分子材料——光电功能化合物（第二版） [MOLECULAR-BASED——Opto-electronic Functional Compounds] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

《分子材料——光电功能化合物（第二版）》是一部介绍光电功能化合物这一备受国内外关注的“分子材料”的基础及进展的著作，着重从结构化学、凝聚态物理、材料和分子生物学相互渗透的观点，结合高校教学和科研基础，深入浅出地对当前高新科学技术中光、电、磁、热等物理功能分子材料分章进行介绍，其中包括分子材料的物理研究方法、分子光电材料的制备、分子导体、分子磁体、介电体和介磁体、极化作用和多铁性、非线性光学材料、光的吸收和光致发光、电致发光、机械化学发光和发电、颜色和热致变色、电致变色、光致变色、分子光电体系的组装、分子纳米体系及其膜层体系、光伏电池和化学储能等内容。

内页插图

目录

目录
序言
第1章 绪论 1
1.1 功能化合物和分子材料 1
1.1.1 分子化合物 1
1.1.2 功能化合物 5
1.1.3 光电分子材料 6
1.2 分子组装和分子工程 9
1.2.1 生物分子中的自组装 9
1.2.2 分子设计 13
1.2.3 晶体工程 16
参考文献 18
第2章 分子材料的物理研究方法 20
2.1 分子材料的理论计算 20
2.1.1 化学键的价键理论 26
2.1.2 分子轨道理论 28
2.1.3 配体场理论 32
2.1.4 分子力学方法 35
2.2 分子固体体系的计算 36
2.2.1 晶体的点阵结构 36
2.2.2 晶体能带理论 40
2.2.3 能带理论应用示例 45
2.2.4 凝聚态体系及其计算模拟 49
2.3 分子体系的宏观性质和微观结构的关联 56
2.3.1 宏观物理化学性质的微观诠释 56
2.3.2 晶体的相变及其对称性性质的关骐 61
2.3.3 分子体系结构的物理研究方法 63
参考文献 67
第3章 分子材料的制备 69
3.1 软化学合成方法 69
3.1.1 溶剂热法 70
3.1.2 溶胶凝胶法 74
3.1.3 固态组合化学 76
3.2 半导体电子材料的制备 81
3.2.1 半导体的类型 81
3.2.2 pn结 83
3.2.3 功能膜的形成及技术 84
3.2.4 MOCVD技术 85
3.3 金属有机化学气相沉积方法及其前体物 88
3.3.1 Ⅲ-V族材料和II-Ⅵ族材料 90
3.3.2 加合物型MOCVD前体物 92
3.3.3 金属及其氧化物膜 97
参考文献 99
第4章 分子导体 102
4.1 金属和半导体的导电基础 104
4.1.1 金属导体和半导体的电子传输过程 104
4.1.2 导体的量子理论 107
4.1.3 金属超导性 109
4.2 分子导体 111
4.2.1 电荷转移有机分子导体的合成和结构 112
4.2.2 分子导体的分子设计 118
4.3 C6070生物电荷转移导体 124
4.3.1 富勒烯的合成和结构 124
4.3.2 C60的导电特性 128
4.4 导电聚合物 130
4.4.1 有机和配位聚合物 130
4.4.2 导电配位聚舍物 133
参考文献 138
第5章 分子磁体 141
5.1 分子磁性基础 141
5.1.1 原子磁性和磁性的类型 141
5.1.2 顺磁性的van Vleck方程 146
5.1.3 零场分裂和各向异性 150
5.2 协同磁性效应的本质 154
5.2.1 轨道正交偶合机理 154
5.2.2 组态相互作用机理 155
5.2.3 偶极-偶极交换机理 160
5.3 分子的铁磁、反铁磁和亚铁磁性磁体 161
5.3.1 双核化合物 162
5.3.2 链式磁性化合物 163
5.3.3 亚铁磁性链 164
5.4 其他类型的分子磁体 165
5.4.1 高自旋低自旋转换 165
5.4.2 光诱导自旋转换 169
5.4.3 价态互变异构转换 171
5.4.4 量子隧道单分子磁体 172
参考文献 175
第6章 介电体和介磁体 177
6.1 介质的极化作用及其机理 177
6.1.1 电子极化 179
6.1.2 离子位移极化 180
6.1.3 固有电偶极矩取向极化 180
6.2 极化弛豫和介电性对频率和温度的依赖 184
6.2.1 分子极化弛豫 185
6.2.2 偶极子极化弛豫 186
6.2.3 聚合物的介电性质及其应用 187
6.3 磁介质和介磁性 192
6.3.1 物质的介磁性 192
6.3.2 电磁波和隐身材料 196
参考文献 202
第7章 极性分子晶体的铁性材料 204
7.1 极性晶体和相变 204
7.1.1 晶体的极性和铁性的热力学 204
7.1.2 时间反演操作和磁性 208
7.1.3 分子铁电性 215
7.1.4 铁性相变理论 220
7.2 分子铁弹性和多功能铁性 225
7.2.1 铁弹性 225
7.2.2 多铁性 227
7.2.3 多功能分子材料 228
7.3 压电性、热电性和智能材料 231
7.3.1 压电性 231
7.3.2 热电性 233
7.3.3 智能材料和结构 238
参考文献 242
第8章 分子非线性光学 245
8.1 非线性光学的物理基础 245
8.1.1 极化作用 245
8.1.2 非线性光学效应 248
8.1.3 非线性电极化率Z的对称性分析 252
8.2 非线性光学的分子设计 254
8.2.1 分子设计基础 254
8.2.2 二阶非线性光学效应 257
8.2.3 三阶非线性光学效应 262
8.3 非线性光学的晶体工程 264
8.3.1 晶体工程基础 264
8.3.2 有序聚集体的倍频效应 266
8.3.3 双光子吸收和光限幅效应 272
参考文献 277
第9章 光的吸收和光致发光 279
9.1 分子的吸收和发光 279
9.1.1 分子发光基础 279
9.1.2 分子的荧光、磷光和化学发光 282
9.1.3 其他非辐射过程 285
9.2 半导体的光吸收和发光 290
9.2.1 介电质的光学性质 291
9.2.2 半导体吸收和发光基础 299
9.2.3 激子的吸收和发光 301
9.3 稀土发光材料 306
9.3.1 稀土发光特性 306
9.3.2 稀土发光的激发机理 308
9.3.3 上转换和下转换发光 310
参考文献 313
第10章 电致发光 314
10.1 无机电致发光材料和器件 315
10.1.1 分散型无机电致发光 315
10.1.2 交流型薄膜电致发光 317
10.1.3 界面注入型发光二极管 320
10.2 分子电致发光器件的结构和材料 322
10.2.1 分子电致发光器件 322
10.2.2 分子电致发光材料 323
10.3 分子电致发光原理 328
10.3.1 分子材料的电致发光 328
10.3.2 电致发光器件中载流子的传输 329
参考文献 333
第11章 机械化学、机械发光和机械发电 335
11.1 机械化学及其物理过程 336
11.1.1 机械化学合成和润滑剂 336
11.1.2 机械化学的物理机理 342
11.1.3 机械化学的微观理论 345
11.2 摩擦发光 346
11.2.1 声致发光 346
11.2.2 摩擦发光化合物 348
11.2.3 摩擦发光的本质 352
11.3 机械变形诱导的发光和发电 356
11.3.1 弹性变形诱导的机械发光 356
11.3.2 机械发电 357
11.3.3 人造皮肤 358
参考文献 361
第12章 颜色和热致变色 363
12.1 颜色和热致变色的本质 363
12.1.1 光谱和颜色 363
12.1.2 颜色及其产生的物理基础 366
12.1.3 热致变色的物理和化学机理 369
12.2 热致变色有机化合物 374
12.2.1 有机热致变色化合物 374
12.2.2 次乙基和二硫化物的衍生物 375
12.2.3 无机和过渡金属配合物 378
12.3 聚合物的热变性 384
12.3.1 热变体系的光散射 384
12.3.2 热变性聚合物的智能材料 385
12.3.3 热感应形状记忆材料 387
参考文献 388
第13章 光致变色 390
13.1 有机化合物的光致变色 393
13.1.1 几何异构体 393
13.1.2 质子转移型 397
13.1.3 键裂解反应 401
13.2 无机电荷转移型光致变色 406
13.2.1 卤化银体系 406
13.2.2 其他变色体系 408
13.3 配位化合物和有机金属的光致变色 410
13.3.1 金属配合物的光致变色 410
13.3.2 多功能光致变色体系 414
参考文献 416
第14章 电致变色 419
14.1 电子显示器件 419
14.1.1 电子显示器件的类型及其特性 419
14.1.2 电致变色薄膜器件的结构及表征 423
14.2 电致变色材料 428
14.2.1 无机电致变色材料 429
14.2.2 有机及聚合物电致变色材料 431
14.2.3 混合物电致变色材料433
14.3 电致变色机理 435
14.3.1 无机化合物的电致变色能带结构和色心模型 435
14.3.2 电化学反应模型和电荷转移模型 439
14.3.3 聚合物电致变色机理及其调控 441
参考文献 445
第15章 分子光电材料的组装及其功能 448
15.1 超分子体系 448
15.1.1 分子识别 449
15.1.2 分子自组装和光电传感器 454
15.1.3 层级结构研究方法 455
15.1.4 有机—无机杂化材料 459
15.2 功能界面膜 465
15.2.1 功能膜的类型 466
15.2.2 LB膜界面成膜技术 469
15.2.3 胶体和胶体晶体 473
15.3 分子印迹法技术 475
15.3.1 分子印迹法基础 475
15.3.2 分子印迹法在生物分离制备上的应用 477
15.3.3 固相芯片、光刻和三维打印技术 479
参考文献 483
第16章 功能纳米及其膜层体系 485
16.1 纳米微粒的特征及其制备 485
16.1.1 纳米微粒的特征 485
16.1.2 纳米材料的制备 490
16.1.3 单分散纳米粒子的制备 494
16.1.4 中空纳米材料的合成 496
16.2 纳米生物材料 499
16.2.1 量子点在生物成像和药物检测中的应用 499
16.2.2 药物纳米载体 504
16.2.3 纳米拓扑结构 505
16.2.4 纳米DN/Y分子机器 509
16.3 分子电子器件 512
16.3.1 分子电子器件的元件 513
16.3.2 分子电子器件的模型 517
16.3.3 单电子纳米晶体管 520
16.4 分子巨磁阻和分子自旋电子学 523
16.4.1 巨磁阻材料 524
16.4.2 自旋相关散射双电流模型 526
16.4.3 多层膜巨磁阻器件 530
16.4.4 分子磁体的自旋电子学 533
参考文献 537
第17章 光伏电池和化学储能

精彩书摘

　　第17章光伏电池和化学储能　　在能源和资源领域，要求其节约、高效、清洁、可循环利用。随着化石能源的枯竭和环境污染的日益恶化，提高能源的利用率，调整能源结构，发展新能源和可再生能源，构建可挣续发展和社会进步、太阳能电池和储能新概念是目前国际上关注的主题之一。　　能源的类型很多，可以根据其形成方式分为两类，一类为自然界天然存在而且可直接使用的一次能源，如煤炭、石油、天然气、太阳能等；另一类为经加工转化而成的二次能源，如蒸汽、煤气和电池等。也可按其是否再生而分为再生能源（如氢能）和不可再生能源（如石化燃料）。随着高新科技的日益发展及人们对环境保护的重视，能源也可按其成熟程度分为常规能源，如水力发电；新能源，如氢能、太阳能、核能、生物质能、地热、风能、海洋能等。真是所谓万物生长靠太阳，地球上的各种能源都离不开太阳光辐射的直接或间接的支撑，而地球上所有的能源又都是通过材料作为载体，应用物理、化学和生物等方法进行能量转换，从而又可以将能源分为物理能源、化学能源和生物能源等。本章将在介绍一些代表性能源的基础上重点介绍新能源如光转换为电的光伏电源及储能的研发。　　17．1新能源　　作为基础，我们将首先简单介绍几种新的化学和光化学电源。将物质的化学能通过化学氧化还原反应而转化为电能的装置称为化学电源，常称为伏特（Volta）电池。　　17．1．1化学电池　　化学电池在民用的手机、照相机、汽车、飞机，甚至军用的国防、宇航等领域都有重要应用。通常按电极反应是否可逆而将其分为两大类：反应不可逆的称为一次电池，也称为原电池（非再生型），它在放电后就不能再充电用了，例如市场上常见的锌一锰干电池（1．5V）、碱性锌一锰电池（1．5V）和银一碘固体电解质电池等；反应可逆的称为二次电池，它可以通过充电方法使活性物质复原（再生型）而循环多次使用，因而既可进行放电作为电池，又可反向充电作为蓄电池，其实例除了常用的铅一酸蓄电池，还包括下面述及的新化学，电源，如镉一镍电池、氢一镍电池、锂离子电池和金属氢化物一氧燃料电池等。　　……

前言/序言

　　随着科学技术的高速发展，材料已被誉为现代文明的支柱之一，在社会经济的发展、人民生活质量的提高中都起着重要的作用。材料科学所涉及的领域很宽，它的发展涉及物理、化学等各个基础学科的交叉。化学学科发展的一个重要趋势是它在与材料科学、物理科学及生命科学相互促进过程中日益发展。各种高技术的要求为新材料的开拓带来了生命力。除了常用的结构材料外，目前有实际应用的超导、磁性、非线性光学、激光材料、传感器等新型功能材料大都是由原子（或离子）所组成的原子基材料（atomic-based materials），这些金属和无机离子非金属化合物从主体结构上发挥其功能。早在20世纪70年代科学家就提出了一类以分子为基础的所谓分子基材料（molecular-based materials），目前已受到国际学者的广泛重视。比起传统的无机原子基材料来，其优点是易于在较低温度下，采用由下而上的方法，通过分子剪裁实现分子设计和聚集态及超分子器件的分子组装。这些具有全新的特异分子光、电、热、磁等物理功能材料，有望成为21世纪材料科学的主攻领域之一。　　分子材料和分子化合物紧密相关。分子本身就是化学的主要研究对象。在材料科学领域中，如果相对地将原子或离子型化合物列为一类，则按目前国际惯例，另一类分子化合物主要是指通常的有机化合物、聚合物、配位化合物，甚至生物化合物。实质上这种分类也只是相对的，因为即使从化学观点也很难严格定义无机或有机“分子”。目前，以无机和有机化合物相结合的配位化合物和配位键为基础的杂化、界面和复合材料的研究发展很快。基于以上的认识，我们早在20世纪80年代末就从超分子化学角度注意到国际上对分子功能材料的研究，进而倡导光电功能配位化合物的研究。诚然，比起配位化学在传统化学领域（如催化合成、萃取分离、医药、环保等）所取得的众所周知成就来说，目前对于其物理功能的研究和开发还处于发展和开拓阶段。本书对此作了强调，也算是本书的一个特点吧。　　另一方面，高校理工科基础教育正面临21世纪新科技成就的挑战。将化学、材料科学、物理科学和生命科学内容交叉融人教学改革已是大势所趋。这不仅是由于产、学、研结合的需要，对于培养学生开拓视野、启发思考和发展创新思维也是大有裨益的。恰恰在这方面，国内外还缺乏一本系统的较全面可资借鉴的材料化学或材料物理等领域的教材。基于这种期望，结合我们在教学和科研中的体验和探讨，在编著本书时就考虑到：根据专业情况及原有基础，对一些较为抽象的数理公式及繁杂的化学叙述进行适当取舍后，本书也能用作大专院校化学、材料、物理和分子生物学等学科的高年级学生和研究生的选修教材。实际上，我在1998年后分别应新加坡国立大学和台湾大学邀请进行访问讲学时就曾节录本书作为“光电功能材料”的主要内容进行系统教学。　　本书的第二版是在第一版基础上进行了全面修正并增补了大量新颖内容，并结合传统原子基材料内容，着重介绍受到国内外关注的分子基光电功能材料的一般原理及其应用。　　自从本书第一版出版以来，我国化学家在分子材料领域中做了很多优秀的和国际同步的工作，并已使光电功能化合物成为材料科学的一个富有前景的方向。但由于篇幅有限，对这些优秀成果只好忍痛割爱，不加细述，对此深为遗憾。　　我愿借此机会，向我在南京大学配位化学国家重点实验室多年共同合作的众多同事和历届的研究生，撰写电致发光和光电分子材料制备章节的游宇建博士以及对我关心备致的家人表示衷心感谢，没有他们的协助和支持是难以在这么短的时间内专心致志地完成这项工作。还要感谢国家科学技术部和国家自然科学基金委员会长期对我们科研工作所提供的资助和鼓励。本书的责任编辑朱丽女士和她的同事们为本书的出版做了大量认真细致的工作，在此一并表示感谢。　　本书中的图表及文献来自不同学科的著作及期刊，特别是得到了美国化学会、英国皇家化学会、Elsevier出版公司、麦克米伦公司、美国科学促进会、美国物理学会、Wiley-VCH出版公司、日本化学会、日本纯粹与应用物理研究所、美国光学学会等，以及我国诸多出版社支持。特此致谢。　　在编写过程中虽然企图由大学已有的基础知识，由浅入深、理论结合实际地将结构化学、凝聚态物理、材料科学和分子生物学等不同领域的基本概念和内容系统地关联，以形成一个完整的体系，但由于我们还刚刚踏人这样一个涉及多科性学科的新园地，实属热情有余而力不从心，错误在所难免，欢迎海内外同行予以批评指正，不胜感激。　　游效曾　　南京大学 配位化学国家重点实验室　　2013年12月第二版
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