具体描述
The monograph is concerned with the results of examination of the properties of superionic conductors and their heterostructures with different electrode materials. Special attention is given to the problems of changes in the characteristics of impedance in a wide frequency range. The authors present theoretical and experimental data on the properties of ionic, ionic-electronic conductors, reversible and polarised interfaces. The directions and specific examples of practical application of superionic conductors and heterostructures based on them are also discussed.
凝练与突破：当代材料科学中的前沿探索 图书主题： 本书聚焦于二十一世纪以来，材料科学领域中对高性能、多功能结构材料的理论构建、合成技术以及关键应用场景的深度解析。它旨在勾勒出一条清晰的脉络，展示科学家如何通过精细调控原子和电子结构，实现材料性能的量级飞跃，从而推动能源、信息技术、生物医学等多个战略性领域的革新。 第一部分：基础理论的重塑与跨界融合 本书的开篇部分，着重于回顾和批判性审视自上世纪末以来，凝聚态物理学与固体化学交叉领域中，关于微观结构-宏观性质关联的核心理论框架。 第一章：晶体场与电子态的精细调控 本章深入探讨了材料设计中的一个核心挑战：如何通过外部应力、掺杂或界面效应，精确地改变材料的电子能带结构。我们不再满足于传统的能带计算方法，而是引入了密度泛函理论（DFT）的更高阶修正，特别是考虑强关联效应（如Hubbard模型在过渡金属氧化物中的应用）和拓扑性质对电学行为的决定性影响。具体内容包括： 拓扑绝缘体与半金属： 探讨了时间反演对称性在保护表面态中的角色，以及如何利用表面态实现低能耗的电荷传输。详细分析了Bi2Se3族材料在维度受限环境下的电子行为。 缺陷工程的再认识： 传统上将缺陷视为杂质，而本书强调了“功能性缺陷”的概念。通过精确控制点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）的浓度和空间分布，实现对载流子浓度、陷阱能级以及激子动力学特性的定向优化。例如，在宽禁带半导体中，特定缺陷如何作为高效的磷光中心或光催化活性位点。 第二章：高熵合金与无序结构的热力学稳定 面对传统合金设计中固有的热力学限制，高熵合金（HEAs）的出现提供了一种全新的设计范式。本章聚焦于理解“高混乱”状态下的结构稳定性和动力学行为。 构型熵与相分离抑制： 阐述了多主元体系中，巨大的构型熵如何有效抑制传统合金中的有序相析出，从而维持单相面心立方或体心立方结构。引入了“活力势能面”（Kinetic Stability Landscape）的概念，分析了在极端温度和应力下的微观结构演变路径。 机械性能的耦合机制： 详细解析了HEAs在韧性、强度和蠕变抗性之间的权衡。着重介绍了“双峰或多峰强度分布”现象，即不同尺寸的析出相或位错/孪晶界在加载过程中的协同作用，如何实现超高的断裂韧性。 第二部分：先进合成技术与界面工程 本部分将理论模型与尖端制备技术相结合，探讨如何将理论预测的优异性能转化为可实际应用的宏观材料。 第三章：原子层精确沉积（ALD）的边界拓展 ALD技术因其出色的厚度控制和保形性而备受青睐。本章将探讨ALD技术如何从传统的薄膜制备，扩展到复杂三维结构的构建和功能化。 动态反应中间体控制： 讨论了如何通过精确控制前驱体的脉冲序列、温度窗口和等离子体辅助（PEALD）参数，来控制生长过程中形成活性中间体的寿命和表面反应的专一性。这对于制备具有亚纳米级厚度梯度的梯度功能材料至关重要。 界面反应工程： 深入分析了衬底/薄膜界面处的化学键合模式。例如，如何通过预处理层（Adhesion Layer）的引入，调节界面能，从而有效抑制高温下两种材料的相互扩散或形成有害的扩散屏障层。 第四章：动态过程下的原位表征 理解材料的实时工作状态是实现性能突破的关键。本章侧重于介绍那些能够在极端或动态条件下揭示材料微观变化的表征手段。 同步辐射与中子散射技术： 详细阐述了如何利用高能同步辐射X射线和高通量中子束流，进行原位X射线衍射（XRD）和广角/小角散射（WAXS/SAXS）。重点分析了电池充放电循环中电极材料晶格常数的动态变化，以及纳米沉淀物在热处理过程中的实时演变。 高分辨率电镜下的时间分辨技术： 介绍了在受控气氛（如高压气体或液体环境）下的原位透射电镜（TEM）技术。通过光照或电场驱动，观察材料表面催化反应中活性位点的动态重构过程，以及高温下晶界迁移的实时视频记录。 第三部分：功能化材料的突破性应用 本书的最后一部分，将重点放在如何利用前述的理论和技术，解决当前能源转换、信息存储和生物兼容性领域中的核心瓶颈。 第五章：固态电解质与下一代储能系统的结构挑战 本书特别关注无溶剂、高离子导率体系的研发，但侧重点在于体相结构稳定性和界面阻抗的最小化。 晶格重构与离子通道： 分析了例如NASICON型或镧系锆酸盐（LLZO）等氧化物固态电解质中，“摇椅机制”（Rocker Mechanism）下离子的传输路径。研究重点是如何通过控制晶界相的化学组成，消除阻碍锂离子快速传输的“惰性层”。 电极/电解质界面的动力学失稳： 详细探讨了在高电压和高电流密度下，固态电解质与锂金属或高镍正极之间发生的界面副反应。引入了电化学声学和介电弛豫谱（DRS）来量化界面阻抗的频率依赖性，并提出了通过表面涂层工程来钝化界面活性点的策略。 第六章：光电转换材料的激子管理与界面分离 本章探讨了在有机-无机杂化钙钛矿之外，如何设计和合成具有长寿命激子和高载流子迁移率的新型光伏和光电探测材料。 自旋轨道耦合与三重态激子利用： 侧重于重原子效应在第三代光电器件中的应用，即如何有效利用三重态激子来实现热激活延迟荧光（TADF）或超荧光（Spiro-TADF）。讨论了通过分子工程调控单重态-三重态能级差（ΔE$_{ ext{ST}}$）的分子设计原则。 异质结的能级匹配与激子解离： 强调了不同材料构成的异质结（如p-n结、i-n结）中，内建电场的强度与光电流收集效率之间的直接关系。分析了通过晶格失配或应变工程来诱导界面电荷分离的机制，并对比了基于二维材料（如过渡金属硫化物）和体相半导体异质结的性能差异。 第七章：仿生与可编程材料的机械响应 探索材料如何从被动介质转变为具有“智能”响应能力的执行器或传感器。 应力驱动的相变与记忆效应： 深入研究了形状记忆合金（SMA）和铁电/铁磁材料在复杂多物理场耦合下的响应。重点分析了“伪弹性”行为中位错运动与孪晶界演化的微观机制，以及如何通过热力学势垒的设计实现对特定应变模式的可编程记忆。 自修复与动态共价键网络： 介绍了基于可逆化学键（如Diels-Alder反应、咪唑啉亚胺键）构建的聚合物网络。详细分析了这些网络在外部刺激（热、光或溶剂）下，如何实现断裂键的动态重构，从而恢复材料的宏观力学性能。 结语：材料科学的计算驱动未来 本书的最终部分对未来发展趋势进行展望，认为人工智能（AI）和高通量计算将成为新材料发现和性能优化的核心驱动力。强调了实验数据标准化和物理信息神经网络（PINNs）在加速材料设计周期中的潜力，预示着材料科学将进入一个由数据和算法定义的“逆向工程”新时代。
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