低维材料热物理

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页数:339
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出版时间:2008-9
价格:48.00元
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isbn号码:9787543936416
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  • 热物性
  • 低维材料
  • 热物理
  • 传热
  • 材料科学
  • 纳米材料
  • 热性能
  • 相变材料
  • 二维材料
  • 热管理
  • 能源材料
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具体描述

《低维材料热物理》将突出介绍低维材料热物理性质特有的基本理论和实验研究方法。全书结构安排如下:第一章简要介绍三维材料的热物理性质一般规律和常用测试技术,帮助读者对材料热物理研究快速入门;第二章介绍低维材料内的热输运过程,这是决定低维材料热物理性质的基本理论;第三章至第五章分别介绍二维材料、一维材料和零维材料的热传导性质;第六章介绍低维材料的比热容;第七章介绍低维材料的热膨胀性质;第八章介绍低维材料的热发射性质;第九章介绍低维材料的热电性质;第十章介绍低维材料热物性的理论分析方法。该书是我国第一本专题介绍低维材料热物理性质的著作,而同类书籍往往着墨于微/纳米尺度传热、纳米结构输运等等,相比而言,《低维材料热物理》可读性更强,更切合实际。

本书深入探讨了新一代功能材料——低维材料在热物理领域的奇妙特性与广阔应用。与宏观材料相比,低维材料(如零维量子点、一维纳米线/纳米管、二维石墨烯/过渡金属硫化物等)因其独特的尺寸效应和界面效应,展现出与众不同的热传导、热容、热膨胀以及热电转换等性能。 本书的编写旨在为广大从事材料科学、凝聚态物理、固体力学、能源科学及相关工程领域的科研人员、工程师和高年级本科生/研究生提供一份全面而深入的参考。我们力求在理论阐述与实验观测之间建立坚实的桥梁,清晰地勾勒出低维材料热物理性质的独特性质及其背后的物理机制。 全书内容概要如下: 第一部分:低维材料的热物理基础 第一章:低维材料的定义与分类 详细介绍低维材料的概念,包括其在空间维度上的限制。 系统性地分类:零维(量子点、纳米粒子)、一维(纳米线、纳米管、纳米带)、二维(薄膜、层状材料如石墨烯、MXenes)以及准一维、准二维等。 阐述不同维度低维材料在结构、化学组成上的多样性。 第二章:低维材料中的热传导机制 回顾经典热传导理论(傅里叶定律),并探讨其在纳米尺度下的局限性。 深入解析低维材料中的微观热输运机制:声子输运(布里渊散射、朗道-普朗切尔耗散)、电子热输运(维恩效应、德鲁德模型在低维下的修正)。 重点介绍尺寸效应和界面效应对热导率的影响,如声子散射、界面热阻(Kapitza电阻)、尺寸限制的声子谱。 讨论不同低维材料(如石墨烯、碳纳米管、硅纳米线、TMDCs)的热导率特性及测量方法。 第三章:低维材料的热容与热膨胀 介绍材料热容的微观来源(晶格振动、电子贡献)。 阐述低维材料中热容与温度、尺寸的关系,特别是量子尺寸效应在低温下的体现。 分析低维材料的热膨胀特性,讨论其与宏观材料的差异,以及界面和边界对热膨胀行为的影响。 探讨材料的相变及其在低维尺度下的热物理响应。 第二部分:低维材料的热物理特性及其应用 第四章:低维材料的热电转换特性 深入剖析热电材料的基本原理:塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应。 重点介绍低维材料在提升热电优值(ZT值)方面的潜力。 分析如何通过尺寸工程(纳米结构化)、界面工程、掺杂等手段优化低维材料的电学和热学输运性能,实现高ZT值。 讨论各种低维热电材料(如碲化物纳米线、硅基纳米结构、钙钛矿量子点)的性能及其在热电发电机和制冷器中的应用前景。 第五章:低维材料的能量存储与管理 探讨低维材料在锂离子电池、超级电容器等储能器件中的热管理问题。 分析低维材料的快速充放电能力可能带来的局部过热现象,以及如何通过设计材料的导热性能来改善散热。 介绍利用低维材料构建高性能电池隔膜、电极材料,并关注其热稳定性。 讨论在柔性电子器件中,低维材料的热物理特性对其可靠性和性能的影响。 第六章:低维材料在热管理与热防护中的应用 阐述低维材料作为高效散热材料(如石墨烯复合材料、碳纳米管薄膜)的应用。 探讨低维材料在相变材料(PCM)中的应用,如何利用其高导热性提高PCM的充放电速率。 介绍低维材料在热障涂层、隔热材料中的潜力,以及如何通过纳米结构设计实现优异的隔热性能。 讨论在高温环境或高功率器件中,低维材料的长期热稳定性与可靠性。 第七章:低维材料的热物理学测量与表征技术 介绍各种用于测量低维材料热物理参数的技术,包括但不限于: 瞬态热反射法(TTR) 瞬态平面热源法(TPS) 三端子法/四端子法 纳米量热法(如AC量热法) 扫描近场光学显微镜(SNOM)在热学测量中的应用 原子力显微镜(AFM)在局部热导率测量中的应用 讨论这些技术的优缺点、适用范围以及在低维材料研究中的挑战。 第三部分:理论计算与模拟方法 第八章:基于第一性原理的低维材料热物理计算 介绍密度泛函理论(DFT)在计算材料电子结构和晶格动力学中的应用。 阐述如何利用DFT计算声子谱、声子散射强度,进而预测热导率。 讨论通过DFT计算电子结构来分析电子热输运贡献。 展示计算结果与实验数据的对比分析。 第九章:介观尺度的热输运模拟 介绍分子动力学(MD)模拟在研究原子尺度热输运中的作用。 阐述如何构建MD模型,模拟声子在低维结构中的散射和传播。 讨论介观尺寸效应和界面效应在MD模拟中的体现。 介绍Boltzmann输运方程(BTE)及其在求解低维材料热输运问题中的应用。 探讨耗散粒子动力学(DPD)等方法在介观尺度下的热量传递模拟。 结论与展望 对低维材料热物理领域的最新进展进行总结。 分析当前研究中存在的挑战与机遇。 展望未来低维材料在能源、电子、航空航天等领域的热物理应用前景。 提出未来研究方向,如多场耦合效应、新型低维材料的开发、智能化热管理系统等。 本书的编写风格力求严谨、清晰,并配备了大量的图表、公式和参考文献,旨在为读者提供一个扎实的理论基础和丰富的实践参考。我们希望本书的出版能够激发更多研究者投身于低维材料热物理这一充满活力和潜力的交叉学科领域,共同推动相关科学技术的发展。

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我是一位对科学前沿充满热情的业余爱好者,尤其对那些能够颠覆现有认知的领域情有独钟。“低维材料热物理”这个书名,一下子就击中了我的兴趣点。在我的认知里,材料的维度一旦被限制在极小的尺度,它们的热学行为就会变得异常复杂且充满惊喜。我设想书中会深入探讨诸如量子隧穿效应、表面散射、缺陷效应等在低维材料中对热传递的显著影响,这些因素在宏观材料中往往可以忽略不计,但在纳米尺度下却变得至关重要。我非常期待能够了解到,为什么像石墨烯这样的二维材料会展现出远超传统材料的优异导热性能,以及这种性能是如何通过其独特的电子结构和晶格振动模式来解释的。书中是否会涉及计算模拟的方法,例如分子动力学模拟或第一性原理计算,来预测和解释低维材料的热物理性质?这些方法在现代材料科学研究中扮演着不可或缺的角色,它们能够帮助我们深入理解原子和分子的相互作用,从而设计出具有特定热学性能的新材料。我还希望能看到书中能够提供一些实际的应用案例,比如如何利用低维材料的高效散热性能来解决电子器件过热的问题,或者如何将它们用于开发更灵敏的温度传感器。我对于书中会呈现的实验技术和表征手段也充满了好奇,例如如何测量纳米尺度下的热导率,以及如何通过实验验证理论预测。总而言之,这本书在我看来,是一扇通往材料科学最前沿领域的窗口,它承诺将那些微观世界的奥秘,以及它们所蕴含的巨大潜力,展现在我的面前。

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我一直对物理学的边界和材料科学的最新进展保持着浓厚的兴趣。当我看到“低维材料热物理”这个书名时,我立刻被吸引住了。我理解“低维”意味着将材料的自由度限制在极小的尺度,这通常会带来许多宏观世界中无法想象的奇特现象。在热物理学方面,这种限制会如何影响能量的流动和储存呢?我期待这本书能解答我的疑问。我设想书中会深入探讨在纳米尺度下,热量传递不再仅仅是通过简单的傅里叶定律来描述,而是会受到量子效应、表面散射、界面行为等多种因素的复杂影响。例如,声子(晶格振动)在低维材料中的传播方式是否会发生根本性的改变?它们是否会表现出更强的局域化或者更高效的远距离传输?我非常好奇书中会如何解释这些现象,是否会引用到最新的理论模型和实验观测数据。我也对书中可能介绍的具体材料类型及其在热物理方面的特性感到兴奋,比如石墨烯那令人惊叹的导热性能,以及量子点在热容和热电转换方面的潜在应用。更重要的是,我希望这本书能不仅仅停留在理论层面,而是能够提供一些关于这些低维材料在实际工程应用中的案例,比如在微电子器件的散热、能量收集与储存、以及热管理系统中的创新应用。这种从基础理论到实际应用的连接,是我最看重的一点。我相信,这本书将为我提供一个深入了解这一重要研究领域的机会,并可能激发我对相关主题的进一步探索。

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我是一位对科学技术发展趋势保持高度关注的普通读者,尤其对那些能够引领未来科技变革的新兴领域充满好奇。“低维材料热物理”这个书名,恰好触及了我关注的焦点。我深知,材料的维度一旦被降低,其物理性质往往会发生质的变化,这在热学领域尤其明显。我期待这本书能为我揭示,为何像石墨烯、碳纳米管这样的低维材料,在热传导方面会展现出与传统块体材料截然不同的特性,例如极高的导热系数。书中是否会详细解释,在纳米尺度下,声子的输运是如何受到材料几何形状、表面散射、缺陷以及量子限制等因素的影响?我希望书中能用相对易懂的语言,阐述这些复杂的物理概念,并辅以必要的图示或模型,帮助我理解这些微观世界的奇特现象。更令我期待的是,书中能够展望这些低维材料在实际应用中的前景,比如在高性能散热器、高效热电转换器件、以及热管理系统中的创新应用。我希望这本书不仅能提供前沿的科学知识,更能让我感受到这些研究的巨大潜力,以及它们将如何改变我们的生活。对于一本旨在科普的图书而言,能够将基础理论与未来应用有机地结合起来,是我非常看重的一点。

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作为一个长期从事与材料相关的技术工作者,我一直在寻找能够深化我对材料微观结构与宏观性能之间关联性理解的书籍。“低维材料热物理”这个书名,精准地描绘了我最感兴趣的研究方向。我深知,材料的维度是影响其热学性质的关键因素之一,尤其是在纳米尺度下,尺寸效应和表面效应变得尤为突出。我非常期待这本书能够提供一个全面且深入的视角,来阐述低维材料,如量子点、纳米线、纳米管、二维材料等,其热物理性质的独特性质。我希望书中能详细解释,在这些受限结构中,热量是如何传递的,声子(晶格振动)的输运机制是否会发生根本性的改变,以及表面散射、界面效应、量子限制等因素是如何显著影响材料的导热系数、比热容和热电性能。我更关心的是,如何通过调控材料的维度、形貌、晶体结构以及与其他材料的界面,来优化其热物理性能,以满足不同应用场景的需求。例如,如何设计高效的散热材料,如何开发高性能的温差发电机,或者如何构建新型的热管理系统。我希望书中能够包含一些先进的实验测量方法和理论计算手段,用于表征和预测低维材料的热物理性质,并提供一些实际的工程应用案例,展示这些研究成果的巨大潜力。这本书对我而言,将是连接材料微观世界与宏观应用的重要桥梁。

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在我看来,这本书的出现,标志着我们对物质世界认识的又一次深化。“低维材料热物理”这个书名,直接点明了研究的核心——将材料的维度压缩到极小的尺度,并深入探索其热学性质。我一直对纳米科技的发展充满期待,而热物理作为材料科学的关键分支,在低维尺度下所展现出的独特行为,无疑是最引人注目的研究方向之一。我设想书中会详细介绍,为何当材料的厚度、宽度或直径被限制在纳米量级时,其热导率、比热容、热膨胀系数等宏观热学参数会发生显著的改变。这种改变背后,究竟隐藏着怎样的物理机制?是量子效应的凸显,还是表面效应的支配?我渴望在书中找到答案,了解声子在这些受限结构中的传播规律,以及表面散射、晶界、缺陷等微观因素对热量传递的复杂影响。此外,我非常好奇书中会如何介绍当前研究中最具代表性的低维材料,比如石墨烯、碳纳米管、二维过渡金属硫族化合物(TMDs)以及量子点等,并系统地梳理它们在热物理方面的最新研究进展和潜在应用。例如,如何利用这些材料的高效散热性能来改进电子设备的散热设计,或者如何将其应用于开发更高效的能量收集和储存器件。一个好的科普读物,应该能够激发读者的兴趣,并让他们对前沿科学产生更深的理解,而“低维材料热物理”显然具备这样的潜力,它将为我打开一扇通往微观世界热力学奥秘的大门。

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我对材料科学,尤其是那些能够带来技术突破的新兴材料领域,一直抱有极大的热情。当我看到“低维材料热物理”这个书名时,我立刻被它所吸引。我了解到,将材料的维度压缩到纳米尺度,会带来许多与宏观材料截然不同的奇特物理现象,这在热学领域尤其明显。我期待这本书能为我揭示,为什么像石墨烯、碳纳米管、二维过渡金属硫族化合物等低维材料,在导热、散热、热电转换等方面的性能会如此出色。书中是否会深入探讨这些材料的微观结构如何影响声子的输运,例如表面散射、边界效应、缺陷以及量子限制等因素对热导率和比热容的巨大影响?我希望能在这本书中找到对这些复杂物理现象的清晰解释,最好能辅以必要的理论模型和实验数据。此外,我非常好奇书中会如何介绍当前研究中最有前景的低维材料,以及它们在实际应用中的潜力,例如在高性能电子设备的散热、高效的能量收集和储存、以及先进的热管理技术等方面的应用。对于我这样的读者来说,能够通过一本书了解基础科学原理的同时,也能瞥见未来的技术发展方向,将是一件非常有价值的事情。我相信,这本书能够帮助我更深入地理解低维材料的独特魅力,以及它们在科技创新中所扮演的重要角色。

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这本书的出现,着实让我眼前一亮。我一直对纳米材料和微观世界的物理性质充满好奇,尤其是它们在热传导、热容等方面的独特表现。虽然我不是材料科学的专业人士,但对其中的原理和应用场景一直抱有浓厚的兴趣。这本书的标题“低维材料热物理”精准地抓住了我的关注点,它似乎在告诉我,在这里我能找到关于那些维度被极度压缩的材料,在热量传递和储存方面展现出的奇妙行为的深度解读。我想象着书中会详细介绍石墨烯、碳纳米管、二维过渡金属硫族化合物等这些如今炙手可热的材料,它们在原子层面的结构如何影响宏观的热学性质,以及这些性质又如何在新能源、电子器件、热管理等领域引发革命。我期待着书中能够用清晰易懂的语言,甚至辅以精美的图示,来解释那些看似抽象的物理概念,比如电子-声子耦合、热激发的声子传播机制、表面效应和量子限制对热导率的影响等等。我希望这本书不仅是理论的堆砌,更能展现出这些研究的实际意义,比如如何通过调控材料的维度和结构来设计更高效的散热器,或者开发更先进的温差发电材料。对于一个非专业读者来说,能否理解并从中受益,很大程度上取决于作者的叙述能力和内容的组织结构。我非常好奇这本书在理论深度和科普性之间是如何取得平衡的,是更偏向于严谨的学术论述,还是更侧重于激发读者的探索欲。这是一种混合的期待,既希望有严谨的科学依据,又不希望被晦涩的公式和术语压垮。

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作为一个对材料科学和工程应用充满热情的研究者,我一直在寻找能够深化我对特定领域理解的书籍。“低维材料热物理”这个书名,精确地触及了我目前研究工作中最感兴趣的几个交叉点。我深知,随着科技的飞速发展,对材料的热性能有着越来越高的要求,特别是在微电子、能源转换和储存等领域。低维材料,由于其独特的结构和尺寸效应,在热传导、热容、热电转换等方面展现出与传统块体材料截然不同的性质。我非常期待这本书能够提供关于这些低维材料,如零维量子点、一维纳米线/管、二维材料(如石墨烯、MXenes)等,其热物理性质的系统性介绍和深入分析。我希望书中能够详细阐述在这些低维结构中,声子(晶格振动)的输运机制,以及表面散射、边界效应、缺陷、量子限制等因素如何显著影响材料的导热系数、比热容和热电优值(ZT)。此外,我对于如何通过调控材料的维度、结构、化学组分以及界面来优化其热物理性能的策略也充满了浓厚的兴趣。例如,如何设计多层纳米结构以实现高效的隔热,或者如何利用低维材料的强界面效应来增强热电转换效率。书中是否会包含一些先进的实验表征技术,例如扫描探针量热法、飞秒激光瞬态反射法等,用于测量纳米尺度下的热学性质?我也希望书中能够提供一些前沿的研究案例,展示低维材料在实际应用中的突破性进展,例如在高性能散热器、固态制冷、能量收集和热管理等方面的应用前景。这本书对我而言,将是连接基础理论与前沿应用的关键桥梁。

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对于我这样一位有着一定理工科背景,但又长期关注科技发展趋势的读者来说,“低维材料热物理”这个书名立刻吸引了我的注意。我深知,随着科技的不断进步,材料的维度正变得越来越重要,尤其是在热学领域。低维材料,如零维的量子点、一维的纳米线和管,以及二维的石墨烯等,由于其独特的量子限制效应和巨大的比表面积,在热传导、热容、热电转换等方面展现出与块体材料截然不同的物理行为。我非常期待书中能够提供一个全面且深入的视角,来阐述这些低维结构如何影响热量的微观传递机制,例如声子在这些材料中的局域化、散射以及无损耗传输的可能性。我想了解书中是否会详细介绍当前研究中最有潜力的低维材料家族,并对其热物理性质进行系统的梳理和分析,例如它们的热导率、热膨胀系数、比热容以及可能存在的非线性热效应。我更关心的是,这些基础研究成果如何转化为实际应用,例如在高性能散热器、高效热电制冷或发电器件、以及新型热障涂层等领域的创新突破。我希望书中不仅能够提供扎实的理论基础和前沿的研究进展,还能启发读者对于未来材料设计和工程应用的思考。一个好的科学著作,不仅仅是知识的传递,更是思想的启迪,而“低维材料热物理”恰恰拥有这样的潜力,它能够帮助我理解如何从微观尺度上操控材料的 thermal 行为,从而驱动宏观世界的科技进步。

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我一直对物理学那些“反直觉”的现象和领域抱有特别的好奇心,而“低维材料热物理”这个书名,无疑就充满了这样的吸引力。我猜想,在极小的空间尺度下,材料与热量之间的互动方式会变得极其复杂且有趣。我期待书中能够详细解释,为什么当材料的维度被限制时,例如变成原子层厚的石墨烯,它的导热性能会远远超出我们的想象,甚至超过一些优良的金属。书中是否会深入探讨声子的量子力学行为,例如在低维材料中,声子的散射机制是如何被改变的,以及量子限制效应如何影响材料的比热容和导热系数?我希望书中能够提供一些具体的理论框架,比如通过第一性原理计算或分子动力学模拟来揭示这些微观机制。而且,我也对那些在低维材料中可能出现的特殊热现象很感兴趣,例如在某些纳米结构中,热量是否会以类似“穿隧道”的方式传播,或者材料的表面性质会变得比体相性质更为重要。除了理论上的解释,我也希望书中能够包含一些实际的应用前景,比如如何利用这些材料的高效散热能力来解决电子设备的过热问题,或者如何将它们用于开发更高效的温差发电器。我尤其期待书中能够用清晰易懂的语言,配合必要的图示,将这些复杂的物理概念呈现出来,让像我这样的非专业读者也能感受到低维材料热物理的魅力。

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