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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Tolstoy, Valeri P./ Chernyshova, Irina V./ Skryshevsky, Valeri A.

出品人:

页数:710

译者:

出版时间:2003-6

价格:3358.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780471354048

丛书系列:

图书标签:

• 薄膜
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《红外光谱学在超薄膜研究中的应用指南》 本书是一本全面而深入的参考手册，旨在为研究超薄膜的科学家和工程师提供不可或缺的指导。随着纳米技术和材料科学的飞速发展，超薄膜作为关键功能材料，在电子、光学、催化、传感等众多领域展现出巨大的应用潜力。然而，其独特的尺寸效应和表面性质，也对传统表征手段提出了严峻的挑战。红外光谱学，作为一种能够探测分子振动和转动状态的无损分析技术，因其高灵敏度、信息丰富以及对化学环境的敏感性，在超薄膜的研究中扮演着越来越重要的角色。 本书并非对《Handbook of Infrared Spectroscopy of Ultrathin Films》一书内容的直接概述，而是旨在构建一个独立且详实的学术指南，专注于红外光谱学在解析超薄膜结构、性质和动力学方面的应用。本书的目的是提供一个清晰、系统化的框架，帮助读者理解如何利用红外光谱学有效研究超薄膜，并能独立运用这些知识进行科研实践。 第一部分：红外光谱学基础及其在超薄膜研究中的意义 本部分将从红外光谱学的基本原理出发，阐述其在超薄膜研究中的独特优势。我们将详细介绍： 红外光谱学基本原理： 深入探讨分子振动（伸缩、弯曲等）与电磁波的相互作用，解释不同官能团和化学键产生的特征吸收峰，以及这些信息如何反映物质的组成和结构。 超薄膜的特性与表征挑战： 详细分析超薄膜的定义（通常指厚度在几个纳米到几百纳米的薄层），讨论其由于量子尺寸效应、表面效应和界面效应而表现出的宏观材料所不具备的特性。同时，阐明传统宏观表征方法在分析这些微小样品时可能遇到的局限性，如信号弱、背景干扰大等。 红外光谱学为何适用于超薄膜： 强调红外光谱学在超薄膜研究中的核心价值。我们将重点讨论其非破坏性、无损性，以及对表面敏感的特点，这使得它能够直接探测吸附在基底上的单分子层或少数分子层的振动信息。此外，还将探讨红外光谱如何提供有关薄膜的化学组成、分子取向、结晶度、化学键状态、吸附物种以及表面化学反应等关键信息。 第二部分：用于超薄膜研究的红外光谱技术 本部分将详细介绍当前研究超薄膜常用的各种红外光谱技术，并重点阐述其针对超薄膜的优化和应用策略： 透射红外光谱 (Transmission FTIR)： 介绍其基本原理，以及在超薄膜研究中的局限性（如对基底的依赖性、信号穿透性问题），并探讨如何通过选择合适的基底（如KBr、KBr/ZnSe晶片）和优化样品制备来提高信噪比。 反射吸收红外光谱 (RAIRS/FTIR-RAS)： 这是研究超薄膜最重要的技术之一。我们将详细讲解不同几何构型的反射模式，如全反射（ATR-FTIR）和外反射（External Reflection），以及不同角度入射对信号增强的影响。特别会深入讨论： P偏振光和S偏振光在反射模式下的作用： 解释为何P偏振光（平行于入射面的偏振光）在特定角度下对表面敏感，而S偏振光（垂直于入射面的偏振光）则能作为参考。 不同反射角的选择： 阐述低角度入射（grazing incidence）如何最大化表面信号，同时抑制体相信号，这对于识别吸附在基底上的分子至关重要。 样品与检测器的几何配置： 详细说明各种反射附件的设计和使用方法。 傅里叶变换红外显微光谱 (FTIR Microscopy)： 介绍其空间分辨率的优势，以及如何用于分析多层薄膜中的空间异质性、缺陷区域或特定成分的分布。 表面增强红外光谱 (SEIRAS)： 详细阐述金属纳米结构（如金、银的纳米颗粒或纳米薄膜）如何能够显著增强位于其表面的分子的红外信号。我们将深入讨论： 增强机理： 解释表面等离激元共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）以及近场增强效应如何将红外信号提升数个数量级，使得单分子层甚至亚单分子层的信息得以清晰捕捉。 基底设计与制备： 讨论各种SEIRA基底的类型（例如，具有特定几何形状的金属纳米结构）及其制备方法，以及如何根据待研究的超薄膜材料选择最合适的基底。 SEIRAS在超薄膜研究中的应用实例： 介绍其在分子吸附、催化反应、电化学界面研究等领域的成功应用。 红外光谱与其它技术联用： 讨论将红外光谱与其他先进表征技术（如X射线光电子能谱XPS、原子力显微镜AFM、透射电子显微镜TEM等）联用的优势，以获得更全面的超薄膜信息。 第三部分：超薄膜的红外光谱数据解析与表征 本部分将聚焦于如何从获取的红外光谱数据中提取有用的信息，以及如何将这些信息转化为对超薄膜的深入理解： 特征峰的归属与分析： 详细指导读者如何识别不同官能团的特征吸收峰，如何通过查阅光谱数据库和文献来准确归属。 分子取向和有序性分析： 重点讲解如何利用RAIRS中的偏振依赖性研究吸附在表面的分子链的取向，例如通过RAIRS光谱中P偏振和S偏振信号的比例来定量分析分子的倾角。 化学环境和相互作用分析： 讨论如何通过观察吸收峰的频移、展宽或强度变化来推断分子与基底的相互作用、分子间的氢键作用以及化学键的局部环境变化。 定量分析： 介绍Beer-Lambert定律在红外光谱中的适用性，以及如何进行定量分析以确定超薄膜的厚度、表面覆盖度和吸附量。 动态过程的监测： 阐述如何利用原位（in-situ）红外光谱技术实时监测超薄膜在不同条件下（如温度变化、气氛变化、电化学过程）的化学反应、相变或吸附/脱附过程。 第四部分：超薄膜应用中的红外光谱表征实例 本部分将通过一系列具体的研究实例，展示红外光谱学在不同类型超薄膜研究中的实际应用，以帮助读者更好地理解理论知识的应用： 有机电子材料薄膜： 如有机半导体薄膜、聚合物薄膜等，利用红外光谱分析其分子结构、结晶度和掺杂效应。 金属氧化物薄膜： 如TiO2、ZnO等，研究其表面羟基、氧空位以及吸附分子的相互作用，常用于催化、传感器等领域。 二维材料（如石墨烯、TMDs）表面修饰： 利用红外光谱监测表面官能团的引入和变化，以及它们对材料电学性质的影响。 生物分子薄膜： 如蛋白质、DNA等吸附在表面的研究，利用红外光谱分析其构象变化和相互作用。 界面化学研究： 重点探讨红外光谱如何揭示固-固、固-液界面的化学性质和反应过程。 结论 本书旨在提供一个关于红外光谱学在超薄膜研究中应用的全方位指南。通过深入探讨其基本原理、先进技术、数据解析方法和实际应用案例，本书将装备读者掌握这一强大的表征工具，从而能够更有效地设计实验、解释数据，并推动超薄膜科学和技术的发展。本书的价值在于其独立性、全面性以及对实际操作的指导性，为每一位投身于超薄膜研究的学者提供一份可靠的参考。

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《Handbook of Infrared Spectroscopy of Ultrathin Films》的出版，为我提供了一个全面了解红外光谱在超薄膜研究领域的最新进展的绝佳机会。我尤其关注书中关于不同类型超薄膜（如金属氧化物薄膜、聚合物薄膜、半导体薄膜、二维材料薄膜等）的红外光谱特征及其与性能关系的详细分析。例如，对于金属氧化物薄膜，书中可能会介绍如何利用红外光谱来研究其晶格振动模式、氧空位缺陷、以及表面吸附的水分子和羟基的性质，这些对于理解其在催化、传感、能源等领域的应用至关重要。对于聚合物薄膜，书中可能会探讨如何利用红外光谱来分析其分子链的构象、结晶度、以及在特定环境（如溶剂、温度、应力）下的变化，这对于理解聚合物的力学性能、光学性能以及生物相容性具有重要意义。书中还可能包含关于如何利用红外光谱来表征具有特殊光学性质的薄膜，例如等离激元薄膜、超材料薄膜等。通过对这些案例研究的深入学习，我能够更清晰地理解不同材料体系在超薄膜状态下的独特红外光谱表现，并将其与材料的宏观性能联系起来。

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这本书的书写风格和内容组织方式非常吸引人，它将复杂的科学概念以一种清晰易懂的方式呈现出来。我特别期待书中关于利用红外光谱来表征不同类型超薄膜的案例研究。例如，书中可能会详细介绍如何利用红外光谱来分析二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的晶格振动模式，以及这些模式如何受到应力、掺杂和界面效应的影响。这对于理解这些新型材料的电子和光学性质，以及开发基于这些材料的传感器和电子器件至关重要。此外，书中关于有机超薄膜在有机电子器件（如OLED、OFET）中的应用也让我感到兴奋。有机超薄膜的分子结构、排列方式以及电荷传输性质，都与其宏观器件性能密切相关。红外光谱，特别是表面增强拉曼光谱（SERS）和反射吸收光谱（RAS），能够提供关于有机分子在电极表面的吸附状态、分子取向、以及电荷转移过程的宝贵信息。书中对于如何利用这些技术来优化有机半导体材料的设计，以及理解有机器件的工作机理，都提供了深刻的见解。对我而言，这本书不仅仅是一个知识的来源，更是一个灵感的激发器，它能够帮助我将理论知识与实际应用相结合，解决我在研究中遇到的实际问题。

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这本书的标题《Handbook of Infrared Spectroscopy of Ultrathin Films》本身就勾起了我极大的兴趣。我一直对材料科学特别是薄膜技术在各个领域的应用深感着迷，而红外光谱作为一种强大的表征手段，在分析材料的化学结构、分子振动以及表面性质方面具有无可比拟的优势。尤其当它聚焦于“超薄膜”这一极具挑战性的研究对象时，其潜在的价值更是难以估量。超薄膜，顾名思义，其厚度通常在几个纳米到几百纳米之间，其独特的物理化学性质往往与块体材料有着显著的差异。这种差异源于其高表面积体积比、量子尺寸效应以及生长过程中可能出现的界面效应。因此，精确地理解和控制超薄膜的结构与性能，对于开发高性能传感器、催化剂、光学器件乃至生物医学材料至关重要。红外光谱能够提供关于分子键的振动模式信息，这些信息对于识别薄膜的化学成分、官能团、结晶度以及存在于其表面的吸附物都非常有帮助。当红外光谱被应用于超薄膜的研究时，如何克服信号的微弱性、区分基底的信号干扰、以及实现纳米尺度的空间分辨率，都成为了亟待解决的关键问题。这本书的出现，无疑填补了这一领域的重要空白，为我们提供了系统、深入的理论指导和实践经验。我尤其期待它能详细阐述各种先进的红外光谱技术（如表面增强红外光谱、傅里叶变换红外光谱、反射吸收光谱等）在超薄膜分析中的具体应用，以及如何通过光谱数据解读与材料结构和性能之间的关联。

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《Handbook of Infrared Spectroscopy of Ultrathin Films》的出版，为我深入理解超薄膜的物理化学性质提供了关键的工具。我尤其对书中关于如何利用红外光谱来监测超薄膜生长过程以及表征生长动力学的内容充满期待。在薄膜的生长过程中，表面原子的吸附、扩散、成核以及二维生长等过程，都与其最终的结构和性能息息相关。通过原位红外光谱技术，我们可以实时监测这些过程，例如监测特定官能团的出现或消失，分析表面吸附物的覆盖度，以及评估化学反应的速率。书中对于如何设计原位红外光谱实验，以及如何从动态光谱数据中提取有价值的信息，例如通过分析吸收峰的移动和展宽来推断生长动力学，都将是极其宝贵的知识。此外，对于化学计量学在红外光谱数据分析中的应用，书中也可能有所涉及。通过建立精确的校准模型，我们可以从光谱数据中定量地提取薄膜的成分、厚度、结晶度等参数，从而实现对超薄膜质量的精确控制。这对于需要高精度制备特定性能超薄膜的领域，例如微电子、光通信等，具有非常重要的指导意义。

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这本书对于我来说，不仅仅是一本技术手册，更是一个启发思考的源泉。我十分期待书中关于利用红外光谱来探测和分析超薄膜中的化学反应过程。在许多应用场景中，超薄膜的性能往往与其表面的化学反应活性密切相关，例如催化、传感、电化学反应等。通过原位红外光谱，我们可以实时监测反应物在薄膜表面的吸附、转化以及产物的形成，从而深入理解反应机理，优化反应条件，并设计更高效的催化剂或传感器。书中可能详细介绍了如何选择合适的红外光谱技术和实验装置来研究特定的化学反应，例如如何设计反应池，如何控制反应气氛和温度，以及如何从复杂的动态光谱数据中提取关键信息。此外，对于利用红外光谱来评估超薄膜的稳定性和降解过程，书中也可能有所涉及。了解薄膜在不同环境下的稳定性，对于其在实际应用中的寿命和可靠性至关重要。这本书为我提供了一个强大的分析工具，帮助我更深入地理解和控制超薄膜的化学行为。

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这本书的书写角度非常独特，它专注于红外光谱在超薄膜研究这一特定领域的交叉应用。我特别关注书中关于如何克服红外光谱分析超薄膜时面临的技术挑战的详细讨论。例如，超薄膜的信号往往淹没在基底的强吸收或散射信号中，如何有效地分离出薄膜的特征信号，是一个普遍存在的问题。书中可能详细介绍了各种信号处理技术，如差谱技术、基底扣除算法、以及利用特定偏振态或入射角度来增强薄膜信号的策略。此外，对于扫描探针显微镜（SPM）与红外光谱技术的联用，也就是所谓的“红外扫描探针显微镜”，书中也可能进行了深入的探讨。这种联用技术能够实现纳米尺度的空间分辨率，使得我们能够对单个纳米结构或薄膜表面的局部区域进行化学成分和结构分析。这对于研究异质性超薄膜、纳米颗粒薄膜或纳米结构阵列的性能至关重要。这本书为我提供了一个全面的视角，帮助我理解如何利用先进的光谱技术来揭示超薄膜在纳米尺度上的复杂行为。

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《Handbook of Infrared Spectroscopy of Ultrathin Films》为我打开了探索超薄膜世界的另一扇大门。我尤其关注书中关于不同红外光谱技术在分析特定类型超薄膜时的优劣势对比。例如，书中可能详细讨论了如何利用高分辨率红外光谱来研究超薄膜中分子的振动弛豫过程，以及这些弛豫过程如何受到量子尺寸效应和界面耦合的影响。这对于理解纳米材料的光学性质和动力学行为，例如在光电转换、荧光发射等过程中的能量传递和耗散，提供了重要的线索。此外，书中对傅里叶变换红外光谱（FTIR）在超薄膜应用中的深入分析也让我受益匪浅。FTIR以其高灵敏度和宽光谱范围，在鉴定薄膜成分、评估薄膜均匀性以及监测化学反应过程中都有广泛的应用。书中关于如何利用FTIR对特定官能团的吸收峰进行定量分析，以及如何利用红外光谱成像技术来研究薄膜的空间异质性，都为我们提供了具体的实验思路和数据处理方法。对于那些致力于开发高性能传感器、催化剂、以及生物医学材料的研究人员来说，能够精确地了解超薄膜表面的化学环境、分子排列以及潜在的缺陷，将直接影响到他们所开发器件的性能和稳定性。这本书不仅提供了理论框架，更重要的是给出了可操作性的指南，帮助我们更有效地将红外光谱技术应用于超薄膜的研究与开发。

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《Handbook of Infrared Spectroscopy of Ultrathin Films》以其精炼的语言和严谨的逻辑，为我提供了深入理解超薄膜世界的全新视角。我特别看重书中对不同红外光谱技术在分析超薄膜时的局限性和发展趋势的讨论。任何一种科学技术都有其固有的局限性，了解这些局限性有助于我们更明智地选择合适的技术，并意识到需要进一步的研究和改进方向。例如，书中可能讨论了红外光谱在分析极薄层时信号的弱性问题，以及如何通过新型探测器、更高效的光源、以及先进的信号处理算法来克服这一挑战。同时，书中也可能展望了未来红外光谱技术在超薄膜研究中的发展方向，例如与人工智能相结合的自动化数据分析，以及与高通量制备技术相结合的快速表征平台等。这些前瞻性的讨论，不仅能够帮助我更全面地认识红外光谱技术，也为我未来的研究提供了新的思路和方向。这本书无疑是一本 invaluable 的参考书，它为我在超薄膜科学领域的研究提供了坚实的基础和重要的启示。

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当我翻开《Handbook of Infrared Spectroscopy of Ultrathin Films》时，首先吸引我的是其严谨的科学结构和对前沿研究的深刻洞察。书中对于红外光谱基本原理的阐述，并非简单地重复教科书上的内容，而是结合了超薄膜这一特殊体系的特点，深入剖析了在低维条件下，红外吸收、反射和散射等现象的独特表现。例如，书中可能详细介绍了在分析极薄层时，如何有效抑制背景噪声，提高信噪比，以及针对不同基底材料，如何优化光谱采集参数以获得最清晰的信号。此外，对于超薄膜的制备方法，书中也可能包含了对各种主流技术（如原子层沉积、分子束外延、化学气相沉积等）的介绍，并着重探讨了这些制备过程如何影响薄膜的化学态和形貌，以及这些因素如何体现在其红外光谱特征中。理解了制备与表征之间的深刻联系，是真正掌握这项技术精髓的关键。这本书不仅仅是告诉我们“如何做”，更重要的是引导我们“为什么这么做”，以及“如何从数据中提取有价值的信息”。特别是对于那些在半导体、光电子、能源存储等领域工作的研究人员和工程师来说，能够精确表征超薄膜的化学键合状态、载流子密度、杂质含量以及界面缺陷，直接关系到器件的性能和可靠性。这本书的出现，将为他们提供一个强大的知识库和实践指南，帮助他们更有效地解决实际工作中遇到的难题，加速新材料和新器件的开发进程。

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这本书的理论深度和广度令我印象深刻。它不仅仅停留在红外光谱技术的表面介绍，而是深入挖掘了与超薄膜相关的物理机制。例如，在讨论表面等离激元增强红外光谱时，书中可能会详细解释等离激元共振是如何将电磁场局域化并增强薄膜的信号，以及如何通过调控纳米结构的设计和材料的选择来优化这种增强效应。这对于理解和设计新型的纳米光子器件，以及提高表面化学反应的灵敏度具有至关重要的意义。再者，书中关于反射吸收光谱（RAS）的应用也让我大开眼界。RAS是分析吸附在金属表面的单分子层或超薄膜的有力工具，它利用了金属表面的强烈反射来增强对极薄层的探测。书中对于RAS的理论模型，包括菲涅尔方程的修正，以及如何根据不同的入射角度和偏振状态来提取关于分子取向、偶极矩方向等信息，都做了详尽的阐述。这对于理解分子在表面的吸附行为、化学吸附的动力学过程以及表面催化机理，有着极其重要的指导作用。此外，书中对于如何区分薄膜本身的信号和基底的信号，以及如何处理多层薄膜体系中的光谱叠加效应，也提供了非常有价值的分析方法和技巧。这些内容不仅有助于我们更准确地解读实验数据，也为我们进一步优化实验条件和设计新的实验方案提供了坚实的基础。

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