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出版者:福建科学技术出版社

作者:高绍康

出品人:

页数:615

译者:

出版时间:2007-4

价格:59.00

装帧:

isbn号码:9787533529567

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科技前沿探索与应用：跨学科视野下的新材料与新能源技术 书籍简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且富有前瞻性的视角，聚焦于当代科学技术发展中最具活力和影响力的两个核心领域——新材料科学与新能源技术。我们摈弃传统教材的刻板结构，转而采用一种高度交叉、注重实践应用和未来趋势的叙事方式，力求构建一座连接基础理论与前沿工程实践的桥梁。 全书内容严格围绕当代科研热点和产业化瓶颈展开，完全不涉及任何关于大学基础化学实验的理论、操作规范、常见错误分析或数据处理方法。本书的基石是前沿科学研究的最新进展，重点剖析驱动下一代技术革命的关键要素。 --- 第一部分：颠覆性新材料的创制与表征 本部分深度探讨了当前材料科学领域中几类具有革命性潜力的材料体系，着重于其原子尺度设计、宏观性能调控以及在极端环境下的应用潜力。 第一章：高熵合金与拓扑材料的结构-性能关联 本章首先引入了高熵合金（HEAs）的设计哲学，即通过组元复杂度和构型熵实现传统合金体系难以企及的力学、热学和抗辐照性能。详细分析了诸如“弗拉霍维奇判据”在指导多主元体系设计中的应用，以及利用原位表征技术（如同步辐射X射线衍射和透射电子显微镜）解析其亚结构演变过程。 随后，章节转向拓扑材料，重点阐述了拓扑绝缘体、拓扑半金属等奇异电子态材料。内容涵盖了布里渊区拓扑不变量的理论基础，以及如何通过表面态的输运测量（如范德华力显微镜下的霍尔效应）来验证其拓扑特性。我们详细讨论了拓扑材料在低功耗电子器件和量子计算中的潜在应用场景，例如马约拉纳费米子的寻找。 第二章：功能性纳米材料的精准合成与自组装 本章聚焦于控制纳米结构尺寸、形貌和表面化学的尖端合成技术。重点介绍了气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）在制备二维材料（如MoS2、h-BN）中的精确控制优势，以及湿化学法在合成量子点（QDs）和金属有机框架（MOFs）中的自下而上策略。 特别辟出一节讨论“动态共价化学”（DCC）和“超分子自组装”在构筑具有自修复、刺激响应特性的功能超材料中的应用。通过案例分析，展示了如何通过分子间非共价键（如氢键、π-π堆叠）的精确调控，实现纳米尺度的有序结构向宏观功能模块的有效放大。 第三章：智能与软物质系统的响应机制 本章关注那些能够对外部环境（光、电、热、pH、机械力）产生显著可逆响应的材料。深入分析了液晶弹性体、聚合物网络以及水凝胶的本构关系和驱动机理。例如，详述了光响应聚合物链段的顺反异构对材料整体形变的影响，以及在人工肌肉和柔性驱动器中的应用潜力。此外，本章还探讨了生物启发材料（Bio-inspired Materials）的设计原则，例如模仿蜘蛛丝或贝壳结构以实现超高韧性或抗冲击性能。 --- 第二部分：面向可持续发展的核心新能源技术 本部分将视角转向能源转化与存储的前沿技术，强调效率提升、成本降低以及环境友好性。内容侧重于系统集成、界面工程和催化机制的深入理解。 第四章：高效光电转换：下一代太阳能电池技术 本章的重点不再是传统晶硅电池的工艺优化，而是对新兴光伏技术路线的全面评估。详细剖析了钙钛矿太阳能电池（PSCs）的载流子动力学、缺陷钝化策略以及长期稳定性挑战。重点讨论了界面接触工程（如Spiro-OMeTAD替代物的开发）和无铅化方案的研究进展。 此外，本书还对叠层电池（Tandem Cells）的效率上限进行了深入分析，并介绍了量子点太阳能电池和染料敏化太阳能电池（DSSCs）在弱光环境和柔性基底应用中的独特优势。 第五章：储能系统的核心突破：锂离子电池的极限与超越 本章聚焦于锂离子电池系统（LIBs）面临的能量密度瓶颈和安全问题。深入探讨了高镍正极材料（如NCM811及更高镍体系）的结构稳定性问题及界面副反应，以及如何通过表面包覆技术或电解液添加剂来抑制锂枝晶的生长。 更重要的是，本章前瞻性地介绍了固态电解质材料的研究现状，包括聚合物固态电解质、硫化物和氧化物电解质的离子电导率、界面阻抗匹配等关键技术指标。同时，章节也对钠离子电池、钾离子电池等后锂体系的资源潜力进行了客观评估。 第六章：电化学与光催化：清洁燃料的制备 本章的核心是能源载体的生产，特别是通过可再生电力驱动的化学转化。在电催化部分，重点分析了水电解制氢（HER和OER）中贵金属替代物（如过渡金属硫化物、磷化物）的活性位点设计与催化机理。探讨了在碱性和酸性介质中，如何通过调控晶格氧参与氧化还原（LRO）机制来提升OER效率。 在光催化部分，本章详细阐述了半导体光催化剂（如TiO2、C3N4及其复合材料）在可见光驱动下进行二氧化碳还原（CO2RR）和水分解的能带结构要求。内容侧重于通过形貌控制和异质结构建来提高光生载流子分离效率的策略。 --- 结语：前沿研究方法论与跨学科人才培养 本书的最后一部分超越了具体的材料或能源体系，聚焦于支撑现代科学研究的方法论。强调了计算化学模拟（如密度泛函理论DFT）在预测材料性质和指导实验合成中的不可替代性，以及人工智能/机器学习（AI/ML）在加速高通量筛选和材料设计空间探索中的应用。 本书致力于培养读者将物理学洞察力、化学合成能力和工程应用思维融为一体的复合能力，为有志于投身新材料与新能源领域的科研工作者和工程师提供坚实的知识框架和前沿的思维导向。

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阅读体验方面，这本书的语言风格非常务实，没有过多华丽的辞藻堆砌，直击核心要点，这一点深得我心。讲解实验原理时，作者似乎总能精准地找到那个“临界点”——既能让你理解背后的化学定律，又不会因为引入过于深奥的物理或数学公式而使人望而却步。例如，在介绍滴定终点的判断时，它通过图示和文字描述相结合的方式，把指示剂变色的微观过程描述得非常生动，甚至能让人联想到溶液中pH值的细微变化。更值得称赞的是，它对实验失败的预设考虑得非常周全。书的最后附带了一个故障排除（Troubleshooting）章节，列举了常见的实验现象异常和可能的原因，这对于我们这些常常在实验台前“抓瞎”的新手来说，简直是救命稻草，大大提高了独立解决问题的能力。

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这本书在实验内容的选取上，可以说是做到了精妙的平衡——既涵盖了化学专业的核心基础操作，又巧妙地融入了现代化学的一些前沿视角，绝非那种只停留在高中或简单重复的老套教材。我特别留意了它关于误差分析的部分，讲解得深入浅出，它没有简单地罗列误差来源，而是通过具体的案例分析，教我们如何从实验设计的源头去规避系统误差，以及如何利用统计学方法处理随机误差，这才是真正体现了科学研究的严谨性。此外，书中对安全规范的强调也是一丝不苟，每一个实验前都详细列出了所需防护措施和应急处理流程，这种对生命安全的重视程度，让我在操作那些需要接触腐蚀性或挥发性物质的实验时，心里踏实了许多。它不仅是教我“做什么”，更重要的是教我“如何科学、安全地去做”，这种思维层面的引导，远比单纯的步骤罗列更有价值。

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这本书的装帧设计非常吸引人，封面的排版简洁大气，配色沉稳又不失活力，一看就知道是为理工科学生量身打造的专业读物。拿到手里感觉分量十足，纸张质量也相当不错，内页的印刷清晰锐利，即便是最细微的图表和数据都能看得一清二楚，这对于需要反复查阅实验步骤和结果记录的读者来说，简直是福音。我尤其欣赏它在结构上的用心，目录划分得逻辑性极强，从基础的玻璃仪器使用到复杂的定量分析，层层递进，循序渐进。初学者翻阅时，不会被海量的知识点压垮，而是能明确知道每一步应该学习和掌握的重点在哪里。而且，书的侧边留白恰到好处，方便我在阅读过程中随时批注和记录自己的思考，这对于动手能力和理论结合至关难免的实验学科来说，至关重要。光是这份扎实的物理呈现，就已经让我在学习的伊始就感受到了强烈的专业氛围和严谨态度，为接下来的学习打下了坚实的基础。

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这本书的实用性体现在它对数据处理和报告撰写方面给予的详尽指导。它提供的不仅仅是实验“怎么做”，更侧重于“如何记录和展示结果”。报告模板的结构清晰，从实验目的、原理、步骤、数据记录到结果讨论与误差分析，每一步都给出了明确的格式要求和范例。尤其是在结果讨论部分，它引导读者去思考实验结果的物理意义，而不是简单地套用公式计算一个百分比。对于需要撰写规范化实验报告的大学生来说，这本手册的参考价值是无可替代的。它让我明白，一个好的实验报告，是对整个实验过程的科学总结和升华，而非简单的流水账，真正做到了将“动手”与“动脑”紧密结合起来。

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我发现这本书在图文配合的艺术上达到了很高的水准。很多复杂的仪器装置图，不再是那种模糊不清的黑白简图，而是采用了高清的彩图，甚至有些关键部位还做了局部放大和箭头标注，让你对设备的三维结构和相对位置一目了然。这种视觉化的学习方式，极大地缩短了理论知识与实际操作之间的鸿沟。举个例子，关于气密性检查的步骤，配图清晰地展示了如何正确捏住或堵塞接口，比单纯的文字描述有效得多。同时，书中穿插了一些历史背景的小花絮，比如某个经典实验的发明者以及其背后的故事，虽然不直接影响实验操作，但确实为枯燥的化学学习增添了一份人文色彩，让人感受到科学探索的伟大历程，从而激发更深层次的学习兴趣。

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