能逐步掌握复杂的概念。它对于任何一位对纳米科技、材料科学或精密测量技术感兴趣的读者来说,都将是一次非常有价值的阅读体验。

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我一直认为,对于任何一个想在科学领域有所建树的人来说,理解最基本的研究单元至关重要。而《Single Molecule Chemistry and Physics》这本书,正是以极其深入和系统的方式,向我们展示了单分子研究的方方面面。这本书不仅仅是理论的介绍,更重要的是,它将理论与前沿的实验技术紧密结合,为我们打开了一扇通往微观世界的大门。我非常欣赏书中对于单分子力学和电子学的介绍,它清晰地展示了如何利用各种显微技术来精确测量单个分子的力学性质,比如它们的弹性、韧性,以及如何在单个分子层面构建和研究电子器件。这让我意识到,未来的电子技术和材料科学,可能就掌握在这些单个分子的手中。书中关于单分子自组装的章节,更是让我看到了利用分子间的相互作用力来构建复杂有序结构的巨大潜力。作者通过大量的实例,展示了如何设计分子,使其能够自发地排列成所需的纳米结构,这对于纳米电子学、生物医学等领域都具有深远的影响。我尤其喜欢书中关于单分子传感器和诊断技术的讨论,它让我看到了单分子科学在疾病诊断、环境监测等方面的巨大应用前景。这本书的编写风格严谨而流畅,使得即使是相对复杂的概念,也能被清晰地理解。每一个章节都提供了丰富的参考文献,为希望深入研究的读者提供了极大的便利。

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作为一个对科学技术充满好奇的人,我总是被那些能够改变我们认知世界方式的领域所吸引。《Single Molecule Chemistry and Physics》这本书,正是这样一本引领我进入微观世界,重新认识物质本质的杰作。它以一种极其细腻和系统的方式,向我们展示了如何观察、研究和操控单个分子。书中关于单分子成像的章节,对我来说尤其震撼。它让我明白了,那些我们肉眼无法触及的微小粒子,是如何被现代科学技术“捕捉”并“展示”出来的。从扫描隧道显微镜的原子级分辨率,到各种高灵敏度的荧光探测技术,作者都进行了详尽的介绍,并且通过大量的实例,展示了这些技术如何帮助我们揭示分子的结构、性质以及它们之间的相互作用。我特别喜欢书中关于单分子动力学研究的部分,它让我看到了如何利用时间分辨技术来观察单个分子在反应过程中经历的各种状态和能量变化。这种“实时”观测的能力,为我们理解化学反应的本质和生物过程的动态变化提供了前所未有的视角。这本书的编写风格严谨而富有启发性,使得即使是相对复杂的概念,也能被清晰地理解。阅读过程充满了惊喜,我总能在书中找到新的思考方向和研究灵感。

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我一直相信,真正的科学进步,往往来自于对传统研究范式的颠覆,而单分子科学,无疑就是这样一种革命性的研究方向。《Single Molecule Chemistry and Physics》这本书,正是这场革命的杰出代表。它将我们的研究视野,从宏观的批量样品,聚焦到微观的单个分子。书中对单分子光谱学的深入阐述,让我认识到了如何通过分析单个分子的细微光信号,来理解其复杂的化学和物理性质。这种“见微知著”的研究方法,是理解物质世界本源的关键。我尤其欣赏书中关于单分子力学的讨论,它揭示了如何利用精确的实验技术来测量单个分子的力学响应,比如它们的断裂强度、弹性形变等。这对于理解生物分子(如DNA、蛋白质)在生命活动中的力学作用,以及设计新型纳米材料,都具有极其重要的指导意义。书中还介绍了许多利用单分子效应来构建纳米器件的思路,这让我看到了未来科技发展的广阔前景,比如开发更高性能的传感器、更高效的催化剂,或者更精密的测量仪器。这本书的图文并茂,使得抽象的科学概念变得生动形象,易于理解。它对于希望站在科学前沿,探索物质世界终极奥秘的读者来说,绝对是一本不可多得的宝藏。

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作为一个多年浸淫在实验科学领域的研究者,我总是对那些能够“看见”和“操纵”单个物质层面的技术手段感到由衷的敬佩。而《单分子化学与物理》这本书,正是这样一部集大成之作。它系统地梳理了单分子探测和操控的各种实验技术,从扫描隧道显微镜(STM)到原子力显微镜(AFM),再到各种光谱学方法,作者都进行了深入浅出的介绍,并且详尽地阐述了每种技术的基本原理、实验装置、样品制备、数据分析以及它们在不同研究领域中的具体应用。让我印象深刻的是,书中不仅仅是罗列技术,更重要的是,它非常注重阐述这些技术是如何帮助我们解决那些传统宏观方法无法触及的科学问题的。比如,作者在讨论单分子力谱时,详细描述了如何通过AFM针尖与单个分子之间的相互作用力来测量分子键的断裂能,或者研究蛋白质折叠过程中的力学变化。这种精细入微的观察能力,是单分子科学最迷人的地方。我之前一直困惑于一些生物化学反应的能量景观,而这本书中关于单分子动力学模拟和实验结合的部分,为我提供了全新的思路,能够更清晰地理解反应路径和活化能。此外,书中关于单分子自组装和图案化的章节,更是让我看到了利用单分子构筑复杂有序结构的潜力,这对于纳米材料的设计和制造具有极其重要的指导意义。这本书的插图和实验照片都非常逼真,使得抽象的概念变得生动形象。它对于希望深入了解单分子科学的研究者,或者对纳米科技领域有浓厚兴趣的读者来说,绝对是一本不可多得的工具书和入门指南。

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