Nonlinear Optics and Laser Spectroscopy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Alpha Science International, Ltd

作者:S. A. Ahmad (Editor) S. C. Abbi (Editor)

出品人:

页数:410

译者:

出版时间:2001-7-1

价格:USD 152.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9788173193545

丛书系列:

图书标签:

• 非线性光学
• 激光光谱学
• 光学物理
• 量子光学
• 激光技术
• 光谱学
• 材料科学
• 物理学
• 化学物理
• 光子学

21世纪工程材料的挑战与前沿：从纳米结构到智能系统的深度探索 （一）前言：材料科学的范式转换 在当代科学技术飞速发展的浪潮中，工程材料正经历一场深刻的范式转换。传统的材料设计与应用依赖于宏观性能的经验积累与试错优化，而面向21世纪的工程需求——如极端环境下的可靠性、能源转化的效率极限以及人机交互的无缝集成——要求材料科学家们必须深入到原子、分子乃至量子尺度进行精确设计与调控。本书旨在系统性地梳理当前工程材料领域最前沿的研究方向、核心科学问题以及最具潜力的未来技术路径，重点关注新颖结构的设计、功能集成以及跨尺度模拟的突破。我们将抛开纯粹的物理光学或光谱学范畴，聚焦于材料的本征结构如何决定其宏观乃至系统级的工程表现。 （二）第一部分：超常性能的结构起源 本部分深入探讨如何通过精确控制材料的微观和纳米结构来实现传统材料难以企及的优异性能。 1. 纳米尺度的形貌与界面工程： 材料性能的显著提升往往源于尺寸效应和界面效应。我们将详细分析晶界、晶面暴露程度、颗粒形状（如棒状、片状、球状）对材料力学、电学和催化性能的影响。重点阐述利用模板法、自组装技术精确构建复杂多级孔结构（如介孔和微孔集成）在提高比表面积、优化传质效率中的关键作用。讨论高熵合金（HEAs）中无序局域结构对提高极端温度下的强度和抗辐照损伤能力的内在机理。 2. 拓扑材料与低维凝聚态： 拓扑绝缘体和拓扑半金属代表了凝聚态物理与材料科学的交叉前沿。我们探讨其独特的表面态或边缘态如何提供无耗散的电子传输通道，这对发展超低功耗电子器件至关重要。书中将详细介绍二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的层间相互作用、堆叠方式（如魔角石墨烯的超导特性）如何通过精妙的机械或电场调控实现功能的“涌现”，而非简单的性能叠加。 3. 缺陷工程与位错动力学： 材料的强度、韧性和电荷输运特性常常受制于内部晶体缺陷。本章将超越传统上将缺陷视为“有害因子”的观点，转向主动利用点缺陷、线缺陷（位错）和层错来调控材料特性。例如，在半导体中精确掺杂的机制与性能影响，以及在陶瓷材料中，如何通过引入特定的氧化物空位来增强离子电导率，为固态电池的开发提供材料基础。 （三）第二部分：能源转化与存储的前沿材料体系 能源危机是当代工程面临的核心挑战之一。本部分聚焦于能够突破现有效率瓶颈的新型能源材料。 1. 高效光电转换材料的载流子动力学： 针对太阳能电池，我们将深入分析钙钛矿材料的本征缺陷容忍度、相稳定性问题，以及如何通过表面钝化和界面修饰来抑制非辐射复合，从而提高器件效率和寿命。在热光伏领域，重点讨论新型吸收体材料（如上转换/下转换材料）如何拓宽光谱响应范围，以及材料的热学管理在整体系统效率中的决定性作用。 2. 固态电解质与界面稳定性： 下一代锂离子电池（乃至钠/钾离子电池）的关键在于开发高离子电导率且电化学窗口宽泛的固态电解质。本书将比较硫化物、氧化物以及聚合物固态电解质的原子扩散机制，并详述固-固界面处副反应的化学本质，以及如何利用界面缓冲层来缓解体积膨胀和提高循环稳定性。 3. 催化材料的活性位点设计： 在燃料电池和制氢技术中，寻找低成本、高活性的非贵金属催化剂是研究热点。我们将探讨单原子催化剂（SACs）的优势，即通过精确锚定孤立的金属原子到载体上，实现原子级的利用效率。深入分析载体材料（如氮化碳、氧化物）对活性位点电子结构的影响，以及在反应条件下，活性位点形态的动态演变。 （四）第三部分：智能响应与功能集成系统 现代工程系统要求材料具备感知、决策和执行的能力。本部分探讨具有自适应、自修复和多场耦合响应特性的功能材料。 1. 智能响应性高分子与复合材料： 涉及形状记忆聚合物、电活性/磁活性聚合物（如介电弹性体）的设计原理。重点分析其响应机制——如温度、电场或光照下，高分子链段或嵌入的纳米填料如何协同作用，实现大应变或快速响应。讨论如何利用纤维增强复合材料的界面设计来提高这些智能材料的机械鲁棒性。 2. 磁电耦合材料与多功能传感器： 磁电效应允许通过磁场调控电极化，或反之。本书将审视基于复合结构（如磁性颗粒嵌入压电基体）的设计策略，用以实现高灵敏度的磁场传感或能量收集。区别于简单的电学测量，本书着重于理解这些耦合效应在跨尺度信息传递中的物理本质。 3. 材料的自主修复与极端环境适应性： 材料的失效往往是系统安全的关键瓶颈。我们将探讨微胶囊自修复机制（通过封装修复剂并在裂纹处释放）与内在自修复机制（如基于动态共价键或离子键网络的聚合物）。此外，针对深空、深海等极端环境，分析具有抗蠕变、抗辐照损伤特性的新型陶瓷和金属基复合材料的微结构设计原则。 （五）第四部分：计算材料学与跨尺度模拟 现代材料设计越来越依赖于高通量计算和多尺度模拟来指导实验。 1. 从第一性原理到机器学习加速： 详细阐述密度泛函理论（DFT）在预测材料电子结构、相稳定性及反应能垒中的应用。随后，介绍如何利用高通量计算平台筛选候选材料，以及如何结合机器学习（ML）和高斯过程回归（GPR）模型，构建材料性能与结构特征之间的快速预测框架，有效导航复杂的材料设计空间。 2. 跨尺度模拟的集成： 真正的工程问题涉及从皮米到米尺度的信息传递。本章将对比分子动力学（MD）、有限元方法（FEM）以及相场模型的适用范围和耦合策略。重点分析如何利用微观模拟的结果（如位错迁移率）作为宏观模型（如疲劳分析）的输入参数，从而实现对材料失效过程的更准确预测。 （六）总结：面向未来的材料创新路线图 本书的最终目标是为研究人员和工程师提供一个全面的框架，用以理解和掌握当前材料科学的核心驱动力——即结构对功能的绝对控制。未来的材料创新将是高度交叉学科的，它要求我们不仅掌握材料自身的物理化学，更要深刻理解其在复杂系统中的集成与工作机制。本书强调的路线图是：从精确的原子尺度调控出发，通过智能化的计算工具辅助，最终实现宏观工程性能的突破。

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