Physical Chemistry, Third Edition

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出版者:Academic Press
作者:Robert G. Mortimer
出品人:
页数:1416
译者:
出版时间:2008-03-26
价格:USD 115.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780123706171
丛书系列:
图书标签:
  • 物理化学
  • 物理化学
  • 热力学
  • 量子化学
  • 化学动力学
  • 统计力学
  • 结构化学
  • 光谱学
  • 电化学
  • 界面化学
  • 溶液化学
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具体描述

In this third edition, core applications have been added along with more recent developments in the theories of chemical reaction kinetics and molecular quantum mechanics, as well as in the experimental study of extremely rapid chemical reactions.

* Fully revised concise edition covering recent developments in the field

* Clear and comprehensive text ideal for undergraduate and graduate course study

* Encourages readers to apply theory in practical situations

好的,以下是一本关于材料科学与工程的深度探讨书籍的详细简介,该书聚焦于新型功能材料的设计、合成、表征及其在现代工程中的应用,完全避开物理化学的特定主题。 前沿功能材料:结构、性能与应用 作者:[此处可替换为虚构的权威学者姓名] 出版社:[此处可替换为虚构的学术出版社名称] --- 内容概述:跨越尺度的材料创新 《前沿功能材料:结构、性能与应用》是一部全面且深入的专著,旨在为材料科学家、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个理解和驾驭二十一世纪关键功能材料的框架。本书的叙事主线并非围绕热力学或动力学的基本原理展开,而是聚焦于微观结构如何决定宏观功能这一核心命题,并详细阐述了如何通过精确的合成手段来调控这些结构。 全书共分为六个主要部分,从基础的晶体结构与缺陷工程,到尖端的纳米尺度器件集成,构建了一个从原子级别理解到系统级应用的完整知识体系。本书的独特之处在于其对非平衡态材料和多尺度耦合效应的强调,这正是当前高性能材料开发的关键瓶颈。 第一部分:结构基元与缺陷工程 (The Structural Basis and Defect Engineering) 本部分奠定了理解功能材料的基础。我们首先回顾了晶体学和非晶态结构的描述工具,但重点迅速转向结构缺陷——点缺陷、位错、晶界和堆垛层错——如何成为决定电学、力学和光学性质的决定性因素。 晶格失配与应力场: 深入分析了异质结界面处的应力弛豫机制,特别是在半导体异质结构和陶瓷复合材料中的影响。讨论了如何利用应变工程来调控材料的带隙和载流子迁移率。 缺陷的活性与稳定性: 详细考察了不同类型缺陷(如空位、间隙原子、反位点)的形成能和迁移能,并阐述了如何通过掺杂或辐照来“钉扎”或“激活”这些缺陷,以优化其在催化或辐射环境下的稳定性。 高熵合金 (HEAs) 的构效关系: 将复杂的、无序的晶体结构视为一种新的“缺陷形态”,分析了高熵体系中存在的“迟滞效应”和“迟滞动力学”,这些因素如何赋予材料超强的韧性或耐腐蚀性。 第二部分:电子与磁性功能材料 (Electronic and Magnetic Functional Materials) 本部分专注于那些依赖于电子能带结构和磁矩排列来实现特定功能的材料。本书对传统能带理论的应用持批判态度,更侧重于低维和受限系统中的量子效应。 二维材料的界面物理: 重点讨论了范德华异质结的构建(如MoS2/WSe2),分析了层间电荷转移、激子动力学以及如何利用垂直电场调控其导电模式(从半导体到金属的转变)。 自旋电子学材料: 详细介绍了铁磁性半导体(如掺杂的III-V族材料)中的自旋注入和自旋轨道耦合(SOC)效应。阐述了磁电耦合现象在单层薄膜中的增强机制,这对于开发下一代低功耗存储器至关重要。 拓扑材料的边界态: 介绍了拓扑绝缘体和拓扑半金属的基本概念,强调了其表面态或边缘态的无损导电特性,以及如何通过表面化学修饰或应变来精确控制这些拓扑性质。 第三部分:光电与能量转换材料 (Optoelectronics and Energy Conversion) 本部分聚焦于材料在光与电的相互作用中的应用,涵盖了从光捕获到电荷分离的整个流程。 钙钛矿材料的稳定性与界面钝化: 深入探讨了有机-无机杂化钙钛矿材料面临的湿度、热稳定性和光照降解问题。详细描述了先进的表面钝化技术(如大分子封装、二维层覆盖)如何有效抑制非辐射复合中心。 等离激元材料与超材料: 讨论了金属纳米结构中自由电子集体振荡(等离激元)的理论,及其在增强光谱信号(SERS)和亚波长光操控中的应用。引入了负折射率超材料的概念,强调其对电磁波的突破性控制能力。 固态电解质与界面阻抗: 针对下一代电池技术,本书详细分析了锂离子固态电解质的离子传导机制(跳跃机制与扩散机制的竞争),并重点讨论了固-固界面处的电荷转移阻抗问题,以及如何通过界面工程来降低欧姆损失。 第四部分:智能响应与自适应材料 (Smart and Adaptive Materials) 本部分关注那些能够对外部环境(温度、压力、电场、光照)产生显著、可逆变化的材料系统。 形状记忆聚合物与合金: 区分了马氏体相变驱动和高分子网络重排驱动的形状记忆机制。重点分析了双形状记忆效应的实现,以及如何通过梯度结构设计来控制恢复速率。 压电与铁电响应的本构关系: 不仅描述了PZT等传统材料的宏观响应,更关注于如何通过应力诱导相变来提高新型非铅压电陶瓷的机电耦合系数,尤其是在薄膜状态下的“极化切换”行为。 自修复材料的设计: 探讨了微胶囊破裂、血管网络渗透和动态共价键(如Diels-Alder反应)自修复策略的优劣。分析了修复效率与材料本体性能之间的权衡。 第五部分:先进加工技术与尺度放大 (Advanced Processing and Scale-Up) 功能材料的性能高度依赖于其制备过程。本部分着重于如何将实验室中的精确控制转化为工业规模的生产。 原子层沉积 (ALD) 与分子束外延 (MBE) 的比较: 详细对比了ALD在共形覆盖和厚度精确控制方面的优势,以及MBE在异质结构界面控制上的不可替代性。讨论了如何通过优化反应气体和基底温度来控制薄膜的化学计量比。 增材制造 (AM) 的材料挑战: 聚焦于激光粉末床熔融(LPBF)和定向能量沉积(DED)过程中材料面临的快速加热/冷却速率带来的枝晶生长、孔隙率和残余应力问题。提出了针对高反射率金属(如铜)和高熵合金的优化工艺参数集。 材料表征的“同步性”: 强调了在原位和动态条件下进行材料表征的重要性。介绍了同步辐射、中子散射等技术如何用于实时监测晶格畸变、化学反应中间相的形成,从而指导合成路径的修正。 结论与展望 本书最后一部分总结了当前功能材料研究的瓶颈——即设计-合成-表征循环的效率问题。展望了人工智能和高通量计算在加速新材料发现中的作用,并强调了功能材料未来发展将更加注重可持续性、环境友好性以及在极端环境下的长期可靠性。 本书特色: 1. 结构导向: 每种材料的讨论均围绕其核心结构缺陷或界面特性展开。 2. 聚焦前沿: 大量篇幅用于讨论二维材料、拓扑材料和固态电池等新兴领域。 3. 工程实践: 紧密结合先进制造技术,探讨实验室成果向工业应用的转化难题。

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读后感

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用户评价

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坦白说,我是一个对计算化学部分特别挑剔的人,很多教材的这部分内容往往写得非常晦涩,要么就是代码和理论完全脱节,要么就是只停留在理论层面,缺乏实际操作的指导。然而,这本书在处理量化和统计力学这些“硬骨头”时,展现出了惊人的**系统性和实用性**。它并没有回避像薛定谔方程、玻恩-奥本海默近似这样的核心难题,但它处理的方式非常巧妙——它没有将它们视为孤立的数学定理,而是将它们嵌入到具体的物理情境中去解释。比如,在讲解分子光谱时,它会先给出吸收和发射的经典图像,然后才引入量子力学模型来精确描述能级跃迁,这种“**先现象后理论**”的组织结构,极大地降低了理解的难度。更让我惊喜的是,书中的例题设计简直是教科书级别的典范。它们不是那种为了炫耀复杂性而堆砌的冗长算式,而是每一个步骤的推导都紧密围绕着一个清晰的物理概念展开。我记得有一个关于布居数分布的计算题,书里不仅给出了最终的解析解,还详细分析了在不同温度下,粒子在能级间的分布趋势是如何变化的,这让我真正体会到了“**数”背后的“理**”。对于那些打算未来从事研究工作的学生来说,这种对推导过程的尊重和详尽解析,是比直接提供结果更有价值的财富,它培养的是一种严谨的、追本溯源的科学思维方式。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴,那种沉稳的蓝灰色调,配上烫金的字体,立刻就给人一种厚重而专业的信赖感。我是在图书馆偶然翻到它的,当时正在为期末考试做准备,手里拿着几本其他出版社的教材,内容组织得略显松散,逻辑链条也经常断裂,让人抓狂。但拿起这本,**仅仅是翻开扉页,那种纸张的质感和油墨的清晰度就让人精神为之一振**。我立刻就被它在引入概念时的那种雕琢感所吸引。它不像有些教材那样,上来就抛出一大堆复杂的数学公式,而是非常耐心地,从宏观现象入手,逐步深入到微观的分子层面。举个例子,它讲解热力学第一定律时,不是简单地给出 $Delta U = Q + W$ 这样的定义,而是花了相当大的篇幅去描述宏观系统如何通过做功和热交换来实现能量的转化,用了很多生活中的类比,比如气缸中的活塞运动,这对于初学者来说简直是救命稻草。而且,书中对图表的排版也极为讲究,那些能量分布曲线、相图,线条的粗细、颜色的区分都拿捏得恰到好处,即便是不熟悉的读者,也能**通过视觉辅助快速捕捉到核心的物理意义**,而不是被一堆密密麻麻的符号淹没。这本书的编写者显然是深谙教学之道的行家,他们知道如何引导一个求知者的目光,如何让他们在迷宫般的理论体系中找到清晰的路径。这本教材给我的第一印象,就是“**精心打磨的艺术品**”,它在保证科学严谨性的同时,将阅读体验提升到了一个新的高度。

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这本书的语言风格,可以说是**克制而充满力量**。它没有使用那种为了吸引眼球而刻意煽情的修辞,文字表达极为精准,每一个词语的选择似乎都经过了深思熟虑,力求在**信息密度和可理解性之间找到完美的平衡点**。在阐述一些高度抽象的概念时,比如量子隧穿效应或者亥姆霍兹自由能的统计意义,作者会使用非常简练的句子来构建核心逻辑,然后通过结构精巧的插图或简短的注释来补充细节,确保不会因为追求简洁而牺牲准确性。这种行文风格,对于那些需要高强度、长时间阅读学习材料的读者来说,是极大的福音。我个人最大的感受是,阅读这本书**非常“省脑力”**,因为你不需要花费额外的精力去“解码”作者复杂的句式结构或者猜测他模糊的意图。知识点以一种极其清晰、模块化的方式呈现出来,这使得复习和查阅效率极高。它就像一把顶级厨师的瑞士军刀,功能全面,设计精良,每一个工具都锋利且实用。总而言之,这本教材的价值,在于它提供了一种**高效、严谨且富有启发性的学习体验**,它不仅仅是教科书,更像是陪伴你进行一次严肃学术探索的可靠伙伴。

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我对实验部分的内容向来抱有很高的期待,因为物理化学的魅力,很大程度上来源于它与真实世界的直接对话——实验验证。令人遗憾的是,许多教材的实验部分往往是敷衍了事,要么是照搬几十年前的经典实验,要么就是简单罗列步骤而缺乏对误差分析的深入探讨。但这本教材,**似乎对实验的精确性有着近乎偏执的追求**。它在介绍每一个核心实验(比如测定阿伏加德罗常数、测定反应级数)时,不仅详细描述了仪器的设置和操作流程,更重要的是,它花费了大量篇幅去讨论**测量误差的来源、如何进行有效的误差传播计算,以及如何通过改进实验设计来提高结果的可靠性**。我尤其欣赏它对现代仪器分析的引入,它没有固步自封于传统的滴定或分光光度法,而是涵盖了诸如激光光谱技术、表面等离子体共振(SPR)等前沿技术在物理化学问题中的应用实例。这让读者在学习理论的同时,能够清晰地预见到这些理论知识如何在现代科研实验室中被转化为可量化的数据。这种“**理论指导实验,实验反哺理论**”的闭环思考,是培养未来科学家的关键。读完这部分的介绍,我立刻感觉自己不仅仅是在学习一门学科,更是在学习如何“像一个物理化学家那样去工作”。

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我通常认为,一本优秀的教材,其价值不仅仅在于它包含了多少知识点,更在于它如何处理知识之间的**内在联系和演变脉络**。这本书在这方面做得非常出色,它成功地构建了一个从经典到现代的无缝衔接的知识体系。很多教材在介绍完宏观热力学之后,就突然跳跃到量子力学的基础,留下了大量的逻辑断层。但在这本书里,你会清晰地看到,宏观的熵、自由能等概念,是如何在统计力学的框架下,通过微观粒子的概率分布和平均行为被重新解释和统一的。这种“**俯瞰全局,再深入细节**”的编写策略,让我对整个物理化学领域有了一种更宏大、更连贯的理解。它不是知识点的堆砌,而是一部**思想的编年史**。比如,它在讲解化学平衡时,不仅仅停留在平衡常数的应用层面,而是追溯到吉布斯自由能最小化原理的深刻内涵,并探讨了在极端条件(如高压或催化剂存在下)平衡如何被调控。这种层层递进、相互印证的写作风格,使得学习过程不再是机械的记忆,而是一种知识体系的内在构建。阅读它,就像是跟着一位经验丰富的导师,一步步走过学科发展的关键节点,理解每一项重大理论诞生的时代背景和它解决了哪些前人尚未解决的困惑。

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