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出版者:

作者:Baumeister, Philip W.

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页数:0

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出版时间:

价格:899.00元

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isbn号码:9780819453136

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• 光学涂膜
• 薄膜技术
• 光学镀膜
• 光学薄膜
• 涂层技术
• 光学材料
• 表面处理
• 光学工程
• 光子技术
• 精密光学

晶体结构与材料科学前沿进展 本书导读：洞察微观世界的奥秘与宏观应用的潜力 在当代科学研究的版图中，材料科学无疑占据着举足轻重的地位。它不仅是连接基础物理、化学与工程实践的桥梁，更是推动技术革新，实现从信息技术、能源存储到生物医学等诸多领域突破的核心驱动力。本书《晶体结构与材料科学前沿进展》聚焦于当前材料科学研究中最具活力和挑战性的领域——晶体结构解析、新型功能材料的理性设计与合成，以及这些材料在极端条件下的性能演化规律。 本书摒弃了对传统、成熟材料体系的详尽叙述，转而将焦点置于那些刚刚崭露头角、蕴含巨大潜力的前沿课题上。我们致力于为读者提供一个全面、深入且高度专业化的视角，探讨如何通过精确调控原子和电子的排布，来“定制”材料的宏观物理和化学性质。 --- 第一部分：高精度结构解析与计算模拟 材料的性能根植于其微观结构，而晶体结构则是理解和预测材料行为的基石。本部分将详细阐述用于解析复杂晶体和非晶体系的尖端实验技术，并结合强大的理论计算工具，实现“结构-性能”的闭环研究。 第一章：同步辐射与中子散射技术的新突破 本章着重探讨如何利用高能同步辐射光源（如X射线衍射、吸收谱学）和先进的中子散射技术（如中子衍射、非弹性中子散射）来揭示材料在动态过程中的结构变化。我们将深入剖析： 1. 原位（In-situ）和实时（Operando）表征： 如何在材料服役状态下（如电池充放电、催化反应中）实时监测晶格畸变、相转变以及缺陷的迁移路径。特别是对于高熵合金和复杂氧化物，如何通过二维关联函数分析来区分短程有序和长程有序。 2. 超高压与低温环境下的结构重构： 利用金刚石对顶砧技术（DAC）与低温冷却系统结合，研究在极端压力和温度条件下，材料晶体对称性的演变及其导致的物理性质突变（如超导转变温度的变化）。 3. 缺陷工程的结构基础： 从实验角度量化点缺陷（空位、间隙原子）的聚集行为、位错线的运动机制，以及这些缺陷如何通过“钉扎效应”或“滑移增强”来影响材料的力学响应。 第二章：密度泛函理论（DFT）的高级应用与局限性修正 理论计算是指导实验的“指南针”。本章超越标准的交换关联泛函应用，探讨如何应对更具挑战性的电子结构问题： 1. 强关联体系的计算挑战： 针对过渡金属氧化物和稀土化合物中电子强关联效应导致的莫特绝缘体相变，介绍如DFT+U、动态平均场理论（DMFT）等修正方法的精确实施细节与参数选择标准。 2. 材料设计中的机器学习集成： 探讨如何利用高通量计算产生的数据集，训练机器学习模型（如神经网络势函数），从而实现对数百万种潜在化合物的快速筛选，极大地加速新材料的发现过程。 3. 激发态光谱的精确预测： 阐述如何利用时间依赖性密度泛函理论（TD-DFT）和GW近似方法，精确模拟材料的光吸收、光致发光特性，为设计光电器件提供理论支撑。 --- 第二部分：新型功能晶体材料的合成与调控 本部分将视角转向合成化学与材料工程的交叉地带，重点介绍为实现特定功能（如高效催化、信息存储、能量转换）而设计和制备的非常规晶体材料。 第三章：拓扑材料：从理论预测到可控制备 拓扑材料是近年来凝聚态物理最热门的研究方向之一，其宏观性质由量子力学中的拓扑不变量决定，使其具有抗散射、高鲁棒性的电子输运特性。 1. Weyl半金属与狄拉克锥的精确寻址： 详细介绍如何通过晶体生长方法（如化学气相沉积CVD）控制材料的生长取向和掺杂，以暴露和稳定拓扑表面态或体态的零能点。案例分析将集中于过渡金属硫族化合物（TMDs）和碲化物体系。 2. 二维材料的范德华异质结（vdW Heterostructures）： 探讨堆叠顺序、层间距和扭转角如何精确调控电子能带结构，形成“魔角石墨烯”以外的新型具有超导性、铁电性或单向导电性的多层结构。 3. 拓扑绝缘体的界面效应： 分析在拓扑绝缘体与普通导体界面处，由于自旋轨道耦合增强所诱发的边界态行为，以及如何利用这种界面效应实现高效的自旋电流控制。 第四章：高熵合金与复杂金属间化合物的微观稳定性 高熵合金（HEAs）通过在晶格中引入五种或更多等原子比的元素，挑战了传统的合金设计范式。本章深入探讨其结构复杂性与宏观力学性能之间的关系。 1. 无序度的量化与局部结构分析： 介绍如何使用高分辨透射电镜（HRTEM）和原子探针断层扫描（APT）技术，对高熵合金中的短程有序团簇（SROs）进行三维重建和化学组分分析。 2. 相分离动力学与晶界工程： 研究在长时间高温时效过程中，高熵合金如何发生析出相的形成。重点讨论晶界处的化学偏析如何影响材料的蠕变阻力和抗辐照损伤能力。 3. 极端环境下的性能演化： 探讨极端低温（脆性转变）和高剂量辐照（肿胀与脆化）对复杂晶体结构内部缺陷的演化路径，并提出基于晶格畸变能的稳定性预测模型。 --- 第三部分：能源与环境驱动的晶体材料创新 本部分将前沿材料科学的研究成果与全球可持续发展目标紧密结合，重点关注在光催化、电化学储能以及二氧化碳捕获与转化中的晶体材料应用。 第五章：非贵金属基光催化剂的界面活性位点设计 为实现高效、低成本的太阳能燃料生产，设计高性能的非贵金属光催化剂至关重要。 1. 单原子催化剂（SACs）的晶格锚定机制： 详细分析过渡金属单原子如何被精确锚定在氮化碳、石墨烯或金属氧化物载体上。利用X射线吸收精细结构（XAFS）技术来确定单原子的配位数和价态，并解释其对产氢或析氧反应（HER/OER）的催化活性。 2. 异质结界面的电荷分离效率： 研究不同晶体（如Ti3C2Tx MXene与CdS）构筑的II型或Z型异质结界面，如何优化光生载流子的分离和传输速率。重点分析界面处的能带弯曲和内建电场对反应动力学的影响。 3. 光热协同催化： 探讨某些具有特定吸收光谱的纳米晶体材料（如黑磷、钙钛矿量子点），如何通过光照激发等离子体共振效应，同时提供热能，实现光热协同驱动的催化过程。 第六章：固态电解质与高能量密度电池的结构挑战 固态电池被视为下一代高能量密度储能系统的核心。然而，界面阻抗和枝晶生长是其工程化面临的主要结构性障碍。 1. 晶界导电性与离子传输机制： 对于陶瓷型固态电解质（如LLZO，NASICON结构），本章深入分析了不同晶界相（如无定形层或第二相析出物）对锂离子或钠离子迁移率的“瓶颈”效应。使用高阶NMR技术来追踪离子的跳跃路径和激活能。 2. 界面副反应的化学动力学： 研究电极材料（如锂金属、高镍正极）与固态电解质界面处发生的电化学反应，如何形成不稳定的、高阻抗的固体电解质界面（SEI）层。重点讨论界面工程（如超薄涂层）的晶体学控制策略。 3. 复合型电解质的协同设计： 探讨将聚合物的柔韧性与无机晶体的导电性相结合的混合固态电解质的微观结构设计，包括界面复合层的相容性与增强剪切模量的晶体填充机制。 --- 结语：迈向自主创新的材料科学 本书的撰写旨在提供一个高屋建瓴的视角，强调晶体结构这一“底层语言”在驱动材料功能创新中的绝对核心地位。通过对尖端实验技术的掌握和对复杂理论模型的深入理解，未来的材料科学家将能够更有效地规避试错法，直接面向需求进行理性设计。我们期望本书能激发读者对材料科学深层机理的探究热情，并为他们在各自的研究领域取得突破奠定坚实的晶体学基础。

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这本书的装帧和排版实在令人赞叹，对于一本技术性如此强的书籍来说，阅读体验往往决定了我们能否坚持读完。这本书的纸张质量非常好，即使在反复查阅和标注重点时，也不会轻易出现墨水洇开的情况，这对于经常需要翻阅的工具书来说是加分项。版式设计上，图表和文字的布局非常考究，重要的公式和参数都被单独框选出来，使得重点突出，查找起来快捷方便。我尤其喜欢它在章节末尾设置的“拓展阅读推荐”，那些推荐的经典文献和论文列表，为我下一步深入研究特定领域打开了新的窗口。这本书的整体编排显示出作者和出版方对读者的尊重，他们不仅提供了知识，更提供了一种高效获取和消化知识的阅读环境。总而言之，这是一次愉悦且收获颇丰的阅读体验，这本书无疑会在我的专业书架上占据一个非常重要的位置。

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这本书的深度远超我最初的预期，原本以为它会停留在教科书式的理论阐述，没想到在实际工艺控制和缺陷分析方面的内容极其丰富。我尤其关注了真空镀膜工艺中的关键参数控制，比如蒸发速率的波动对膜层均匀性和折射率精度的影响，书中用大量的实验数据和曲线图支撑了论点，这对于我们车间技术人员进行工艺优化至关重要。还有，关于等离子体增强化学气相沉积（PECVD）部分的讲解，详尽地分析了不同等离子体源的特性以及它们对薄膜机械性能（如硬度和附着力）的影响，这在选择合适的镀膜设备时提供了宝贵的参考。最让我惊喜的是，书中竟然还收录了针对常见镀膜缺陷（如针孔、橘皮纹、应力开裂）的详尽排查步骤和解决方案，这简直就是一本“故障排除手册”。阅读这本书的过程，就像是有一位经验丰富的老工程师在手把手地指导你解决实际生产中遇到的难题，那种“实战”的味道非常浓厚。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，那种沉稳的蓝色调配上简洁的字体，一看就知道是本扎实的专业书籍。我是在一个光电技术论坛上偶然看到有人推荐的，当时手头正缺一本系统介绍光学镀膜基础知识的书籍，于是毫不犹豫地入手了。翻开第一章，作者的叙事风格相当平实，没有太多晦涩难懂的术语堆砌，而是用非常清晰的逻辑将镀膜的基本原理娓娓道来。比如，在解释薄膜干涉现象时，他不仅详细阐述了光的反射和透射过程，还配有大量直观的示意图，即便是初学者也能迅速抓住要点。我特别欣赏的是书中对于不同类型增反膜和减反射膜的分类和应用场景的对比分析，这部分内容对我目前正在进行的一个高精度滤光片项目非常有指导意义。而且，书中对膜系设计软件的使用方法也给予了一定的介绍，虽然篇幅不长，但足以引导读者迈出实践的第一步。总的来说，作为一本入门或巩固基础的教材，这本书的专业性和实用性都达到了一个很高的水准，值得光学工程师和相关专业学生常备。

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拿到这本书时，我正忙于一个涉及到复杂多光谱分光镜片的项目，需要处理来自紫外到近红外的宽带光谱要求。这本书在多层膜设计优化算法这一章，简直是我的“救星”。它系统地梳理了从经典的黎查森迭代法到现代的广义反演算法的发展脉络，并且用伪代码的形式展示了核心算法的逻辑结构，这对于我后续进行自主软件模块开发非常有启发。书中特别强调了在有限迭代次数内如何平衡设计精度与计算效率之间的关系，这一点在实际工程中是极其关键的。更让我感到惊喜的是，它对优化过程中如何设置“约束条件”进行了细致的讲解，比如对膜层厚度离散化、对膜层间的交叉污染的限制等，这些都是教科书里轻易不会提及的“潜规则”。读完这部分，我感觉自己对优化设计不再是盲目试错，而是有了一套可以遵循的、科学的框架。

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我得承认，我对高功率激光镀膜材料这块的内容是抱着极大的好奇心去翻阅的，因为这块是目前光学元件可靠性的瓶颈之一。这本书在介绍耐高损伤阈值（激光损伤阈值，LIDT）镀膜的材料选择时，做得非常到位。它不仅仅是罗列了几种高LIDT材料，而是深入探讨了材料的吸收机制、薄膜微结构与损伤临界值的关系。特别是关于介电材料中微孔隙率对激光损伤的影响，作者引用了最新的研究成果，用清晰的物理模型解释了为什么高孔隙率会导致早期损伤。此外，书中对“多层膜的应力管理”这一复杂议题也进行了深入剖析，详细介绍了通过调整膜层厚度比例和选择适当的中间缓冲层来平衡压应力和张应力的方法，避免了膜层在激光辐照下因应力过大而失效。对于从事高端激光系统研发的人员来说，这本书在理论指导和前沿技术探讨上的贡献是不可估量的。

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