Particle Beams & Plasma Interaction on Materials And Ion & Plasma Surface Finishing 2004 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Trans Tech Pubn

作者:Vilaithong, T. (EDT)/ Boonyawan, D. (EDT)/ Thongbai, C. (EDT)

出品人:

页数:160

译者:

出版时间:

价格:1925.15元

装帧:Pap

isbn号码:9783908451129

丛书系列:

图书标签:

• 粒子束
• 等离子体
• 材料相互作用
• 离子束
• 等离子体表面处理
• 表面工程
• 材料科学
• 薄膜技术
• 2004
• 学术著作

固体物理学前沿：结构、性能与应用 本书聚焦于现代材料科学领域最核心的挑战与突破，深入探讨固体材料的微观结构如何决定其宏观物理和化学性质，并如何通过先进的工程手段实现对材料表面的精确调控，以满足极端应用环境的需求。全书内容严谨、逻辑清晰，旨在为高年级本科生、研究生以及材料、物理、化学和工程领域的专业研究人员提供一本全面且深入的参考读物。 --- 第一部分：晶体结构与电子态的精微之辨 本部分奠定了理解固体材料特性的理论基础，从最基本的晶体周期性到复杂的电子能带结构，层层递进。 第一章：晶体结构基础与晶格动力学 详细阐述了晶体学原理，包括布拉维点阵、密堆积结构（如面心立方、六方最紧密堆积）的几何特征及其稳定性分析。引入倒易空间的概念，重点解析布里渊区（Brillouin Zone）的几何意义及其在描述晶体周期性势场中电子和声子行为中的关键作用。 在晶格动力学方面，本书不仅覆盖了传统的弹性理论在描述晶格振动（声子）中的应用，还深入探讨了色散关系（Dispersion Relations）的计算方法，特别是光学支与声学支的分离及其对热学和电学性质的影响。对缺陷工程的引入，详细分析了点缺陷（空位、间隙、取代原子）的热力学形成能、迁移率，以及这些缺陷如何作为散射中心调控材料的输运性质。 第二章：电子理论：从哈密顿量到能带结构 本章是理解固体电学和光学性质的核心。首先从薛定谔方程在周期性势场下的求解出发，详细推导布洛赫定理（Bloch’s Theorem）及其物理意义。随后，系统地介绍了计算能带结构的主要方法： 1. 紧束缚近似（Tight-Binding Approximation, TBA）： 适用于描述局域性强的 $d$ 轨道和 $f$ 轨道电子体系，是理解过渡金属和稀土材料特性的有力工具。 2. 近自由电子近似与泡利原理： 阐述了如何通过周期性势场的微小扰动来解释能带的形成与带隙的出现。 3. 密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）概述： 虽然本书不涉及大规模的计算方法细节，但会深入讲解 Kohn-Sham 理论的核心思想、交换关联泛函的选择（如 LDA, GGA）及其在预测材料基态性质（如晶格常数、结合能、能带隙）方面的优势与局限性。 第三章：电子输运性质与能带的拓扑特征 基于前两章建立的能带结构，本章分析了材料的宏观电学特性。重点讨论了费米能级（Fermi Level）在决定导电性中的作用，并详细阐述了电子在晶格振动、杂质和晶界处的散射机制（弛豫时间近似）。 特别关注了半导体物理：PN 结的形成、载流子浓度与温度的关系、费米-狄拉克分布函数在不同掺杂程度下的行为。此外，本书引入了凝聚态物理的前沿概念——拓扑绝缘体与半金属，解释了贝里曲率（Berry Curvature）如何影响材料的边缘态和表面态，并探讨了这些新奇电子态在低能耗器件中的潜在应用。 --- 第二部分：材料的结构-性能耦合与热力学调控 本部分将理论物理与实际材料行为相结合，关注材料在温度变化、应力作用下的响应机制。 第四章：材料热学行为与晶格振动 深入研究了声子在材料中如何传递热量。详细分析了德拜模型（Debye Model）的局限性及修正，并转向更精确的基于第一性原理计算的声子谱分析。重点讨论了热导率的微观机理，包括声子-声子散射（三声子、四声子过程）、声子-电子散射以及声子-缺陷散射的定量模型。对于无序材料和低维结构（如纳米线、薄膜），本书特别探讨了局域振动模式和弱局域化对热输运的显著影响。 第五章：机械性能与缺陷的动态行为 本章探讨了材料的力学响应。从弹性模量、屈服强度到断裂韧性，建立起原子尺度形变与宏观力学性能之间的联系。引入了位错理论（Dislocation Theory），包括位错的线能量、滑移和攀移机制，以及位错源的激活。 在动态行为方面，详细分析了扩散过程（Diffusion）：扩散的激活能垒、Fick 定律的微观解释。重点讨论了相变动力学：成核与长大（Nucleation and Growth）理论，包括热力学驱动力和动力学限制，特别是在固态相变过程中的微观位移。 第六章：相图分析与热力学稳定性 本章着眼于材料体系在温度、压力和成分空间中的平衡状态。系统回顾了热力学基本关系，如吉布斯自由能、焓和熵的贡献。重点讲解了二元与三元相图的解读，包括共晶点、包晶点以及固溶体区的形成。通过范特霍夫（Van’t Hoff）方程和阿伦尼乌斯（Arrhenius）方程的应用，分析了材料在非平衡条件下的稳定性边界，为材料的制备工艺窗口的确定提供了理论指导。 --- 第三部分：材料界面与表层科学的精确调控 本书的第三部分聚焦于材料的表面与界面，这是许多功能性器件性能的决定性因素。 第七章：界面物理化学与能带的匹配 材料界面（如晶界、薄膜/衬底界面、异质结）是电荷、能量和物质交换的关键区域。本章分析了界面结构对电子结构的影响，特别是费米能级钉扎效应、界面态的形成及其对肖特基势垒高度的影响。详细探讨了异质结中能带失配导致的应变累积和界面缺陷的演化。对于金属/氧化物界面，讨论了电荷转移和氧化还原反应的机制。 第八章：薄膜生长动力学与界面工程 本章着重于通过精确控制薄膜沉积过程来定制界面性能。详细介绍了原子层沉积（ALD）和分子束外延（MBE）的基本原理，强调其在控制层厚度和界面粗糙度上的优势。深入探讨了薄膜生长模式（如岛状生长、层状生长、螺旋生长）的判据，以及如何通过控制温度、覆盖率和衬底活性来诱导特定生长模式的转变。界面应变工程被视为调控材料磁学和电学特性的重要手段。 第九章：催化与表面反应动力学 在化学和能源领域，表面催化至关重要。本章从吸附理论（Langmuir, Temkin 等温线）出发，分析了原子或分子在固体表面上的物理吸附和化学吸附的区别。引入了反应速率理论，讨论了表面反应的活化能垒，以及电子结构如何影响反应中间体的稳定性。重点分析了金属、半导体和氧化物表面在不同气氛下的电子态重构及其对催化效率的反馈机制。 --- 总结与展望 本书力求在量子力学基础与宏观工程应用之间搭建坚实的桥梁。它不仅要求读者掌握固体材料的内部结构，更强调通过理解和控制界面行为来设计具有特定功能的下一代材料。全书辅以大量严谨的数学推导和概念阐释，旨在培养读者从第一性原理视角解决复杂材料科学问题的能力。

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