新型功能分子器件设计及性原理研究 9787568231787 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名:新型功能分子器件设计及性原理研究

定价：42.00元

售价：30.7元,便宜11.3元,折扣73

作者:万海青

出版社：北京理工大学出版社

出版日期：2016-10-01

ISBN：9787568231787

字数：

页码：135

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

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内容提要

本书用基于密度泛函理论和非平衡格林函数的**性原理计算方法，较系统地研究了石墨烯、氮化硼及其准一维纳米条带和有机分子及碳链组成的分子器件体系的电子结构与输运性质。从体系的能带结构、态密度、分子能谱及透射谱等出发，对体系的输运特性加以解释。在这些研究的基础上，提出调控功能分子器件电子输运性质的手段和方法，为发展基于纳米电子学的功能分子器件设计提供物理基础。

目录

作者介绍

文摘

序言

跨越微观界限：探索新材料驱动的未来科技 引言： 在科技飞速发展的今天，材料科学的进步始终是驱动各项技术革新的核心动力。从我们日常使用的智能手机，到尖端的航空航天技术，再到关乎人类健康的生物医药领域，无一不依赖于新型功能材料的不断涌现与突破。本书旨在深入剖析当前材料科学的前沿进展，聚焦于那些具有革命性潜力的新型功能材料，并从理论设计、性能表征、制备工艺到实际应用等多个维度，全面展现其独特的魅力与广阔的应用前景。我们相信，通过对这些微观世界的精妙探索，将为构建更加智能、高效、可持续的未来社会奠定坚实基础。 第一章：微观世界的基石——原子、分子与晶体结构的奥秘 理解功能材料的本质，离不开对其微观结构的深刻洞察。本章将带领读者从最基本的原子和分子层面出发，逐步深入到原子如何排列组合形成宏观材料的晶体结构。我们将详细介绍不同类型的原子键合方式，如离子键、共价键、金属键以及范德华力，并阐述这些键合方式如何直接影响材料的物理和化学性质。 原子结构与电子排布： 探究原子核外电子的排布规律，特别是价电子的运动状态，揭示其在化学反应和材料形成中的关键作用。我们将通过介绍量子力学基本原理，如电子的轨道模型和能级概念，来解释为何不同的原子组合会呈现出截然不同的特性。 分子设计与组装： 阐述如何通过精确控制原子的数量、类型及连接方式来设计具有特定功能的分子。从简单的无机分子到复杂的有机分子，我们将深入讨论分子的构象、立体化学以及分子间相互作用，这些因素共同决定了分子的宏观行为。 晶体结构与对称性： 详细介绍晶体结构的基本单元——晶胞，以及常见的晶格类型，如面心立方、体心立方、六方密排等。我们将强调晶体结构中的对称性对于材料光学、电学、磁学等性能的决定性影响。此外，还将讨论非晶态材料与晶体材料在结构上的差异及其带来的性能差异。 缺陷与界面： 认识到材料并非完美晶体，点缺陷、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的存在是普遍现象。本章将深入分析这些缺陷如何影响材料的强度、导电性、催化活性等关键性能，并探讨界面在多组分材料体系中的重要作用。 第二章：开启无限可能——新型功能材料的设计理念与策略 本章将聚焦于新型功能材料的设计方法与策略，重点在于如何基于第一性原理和计算模拟，预测并创造出具有特定功能的材料。我们将介绍从宏观需求出发，到微观结构调控，再到性能实现的设计流程。 第一性原理计算（DFT）： 详细介绍密度泛函理论（DFT）作为研究材料电子结构和性能的强大工具。我们将阐述DFT计算的基本原理、常用方法以及其在预测材料稳定性、电子能带结构、光学性质、磁学性质等方面的应用。通过案例分析，展示DFT如何指导新型催化剂、半导体材料、磁性材料的设计。 分子动力学模拟（MD）： 讲解分子动力学模拟如何通过求解经典牛顿运动方程，来研究材料在不同温度、压力下的动态行为。我们将介绍MD在模拟材料相变、扩散过程、界面反应、材料力学性能等方面的应用，特别是在高分子材料、纳米材料和生物材料领域。 机器学习与人工智能在材料设计中的应用： 探讨如何利用大数据和机器学习算法，加速新材料的发现和优化过程。我们将介绍机器学习模型在材料性能预测、结构-性能关系挖掘、高通量筛选等方面的潜力，并展示AI如何辅助研究人员更高效地探索广阔的材料相空间。 晶格工程与结构设计： 介绍通过改变原子组成、晶体结构、引入掺杂或合金化等手段，来精细调控材料性能的技术。我们将重点讨论固溶强化、沉淀强化、位错强化等微观结构调控机制，以及如何通过晶格畸变、应力场调控来设计具有特殊功能（如压电效应、热电效应）的材料。 低维材料的设计与合成： 重点关注二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）、一维纳米线、零维量子点等新型低维材料的设计理念。我们将介绍如何通过控制尺寸效应、量子限制效应，赋予这些材料前所未有的光学、电学和催化性能，并探讨其在纳米电子学、光电子学、传感器等领域的应用前景。 第三章：洞察微观世界的真相——功能材料的性能表征技术 材料的性能与其微观结构息息相关，准确高效的性能表征是理解和优化材料的关键。本章将系统介绍多种现代材料表征技术，涵盖结构、形貌、电子态、光学、电学、磁学等多个方面。 结构表征技术： X射线衍射（XRD）： 详细介绍XRD在确定晶体结构、晶粒尺寸、相组成、晶格应力等方面的应用。 透射电子显微镜（TEM）与扫描电子显微镜（SEM）： 阐述TEM和SEM如何提供高分辨率的材料形貌、微观结构和元素分布信息。特别是TEM在高分辨成像、电子能量损失谱（EELS）等方面的能力。 电子态与化学成分表征： X射线光电子能谱（XPS）： 介绍XPS如何分析材料表面的元素组成、化学态和价态信息，对于表面修饰和催化材料研究尤为重要。 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）与光致发光光谱（PL）： 讲解这些光学技术如何研究材料的电子能带结构、吸收和发光特性，对于光电器件和发光材料设计至关重要。 电学与磁学性能表征： 四探针法与霍尔效应测量： 介绍如何通过这些技术精确测量材料的电导率、载流子类型、载流子浓度和迁移率。 振动样品磁强计（VSM）与超导量子干涉仪（SQUID）： 阐述VSM和SQUID在测量材料的磁化强度、磁滞回线、居里温度等磁学参数方面的能力。 热学与力学性能表征： 差示扫描量热法（DSC）与热重分析（TGA）： 介绍DSC和TGA如何研究材料的相变温度、熔点、玻璃化转变温度以及热分解行为。 万能试验机： 讲解万能试验机如何测量材料的拉伸强度、压缩强度、断裂韧性等力学性能。 原位表征技术： 强调在反应或工作条件下进行材料表征的重要性，如原位XRD、原位TEM、原位电化学测试等，以揭示材料在动态过程中的真实行为。 第四章：跨越想象的界限——新型功能材料的制备与工艺 材料的性能不仅取决于其内在结构，更与制备工艺密切相关。本章将介绍多种先进的材料制备技术，旨在实现对材料结构和性能的精确控制，从而获得高性能的功能材料。 薄膜制备技术： 物理气相沉积（PVD）： 详细介绍溅射、蒸发等PVD技术，以及其在制备高质量金属、氧化物、氮化物薄膜方面的应用。 化学气相沉积（CVD）： 阐述CVD技术，特别是原子层沉积（ALD），如何实现超薄、均匀、保形薄膜的制备，对于微电子器件和催化剂涂层至关重要。 溶胶-凝胶法： 介绍溶胶-凝胶法在制备氧化物、陶瓷材料薄膜和粉体方面的优势，以及其对材料纳米结构的可控性。 纳米材料制备技术： 自组装技术： 探讨基于分子间相互作用的自组装方法，如胶体自组装、DNA自组装等，如何构建有序的纳米结构。 化学合成法： 详细介绍液相化学合成方法，如溶剂热法、水热法、微乳液法等，用于制备各类纳米粒子、纳米线、量子点等。 模板法： 阐述利用多孔模板（如氧化铝模板、介孔二氧化硅）来制备具有特定形貌和尺寸的纳米结构。 增材制造（3D打印）技术： 介绍3D打印技术如何实现复杂结构的功能材料的直接制造，包括选择性激光熔化（SLM）、立体光刻（SLA）等，以及其在航空航天、生物医学等领域的应用潜力。 晶体生长技术： 讲解单晶生长方法，如柴可拉斯基法、浮区法等，以及如何获得高质量的块体晶体用于高性能器件。 表面改性与功能化技术： 介绍等离子体处理、化学修饰、涂层等技术，用于调控材料表面性质，改善界面接触，增强材料的特定功能。 第五章：从实验室走向现实——新型功能材料的应用前景与挑战 在深入理解了新型功能材料的设计、表征和制备之后，本章将聚焦于这些材料在各个前沿科技领域的广泛应用，并探讨当前面临的挑战与未来发展方向。 能源领域： 太阳能电池： 探讨钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、量子点太阳能电池等新型光伏材料，以及它们在提高能量转换效率、降低成本方面的潜力。 储能技术： 介绍新型锂离子电池正负极材料、固态电解质、超级电容器材料，以及它们在提高能量密度、功率密度和安全性方面的进展。 催化材料： 深入分析用于氢气生产、二氧化碳还原、燃料电池等领域的新型高效催化剂，以及多相催化、单原子催化等前沿技术。 信息技术领域： 半导体与微电子： 探讨二维材料、III-V族半导体在下一代晶体管、存储器、光电器件中的应用，以及摩尔定律的延续和突破。 量子计算： 介绍实现量子比特的超导电路、拓扑量子计算、光学量子计算等体系中关键材料的设计与制备。 传感器技术： 聚焦于基于纳米材料、有机半导体、压电材料等开发的高灵敏度、高选择性的气体传感器、生物传感器、应力传感器。 生物医学领域： 生物成像与诊断： 探讨荧光量子点、磁性纳米粒子、表面修饰的纳米探针在靶向药物递送、疾病早期诊断方面的应用。 组织工程与再生医学： 介绍生物相容性材料、可降解支架材料在组织修复、器官再生中的作用。 药物递送系统： 讨论纳米载体、响应性材料在精确控制药物释放、提高疗效、降低副作用方面的优势。 环境与可持续发展： 水处理与净化： 介绍新型吸附材料、催化材料在去除水中污染物、海水淡化方面的应用。 环境监测： 探讨高灵敏度的环境污染物检测传感器。 可持续材料： 关注可降解塑料、生物基材料、循环利用材料的研发。 面临的挑战与未来展望： 可扩展性与成本： 讨论如何将实验室研究成果转化为大规模、低成本的工业化生产。 长期稳定性和可靠性： 评估材料在实际应用环境中的耐久性和稳定性。 多学科交叉与协同创新： 强调材料科学与化学、物理、工程、生命科学等学科的紧密合作对于解决复杂问题的重要性。 智能化与自适应性： 展望未来材料可能具备的智能化、自适应性，能够根据环境变化或外部信号改变自身性能。 结论： 新型功能材料的研究是一项充满挑战与机遇的宏大事业。从原子、分子的微观设计，到精确的性能表征，再到创新的制备工艺，每一步都凝聚着科学家的智慧与汗水。本书期望为读者提供一个全面而深入的视角，理解当前材料科学的最新动态，激发对未来科技的无限想象。我们坚信，随着材料科学的不断发展，更多颠覆性的创新将应运而生，为构建一个更加美好、智能、可持续的世界贡献关键力量。