具体描述
物质的形态与结构：从宏观到微观的探索 一本全面深入、为材料科学与凝聚态物理领域研究者和高级学生量身打造的权威著作 作者团队： 汇集了来自全球顶尖研究机构的资深物理学家、化学家及材料工程师，确保了内容的广度与前沿性。 本书核心宗旨： 本书旨在提供一个结构清晰、逻辑严谨的框架，深入剖析物质世界中“固态”这一特定形态的内在机制、宏观表现及其跨尺度的关联性。我们聚焦于从原子排列到晶体缺陷，再到材料宏观力学、电学、热学等特性的完整链条，而非仅仅停留在对既有固体的分类描述上。 --- 第一部分：晶体学的基石与对称性原理 (Foundations of Crystallography and Symmetry) 本部分构建理解所有固体结构的基础。我们首先从最基本的描述语言入手，详细阐述了晶体学中的核心概念，包括点阵、布拉维格子、晶胞的选择与定义。 原子排列的几何学： 我们深入探讨了晶体的平移、旋转、反射和反演对称操作，以及空间群的数学结构。书中不仅会介绍 230 个空间群的分类，更侧重于讲解如何运用群论工具来分析材料的对称性如何决定其物理性质（例如，哪些物理现象在特定对称性下被禁止或允许）。 倒易空间的概念： 倒易空间（Reciprocal Space）是描述波函数、衍射行为和电子能带结构的数学工具。本书详细推导了傅里叶变换在晶体结构分析中的应用，重点讲解了布里渊区（Brillouin Zone）的几何意义及其在能带理论中的核心作用。通过详尽的图解和实例，确保读者能够熟练掌握如何从实空间结构推导出倒易空间的拓扑结构。 晶体生长动力学： 从热力学角度出发，分析了晶体成核与生长的基本机制。讨论了相图在指导固态材料合成中的作用，并引入了动力学控制的生长过程，例如界面能、扩散限制以及非平衡态下的晶体形态演化。 --- 第二部分：晶体结构缺陷与非完美晶体 (Crystalline Defects and Imperfect Solids) 理想的晶体在自然界中并不存在。本部分专注于研究那些决定材料真实性能的关键要素——晶体缺陷。我们从一维、二维、三维缺陷的系统分类入手，结合实验表征方法（如透射电子显微镜 TEM 和 X 射线衍射 XRD）进行深入分析。 点缺陷的热力学与动力学： 详细探讨了空位（Vacancies）、间隙原子（Interstitials）和取代原子（Substitutional Atoms）的形成能、迁移率及其在扩散过程中的主导作用。重点讨论了半导体中掺杂物对载流子浓度的影响，以及在高温下点缺陷的弛豫行为。 线缺陷（位错）的力学意义： 位错是理解金属塑性形变和强度特性的核心。书中对螺型位错、刃型位错及其混合形式进行了详尽的几何分析。关键部分在于深入剖析位错的运动机制——滑移（Slip）和攀移（Climb），以及它们如何被晶界、第二相粒子等障碍物所钉扎（Pinning）。引入了应力场理论来量化位错对周围晶格的应变。 面缺陷与晶界工程： 晶界（Grain Boundaries）是影响材料电学和化学稳定性的重要因素。我们分类讨论了低角度（小角）和高角度（大角）晶界的结构特征，特别是倾斜和转动不匹配。随后，运用晶格匹配模型（如 CSL 模型）来预测特定晶界在扩散、腐蚀和电荷传输中的特定行为。 --- 第三部分：电子结构与能带理论 (Electronic Structure and Band Theory) 本部分是连接微观量子力学与宏观电学、光学性质的关键桥梁。我们从最基本的周期性势场中的电子运动出发。 Bloch 定理与能带的形成： 详尽推导了 Bloch 电子波函数的性质，并阐述了 Kronig-Penney 模型如何直观地展示电子在周期势场中被禁带（Band Gaps）的产生机制。接着，引入了紧束缚近似（Tight-Binding Approximation）和近自由电子近似（Nearly Free Electron Approximation），用以计算不同晶体结构的能带结构。 费米面与电荷传输： 费米能级（Fermi Level）和费米面（Fermi Surface）的几何形状被证明是区分金属、半导体和绝缘体的决定性因素。书中通过计算态密度（Density of States, DOS）和有效质量（Effective Mass），解释了不同晶体中载流子输运的各向异性。 激发态的描述： 讨论了电子的激发过程，包括光吸收与发射的机制。重点分析了直接带隙和间接带隙材料在光电器件（如 LED 和光伏电池）中的性能差异。同时，引入了半导体中杂质能级和缺陷态对材料电学特性的调控作用。 --- 第四部分：热力学、动力学与晶格振动 (Thermodynamics, Kinetics, and Lattice Vibrations) 固体材料的温度依赖性性质主要由晶格振动——声子（Phonons）所主导。 声子的量化与输运： 从牛顿定律出发，推导了晶格振动的色散关系 $omega(mathbf{k})$。详细阐述了声子作为玻色子的特性，以及声子在比热容（Heat Capacity）和热导率（Thermal Conductivity）中的贡献。重点区分了晶格热导与电子热导的差异，这对热管理材料的设计至关重要。 晶格振动散射机制： 深入分析了声子如何散射电子（决定电阻率）和如何相互散射（决定热阻）。讨论了缺陷、晶界和非简谐效应如何通过散射机制影响材料的宏观热性能。 固体的相变与稳定性： 从 Landau 理论的角度，分析了所有阶（一阶、二阶）的结构相变（如铁电-顺电转变、超导转变）的驱动力与对称性变化。书中结合热力学势能面，解释了形核与长大在相变过程中的动力学行为。 --- 第五部分：宏观物理响应：耦合场与多功能材料 (Macroscopic Responses: Coupled Fields and Multifunctional Materials) 本部分将前述微观模型应用于解释材料的复杂宏观响应，特别关注跨场耦合现象。 弹性、粘弹性与粘塑性： 从应力-应变张量出发，详细讨论了各向异性材料的弹性常数（如杨氏模量、剪切模量）的测量与计算。针对高分子和陶瓷材料，引入了粘弹性模型（如 Maxwell、Kelvin-Voigt 模型）来描述时间依赖性的应力松弛和蠕变行为。 电磁响应： 深入研究了介电常数、电导率、磁化率等在晶体中的张量形式。重点分析了铁电性（Ferroelectricity）、压电性（Piezoelectricity）和热释电性（Pyroelectricity）的微观机理，以及如何通过材料工程优化这些耦合响应。 磁性与量子效应： 探讨了固态材料中磁性的起源（自旋轨道耦合、交换作用），并分类讨论了铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的温度依赖行为。最后，引入了拓扑绝缘体和狄拉克半金属等前沿概念，展示了晶体对称性如何导出新颖的电子态。 --- 本书特色： 1. 理论深度与计算工具结合： 提供了大量基于密度泛函理论（DFT）的计算结果作为佐证，并附有使用常见计算软件包的流程指导。 2. 面向应用的结构分析： 所有理论推导都紧密联系到材料的实际性能（如电池电极的离子扩散、半导体结的界面态）。 3. 跨学科的融合： 成功整合了固体物理、材料科学、化学热力学以及应用工程学的核心内容，是理解现代先进功能材料的必备参考书。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.quotespace.org All Rights Reserved. 小美书屋 版权所有