Chemistry at Extreme Conditions

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出版者:Elsevier Science Ltd
作者:Manaa, M. R. 编
出品人:
页数:536
译者:
出版时间:2005-5
价格:$ 310.75
装帧:HRD
isbn号码:9780444517661
丛书系列:
图书标签:
  • 化学
  • 极端条件
  • 高压化学
  • 高温化学
  • 相变
  • 物质状态
  • 化学物理
  • 材料科学
  • 计算化学
  • 反应动力学
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具体描述

"Chemistry at Extreme Conditions" covers those chemical processes that occur in the pressure regime of 0.5-200 GPa and temperature range of 500-5000 K and includes such varied phenomena as comet collisions, synthesis of super-hard materials, detonation and combustion of energetic materials, and organic conversions in the interior of planets. The book provides an insight into this active and exciting field of research. Written by top researchers in the field, the book covers state of the art experimental advances in high-pressure technology, from shock physics to laser-heating techniques to study the nature of the chemical bond in transient processes. The chapters have been conventionally organised into four broad themes of applications: biological and bioinorganic systems; Experimental works on the transformations in small molecular systems; Theoretical methods and computational modeling of shock-compressed materials; and experimental and computational approaches in energetic materials research. It is an extremely practical book containing up-to-date research in high-pressure science. It includes chapters on recent advances in computer modelling. The review articles can be used as reference guide.

物理化学的边界探索:极端条件下的物质结构与性质 书名: 物理化学的边界探索:极端条件下的物质结构与性质 内容简介: 本书深入探讨了在远超常温常压环境的极端条件下,物质所呈现出的新奇结构、异常性质以及其背后的微观机制。我们聚焦于高压、超高温、超低温、强磁场、强电场以及真空等极端环境,系统梳理了现代实验技术如何突破传统限制,使我们得以一窥物质在这些极端状态下的动态行为和稳定构型。本书旨在为材料科学、地球物理学、天体物理学以及凝聚态物理等领域的研究人员和高年级本科生、研究生提供一个全面且深入的理论与实验视角。 第一部分:极端条件下的实验技术与挑战 本部分首先概述了实现和维持极端条件所依赖的关键实验装置。 超高压技术: 重点介绍金刚石对顶砧(DAC)技术的原理、发展及其在实现数百万大气压(MBar)级别的应用。讨论了样品制备、压力标定、以及原位光谱探测(如拉曼、红外、X射线衍射)在极端高压下的技术难点与解决方案。探讨了剪切效应在高压样品特性分析中的影响。 超高温与超低温环境的构建: 详细阐述了激光加热技术在DAC中的应用,如何实现数千开尔文的局部加热,并讨论了其温度测量(如黑体辐射法)的准确性问题。在低温方面,深入分析了稀释制冷机和绝热去磁制冷技术在接近绝对零度的低温物理实验中的关键作用,以及如何控制低温下的环境杂质影响。 强场物理: 考察了在数特斯拉至数十特斯拉的强磁场以及兆伏每厘米量级的强电场下,物质的电子能级、磁有序态和介电响应如何发生剧烈变化。重点介绍电荷密度波(CDW)和超导电性在强场调控下的新颖行为。 第二部分:高压对物质结构与相变的影响 高压是改变物质电子结构和原子排列的最有效手段之一。本部分聚焦于高压诱导的结构重构。 固态物理的重构: 探讨了从分子固体到原子固体,再到金属化的转变过程。以氢气为例,分析了从分子固态到原子晶体,乃至成为高温超导体的理论预测与实验进展。讨论了相图的构建原则,以及压力驱动的多晶型转变,如离子晶格的配位数增加和晶格畸变。 地核与行星内部物质: 模拟地球深处数千公里尺度的极端条件。重点分析了铁-镍合金在超高压下的晶体结构(如六方密堆积,HCP)的稳定性,以及硅、硫等轻元素如何溶解入地核,形成低剪切波速层。这部分内容结合了密度泛函理论(DFT)计算与同步辐射X射线研究的成果。 非常规超导与电子关联: 研究高压如何通过压缩原子间距,增强电子-声子耦合,从而提升或诱导出超导电性。详细分析了在高压下发现的多种新型高温超导体(如富氢化合物),并讨论了压力在调控电子关联强度中的关键作用。 第三部分:极端温度下的化学反应与稳定性 高温和超低温环境对化学键的形成、断裂以及物质的热力学稳定性提出了严峻的挑战。 超高温化学: 考察了等离子体化学、气相等离子体处理(PECVD)等技术中的瞬态物种的形成与反应。重点分析了在数千度以上存在的稳定或不稳定分子,例如在星际介质中或燃烧过程中的自由基动力学。 低温固体的量子效应: 在接近零开尔文的温度下,量子效应占据主导地位。详细分析了玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的形成条件、观测方法以及在光晶格中的应用。探讨了费米子简并的物理特性,及其在研究量子磁性材料中的重要性。 高能材料的稳定性: 研究了在极端热冲击或快速升温速率下,高能密度材料(如某些金属氮化物)的分解路径、能量释放机制,以及如何通过精确控制温度梯度来优化其合成过程。 第四部分:电磁场调控下的电子态 本部分关注强电磁场对材料电子性质的极端影响。 量子霍尔效应与拓扑绝缘体: 深入解析了在强磁场下二维电子系统所表现出的量子霍尔效应的平台和能隙结构。随后扩展到拓扑绝缘体(TIs)的研究,探讨了磁场如何影响其拓扑相变和边缘态的保护机制。 电场驱动的相变: 介绍了铁电材料和忆阻器中,通过施加高强度电场来诱导极化翻转或电导状态突变的过程。讨论了电场对界面电子结构重构的精细调控能力,及其在下一代存储器技术中的应用潜力。 介电击穿与等离子体激发: 分析了强电场下介质材料的介电击穿阈值及其微观物理过程,包括雪崩电离和隧道效应。同时,探讨了高功率微波场对稀有气体和复杂分子体系的激发机制。 结论与展望: 本书最后总结了当前极端条件物理化学领域尚未解决的关键科学问题,包括复杂多物理场耦合(如高压-高温-强磁场联合作用下)的理论模型构建,以及极端环境下原位、实时、高分辨探测技术的进一步发展方向。强调了理解这些极端状态对于推进能源技术、新型功能材料设计以及基础物理学前沿探索的不可替代的价值。本书以严谨的物理化学视角,描绘了物质在压力、温度和场域边界上所展现出的无限可能性。

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