Computational Chemistry

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出版者:Wiley-Interscience
作者:David Young
出品人:
页数:408
译者:
出版时间:2001-03-07
价格:USD 125.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780471333685
丛书系列:
图书标签:
  • 计算化学
  • 化学
  • 教材
  • 计算化学
  • 量子化学
  • 分子模拟
  • 分子力学
  • 密度泛函理论
  • 从头算
  • 计算方法
  • 化学物理
  • 理论化学
  • 分子结构
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具体描述

A practical, easily accessible guide for bench-top chemists, this book focuses on accurately applying computational chemistry techniques to everyday chemistry problems. Provides nonmathematical explanations of advanced topics in computational chemistry. Focuses on when and how to apply different computational techniques. Addresses computational chemistry connections to biochemical systems and polymers. Provides a prioritized list of methods for attacking difficult computational chemistry problems, and compares advantages and disadvantages of various approximation techniques. Describes how the choice of methods of software affects requirements for computer memory and processing time.

好的,这是一本名为《Advanced Materials Science: From Nanostructure to Macroscale Properties》的图书简介,它不包含计算化学的内容,专注于实验材料科学、材料设计、表征技术以及宏观性能与微观结构之间的联系。 --- Advanced Materials Science: From Nanostructure to Macroscale Properties 作者: [此处留空,或填写假设的专家作者姓名] 出版日期: 2024 年 秋季 图书概述 《Advanced Materials Science: From Nanostructure to Macroscale Properties》是一本全面深入的教科书和专业参考书,专为高年级本科生、研究生以及材料科学、工程学、物理学和化学领域的研究人员设计。本书的核心目标是构建从原子和晶体结构尺度(纳米级)到材料的宏观机械、热学、电学和光学性能之间清晰、可量化的桥梁。本书摒弃了纯粹的理论建模和模拟方法,而是将焦点紧密锁定在实验制备、先进表征技术以及结构-性能关系的建立上。 本书的独特之处在于其对材料的实际制备工艺的强调,从固态合成到薄膜生长,再到先进的3D打印技术,并系统地阐述了这些工艺如何直接影响材料的最终微观结构,进而决定其宏观表现。 核心章节与内容深度解析 本书共分为五大部分,二十章,内容组织遵循“结构决定性能”的基本逻辑,但侧重于通过实验手段来探究和验证这一关系。 第一部分:材料基础与原子尺度构建 (The Atomic Scaffold) 本部分奠定了理解材料科学的基础,但着重于实验晶体学和缺陷工程。 第一章:晶体结构与衍射技术基础 详细介绍布拉维点阵、晶体群对称性。重点深入讲解X射线衍射 (XRD) 的原理、数据解析方法(如 Rietveld 精修的物理意义而非数学推导),以及电子衍射(SAED)在确定薄膜和纳米粒子取向上的应用。探讨孪晶、堆垛层错等晶体缺陷对衍射峰形的影响。 第二章:电子显微学:成像与局部分析 本章是本书的亮点之一。详细阐述透射电子显微镜 (TEM) 的成像模式(明场、暗场、高分辨HRTEM)如何揭示晶界、相界面和位错线。着重介绍能量色散X射线光谱 (EDS) 和波谱分析 (EELS) 在纳米尺度上进行元素和化学态映射的技术和局限性。对比扫描电子显微镜 (SEM) 在表面形貌分析中的优势。 第三章:缺陷工程与弛豫 聚焦于点缺陷(空位、间隙原子)在热力学控制下如何形成,以及这些缺陷如何通过扩散过程在热处理(退火)中迁移和重新分布。讨论如何利用离子辐照或特定气氛烧结来精确控制缺陷浓度,并初步关联至电导率的变化。 第二部分:先进材料制备与结构控制 (Fabrication and Microstructure Control) 本部分完全侧重于实验制备方法,探讨如何通过工艺参数来“编程”材料的微观结构。 第四章:固态合成与烧结动力学 深入探讨陶瓷和粉末冶金过程。详细分析液相烧结与固相烧结的动力学差异,包括牛顿流体行为和非牛顿流体行为在浆料制备中的影响。引入活化能的概念来描述烧结致密化过程的温度依赖性。 第五章:薄膜沉积技术:从PVD到ALD 对比物理气相沉积 (PVD)(如溅射、蒸发)和化学气相沉积 (CVD) 的物理基础。特别详述原子层沉积 (ALD) 的自限制性机理,以及如何利用ALD实现亚纳米级厚度和高均匀性的功能薄膜,这是实现特定界面特性的关键。 第六章:增材制造与材料梯度 关注选择性激光熔化 (SLM) 和电子束熔化 (EBM) 等技术。分析熔池的快速凝固速率如何导致微观结构(如柱状晶的形成)与传统铸造件的显著差异,并讨论由此产生的残余应力问题。 第七章:界面科学与异质结构 讨论晶界、晶粒间界、相界面在材料性能中的决定性作用。通过分析Scherrer方程的实验局限性,引出通过控制晶粒尺寸(例如在Hall-Petch效应中)来增强机械性能的实验策略。 第三部分:机械性能的微观根源 (Mechanical Response Under Load) 本部分将宏观力学测试(如拉伸、蠕变)与微观形变机制相结合。 第八章:塑性变形与位错运动 以实验观察为基础,深入讲解位错的产生、攀移和交滑移。详细分析显微硬度测试(如维氏硬度)如何反映晶体内局部应力场的分布。 第九章:疲劳与断裂韧性 介绍S-N曲线的实验测定和统计学意义。重点分析断裂力学中应力强度因子 ($K_{IC}$) 的实验测定方法(如三点弯曲法),以及裂纹尖端塑性区的形成对韧性提升的影响。 第十章:蠕变与高温服役 分析在高温下材料的稳态蠕变速率如何受扩散机制(如Nabarro-Herring蠕变)的控制。通过拉伸蠕变测试的数据拟合来确定材料的阿伦尼乌斯参数。 第四部分:功能材料的电、热与磁特性 (Functional Material Response) 本部分聚焦于如何通过结构设计来优化材料的特定功能。 第十一章:半导体材料的输运现象 讨论掺杂的物理机制,以及霍尔效应测量如何确定载流子浓度和迁移率。分析晶界散射效应对电导率的负面影响。 第十二章:介电与铁电响应 阐述铁电畴结构的形成。通过电滞回线 (P-E 曲线) 的实验测量来表征材料的铁电特性,并讨论温度和应力对居里温度的影响。 第十三章:热学性能的调控 重点在于热导率的实验测量(如激光闪射法)。解释纳米结构如何通过增强声子散射来降低热导率,这对热电材料和隔热材料至关重要。 第十四章:磁性材料的实验表征 介绍振动样品磁力计 (VSM) 的工作原理。分析磁畴结构如何通过磁滞回线(矫顽力和剩余磁化强度)体现出来,以及退火对磁晶各向异性的影响。 第五部分:先进光谱学与性能关联 (Spectroscopic Probes for Structure-Property Linkage) 本部分回归到更精细的表征技术,用于验证结构与性能之间的微观联系。 第十五章:表面分析技术 深入讲解X射线光电子能谱 (XPS) 在确定元素价态和化学环境上的能力,这对于催化剂和腐蚀研究至关重要。讨论俄歇电子能谱 (AES) 在界面分析中的应用。 第十六章:声学与机械光谱 介绍动态机械分析 (DMA),如何通过测量材料在不同频率和温度下的储能模量和损耗因子来精确识别玻璃化转变温度和弛豫过程。 第十七章:原位表征技术的前沿 探讨在原位(In-situ)载荷或加热条件下使用同步辐射光源进行快速XRD或TEM成像的技术,以实时捕获动态变形或相变过程。 第十八章:老化、腐蚀与表面防护 分析材料在环境因素(湿热、化学介质)下的退化机理。介绍电化学阻抗谱 (EIS) 在研究腐蚀层形成和电荷转移电阻方面的应用。 本书特色 1. 实验驱动叙事: 所有理论概念均通过具体的实验结果(图表、显微照片)来佐证和量化。 2. 工艺-性能路径图: 每一章都提供清晰的工艺参数对最终性能影响的“映射”指南。 3. 面向应用挑战: 章节末尾包含针对实际工程问题的案例分析,例如如何设计出具有高韧性且耐高温的航空结构件。 本书旨在培养学生将实验数据转化为深刻材料理解的能力,而非仅仅停留在理论推导层面,是材料科学家和工程师工具箱中不可或缺的参考资料。

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读后感

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用户评价

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这本书最大的亮点,在我看来,在于其对计算误差和近似的深刻剖析。很多入门级的教材往往只关注“如何计算”,而忽略了“计算结果的意义和局限性”。但《计算化学》却花费了大量的篇幅来讨论这些“不完美”之处。例如,在处理体系的电子相关性问题时,作者详细对比了不同DFT泛函(LDA, GGA, meta-GGA)在不同类型分子体系(如过渡金属配合物、有机小分子)上的性能差异,并给出了量化的误差范围分析。这种批判性的视角非常重要,它教会我如何以一种审慎的态度对待任何计算产物,避免将模拟结果视为绝对真理。此外,书中对“收敛性”的讨论也达到了教科书级别的深度,无论是能量收敛、梯度收敛还是构象步长的控制,都有详尽的数学描述和实际操作的考量。我特别喜欢作者在讨论后HF方法时,对理论成本与精度之间平衡的探讨,这种权衡是化学家在实际工作中必须面对的难题。这本书没有提供简单的答案,而是提供了一套完整的评估工具和思维框架,让你能够根据自己的具体需求,选择最合适的“精度-成本”组合。这种对不确定性的坦诚面对,使得这本书的价值远远超越了单纯的方法介绍。

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从排版和整体装帧来看,这本书的设计风格显得非常传统和务实,缺乏现代教材那种活泼的色彩和现代化的界面元素。纸张质量尚可,但墨水的对比度有时在高强度阅读下会造成视觉疲劳,尤其是在大量公式和变量并排出现时,眼睛需要更频繁地聚焦和放松。我发现自己不得不经常使用荧光笔标记那些关键的定义和结论,因为上下文的衔接有时过于紧凑,使得关键信息点不够突出。这本书似乎更偏向于一个“工具书”的定位,而非一本激发学习兴趣的读物。例如,书中缺乏现代计算化学领域的热点话题的更新,比如AI辅助的化学发现、高通量虚拟筛选的实际流程优化等,内容相对聚焦于成熟且经典的理论体系。虽然经典理论是基石,但对于期望了解行业最新动向的读者,可能会觉得内容略显滞后。它更像是一部“经典回顾与理论构建”的巨著,而非一本紧跟时代脉搏的“前沿导览”。如果能加入更多现代化的图表、交互式学习资源的指引(即使只是在文本中提及),阅读体验可能会大幅提升。目前的风格,更适合在安静的研究室环境中,配合咖啡和笔记,进行系统性的、阶段性的深入学习。

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阅读体验上,我必须坦白,这本书的叙事风格极其的庄重且缺乏亲和力,读起来有一种面对一位极其严苛但学识渊博的导师的感觉。它的语言是典型的学术散文体,句子结构复杂,信息密度极高,仿佛每一个标点符号后面都隐藏着一个需要深入理解的概念。我尝试过在通勤路上阅读,结果效果很差,因为它要求读者保持绝对的专注力,任何一丝走神都可能导致对后续内容的理解出现断裂。特别是在涉及基态和激发态计算的章节,作者似乎默认读者已经对电子结构理论有着非常扎实的背景知识,对于初次接触激发态计算的读者,这本书提供的上下文支持显得不足。我不得不频繁地跳回到前面的章节进行回顾,这打断了线性的阅读流畅性。虽然作者在图表的绘制上力求清晰——那些分子轨道图和势能面剖面图都非常标准——但图注往往过于简略,需要读者自行对照正文去揣摩其深层含义。这本书更像是为研究生或博士后定制的参考手册,它不擅长“引导”读者入门,而更擅长“巩固”既有知识。如果你希望找到一本能让你在轻松愉快的氛围中领略计算化学魅力的读物,那么这本书可能不是最佳选择;它更像是一部需要耐心和毅力去征服的知识堡垒,最终的回报是理论基础的无比坚实。

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这本厚重的《计算化学》读完,感觉像经历了一场漫长而艰深的学术探险。首先,我必须承认,这本书在理论深度上达到了一个令人敬畏的水平。它没有回避量子力学最核心、最复杂的数学推导,那些关于薛定谔方程的变分法、微扰理论以及密度泛函理论(DFT)的细节,被极其严谨地铺陈开来。对于初学者来说,这无疑是一道高耸入云的壁垒,我花了大量时间在查阅线性代数和高等微积分的参考资料上,才能勉强跟上作者的步伐。书中的章节组织结构清晰,从最基础的分子轨道理论开始,逐步过渡到更高级的计算方法,比如耦合簇(Coupled Cluster)方法和量子蒙特卡洛(Quantum Monte Carlo)方法。然而,正是这种极度的详尽和理论的完整性,使得阅读体验显得有些过于“学术化”。书中大量使用专业术语和希腊字母符号,虽然保证了科学的精确性,但却牺牲了可读性。我特别留意了关于基组选择和收敛性判断的部分,作者提供了详尽的表格和论证,这对于追求高精度计算结果的研究人员来说是无价之宝。但对于希望快速掌握应用技巧的读者,这本书更像是一本需要反复研磨的字典而非一本可以快速浏览的指南。它的价值在于构建一个牢不可破的理论框架,而不是提供即插即用的软件操作手册。总而言之,这是一部理论基石级别的著作,适合立志于计算化学前沿研究的严肃学者,但对时间有限的实践者来说,可能显得过于沉重和晦涩。

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翻开这本书,一股浓厚的“实验数据与计算模型融合”的气息扑面而来,这让我非常惊喜。我原本以为这会是一本纯粹的理论公式堆砌,但它在阐述计算方法的同时,非常注重这些方法如何转化为可验证的实验结果。书中对分子动力学(MD)模拟的介绍尤其精彩,不仅仅是拉格朗日方程的推导,作者还花费了大量篇幅讨论了力场(Force Fields)的发展历程,从最早的MM2到现代的CHARMM和AMBER力场,每种力场适用的体系、参数化的哲学思想都被剖析得淋漓尽致。让我印象深刻的是关于采样问题的讨论,比如Metropolis准则的应用,以及如何通过提高温度或使用特殊的系综(如NPT, NVT)来克服能量势垒,实现更有效的构象搜索。作者巧妙地穿插了许多“案例研究”,这些案例虽然没有提供完整的代码输出,但通过图表展示了计算预测值与实验测定值在键长、振动频率、溶解热等方面的对比。这种对比论证极大地增强了读者对计算化学实用价值的信心。唯一的遗憾是,对于新型的、基于机器学习的势能面构建技术,书中的覆盖相对较少,或许是受限于出版时间,但整体而言,它成功地搭建了一座连接理论抽象与实际化学问题的坚实桥梁,阅读过程充满启发性,仿佛真的在指导我如何设计一次高质量的分子模拟实验。

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