Pulsed Laser Deposition of Thin Films pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Eason, Robert

出品人:

页数:682

译者:

出版时间:2006-11

价格:1582.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780471447092

丛书系列:

图书标签:

• 材料
• 薄膜沉积
• 脉冲激光沉积
• PLD
• 材料科学
• 物理
• 化学
• 纳米技术
• 光学
• 表面工程
• 半导体

《纳米材料的制备与表征技术》 这本书籍将深入探讨现代材料科学领域中至关重要的纳米材料的制备与表征技术，为读者构建一个全面而深入的认知框架。在蓬勃发展的科学技术浪潮中，纳米材料以其独特的物理、化学和生物学特性，在能源、电子、医药、催化等众多前沿领域展现出巨大的应用潜力。因此，掌握高效、可控的纳米材料制备方法以及精确、可靠的表征手段，已成为研究人员和工程师们攻克技术难题、推动科技创新的关键。 本书的内容将围绕着纳米材料的“如何创造”与“如何理解”这两个核心展开。 第一部分：纳米材料的制备策略 本部分将系统介绍当前主流的纳米材料制备方法，从原理、工艺流程到关键影响因素，进行详尽的阐述。我们不会局限于单一的制备技术，而是力求涵盖多种不同的路径，以适应不同类型纳米材料的特性以及研究者的不同需求。 自上而下法 (Top-down Approaches)： 机械法： 深入分析球磨、研磨等传统机械方法在制备纳米粉体中的应用，探讨其在控制颗粒尺寸、形貌以及相组成方面的局限与优势。重点介绍高能球磨等改良技术，以及它们如何通过优化工艺参数实现更精细的尺寸控制。 物理法： 详细介绍利用机械力、超声波或剪切力等将大块材料破碎成纳米尺寸的过程。例如，高压均质法在制备纳米分散液中的应用，以及其对材料微观结构的影响。 化学法： 溶胶-凝胶法 (Sol-Gel)： 这一经典方法将贯穿本书的始终，因为其温和的反应条件、优异的组分控制能力以及制备各种氧化物、陶瓷纳米材料的普适性。我们将从前驱体的选择、水解与缩聚反应机理，到凝胶的形成、干燥与烧结过程，层层剖析。重点关注如何通过调控pH值、溶剂、催化剂等参数来精确控制纳米颗粒的粒径、形貌和表面性质。 沉淀法与共沉淀法： 介绍通过控制溶液的化学环境，诱导目标产物以纳米颗粒形式沉淀析出的原理。共沉淀法在制备复杂氧化物、复合纳米材料中的优势将得到突出，探讨其如何实现组分的均匀分布。 微乳液法： 阐述在表面活性剂构成的微小油水界面中进行化学反应，实现尺寸均匀、形貌可控的纳米材料制备。我们将分析微乳液的结构、稳定性和影响反应动力学的因素。 热解法： 讲解通过高温分解金属有机化合物或前驱体，在气体环境中直接生成纳米粉体的过程，重点讨论反应温度、气氛对产物的影响。 自下而上法 (Bottom-up Approaches)： 化学合成法： 湿化学法： 除了溶胶-凝胶和沉淀法，还将深入探讨水热/溶剂热合成技术。这类方法在高温高压下进行，能够制备在常压下难以获得的特殊晶相或形貌的纳米材料，如纳米线、纳米棒、纳米花等。我们将详细解析反应温度、压力、反应时间和前驱体浓度对产物结构和形貌的影响。 化学气相沉积 (CVD) 及相关技术： 虽然本书不直接聚焦于薄膜沉积，但CVD原理在制备某些纳米结构（如碳纳米管、量子点）时也有重要借鉴意义。我们将简要介绍其基本原理，强调气相反应控制的重要性。 光化学与电化学合成： 介绍利用光能或电能驱动的化学反应来制备纳米材料。例如，光解水制氢相关的纳米催化剂合成，以及电化学沉积技术在制备金属、半导体纳米材料中的应用。 生物合成法： 探讨利用生物模板（如细菌、病毒、DNA）或生物分子（如酶、多肽）作为结构导向剂或反应介质，以绿色、环保的方式制备纳米材料。重点关注其在生物医学领域的应用潜力。 相分离与模板法： 介绍利用材料在特定条件下发生的相分离现象，或者利用多孔模板（如氧化铝模板、硅藻土）作为结构导向，来制备具有规整形貌的纳米结构。 在介绍每种制备方法时，本书都将强调以下几个关键方面： 1. 反应机理： 深入剖析各方法背后的化学与物理过程，帮助读者理解“为什么”这样做能够得到纳米材料。 2. 工艺参数控制： 详细列举影响纳米材料尺寸、形貌、晶体结构、表面积和纯度的关键工艺参数，并探讨如何通过精确调控这些参数来实现目标产物的制备。 3. 优缺点与适用范围： 对比不同方法的优势与劣势，为读者在具体研究或应用中选择最合适的制备技术提供指导。 4. 潜在挑战与解决方案： 讨论在实际操作中可能遇到的问题，如团聚、不均匀性、纯度问题等，并提供相应的解决策略。 第二部分：纳米材料的表征技术 本部分将聚焦于如何准确、全面地理解所制备的纳米材料的结构、形貌、成分、物性以及表面特性。精确的表征是验证制备成果、深入理解材料行为、指导后续研究与应用的基础。 形貌与结构表征： 扫描电子显微镜 (SEM)： 介绍SEM的工作原理、图像的形成过程，以及如何通过调节加速电压、工作距离等参数获得不同尺度和分辨率的表面形貌信息。重点讲解如何识别颗粒尺寸、分布、连接方式以及表面纹理。 透射电子显微镜 (TEM)： 阐述TEM在纳米材料表征中的核心地位。从样品制备（超薄切片、溶液滴样）到成像原理（明场、暗场），再到衍射分析（SAED），深入解析TEM如何揭示纳米颗粒的尺寸、形貌、晶体结构（晶格条纹）、晶界以及内部缺陷。重点介绍高分辨率透射电子显微镜 (HRTEM) 在原子级别结构分析中的应用。 原子力显微镜 (AFM)： 讲解AFM的成像原理（原子力），以及它在测量表面形貌、粗糙度、高度信息方面的优势，特别是在非导电材料和生物材料表征中的作用。还将涉及AFM的功能扩展，如力谱分析、相衬成像等。 X射线衍射 (XRD)： 阐述XRD在确定纳米材料晶体结构、物相组成、晶粒尺寸（通过谢乐公式）和微应变方面的关键作用。详细介绍不同衍射峰的含义，以及如何通过衍射峰的展宽来估算纳米颗粒的平均尺寸。 成分与化学态分析： 能量色散X射线光谱 (EDX/EDS)： 介绍EDX在SEM或TEM系统中进行元素成分定性与定量分析的应用，理解其背后的X射线激发与能谱分析原理。 X射线光电子能谱 (XPS)： 深入探讨XPS在表面元素组成分析和化学态分析中的强大能力。解释光电效应，以及如何通过测量光电子的结合能和强度来确定元素的种类、含量以及其所处的化学环境（氧化态、配位情况）。 俄歇电子能谱 (AES)： 介绍AES的原理及其在表面成分和化学态分析中的应用，与XPS进行对比。 傅里叶变换红外光谱 (FTIR)： 讲解FTIR如何通过分析分子振动吸收峰来识别官能团、分析化学键的性质，常用于表面修饰的鉴定和有机/无机杂质的检测。 拉曼光谱 (Raman Spectroscopy)： 阐述拉曼光谱在无损分析材料的化学组成、晶体结构、缺陷和应力状态方面的应用，特别是对于碳材料、半导体纳米材料的表征。 比表面积与孔隙结构分析： BET (Brunauer-Emmett-Teller) 吸附-脱附法： 详细介绍BET方法测量纳米材料比表面积的原理，包括氮气吸附等温线的形成、不同吸附模型（Langmuir, BET）的适用性。 孔径分布分析： 结合BET等温线数据，介绍如何通过BJH (Barrett-Joyner-Halenda) 等方法来分析材料的孔径分布、孔容等参数，这对于多孔纳米材料的设计与应用至关重要。 其他重要表征手段： 紫外-可见吸收光谱 (UV-Vis Spectroscopy)： 介绍其在分析纳米材料的光学性质、能带结构（如量子尺寸效应）以及光催化性能评估中的应用。 荧光光谱 (Fluorescence Spectroscopy)： 讲解其在量子点、稀土纳米材料等发光材料的性能评估和机理研究中的作用。 热重分析 (TGA) 与差示扫描量热法 (DSC)： 介绍TGA和DSC如何用于分析材料的热稳定性、相变行为、氧化还原过程以及吸附/解吸性质。 电学性能表征： 简要介绍如何通过伏安特性测量、阻抗谱等方法来评估纳米材料的导电性、载流子传输特性等。 在每个表征技术的介绍中，本书将侧重于： 1. 基本原理： 使读者能够理解该技术“如何工作”。 2. 数据解读： 重点指导读者如何从获得的图谱或图像中提取有用的信息，并进行科学的分析与解读。 3. 仪器选择与样品制备： 提供在不同研究场景下选择合适表征仪器以及制备标准样品的建议。 4. 技术局限性： 坦诚介绍每种技术的不足之处，帮助读者形成批判性思维，避免过度解读。 本书的结构设计旨在循序渐进，从基础原理出发，逐步深入到复杂的技术细节。语言上力求严谨、清晰，避免使用过于晦涩的专业术语，并在必要时进行解释。配以大量的示意图、典型谱图和显微图像，以增强视觉理解效果。 通过研读《纳米材料的制备与表征技术》，读者将能够： 系统掌握多种纳米材料的制备方法，并能根据具体需求进行选择与优化。 熟练运用多种先进的表征技术，准确描述纳米材料的结构、形貌、成分和性质。 建立从“设计”到“制备”再到“理解”的完整研究思路。 为进一步深入研究纳米材料的物理化学性质、探索其在各个领域的创新应用奠定坚实的基础。 本书适合材料科学、化学、物理、工程学等相关专业的本科生、研究生、科研人员以及对纳米材料技术感兴趣的工程师阅读。

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这本书的封面设计颇具匠心，那种深邃的蓝色调配上细致的图文排版，初见便给人一种专业而严谨的印象。我特意翻阅了几页，发现内容组织得非常系统化，尤其是在介绍薄膜生长的基础理论时，作者似乎倾注了大量心血去梳理那些复杂的物理化学过程。它并非那种堆砌公式和数据的教科书，而是更倾向于提供一种深入的理解框架，让你明白为什么在特定的沉积条件下，薄膜的形貌和性能会发生显著变化。比如，它对脉冲激光与靶材相互作用的机制，描述得极为细致入微，从早期等离子体的形成，到薄膜的凝结与生长，每一步都辅以恰当的示意图和实验案例进行佐证。对于初次接触这个领域的工程师或研究生来说，这本书无疑提供了一个非常扎实且易于上手的起点，让你能够迅速建立起对PLD技术的宏观认知，并为后续的深入研究打下坚实的基础。整体阅读下来，感觉作者是一位经验丰富的实践者，他的文字中透露出对实验细节的深刻洞察力。

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从排版和装帧设计来看，这本书显然是出自一家注重细节的专业出版社之手。纸张的质感很好，即使用高亮笔做了多次标记，文字和图表也依然清晰可辨，这对于需要经常查阅的参考书来说至关重要。此外，书中的图表质量极高，很多晶体结构图和高分辨TEM/SEM图像清晰度令人赞叹，这对于视觉化理解复杂界面现象帮助极大。我注意到，在介绍特定材料体系（如铁电薄膜）的章节中，作者不仅给出了典型的I-V或C-V特性曲线，还常常配有其对应的横截面形貌图，这种图文并茂的呈现方式极大地增强了信息的传达效率。可以说，在物理层面之外，这本书在作为一本“工具书”的易用性和耐用性上，也达到了很高的水准，让人愿意将其长期置于案边，随时翻阅。

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坦率地说，我原本对这类偏向实验技术类的专著抱持着一丝谨慎的态度，通常它们要么过于晦涩难懂，要么内容陈旧缺乏新意。然而，这本关于脉冲激光沉积的书籍，却成功地在两者之间找到了一个绝佳的平衡点。它在探讨传统薄膜材料如氧化物和半导体沉积的同时，还颇具前瞻性地引入了对新型功能材料，比如拓扑绝缘体和钙钛矿薄膜制备的最新进展的讨论。这种兼顾经典与前沿的处理方式，极大地提升了本书的实用价值和时效性。我尤其欣赏其中关于工艺参数与薄膜结构关系分析的章节，作者用一种近乎艺术家的笔触，描绘了如何通过精细调控激光能量密度、背景气体压力和基底温度这些变量，来“雕刻”出具有特定微观结构的薄膜。对于那些致力于开发下一代光电器件和传感器的研究人员来说，这本书提供的不仅仅是操作指南，更是一种启发性的思维模式，引导我们如何系统性地解决实际中的沉积难题。

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这本书最让我感到惊喜的是，它成功地架起了从基础物理到工程应用之间的桥梁。作者并未将PLD仅仅描述成一个实验室技术，而是深入探讨了其在大规模、高精度制造领域中的潜力与挑战。例如，在讨论薄膜厚度均匀性控制的章节中，书中详细分析了旋转基底、靶材设计以及激光扫描策略对宏观薄膜均匀性的影响，并提供了一系列基于实践经验的工程准则。这对于那些试图将实验室成果转化为工业化生产的团队来说，无疑具有极高的参考价值。它不仅告诉你如何生长出一个完美的纳米膜，更重要的是，它告诉你如何在更大的面积上，以可接受的成本和时间，稳定地复制这种完美。这种面向实际工程问题的解决导向，使得这本书超越了一般的学术专著的范畴，更像是一本集大成的技术手册，值得所有从事先进薄膜制造和相关产业的人员收藏。

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阅读过程中，我最大的感受是作者对“控制”这一核心概念的执着追求。薄膜的生长过程充满了随机性和不确定性，而脉冲激光沉积的魅力恰恰在于其在亚微米尺度上实现精确物质传输的能力。书中对等离子体 plume 的诊断方法和建模分析部分，展现了作者深厚的理论功底。它详细阐述了如何利用光谱学技术实时监测等离子体中的原子和离子状态，进而反推出沉积过程中的能量分布和化学反应路径。这种将理论分析与先进表征技术紧密结合的叙事方式，使得读者不仅仅停留在“如何做”的层面，更能理解“为什么会这样”的根本原因。对于资深的材料科学家而言，这部分内容提供了深化理解、优化现有工艺流程的理论支撑。它避免了空泛的赞美，而是聚焦于量化和可重复性，这在强调科学严谨性的领域中，是极其宝贵的品质。

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