化学传感器

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出版者:科学出版社
作者:格鲁德
出品人:
页数:273
译者:
出版时间:2008-3
价格:58.00元
装帧:
isbn号码:9787030211903
丛书系列:国外化学名著系列(影印版)
图书标签:
  • 化学
  • 传感
  • 英语
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  • 材料科学
  • 纳米技术
  • 分析化学
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具体描述

《化学传感器:科学家与工程师入门》简介:化学和生化传感器研究以及应用正在迅速增长。最近十多年来,显而易见地,成功发展耐苛刻条件、适应不同日常应用的化学与生化传感器需要化学家与工程师之间通力合作。《化学传感器:科学家与工程师入门》主要介绍化学及生化传感器的基本方法和基本技术。内容包括:理论基础、半导体结构、质敏传感器、传导传感器、电容传感器、热敏传感器、电化学传感器、光学传感器等,最后介绍了化学传感器检测与应用、传感器阵列与微全分析系统等。《化学传感器:科学家与工程师入门》为化学、物理和工程等之间不同的“思维方式” 提供了一个简洁的连接桥梁。

《材料科学前沿:新一代功能材料的机遇与挑战》 内容概要 本书全面深入地探讨了当前材料科学领域最前沿的研究方向、关键技术突破以及未来发展所面临的重大挑战。全书结构清晰,逻辑严谨,旨在为材料学、物理学、化学以及相关工程领域的学者、研究人员和高年级学生提供一份详实、权威的参考指南。 第一部分:高性能结构材料的革新 本部分聚焦于突破传统材料性能限制的新型结构材料。重点阐述了高熵合金(HEAs)的最新进展。详细分析了多主元体系中固溶强化、晶界工程以及缺陷调控对材料宏观力学性能(如超高强度、韧性、抗疲劳性和抗辐照损伤能力)的影响机制。书中通过大量案例研究,展示了如何利用第一性原理计算和高通量实验筛选,加速新型HEAs的发现和优化过程。 接着,深入探讨了陶瓷基复合材料(CMCs)在极端环境下的应用潜力。重点介绍了纤维增强陶瓷基复合材料(如SiC/SiC)的微观结构设计,包括界面特性调控(如氮化硼薄层)如何有效阻碍裂纹扩展,提升材料的断裂韧性。此外,也讨论了增材制造技术(如激光选区熔化、粘结剂喷射)在复杂几何结构陶瓷制造中的应用及面临的烧结致密化难题。 第二部分:能源转换与储存材料的突破 本部分的核心在于能源材料领域的前沿动态。 能源转换方面,重点剖析了钙钛矿太阳能电池(PSCs)的稳定性问题与效率提升。详细讨论了三维到二维结构转变对载流子传输和界面钝化的影响,特别是无机-有机杂化钙钛矿在湿热条件下的降解机理。书中引入了新型空穴传输材料(HTMs)的设计策略,以降低器件成本并提高长期工作寿命。 在储能领域,本书大幅篇幅献给了固态电池(SSBs)的研究。详细对比了氧化物、硫化物和聚合物电解质的离子电导率、电化学窗口和界面兼容性。特别关注了固-固界面处锂枝晶的生长机制,以及如何通过界面涂层技术(如使用LiPON、LiBH4)来抑制副反应、稳定界面,实现高能量密度和高安全性的全固态锂离子电池。同时,也涵盖了钠离子电池和下一代金属空气电池(如锂硫电池)中关键电极材料的最新进展。 第三部分:智能与响应性材料系统 本部分关注那些能够感知环境变化并作出可控响应的新型功能材料。 形状记忆合金(SMAs)与超弹性材料被作为重点研究对象。详细阐述了马氏体相变的热力学与动力学控制,特别是通过应力诱导相变实现的高效能量转换。书中讨论了如何通过梯度材料设计和微纳结构调控,赋予SMAs更精细的响应温度窗口和更长的疲劳寿命,以应用于生物医学植入器械和软体机器人。 磁性与电活性材料的交叉研究是本章的另一亮点。深入分析了多铁性材料(同时具有铁电性、铁磁性和/或压电性)的耦合机制。通过应变工程和电场调控,展示了如何实现磁性、电性之间的跨耦合效应,为开发新型非易失性存储器和磁电传感器提供了理论基础和实验范例。 第四部分:环境修复与催化材料 本部分聚焦于材料在可持续发展中的应用。 先进催化剂的设计是核心内容。重点介绍了单原子催化剂(SACs)的制备、表征及其在能源转化(如析氢反应、氧还原反应)中的卓越性能。书中探讨了载体材料(如氮化碳、石墨烯)对锚定位点电子结构的精细调控作用,以及如何理解和优化活性位点的本征催化活性。 在环境净化方面,详细分析了新型吸附材料(如金属有机框架MOFs和共价有机框架COFs)在选择性捕获大气污染物(如二氧化碳、挥发性有机物)和水体重金属离子方面的巨大潜力。讨论了如何通过孔道工程和表面功能化,实现高容量、高选择性的环境净化功能。 第五部分:先进表征技术与计算模拟 为了支持上述材料研究,本部分介绍了当前最尖端的材料表征与计算工具。 原位/非原位电子显微学技术,如球差校正透射电镜(STEM)在亚埃尺度下对晶体结构、缺陷和界面化学态的实时监测方法,是理解材料动态过程的关键。此外,也介绍了同步辐射光源和中子散射技术在探测材料深层结构和磁性信息方面的应用。 计算材料学部分,侧重于机器学习(ML)与人工智能(AI)在材料设计中的集成。阐述了如何利用高通量计算数据构建可靠的势函数和材料性能预测模型,以加速新材料的筛选速度,并指导实验合成的优化方向,显著缩短了从理论预测到实际应用的时间周期。 本书的撰写风格注重实验细节与理论深度的平衡,强调跨学科研究的必要性,旨在激发读者对下一代功能材料的创造性思考,并为其未来的研究工作提供坚实的知识支撑。全书配有大量高质量的结构图、性能曲线和表征数据,力求全面反映当前材料科学研究的前沿热度和发展趋势。

作者简介

目录信息

1 Introduction
2 Fundamentals
3 Semiconductor Structures as Chemical Sensors
4 Mass-Sensitive Sensors
5 Conductivity Sensors and Capacitive Sensors
6 Thermometric and Calorimetric Sensors
7 Electrochemical Sensors
8 Optical Sensors
9 Chemical Sensors as Detectors and Indicators
10 Sensor Arrays and Micro Total Analysis Systems
Subject Index
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本关于“化学传感器”的书籍,我本以为会深入探讨那些尖端的光学或电化学检测技术,或者至少能提供一些关于新型纳米材料在分子识别中应用的详尽案例。然而,阅读完后,我感到一种强烈的认知落差。全书的笔墨似乎更多地集中在了对传统比色法和电位法传感器历史沿革的梳理上,这种叙述方式显得过于学院派和保守。例如,在讲解液-液萃取过程中固定化酶的应用时,作者用了大篇幅来复述几十年前的经典实验步骤,却鲜有提及现代微流控技术如何显著提升了这些传感器的响应速度和便携性。我期待看到关于石墨烯基材料、量子点在痕量分析中的突破性进展,或者至少是对生物识别元件(如抗体或适配体)如何与传感器平台高效耦合的深入剖析。但这些现代化的、真正具有前瞻性的内容,几乎付之阙如,使得整本书读起来像是一本上世纪末期的综述,而非面向当前研究热点的专业教材。它更像是一份详尽的、但缺乏创新亮点的技术手册的集合,对于希望了解下一代智能传感系统如何构建的读者来说,无疑是杯水车薪。

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初翻此书,那种翻开一本沉甸甸的、充满严谨公式和复杂图表的科学著作的感觉是毋庸置疑的。我本着学习如何设计一个高灵敏度、高选择性传感器的目标来阅读它。但很快我发现,作者对“选择性”这一核心概念的处理方式显得过于理论化,几乎完全脱离了实际应用的复杂性。书中花了大量篇幅去推导理想状态下的能斯特方程在不同缓冲体系中的修正形式,这些数学推导固然扎实,但对于一个现场应用工程师来说,他们更需要知道如何在电磁干扰强烈的工业环境中,通过优化电极几何结构或引入抗干扰涂层来解决实际的信号漂移问题。书中的案例分析总是停留在“理想溶液中完美响应”的层面,对于实际样品中存在的基质效应、长期稳定性衰减、以及交叉反应的量化处理几乎没有涉猎。这种脱离实践的纯粹理论堆砌,让这本书更像是一本面向理论物理研究者的报告,而非面向化学工程师或分析化学家的实用指南。要真正解决现实中的“异味检测”或“环境污染物实时监控”这类难题,这本书提供的工具箱显然是缺斤少两的。

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坦白说,这本书的编排逻辑让我感到困惑。它的章节划分似乎是按照传感器的物理形态来组织的,而不是按照它们所基于的化学原理。比如,“基于薄膜的传感器”这一章,里面混杂了聚合物膜、金属氧化物膜甚至是有机半导体膜的介绍,这导致读者很难建立起清晰的“原理-结构-性能”之间的逻辑链条。我原本期望看到的是按照电化学、光学、质谱等核心分析方法来系统分类,每类再深入讨论其最新的材料科学进展。比如,光学传感器部分,如果能详细对比SERS(表面增强拉曼散射)和SPR(表面等离子体共振)在生物分子检测中的优劣、各自的局限性及最新的芯片集成技术,那将极具价值。但这本书的介绍浅尝辄止,缺乏对不同技术路线之间内在联系和相互竞争的深刻洞察。它更像是一本汇编,将不同年代、不同主题的文章拼凑在一起,缺乏一位优秀编辑或作者应有的宏观视野和结构性把控。

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从排版和图表的质量来看,这本书的制作水平也令人不敢恭维。许多关键的示意图——那些本该清晰展示分子间相互作用或器件截面的图片——印刷得模糊不清,线条交叠在一起,使得理解其复杂的结构变得异常困难。更令人不悦的是,书中的许多专业术语使用并不一致,有时同一个概念在不同章节会使用截然不同的英文缩写或中文表述,这无疑增加了非母语读者的理解负担。例如,对于“离子选择性场效应晶体管”(ISFET)的介绍,不同部分对“栅极钝化层”的描述存在轻微但关键的矛盾。对于一本严肃的科学参考书而言,这种细节上的疏忽是不可接受的。一个优秀的学术作品,其形式和内容应同等重要,清晰的视觉传达是确保复杂信息有效传递的基础,而这本书在这方面显然是失败的,它要求读者投入过多的精力去“解码”而不是去“学习”。

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我购买这本书是希望能从中找到关于“智能化”和“便携化”趋势的深刻见解。我们正处于物联网和远程监测的大背景下,一台能够自我校准、无线传输数据的智能化学传感器是行业发展的大方向。然而,这本书的探讨似乎还停留在实验室级别的台式仪器阶段。关于微电子技术与化学检测元件的集成(即“芯片上的实验室”概念,Lab-on-a-Chip),全书的提及少得可怜,且大多是概念性的描述,没有深入到微纳加工工艺对器件性能的具体影响,例如光刻精度对光波导耦合效率的制约等。对于如何实现低功耗运行、如何设计适用于野外环境的柔性电子器件,书中也完全没有给出任何实质性的讨论或案例。它仿佛是为上一个十年编写的教科书,错过了移动化和数字化浪潮对分析化学带来的根本性变革。读完后,我感觉自己掌握了一些基础知识,但对未来五年的技术发展方向却依然感到迷茫。

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