电沉积纳米晶材料技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:屠振密,李宁,等

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2008-4

价格:36.00元

装帧:

isbn号码:9787118055528

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 电沉积
• 纳米晶
• 材料科学
• 材料技术
• 纳米材料
• 薄膜技术
• 表面工程
• 物理化学
• 制备技术
• 应用研究

现代光学薄膜制备与表征 图书简介 本书系统阐述了现代光学薄膜的制备技术、材料科学基础及其在尖端光电器件中的应用。全书内容紧密围绕高精度、高性能光学薄膜的研发与工程化需求展开，旨在为材料科学、光学工程、物理学等领域的研究人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一本内容详实、理论与实践并重的专业参考书。 第一部分：光学薄膜的理论基础与材料科学 第一章：光学薄膜的基本原理 本章深入探讨了光与薄膜相互作用的物理机制。首先，从麦克斯韦方程组出发，推导了薄膜中电磁波的传播规律，详细阐述了光的反射、透射、吸收、干涉和衍射现象在薄膜尺度下的表现。重点介绍了有效折射率、光程、相位匹配等核心概念。随后，详细分析了影响薄膜光学性能的关键参数，如布格格-诺斯（Brugge-North）理论在多层膜设计中的应用，以及薄膜厚度、均匀性和界面粗糙度对整体光学响应的敏感性。讨论了傅里叶变换红外光谱（FTIR）和椭偏仪在薄膜光学常数确定中的理论基础和操作流程。 第二章：薄膜材料的微观结构与性能 本章聚焦于构成光学薄膜的各类功能性材料。内容涵盖了高折射率材料（如 $ ext{TiO}_2$, $ ext{Ta}_2 ext{O}_5$）和低折射率材料（如 $ ext{SiO}_2$, $ ext{MgF}_2$）的晶体结构、化学计量学及缺陷工程。特别关注了非晶态薄膜（如氧化物和硫化物）与微晶薄膜在光学性能上的差异。详细讨论了薄膜的密度梯度、应力状态（拉伸应力和压应力）的来源及其对薄膜稳定性和机械强度的影响。通过透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）的分析方法，揭示了薄膜的微观形貌与其宏观光学响应之间的内在联系。 第三章：薄膜的介电与热光学特性 本章深入研究了光学薄膜在实际工作环境下的可靠性问题。介电性能方面，重点分析了薄膜的击穿强度、电导率和界面陷阱效应，这些对于高功率激光光学元件至关重要。讨论了直流偏置和交流脉冲对薄膜电学特性的影响。热光学特性方面，阐述了热光系数（dn/dT）的物理本质，以及薄膜热膨胀系数与基底材料不匹配所导致的热应力问题。介绍了激光损伤阈值的测试标准、失效模式（如等离子体产生、材料熔融和剥离）的机理分析，并探讨了提高抗激光损伤能力的材料设计策略。 第二部分：先进光学薄膜的制备工艺 第四章：真空蒸镀技术：热蒸发与电子束蒸发 本章系统介绍了最经典且应用最广泛的真空蒸镀技术。详细描述了热蒸发源（如电阻加热、坩埚加热）和电子束蒸发的原理、设备构造及操作流程。重点对比了两种方法在沉积速率控制、膜层均匀性、薄膜纯度以及对复杂材料（如氟化物）兼容性方面的优劣。深入分析了薄膜生长动力学模型，包括成核、岛屿生长和薄膜的致密化过程，以及通过基底温度和真空度对晶粒尺寸和界面质量的调控。 第五章：溅射技术：磁控溅射与反应性溅射 本章聚焦于利用等离子体轰击靶材进行薄膜沉积的溅射技术。详细阐述了直流（DC）和射频（RF）磁控溅射的物理过程，包括等离子体激发、离子源、磁场约束和靶材溅射产额。特别强调了反应性溅射（Reactive Sputtering）在制备复杂氧化物和氮化物薄膜中的关键作用，如氧气分压的精确控制对$ ext{TiO}_2$薄膜光催化活性的影响。本章还包含了脉冲直流（Pulsed DC）溅射在避免靶材极化和沉积高深宽比结构中的应用实例。 第六章：化学气相沉积（CVD）与原子层沉积（ALD） 本章探讨了基于化学反应的薄膜生长技术。CVD方面，阐述了等离子体增强CVD（PECVD）在低温制备高质量硬质膜方面的优势，并详细分析了气源组分、反应温度和功率密度对薄膜化学组分和应力的影响。ALD部分，作为实现亚纳米级厚度控制和超高均匀性的关键技术，本书详细介绍了ALD的“自限制”生长机理、循环步骤（吸附、反应、清洗）和典型前驱体（如金属有机物、无机气体）的选择。通过实例展示了ALD在制备高k介质和穿透式光栅结构中的潜力。 第七章：溶胶-凝胶法与湿化学沉积 本章侧重于非真空、大面积制备方法的原理和实践。溶胶-凝胶法通过精确控制前驱体的水解和缩合反应，形成均匀的胶体溶液，进而通过旋涂、浸涂或喷涂形成薄膜。详细讨论了pH值、溶剂选择和退火工艺对最终薄膜的孔隙率、结晶度和光学性能的决定性影响。此外，还介绍了化学溶液沉积（CBD）在制备硫化物和硒化物半导体薄膜中的应用，及其在光电探测器制造中的经济优势。 第三部分：薄膜结构与器件应用 第八章：多层膜系设计与优化 本章是光学设计的高级应用部分。详细介绍了增透膜（AR）、高反射镜（HR）、吸收滤光片、分束器和激光防护膜等标准光学涂层的理论设计方法。内容涵盖了等效介质理论、特征矩阵法（Transfer Matrix Method）的迭代计算过程，以及对涂层系统对倾斜入射光、偏振光响应的分析。重点介绍了利用有限元分析（FEM）和遗传算法等现代优化技术，解决复杂光谱要求的膜系优化问题。 第九章：先进薄膜在光电子器件中的应用 本章将制备技术与实际器件性能紧密结合。详细分析了在半导体激光器（LD）输出耦合腔镜、光纤光栅（FBG）封装保护层、光伏电池的减反射层和钝化层中的薄膜工程。讨论了增厚减反射膜（TAR）在宽带吸收和特定波长滤波中的应用。此外，探讨了在柔性电子和可穿戴设备中，如何利用超薄、高韧性光学薄膜实现耐磨损、耐环境侵蚀的功能。 第十章：薄膜的表征技术：光学、结构与力学 本章对薄膜表征方法进行了全面的回顾和深入的解读。除了前述的椭偏仪和XRD，重点介绍了原子力显微镜（AFM）在表面粗糙度和三维形貌分析中的应用，以及扫描电子显微镜（SEM）用于截面观察和成分分析。力学表征方面，详细讲解了纳米压痕技术（Nanoindentation）在测量薄膜硬度、弹性模量以及应力-应变关系中的操作规范和数据解析方法。同时，涵盖了傅里叶变换光谱技术在薄膜衰减和散射分析中的高级应用。 本书力求在严谨的理论推导与前沿的实验技术之间架起桥梁，为读者提供一个全面、深入、实用的光学薄膜技术知识体系。

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这本书的深度和广度令人印象深刻，它似乎成功地整合了物理化学、材料科学以及电化学工程这几个交叉学科的精髓。对于那些试图将实验室成果转化为实际产品的研究者来说，书中关于后处理技术，如退火、表面改性和薄膜应力控制的讨论，提供了宝贵的见解。这些后处理步骤往往是决定最终器件性能的关键瓶颈。作者对不同电解液体系中杂质离子的影响机制进行了细致的分析，并提出了相应的抑制策略。这表明作者不仅精通“沉积”这一核心环节，对整个制造链条上的潜在风险点都有充分的预见和应对方案，确保了所制备材料在实际应用环境中的长期稳定性和可靠性。

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从阅读体验的角度来看，作者在保持学术严谨性的同时，成功地营造了一种探索的氛围。这本书更像是一份精心整理的“电沉积工艺蓝图”，而不是冰冷的学术论文合集。尤其欣赏其中关于电化学反应器设计的章节，它超越了简单的材料合成，触及到了反应工程学的范畴。如何设计一个能够保证电流场均匀分布、有效排除气泡干扰的电解槽，这直接关系到宏观尺度上薄膜质量的一致性。书中对这些工程化问题的关注，体现了作者对该领域实际生产和应用前景的深切关怀，使得这本书的价值远远超出了基础研究的范畴，更像是一部面向工业化应用的技术手册。

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这本书在技术细节的呈现上达到了令人惊叹的程度。它不仅仅停留在“做什么”的层面，更深入地挖掘了“如何精确地做”和“为什么这样做有效”。例如，在讨论如何获得特定取向的晶体薄膜时，书中详细对比了脉冲电沉积与恒电位沉积在控制晶格缺陷和界面能方面的优劣，并且配有大量高质量的显微结构图谱作为佐证。这些图谱的解读，对于理解电化学沉积的瞬态过程至关重要。对于工艺工程师而言，书中所提供的参数优化策略，例如如何通过添加微量有机添加剂来调控晶粒尺寸和表面粗糙度，具有极强的可操作性和指导价值，真正做到了理论指导实践，避免了大量试错成本。

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读完这本书，我最大的感受是其结构编排的巧妙与逻辑的连贯性。它仿佛是为初学者到资深专家量身打造的进阶读物。开篇部分对电化学基础概念的回顾，虽然简明扼要，却精准地抓住了关键点，为后续深入探讨复杂沉积体系奠定了坚实的理论基础。紧接着，作者对于不同类型沉积体系，比如合金、复合材料以及多孔结构的控制方法进行了分类论述，每种体系都有其独特的挑战和解决方案。书中关于表面能、过电位与成核速率之间复杂相互作用的讨论，揭示了纳米结构形成过程中的那些“看不见的推手”。这种层层递进的叙述方式，使得即便是第一次接触这个领域的读者，也能逐步建立起对材料控制能力的信心，绝非那种干巴巴的教科书式堆砌。

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这是一本内容详实，覆盖面极广的化学与材料科学领域的专著。作者似乎对电化学沉积的过程有着极其深刻的理解，从基础的理论物理到复杂的反应动力学，再到实际应用中的各种变量控制，都进行了详尽的阐述。书中对纳米尺度的晶体生长机制的探讨，尤其引人入胜，它似乎提供了一个清晰的路线图，指导读者如何通过精确调控电场、电流密度以及溶液配方，来实现对材料微观结构的定向设计。我特别欣赏作者在案例分析部分所展现出的严谨态度，他们不仅仅是罗列实验结果，更是深入剖析了导致特定形貌和性能出现背后的深层电化学原理。对于任何想要深入研究通过电化学手段制造高性能功能材料的科研人员或高年级学生来说，这本书无疑是一个极好的参考宝典，它构建了一个从宏观到微观，从理论到实践的完整知识体系。

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