Photon-based Nanoscience and Nanobiotechnology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Dubowski, Jan J. (EDT)/ Tanev, Stoyan (EDT)

出品人:

页数:371

译者:

出版时间:

价格:89.95

装帧:Pap

isbn号码:9781402055225

丛书系列:

图书标签:

• 纳米科学
• 纳米生物技术
• 光子学
• 纳米材料
• 生物传感器
• 纳米医学
• 光学
• 生物成像
• 纳米光子学
• 表面增强拉曼散射

书籍简介：先进材料科学与工程的范畴 聚焦于基础原理、合成方法与前沿应用 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探讨现代材料科学与工程领域中最为关键和快速发展的分支。全书内容紧密围绕三大核心支柱构建：功能性无机材料的晶体结构与热力学基础、复杂高分子材料的合成动力学与形貌控制，以及跨学科界面——生物相容性材料的设计与测试方法。 本书力求在理论深度与工程实践之间搭建坚实的桥梁，为研究生、科研人员以及高新技术产业工程师提供一本权威的参考指南。 --- 第一部分：先进无机晶体材料的结构与热力学 本部分深入剖析了构成现代电子、能源和结构器件的无机半导体、陶瓷和金属间化合物的基础物理化学原理。 第一章：晶体结构与缺陷物理 本章首先复习了晶体学的基本概念，包括点群、空间群以及密堆积结构。随后，重点探讨了晶体结构如何决定材料的宏观电子和力学性能。详细分析了晶体中的点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）和线缺陷（位错）的形成能、迁移率及其对材料电导率和塑性的影响。引入了电子能带理论的基本框架，解释了本征和掺杂半导体中费米能级的移动，并使用第一性原理计算方法（如密度泛函理论，DFT）预测低维无机结构（如二维过渡金属硫化物）的电子结构。 第二章：热力学驱动的相变与界面工程 本章侧重于材料在非平衡条件下的演化行为。我们详细讨论了相图的构建与解读，特别是在多组分体系中，如高熵合金和复杂氧化物。核心内容包括：固态扩散机制（Fick定律的修正形式）、相变动力学（成核与生长理论，包括焦耳-汤姆逊效应在冷却过程中的应用）。深入分析了材料界面对性能的决定性作用，包括晶界散射、异质结的能带对齐，以及如何通过控制热处理过程来优化纳米沉淀物的尺寸和分布，以实现强韧化或超导性能的提升。 第三章：先进功能薄膜的沉积技术 本章聚焦于高性能薄膜的制备工艺。系统介绍了物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）的物理基础和操作参数控制。对脉冲激光沉积（PLD）中的等离子体行为和靶材烧蚀机制进行了详尽的阐述。尤其关注原子层沉积（ALD）的自限制性反应机制，以及如何利用ALD技术实现对厚度和化学计量的原子级精确控制，这对于制备高介电常数（High-k）栅介质和多层异质结堆叠至关重要。 --- 第二部分：高性能高分子材料的合成与加工 本部分着重于理解聚合物的分子结构、构象与宏观粘弹性行为之间的内在联系，并探讨如何通过精确控制聚合反应来实现特定功能的材料设计。 第四章：可控自由基聚合的动力学 本章全面概述了现代高分子合成的最新进展，特别是那些能够实现分子量分布窄化（低分散度）和复杂拓扑结构构建的技术。详细剖析了可逆失活自由基聚合（RDRP）的机制，包括原子转移自由基聚合（ATRP）中活性链与休眠链之间的平衡，以及可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）中链转移剂的调控作用。讨论了这些方法在制备嵌段共聚物、星形聚合物和刷形聚合物中的应用，以及反应温度、催化剂载量和溶剂效应如何影响聚合速率和最终产物结构。 第五章：高分子形貌与粘弹性行为 本章连接了微观结构与宏观力学性能。对聚合物的玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）的测定方法进行了详细说明，并解释了自由体积理论在解释粘弹性松弛过程中的作用。深入探讨了聚合物溶液的筛选过程，包括Flory-Huggins理论在预测混溶性方面的应用。此外，对形貌控制进行了深入讨论，如通过相分离技术制备多孔膜结构，以及如何通过取向拉伸或剪切流场诱导高分子链的取向排列，以增强纤维或薄膜的力学各向异性。 第六章：智能响应性高分子网络的构建 本章关注于设计能够对环境刺激（如温度、pH值、光照或电场）做出可逆响应的动态材料。重点分析了动态共价键化学（如硫醇-烯点击反应、Diels-Alder反应）在构建自修复材料和可回收热固性材料中的应用。详细讨论了超分子聚合物中氢键、π-π堆积和金属配位键等非共价相互作用如何赋予材料自组装能力和可重构性，以及这些网络的在传感器和软执行器中的潜在价值。 --- 第三部分：材料与生物系统的接口：生物相容性与植入物设计 本部分聚焦于材料科学在生命科学领域的交叉应用，特别关注材料表面性质如何调控细胞行为以及生物医学植入物的长期稳定性。 第七章：生物惰性与生物活性表面的构建 本部分考察了材料表面化学对生物环境的反馈。详细阐述了蛋白质吸附的动力学和热力学，解释了“Vroman效应”在蛋白质竞争性吸附中的角色，以及如何通过调节表面疏水性、电荷密度和拓扑结构来最小化非特异性生物粘附。针对骨科植入物，本章深入探讨了生物活性涂层（如羟基磷灰石、生物活性玻璃）的制备及其在促进骨整合（Osseointegration）中的作用机制，并利用表面等离子体共振（SPR）技术监测材料表面的实时生物相互作用。 第八章：药物递送载体的设计与释放动力学 本章关注于将先进材料用作受控释放的载体。详细比较了脂质体、聚合物胶束和无机纳米颗粒（如介孔二氧化硅）作为药物载体的优缺点。重点分析了载药材料的包封效率、体内稳定性以及触发释放的机制（如pH敏感性、酶裂解性）。使用非线性动力学模型（如Higuchi模型和Korsmeyer-Peppas模型）来精确描述药物在不同材料基质中的扩散和溶出过程，确保药物剂量的准确控制。 第九章：医用高分子植入物的降解与生物安全性 本章讨论了可吸收（生物可降解）材料的设计和应用。深入剖析了聚酯类材料（如聚乳酸PLA、聚乙醇酸PGA）的体外和体内水解降解机理，包括酯键断裂的速率和降解产物的毒性评估。讨论了如何通过共聚物化或纳米复合化来调控降解速率，以匹配组织再生需求。同时，对植入材料的长期免疫反应、炎症反应和慢性毒性测试标准进行了规范性介绍，确保材料在植入环境中的生物安全性。 --- 总结与展望： 本书的综合性设计旨在提供一个跨越基础物理化学、高分子动力学和生物材料工程的知识体系，使读者能够理解和设计出具有特定功能的新一代先进材料。全书强调实验验证与计算模拟的结合，为未来的材料创新奠定坚实的理论基础。

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