Solid State Protonic Conductors II

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出版者:Univ Pr of Southern Denmark
作者:
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1983-12
价格:USD 30.50
装帧:Paperback
isbn号码:9788774924173
丛书系列:
图书标签:
  • Solid State Physics
  • Protonic Conductors
  • Materials Science
  • Electrochemistry
  • Solid Electrolytes
  • Fuel Cells
  • Hydrogen Storage
  • Ion Transport
  • Materials Chemistry
  • Energy Materials
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具体描述

探索固态质子传导材料的前沿研究 《固态质子传导器 II》是一部深入探讨下一代能源技术核心材料——固态质子传导材料的权威著作。本书汇集了全球顶尖研究人员的最新发现与深度见解,全面而系统地梳理了该领域的发展脉络、关键挑战及未来方向。 本书首先从基础理论层面出发,详细阐述了质子在不同晶体结构中的传输机制,包括质子在晶格中的扩散、质子与材料内部缺陷的相互作用,以及影响传导率的各种微观因素。读者将深入理解质子跳跃模型、Grotthuss机制以及与电荷载流子传输相关的量子效应。材料的微观结构,如晶界、缺陷位点以及晶体取向,如何影响整体的质子传导性能,也将得到详尽的剖析。 在材料设计与合成方面,《固态质子传导器 II》重点介绍了近年来涌现出的新型固态质子传导材料。这包括但不限于: 高性能质子传导氧化物: 特别关注了具有钙钛矿、黄长石、Pyrochlore等结构的氧化物,如掺杂的铈氧化物 (CeO2)、锆氧化物 (ZrO2)、钛氧化物 (TiO2) 等。本书会深入探讨这些材料的结构稳定性、高温质子传导性能,以及通过化学掺杂、纳米结构调控等手段优化其传导性的策略。例如,关于铈氧化物,书中会详细介绍其氧空位与质子吸附的关系,以及如何通过引入不同价态的阳离子来提高氧空位的浓度和质子的结合能,从而提升低温下的质子传导率。 聚合物电解质: 聚焦于 Nafion® 等经典聚合物的结构-性能关系,并介绍新型的聚合物基复合材料,如聚合物/无机填料复合电解质、交联聚合物、以及低聚物含量的高性能聚合物。书中将详细讨论聚合物链的动态性、质子在聚合物链和填料界面的传输路径,以及如何通过调整聚合物的玻璃化转变温度、氢键网络和填料的性质来提升质子传导能力。 金属有机框架 (MOFs) 和共价有机框架 (COFs): MOFs 和 COFs 以其高度可调的结构和巨大的比表面积,已成为新型质子传导材料的研究热点。本书将详细介绍这些材料的孔道结构、表面功能化如何影响质子的吸附和传输,以及如何通过引入酸性位点或亲水性官能团来提高其在湿度环境下的质子传导性能。 其他新兴材料体系: 还包括了对磷酸盐基材料、硼酸盐基材料、以及基于二维材料(如石墨烯、MXenes)的质子传导性能的最新研究进展。对于这些材料,本书将深入分析其独特的传导机制,以及在不同应用场景下的潜力。 本书的另一重要组成部分是深入探讨了固态质子传导材料在各种能源器件中的应用。这包括: 质子交换膜燃料电池 (PEMFCs): 详细讨论了固态质子传导材料作为 PEMFCs 核心部件——电解质膜的性能要求,如高质子传导率、良好的机械强度、化学稳定性以及宽工作温度范围。书中将分析当前固态电解质膜在实际应用中面临的挑战,如低温下的传导率不足、机械稳定性下降以及对湿度依赖性等,并提出相应的解决方案。 固体氧化物电解池 (SOECs) 和固体氧化物燃料电池 (SOFCs): 尽管SOFCs/SOECs主要使用氧离子传导材料,但固态质子传导材料在特定条件下(如富含水蒸气的环境中)也展现出作为质子传导阴极或电解质的潜力,本书将对此进行前瞻性讨论。 电化学传感器: 探讨了固态质子传导材料在气体传感器(如氨气、氢气、湿度传感器)领域的应用。书中会分析材料的响应速度、选择性、灵敏度以及在复杂环境下的稳定性。 其他电化学器件: 还包括了对固态电化学储能器件(如超级电容器)、催化剂载体等潜在应用的探讨。 为了更全面地展示研究成果,本书还重点介绍了固态质子传导材料的表征技术。这包括: 电化学表征: 如交流阻抗谱 (EIS) 用于测定材料的宏观质子传导率和内阻,循环伏安法 (CV) 和线性扫描伏安法 (LSV) 用于评估材料的电化学活性和稳定性。 结构与形貌表征: 如 X 射线衍射 (XRD) 用于分析晶体结构和相组成,扫描电子显微镜 (SEM) 和透射电子显微镜 (TEM) 用于观察材料的微观形貌和纳米结构。 光谱学表征: 如拉曼光谱、红外光谱 (IR) 和核磁共振 (NMR) 用于探测质子的存在、化学状态和传输动力学。 热分析技术: 如热重分析 (TGA) 和差示扫描量热法 (DSC) 用于研究材料在不同温度下的热稳定性、相变以及水分子的吸附/脱附行为。 最后,《固态质子传导器 II》对该领域未来的研究方向进行了展望。重点关注了以下几个关键领域: 理论计算与大数据驱动的材料设计: 强调了利用第一性原理计算、分子动力学模拟以及机器学习算法,加速新型固态质子传导材料的发现和性能预测。 多功能集成材料: 探讨了将质子传导功能与其他功能(如催化活性、机械强度、光学特性)集成的可能性,以开发更先进的能源器件。 大规模制备与成本控制: 关注如何实现高性能固态质子传导材料的低成本、大规模制备,以促进其商业化应用。 器件集成与长期稳定性: 强调了将实验室研究成果转化为实际应用的挑战,包括材料与电极、集流体等其他组件的良好界面接触,以及器件在长期运行中的稳定性和可靠性。 《固态质子传导器 II》是所有对固态质子传导材料感兴趣的科研人员、工程师以及相关领域学生的宝贵参考资料。它不仅提供了该领域最前沿的知识,也为未来的研究和技术创新指明了方向。

作者简介

目录信息

读后感

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Solid State Protonic Conductors II 是一本能够激发深入思考的著作。作者在讲解“质子输运的理论模型”时,展现了非凡的洞察力。他/她并没有满足于对现有模型的简单介绍,而是深入剖析了这些模型的物理基础、数学推导以及它们在解释实验现象时的优劣。例如,在讨论“Grotthuss模型”时,作者详细解释了其在水分子网络中的质子跳跃机制,并进一步探讨了该模型在固态体系中的适用性以及需要进行的修正。他/她还引入了近年来发展起来的一些新型理论,例如基于量子化学计算的反应路径搜索方法,来更精确地描述质子的迁移过程。 更让我欣慰的是,本书在“新型固态质子导体材料的开发策略”方面,提供了许多富有启发性的思路。作者并没有直接给出“秘方”,而是通过分析现有材料的不足和未来的发展方向,引导读者去探索新的材料体系。他/她鼓励研究者从结构设计、元素掺杂、界面工程等多个角度出发,去开发具有更高电导率、更好稳定性和更低成本的质子导体。例如,在讨论有机-无机杂化材料时,作者分析了其结构的多样性和可调性,以及如何通过优化有机和无机组分的比例和相互作用来提高质子传导性能。

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读完 Solid State Protonic Conductors II 的一部分,我被其中深邃的理论分析和严谨的科学推理所折服。作者在解释“质子溶剂化”这一关键概念时,并没有停留在宏观的描述,而是深入到微观的相互作用层面。他/她详细讨论了水分子、羟基离子等溶剂分子如何与固体骨架相互作用,从而影响质子的迁移能力。例如,在某些陶瓷材料中,水分子会在晶格缺陷处吸附,形成氢键网络,为质子提供了一个相对宽松的传输环境。作者还引入了量子化学计算的结果,来量化这些相互作用的能量,并解释了它们如何影响质子的活化能。这种将宏观现象与微观机制紧密联系起来的分析,是本书最吸引我的地方之一。 另外,书中关于“固态质子导体的宏观应用”的讨论,也让我对该领域的未来充满了期待。作者并没有仅仅局限于基础研究,而是将目光投向了实际应用。他/她详细分析了固态质子导体在燃料电池、传感器、储能器件等领域的潜在作用。例如,在燃料电池方面,作者探讨了固态质子导体作为电解质膜的优势,如更高的工作温度、更好的稳定性等,并分析了在实现这些优势方面仍需要克服的技术挑战。他还列举了一些成功的应用案例,并展望了未来可能出现的技术突破。这种将基础研究与应用前景相结合的视角,使得本书的内容不仅具有学术价值,也具有重要的启示意义。

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Solid State Protonic Conductors II 给我带来了一种全新的视角来理解固态质子传导这个领域。它不仅仅是关于材料的性质,更是关于物质在微观层面是如何运作的。作者在探讨“质子输运与扩散机制”时,引入了多种理论框架,从经典的Nernst-Planck方程到更现代的动力学蒙特卡洛模拟。他/她清晰地解释了每种理论的适用范围和局限性,并鼓励读者在理解基础上进行批判性思考。我尤其对作者关于“多尺度模拟”的介绍印象深刻。他/她指出,为了全面理解质子传输,需要结合从原子尺度到宏观尺度的多种模拟方法,例如,利用第一性原理计算来确定原子间相互作用和活化能,再利用动力学蒙特卡洛或分子动力学模拟来研究质子在一定区域内的扩散行为,最终将这些信息与有限元方法等结合,来模拟器件的整体性能。 此外,书中对“材料稳定性和长期性能评估”的论述也十分到位。作者并没有回避实际应用中面临的挑战,而是深入探讨了影响固态质子导体稳定性的各种因素,如化学稳定性、热稳定性、电化学稳定性等。他/她详细分析了在实际工作条件下,材料可能发生的降解机制,例如,在高温或强电场下,材料可能会发生相变、分解或界面反应。作者还介绍了各种加速老化实验和长期性能测试方法,以及如何从实验数据中评估材料的可靠性和使用寿命。这种对实际问题的关注,使得本书的内容更具指导意义。

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从阅读的体验来看,Solid State Protonic Conductors II 并非一本轻松的读物,它需要读者投入相当的专注和思考。然而,正是这种挑战性,赋予了它作为一本权威学术著作的价值。书中的每一个章节,都像是精心打磨的学术论文集合,围绕着固态质子导体这一核心主题,展现了不同研究方向的最新进展和前沿成果。我尤其对关于“质子传输的动力学和活化能”部分的论述印象深刻。作者通过详细的图表和数学推导,解释了温度、湿度、晶体结构等因素如何影响质子迁移率。他/她还探讨了不同的实验技术,如阻抗谱、核磁共振、中子散射等,如何被用来探测和量化这些动力学过程,以及这些技术在揭示质子传输机制方面的优势和不足。这种深入的分析,对于需要进行相关实验研究的研究者来说,无疑是一笔宝贵的财富,能够帮助他们选择最合适的实验手段,并更准确地解读实验数据。 此外,这本书对于“材料设计与性能调控”的探讨也极其详尽。作者没有回避实际应用中面临的挑战,例如稳定性、成本和规模化生产等问题。他/她列举了大量不同材料体系的案例,从经典的质子传导陶瓷到新兴的聚合物电解质,逐一分析了它们各自的优点和缺点,以及为了克服现有局限性所进行的材料改性和结构优化。例如,在讨论某些金属氧化物时,作者详细介绍了掺杂改性对晶格畸变和氧空位浓度的影响,以及这种影响如何进一步改变质子结合能和传输路径。这种贴近实际应用的分析,让这本书的理论内容不仅仅停留在抽象的概念层面,而是具备了指导实际材料开发的潜力。

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这本书的书名,Solid State Protonic Conductors II,一开始就吸引了我,因为它预示着一种深入且可能是全面的探讨。虽然我还没有完全读完,但从目前为止的阅读体验来看,它绝对是一部值得细细品味的学术著作。首先,我对作者在引言部分所展现出的宏大视角印象深刻。他/她并没有急于进入具体的科学细节,而是首先回顾了质子传导研究的历史脉络,从早期模糊的认识到如今精密的理论模型和实验手段,这种循序渐进的叙述方式,让即使是对该领域不太熟悉的读者也能逐渐建立起整体的认知框架。作者巧妙地将历史的演进与科学理论的突破相结合,比如在讲述早期模型时,就适时地引入了统计力学和量子力学在理解质子行为中的重要性,这种联系的建立,使得历史的回顾不仅仅是事件的罗列,更是科学思想发展的生动写照。 更让我赞叹的是,这本书在概念解释上的严谨性和清晰度。作者在介绍固态质子导体时,没有仅仅停留在“质子在固体中移动”这样笼统的描述,而是深入剖析了不同材料体系中质子传导的微观机制。例如,在讨论某些氧化物陶瓷时,作者详细阐述了晶格缺陷、氧空位以及水分子吸附如何协同作用,为质子提供跳跃的“通道”。他/她还引入了多种理论模型,如Nernst-Planck方程、Grotthuss机制的变体等,并对这些模型的适用范围和局限性进行了深入的分析。这一点尤为重要,因为在科学研究中,对模型理解的深度直接影响到实验设计的合理性和结果解释的准确性。作者的阐释,就像一位经验丰富的向导,带领读者穿梭于复杂的理论迷宫,指明方向,规避误区。

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Solid State Protonic Conductors II 是一部极具挑战性的学术著作,但阅读过程也是一种极大的智力享受。作者在梳理大量文献和研究成果时,表现出了非凡的组织能力和批判性思维。他/她能够清晰地辨别不同研究的优劣,并对未来的发展趋势进行有见地的预测。我特别欣赏作者在讨论“新兴材料体系”时的分析。他/她并没有局限于已经被广泛研究的材料,而是积极地引入一些尚未成熟但具有巨大潜力的材料,并对其潜在的优势和面临的挑战进行客观的评价。例如,在介绍某些新型的共价有机框架材料时,作者详细分析了其多孔结构如何有利于质子传输,但同时也指出了其在稳定性、加工性等方面的不足。 此外,本书在“实验技术与表征方法”部分的内容也十分详实。作者并不只是简单地罗列各种技术名称,而是深入阐述了每种技术背后的物理原理,以及它们如何被应用于固态质子导体 Specifically,作者详细解释了如何利用阻抗谱来区分不同传导机制(如晶界传导和体相传导),如何通过核磁共振来探测质子的扩散系数和动力学,以及如何利用中子散射来研究质子的局部运动。他/她还对比了不同技术的优缺点,以及在特定研究问题上哪种技术更为适用。这种深入的介绍,对于刚刚进入该领域的研究者,或者希望拓宽研究视野的学者来说,无疑是极其宝贵的参考资料。

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Solid State Protonic Conductors II 是一部内容详实、观点深刻的学术专著。作者在分析“质子传导与电化学过程的耦合”时,将物理化学的理论与电化学的实践巧妙地结合起来。他/她详细解释了在电化学器件中,质子的输运不仅受到材料自身性质的影响,还会受到电场、浓度梯度以及电化学反应等因素的驱动。作者通过引入电化学动力学理论,例如Butler-Volmer方程,来描述电极反应速率与质子输运速率之间的相互关系,并分析了这种耦合如何影响器件的整体性能。 尤其令我印象深刻的是,本书在“固态质子导体的应用展望与挑战”部分,提供了非常全面和客观的分析。作者并没有夸大其词,而是详细列举了在将固态质子导体应用于实际器件(如燃料电池、传感器、超级电容器等)时所面临的各种挑战,例如,材料的长期稳定性、制备成本、器件集成等问题。他/她还积极地探讨了解决这些挑战的潜在途径,例如,通过开发新型的制备工艺来降低成本,通过优化器件结构来提高效率,通过与其他材料的复合来提升稳定性等等。这种脚踏实地的态度,使得本书的结论更具参考价值。

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Solid State Protonic Conductors II 是一部让我印象深刻的学术专著,它以一种非常有条理的方式,为读者呈现了固态质子导体这一复杂领域的前沿知识。作者在组织内容上展现了极高的专业素养,将看似分散的研究成果,巧妙地串联成一条清晰的研究脉络。我尤其喜欢他/她对“长程有序与短程有序对质子传输的影响”这一问题的深入探讨。作者指出,虽然长程的晶体结构对质子传输路径有着决定性的影响,但局部的原子排列和缺陷分布(即短程有序)同样至关重要。他/她通过分析不同材料体系中的晶格畸变、位错等,解释了这些微观结构如何影响质子的迁移势垒,并可能导致非均一的传输行为。 此外,本书在“电化学性能的测试与分析”方面也提供了非常实用的指导。作者详细介绍了如何通过循环伏安法、电化学阻抗谱等技术来评估固态质子导体的电化学性能。他/她不仅解释了这些技术的原理,还给出了具体的实验操作建议和数据分析方法。例如,在分析阻抗谱时,作者详细讲解了如何识别不同弛豫过程对应的电化学过程,以及如何从谱图中提取出电导率、界面阻抗等关键参数。他/她还讨论了在进行电化学测试时需要注意的常见问题和潜在的误差来源,这对于实验研究者来说,无疑是极其宝贵的经验总结。

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这本书给我的整体感觉是,它在理论的深度和广度上都达到了相当高的水平。Solid State Protonic Conductors II 并非仅仅是信息的堆砌,更是一种思维方式的引导。作者在讲解复杂的物理化学概念时,常常会引入类比或者简化的模型,来帮助读者理解其本质。例如,在解释质子在电解质中扩散的过程时,作者会将其类比于“在拥挤的房间里寻找空位”,这种生动的比喻,极大地降低了理解门槛,同时又不失科学的严谨性。我发现,在阅读过程中,我常常需要停下来,回顾作者的论述,并尝试将这些概念与我已有的知识体系联系起来,这种主动的学习过程,比被动接受信息更能加深理解。 特别值得一提的是,本书在“界面效应”部分的论述,更是将固态质子导体研究的复杂性展现得淋漓尽致。作者深入探讨了电极/电解质界面、颗粒/颗粒界面等对整体电导率的影响。他/她详细分析了这些界面上可能存在的化学反应、晶格失配以及电荷分布不均等因素,这些因素往往是限制质子导体性能提升的关键瓶颈。通过引用最新的实验证据和理论计算结果,作者揭示了如何通过界面工程来优化质子传输,例如通过引入中间层、改变界面形貌等。这种对细节的关注,充分体现了作者对该领域研究的深刻洞察力。

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我对 Solid State Protonic Conductors II 一书中对“质子动力学与弛豫过程”的解析尤为着迷。作者并没有简单地将质子传输视为一个线性的扩散过程,而是深入探讨了其内在的复杂动力学行为。他/她详细阐述了不同类型的弛豫过程,如偏振弛豫、电荷载流子弛豫等,以及这些弛豫过程如何与质子传输相互耦合。例如,在某些材料中,当施加电场时,质子的运动会引起局部电荷分布的变化,这种变化又会反过来影响质子自身的迁移,从而产生一系列复杂的弛豫现象。作者通过引入各种统计力学模型和模拟方法,来量化这些动力学行为,并解释了它们对宏观电导率的影响。 更让我印象深刻的是,本书对于“不同晶体结构对质子传输的影响”进行了详尽的比较分析。作者列举了大量不同晶体结构(如钙钛矿、立方结构、层状结构等)的材料,并逐一分析了这些结构中质子传输的特点。他/她详细解释了晶格参数、原子配位数、键合强度等因素如何影响质子的迁移路径和能量势垒。例如,在某些钙钛矿材料中,氧原子八面体网络会形成高度规整的通道,有利于质子沿特定方向传输。而在其他结构中,质子可能需要在复杂的位点之间跳跃,其传输效率会受到更大的限制。这种细致入微的比较,为读者理解结构-性质关系提供了坚实的基础。

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