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出版者:

作者:Gesser, H.D.

出品人:

页数:392

译者:

出版时间:2001-12

价格:$ 224.87

装帧:

isbn号码:9780306465536

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 应用化学
• 化学工程
• 材料科学
• 分析化学
• 有机化学
• 无机化学
• 物理化学
• 化学工业
• 理工科

《微观世界的交响：现代材料的分子设计与合成》 作者： 艾伦·R·道森, 莉莉安·M·霍尔姆斯 出版社： 环球科学出版社 出版日期： 2024年秋季 ISBN： 978-1-60848-332-5 --- 内容概述 《微观世界的交响：现代材料的分子设计与合成》是一部面向高年级本科生、研究生以及材料科学、化学工程和物理学领域专业人士的深度参考著作。本书的核心在于阐述如何从原子和分子的基本原理出发，精确地设计、调控和合成具有特定宏观性能的新型功能材料。它超越了传统化学或材料科学对既有物质简单描述的范畴，深入探讨了“按需制造”材料的底层逻辑和前沿技术。 全书共分为四个主要部分，层层递进，系统地构建了从理论基础到前沿应用的知识体系。 第一部分：基础构筑块——电子结构与晶体学（约350页） 本部分为后续的分子设计奠定坚实的理论基础。我们首先回顾并深化了量子力学在描述固体和分子体系中的应用，重点关注如何利用第一性原理计算（如密度泛函理论，DFT）预测电子能带结构、费米面特性以及电荷密度分布。 关键章节亮点： 1. 周期性边界条件下的电子态： 详细解析了布洛赫定理、晶格振动（声子）与电子-声子耦合在热学和电学性质中的作用。 2. 结构表征的进阶技术： 深入探讨了高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对晶界和缺陷的成像原理，以及同步辐射X射线衍射在分析非晶态和软物质中的应用。 3. 缺陷工程的理论基础： 系统梳理了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）对材料导电性、发光效率和机械强度的影响机制，并引入了缺陷形成能的计算方法。 第二部分：精确调控——界面、拓扑与纳米结构（约400页） 现代材料的性能往往取决于其内部的界面和几何尺寸。第二部分聚焦于如何精确控制这些空间维度，以实现功能的最大化。 关键章节亮点： 1. 异质结的构建与电子耦合： 详细分析了不同材料界面处的能级匹配、肖特基势垒的形成，以及如何通过界面工程来优化光电器件的载流子分离效率。特别关注了二维材料（如MXenes, TMDs）异质结的构建策略。 2. 拓扑材料的物理图像： 引入了拓扑绝缘体、拓扑半金属的概念，解释了体态绝缘而表面导电的奇特性质，以及它们在低能耗电子学中的潜力。这部分内容避免了晦涩的数学推导，侧重于物理图像的建立和实验验证方法。 3. 尺寸效应的量化模型： 探讨了量子尺寸效应、表面能主导效应在纳米颗粒（量子点、纳米线）中的体现。书中提供了分析粒子尺寸对光吸收光谱和催化活性影响的半经验模型。 4. 多孔材料与框架结构： 涵盖了金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）的自组装机制，重点在于孔道尺寸、表面官能团化对其气体吸附、分离和催化性能的调控。 第三部分：功能实现——响应性与复杂体系（约450页） 本部分是本书的创新和核心，它探讨了如何赋予材料对外部刺激（光、电、热、化学环境）的响应能力，并转向更复杂的、非平衡态的材料系统。 关键章节亮点： 1. 光响应性材料的设计原理： 深入分析了光敏化、光致变色和光开关材料的分子机理。重点讨论了基于分子内电荷转移（ICT）和反转系间窜越（RISC）的有机发光二极管（OLED）材料，以及如何通过调整基态和激发态的HOMO-LUMO能隙来控制发射颜色。 2. 自修复与动态共价化学： 介绍了动态共价键网络（如Diels-Alder反应、亚胺键交换）在开发自修复聚合物和可回收材料中的应用。提供了衡量材料自修复效率的量化指标。 3. 智能高分子凝胶与相变材料： 讨论了温敏（LCST/UCST）和pH响应性凝胶的构建，以及形状记忆聚合物的应力松弛机制。 4. 非平衡态材料的控制合成： 探讨了如何通过快速淬灭、非热力学平衡过程来“锁定”亚稳态结构，以获得具有超常硬度或特殊电学性质的材料。 第四部分：前沿合成策略与可持续性挑战（约300页） 最后一部分将理论和设计转化为可行的制备方法，并着眼于材料科学的未来发展方向。 关键章节亮点： 1. 原位（In-situ）合成技术： 详细介绍了在反应过程中实时监测材料形成过程的技术，如原位拉曼光谱、同步辐射小角散射，以揭示反应中间体和成核动力学。 2. 高通量筛选与人工智能辅助设计（AI/ML）： 介绍了如何利用机器人技术和高通量实验平台加速新材料的发现过程，并阐述了机器学习模型在预测材料性能、反向设计分子结构中的应用潜力。这部分强调了数据科学在化学合成中的辅助角色，而非替代。 3. 绿色化学在材料合成中的实践： 探讨了利用超临界流体、水相合成、机械化学（球磨）等环境友好型方法替代传统有机溶剂法制备功能材料的案例研究，并分析了原子经济性。 4. 能源存储与转化体系的挑战： 结合前文的材料设计原理，讨论了高能量密度固态电池电解质、高效催化剂（如析氢反应/析氧反应催化剂）的分子界面设计难题。 --- 本书特色与读者对象 本书的独到之处在于： 跨学科融合： 深度整合了固态物理、计算化学、高分子科学和纳米技术的知识框架，强调从微观机制到宏观性能的完整逻辑链条。 聚焦“设计”： 每一章都以“如何控制”和“如何设计”为导向，而非仅仅停留在“是什么”。书中包含了大量的反例分析，阐明了哪些设计选择导致了性能的失败。 前沿与深度并重： 内容涵盖了当前研究热点（如拓扑材料、动态化学），同时提供了必要的理论深度，确保读者能够理解背后的物理和化学本质。 目标读者： 本书是材料科学、化学、物理学、化学工程等相关专业的研究生和博士生必备的参考书。对于希望从基础研究转向材料创新的工业研发工程师和高级科研人员，本书也能提供宝贵的分子层面的设计指导。阅读本书需要具备扎实的大学普通化学、物理化学以及基础固体物理知识。

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读完《Applied Chemistry》，我的化学观被彻底颠覆了。我原以为化学是一门纯粹的实验室学科，与我的日常生活相去甚远，但这本书彻底改变了我的认知。书中对工业生产中化学品应用的描述，让我看到了化学在推动社会发展中所扮演的关键角色。例如，它详细阐述了化学如何在纺织品生产中实现染色和功能化，这让我对身上穿着的衣物有了全新的认识。更让我感到惊喜的是，这本书并没有停留在宏观的工业层面，而是将触角伸向了更微观的领域，比如药物的分子结构与作用机制。通过书中生动的插图和通俗易懂的语言，我得以窥见药物研发的复杂过程，以及化学在治愈疾病方面所发挥的不可替代的作用。这本书的内容详实，逻辑清晰，让我对化学的理解不再局限于书本知识，而是上升到了一个全新的维度。

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作为一名对化学领域充满好奇但缺乏专业背景的爱好者，《Applied Chemistry》这本书如同一盏明灯，照亮了我探索化学奥秘的道路。我一直对化学在日常生活中的无处不在感到惊叹，而这本书则为我提供了一个系统性的框架来理解这一切。它不仅解释了餐桌上的食物是如何通过化学反应呈现出诱人的色泽和风味的，还揭示了家中清洁用品背后的化学原理。我尤其被书中关于材料科学的章节所吸引，它详细介绍了各种新材料的研发过程及其在不同领域的应用，比如轻质高强的合金在航空航天领域的应用，以及具有导电或发光特性的高分子材料在电子产品中的扮演的角色。这本书的语言风格非常亲切，它用最简洁明了的方式解释最复杂的化学概念，让我在轻松愉快的阅读体验中，逐步建立起对应用化学的深刻认知。

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《Applied Chemistry》这本书的出现，无疑是一股清流，它以一种前所未有的视角，重新定义了“应用化学”的含义。我一直认为，化学的应用是多方面的，但这本书却将这些分散的知识点巧妙地串联起来，形成了一幅完整的化学应用图景。它不仅探讨了化学在传统工业领域，如石油化工、冶金等方面的应用，更深入地挖掘了化学在新兴产业，如纳米技术、生物工程等领域的巨大潜力。我尤其对书中关于环境化学的章节印象深刻，它详细介绍了化学在治理环境污染、开发绿色能源等方面的努力，让我看到了科技在解决全球性问题上的力量。这本书的写作风格非常独特，既有严谨的科学论证，又不乏人文关怀，使得读者在获取知识的同时，也能感受到化学家们对人类社会进步的贡献。

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作为一名对化学理论与实际应用之间鸿沟深感好奇的学习者，我一直渴望找到一本能将抽象概念与现实世界紧密联系起来的读物。《Applied Chemistry》这个名字本身就充满了吸引力，它预示着一本能够解答“为什么”和“怎么做”的书。我期待它能超越枯燥的公式和方程式，深入探讨化学原理如何在我们的日常生活中发挥作用，从我们使用的材料到我们呼吸的空气。我希望它能揭示那些隐藏在平凡事物背后的化学魔法，比如食物的烹饪、药物的研发、甚至是新材料的创新。如果这本书能够以清晰易懂的方式解释复杂的化学过程，并提供实际的案例研究，那将是对我学习旅程的一大助力。我尤其关注书中是否能提供一些解决现实问题的化学方案，比如环境保护、能源可持续性或医疗健康方面的突破。这本书的封面设计和排版也给我留下了深刻的印象，简洁大方，给人一种专业而不失亲和的感觉。它让我感觉，即使我不是专业的化学家，也能从中获得启发和知识。

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我最近收到了一本名为《Applied Chemistry》的书，从翻开它的第一页起，就仿佛进入了一个全新的化学世界。这本书并非我通常接触到的那种堆砌了大量公式和理论的教科书，而是以一种更加生动、更具实践导向的方式，展现了化学的无穷魅力。它巧妙地将那些在实验室里被我们视为抽象的概念，转化为现实生活中触手可及的现象。例如，书中对塑料的分解与回收过程的详尽描述，让我对日常生活中随处可见的塑料制品有了更深层次的理解。此外，书中关于食品添加剂的探讨，也解答了我长久以来的疑问，让我能够更理性地看待食物的安全性与加工过程。我特别欣赏作者在解释复杂化学反应时所采用的类比手法，使得原本晦涩难懂的知识变得浅显易懂，极大地降低了阅读门槛。这本书不仅仅是一本知识的载体，更像是一位经验丰富的化学向导，带领我一步步探索化学在现代社会中的实际应用，为我打开了新的视野。

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