Electrochemistry at the Nanoscale pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Schmuki, Patrik (EDT)/ Virtanen, Sannakaisa (EDT)

出品人:

页数:482

译者:

出版时间:2009-1

价格:$ 247.47

装帧:

isbn号码:9780387735818

丛书系列:

图书标签:

Electrochemistry
Nanoscale
Nanomaterials
Electrocatalysis
Sensors
Energy Storage
Corrosion
Surface Science
Electrode Materials
Scanning Probe Microscopy

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具体描述

For centuries, electrochemistry has played a key role in technologically important areas such as electroplating or corrosion. In recent decades, electrochemical methods are receiving increasing attention in important strongly growing fields of science and technology such as nanosciences (nanoelectrochemistry) and life-sciences (organic and biological electrochemistry). Characterization, modification and understanding of various electrochemical interfaces or electrochemical processes at the nanoscale, has led to a huge increase of the scientific interest in electrochemical mechanisms as well as of application of electrochemical methods in novel technologies. This book presents exciting emerging scientific and technological aspects of the introduction of the nanodimension in electrochemical approaches are presented in 12 chapters/subchapters.

跨越边界：新材料的界面与表征一书简介本书深入探讨了材料科学领域中一个至关重要且快速发展的分支——材料界面现象与表征技术。我们聚焦于宏观尺度下难以捕捉，却对材料整体性能起着决定性作用的微观和纳米尺度界面行为。本书旨在为材料科学家、化学工程师以及致力于开发下一代功能性材料的研究人员提供一个全面、深入的理论框架和实践指南。第一部分：界面基础与热力学驱动力第一章：界面的本质与分类本章从基础热力学出发，定义了“界面”的物理和化学含义，区分了固-固、固-液、液-气以及固-气等不同类型的界面。我们将详细解析界面能、表面张力以及界面曲率对系统稳定性的影响。内容涵盖了理想晶体表面、缺陷表面（如晶界、空位、位错）的结构差异，并引入了俄斯特瓦尔德熟化（Ostwald Ripening）等界面驱动过程的基本模型。通过对比不同尺度下界面的几何构型，奠明晰微观结构如何主导宏观性能。第二章：界面热力学与相容性重点阐述了界面区域的吉布斯自由能变化。我们深入探讨了Young-Laplace方程在弯曲界面（如液滴或气泡）中的应用，并扩展至涉及固态扩散的复杂体系。本章详细分析了材料在接触界面处的相容性问题，引入了接触角测量法作为评估润湿性的核心工具。此外，还讨论了界面热力学在预测复合材料的稳定性、薄膜沉积过程中的成核与生长机制中的关键作用。特别关注了非平衡态下的界面演化规律。第三章：界面动力学与输运现象界面不仅是能量的堆积地，更是物质和能量传输的关键通道。本章聚焦于界面处的动力学过程，包括界面扩散、迁移率以及反应速率。我们利用过渡态理论（Transition State Theory, TST）来分析界面反应的活化能垒，并引入了“界面限速步骤”的概念。对于多孔材料或颗粒体系，本章还详细解析了孔隙结构、颗粒间接触点如何影响传质效率和反应效率，为优化催化剂和电池电极设计奠定理论基础。第二部分：先进表征技术与结构解析第四章：高空间分辨的结构成像技术本部分是全书的核心实践指导。我们全面覆盖了当前最先进的微观结构表征工具。首先，对透射电子显微镜（TEM）及其衍生的高角度环形暗场（HAADF-STEM）技术进行了深入介绍，重点讲解了原子尺度的分辨率如何揭示界面处的晶格畸变和原子位错。其次，扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）的成像原理和在软物质及分子尺度界面研究中的应用被细致讨论，包括力谱分析在测量粘附力和弹性模量上的应用。第五章：界面化学态与电子结构分析材料的化学环境决定了其功能性。本章侧重于分析界面原子和分子的电子态和化学组分。我们详细探讨了X射线光电子能谱（XPS）在确定元素价态和化学键合方面的优势与局限。此外，对二次离子质谱（SIMS）的空间深度剖析能力，以及电子能量损失谱（EELS）在分析局部电子结构变化（如氧化态梯度）上的独特价值进行了详尽的阐述。重点分析了如何利用这些谱学数据重建复杂的界面化学剖面图。第六章：原位与非原位表征的整合理解材料在真实工作环境下（如温度变化、应力加载、或化学反应中）的界面行为至关重要。本章介绍了各种原位表征技术，包括原位X射线衍射（In-situ XRD）对相变过程的实时追踪，以及原位拉伸或加热环境下的TEM观察。我们探讨了如何通过时间分辨技术（Time-Resolved Techniques）来锁定瞬态界面结构，并通过数据融合（Data Fusion）的方法，将不同技术提供的互补信息整合起来，形成对界面演化过程的完整认知。第三部分：界面工程与功能化应用第七章：界面设计与功能调控本章将理论和表征技术与实际应用相结合。我们探讨了界面工程的核心策略，包括通过表面改性（如等离子体处理、化学气相沉积）来改变界面的润湿性、粘附强度或电子传递特性。内容涵盖了如何精确控制薄膜的晶体取向以优化固态器件的性能，以及如何利用界面缺陷来设计新型储能材料的电荷存储位点。重点讨论了“界面相”（Interfacial Phase）的形成与调控对材料性能的颠覆性影响。第八章：复杂体系中的界面耦合在生物材料、多孔介质和复合结构中，界面效应往往是多重物理场（如电、热、力、化学场）相互耦合的结果。本章分析了如何量化和分离这些耦合效应。例如，在压电材料中，机械应变如何通过界面传递并影响电荷分离；在燃料电池电极中，反应物在气-固界面的扩散与催化活性之间的非线性关系。本书提供了处理这些复杂多场耦合界面的建模工具和实验验证方法。第九章：前沿应用案例分析本章选取了几个高影响力的前沿研究领域，展示界面科学的巨大潜力： 1. 高性能复合材料的界面粘结：如何通过中间层设计来缓解不同模量材料之间的应力集中。 2. 高效光电子器件的界面钝化：如何通过界面工程提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。 3. 生物医学植入物的界面生物相容性：如何设计表面微结构和化学梯度以控制细胞粘附与免疫反应。本书的最终目标是培养读者对材料界面这一“隐形战场”的深刻理解，使其能够系统性地设计、合成并表征具有特定界面性能的新一代先进材料。