Microcomputer Modeling of Growth Processes of Single-crystal Sheets And Fibers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Nova Science Pub Inc

作者:George, Thomas F. (EDT)

出品人:

页数:187

译者:

出版时间:

价格:79

装帧:HRD

isbn号码:9781600212307

丛书系列:

图书标签:

• 单晶生长
• 微计算机建模
• 材料科学
• 晶体生长
• 纤维
• 薄膜
• 数值模拟
• 生长过程
• 计算物理
• 材料工程

本书深入探讨了微观计算模拟在研究单晶薄膜和纤维生长过程中的应用。该领域的研究对于开发高性能材料，如半导体器件、光学元件和高强度复合材料至关重要。 第一部分：理论基础与建模方法 本部分首先回顾了晶体生长过程的基本热力学和动力学原理，包括固液界面稳定性、原子附着机制、扩散过程以及表面能的影响。我们将详细介绍多尺度建模的策略，从原子尺度的第一性原理计算，到介观尺度的相场模型，再到宏观尺度的有限元分析。 原子尺度模拟： 重点介绍分子动力学（MD）和蒙特卡罗（MC）方法在模拟原子层面的成核、生长和表面扩散行为。我们将讨论如何选择合适的势函数，如何设计模拟体系以捕捉关键的生长现象，例如晶界形成、位错引入以及表面粗糙化。 介观尺度模拟： 详细阐述相场模型（Phase-field models）在描述宏观尺度下的界面演化和相变。我们将探讨如何将原子尺度的参数（如界面能、迁移率）映射到相场模型中，以及如何模拟薄膜的取向生长、多晶结构的形成与演变。 宏观尺度模拟： 介绍有限元方法（FEM）在求解晶体生长过程中的传热、传质和应力场。我们将展示如何将介观尺度的生长动力学耦合到宏观模型中，以预测薄膜的形貌、厚度分布以及潜在的缺陷。 第二部分：单晶薄膜生长模拟 本部分聚焦于微观计算模拟在不同类型单晶薄膜生长技术中的应用，包括化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）和溶液生长。 CVD薄膜生长模拟： 详细分析CVD过程中反应物在基底表面的吸附、表面反应、原子扩散和晶体成核与生长。我们将模拟气流动力学对薄膜均匀性的影响，以及温度梯度和反应物浓度梯度如何影响生长速率和晶体质量。 MBE薄膜生长模拟： 深入研究MBE生长过程中原子束的注入、表面扩散、岛状生长以及二维（2D）和三维（3D）成核机制。我们将模拟束流角度、基底温度和生长速率对薄膜的表面形貌、原子排列和缺陷密度的影响。 溶液生长薄膜模拟： 探讨溶液中溶质的扩散、过饱和度、成核以及晶体生长动力学。我们将关注溶剂的挥发、溶液粘度以及杂质的存在对薄膜生长和质量的影响。 第三部分：单晶纤维生长模拟 本部分将重点介绍微观计算模拟在单晶纤维（如光纤、陶瓷纤维）生长过程中的应用。 提拉法（Pulling Method）模拟： 分析提拉法生长单晶纤维时，熔体与晶体界面的传热和传质过程。我们将模拟拉速、熔体温度梯度以及坩埚几何形状对纤维直径、晶体取向和内部缺陷的影响。 区熔法（Zone Melting Method）模拟： 探讨区熔法生长单晶纤维时，移动加热区的传热和熔化/凝固过程。我们将模拟移动速率、加热区宽度以及杂质分布对纤维的纯度和晶体质量的影响。 溶液法生长纤维模拟： 分析溶液中溶质的析出、成核以及纤维的生长过程。我们将关注溶剂的蒸发速率、溶液的粘度以及外加电场或磁场对纤维生长形态和结构的调控。 第四部分：模拟结果的验证与应用 本部分将讨论如何将计算模拟结果与实验数据进行对比验证，并介绍模拟结果在指导实验设计、优化生长工艺和预测材料性能方面的实际应用。 实验验证： 详细介绍同步辐射X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等表征技术如何用于验证模拟预测的晶体结构、表面形貌和缺陷。 工艺优化： 展示如何利用模拟结果调整生长参数，例如温度、压力、组分、生长速率等，以获得具有特定形貌、取向和高结晶度的单晶薄膜和纤维。 性能预测： 讨论如何通过模拟获得的微观结构信息，预测材料在光学、电学、力学等方面的宏观性能，从而加速新材料的开发和应用。 本书旨在为材料科学家、工程师和研究人员提供一个全面的视角，了解如何利用先进的微观计算模拟技术来深入理解和控制单晶薄膜和纤维的生长过程，从而推动相关领域的研究和技术进步。

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这本书的装帧设计非常精美，封面采用了深邃的蓝色调，搭配着银色的字体，给人一种既专业又沉稳的感觉，让人在拿起它的那一刻就充满了对内容的好奇心。初翻阅目录时，我就被其清晰的结构和详尽的章节划分所吸引。作者似乎非常懂得如何引导读者，从基础的理论框架入手，逐步深入到复杂的模拟技术和实际应用案例。特别是关于数值方法的部分，讲解得深入浅出，即便是像我这样对建模技术只有初步了解的读者，也能迅速抓住核心概念。书中对各种数学模型和计算方法的描述，都辅以了大量的图表和流程图，极大地增强了内容的直观性。例如，在讨论晶体生长中的热力学驱动力时，作者没有停留在理论的阐述，而是立刻展示了如何将其转化为可计算的方程组，这种理论与实践紧密结合的叙述方式，让人感觉这本书不仅仅是本教科书，更像是一本实战手册，随时准备指导我们进行实际操作。我尤其欣赏作者在文字中流露出的那种对精确性的执着，每一个公式推导都严谨无误，每一个术语的界定都恰到好处，这使得我对书中提供的数据和结论充满了信赖感。

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我必须强调这本书在“可操作性”和“深入性”之间找到的独特平衡。很多建模书籍要么过于偏重理论的数学推导，让人望而却步；要么过于偏重软件工具的使用教程，缺乏对底层物理机制的深刻洞察。而这本著作则巧妙地避开了这些陷阱。它不仅告诉你“如何”设置方程组，更重要的是，它解释了“为什么”要选择这个特定的方程来描述特定的物理现象。特别是关于晶体缺陷形成机理的那几章，作者深入探讨了亚稳态区域的探索和数值积分的步长选择对结果精度的影响。我个人对如何优化计算效率以模拟长时间的生长过程很感兴趣，书中关于并行计算策略的简要介绍虽然篇幅不多，但指明的方向是极其宝贵的，它暗示了未来研究的潜力所在。总而言之，这是一本内容扎实、结构严谨、极具实践指导意义的专业著作，绝对值得任何从事晶体生长或材料模拟领域研究的人员收藏和深入研读。

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这本书的排版和图示质量，是完全达到国际一流学术出版物标准的。图表的清晰度极高，即使是那些展示三维温度梯度或浓度分布的剖面图，也能清晰地分辨出等值线的细节和梯度变化的方向。更值得称赞的是，许多关键的数学模型，例如描述固液界面的演化方程，都被放置在独立的文本框中，并附有简短的物理意义解释，这使得读者在专注于计算方法的同时，也不会迷失在纯粹的数学推导中。我发现书中引用了很多近期的研究成果，表明作者对该领域的最新进展保持着高度的敏感性，而不是仅仅停留在经典的理论框架内。这种与时俱进的态度，让这本书不仅对初学者有指导意义，对已经工作多年的工程师和研究人员，也能提供新的思路和检验自己模型的参照标准。它成功地将高深的理论物理、计算数学和材料科学工程这三个领域的内容，熔铸成了一个连贯、易于理解的整体叙事。

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阅读体验上，这本书的语言风格是极其严谨且富有逻辑性的，但同时又不失一种学术上的“雄辩”气质。它不像是那种只有少数专家才能啃下来的“天书”，反而有一种引导性的力量，仿佛有一位经验丰富的资深教授在你身旁，耐心地为你梳理复杂的物理图像。书中对“单晶片”和“纤维”这两种不同几何形态的生长过程，分别进行了细致的建模差异分析，这体现了作者对实际应用场景的深刻理解。比如，纤维生长中的表面张力效应和导热路径的简化处理，与大面积晶圆生长中需要考虑的晶格失配应力场，它们的数学描述和计算资源需求是截然不同的，书里对这些权衡的讨论非常到位。我发现在处理一些耦合问题时，比如热场与应力场的相互作用，作者提供了一种非常优雅的迭代求解策略，这种策略不仅在理论上站得住脚，在实际的计算时间上也具有很好的可操作性，这对于资源有限的实验室环境来说，简直是福音。

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这本书的深度和广度着实令人称奇，它成功地在“微观尺度模拟”的尖端技术与“宏观生长现象”的工程实际之间架起了一座坚实的桥梁。我一直困惑于某些晶体缺陷是如何在生长过程中形成并累积的，而这本书中的几章内容，特别是涉及到界面迁移率和溶质扩散的章节，简直是拨云见日。作者并没有采用那种教科书式的、干巴巴的公式堆砌，而是通过一系列精心设计的案例研究，展示了如何运用有限元分析（FEA）或其他数值工具来捕捉那些瞬态的、非线性的物理过程。书中对不同晶体生长模式，比如拉升法（Czochralski）和区熔法（Zone Refining）在数值上如何被区分和模拟的对比分析，非常具有启发性。我特别注意到了其中关于“非稳态”条件下的边界层处理技巧，这在实际生产线上是至关重要的一环，很多其他书籍往往会简化处理，但在这里，作者毫不避讳地展示了高阶处理的复杂性和必要性。这种对细节的关注，使得这本书的价值远远超越了一般的综述性文献，它真正为读者提供了解决实际工程难题的工具箱。

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