Springer Handbook of Nanotechnology

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出版者:
作者:Bhushan, Bharat 编
出品人:
页数:1916
译者:
出版时间:
价格:$ 281.37
装帧:
isbn号码:9783540351726
丛书系列:
图书标签:
  • 纳米技术
  • 纳米材料
  • 科学
  • 工程
  • 材料科学
  • 物理学
  • 化学
  • 应用
  • 参考书
  • Springer
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具体描述

As Nanotechnology turned from marvelous vision to exciting reality, the need for a quickly accessible source of application-oriented, authoritative and comprehensive information arose. The Springer Handbook of Nanotechnology meets this requirement by integrating the knowledge from nanofabrication, nanomechanics, materials science, and reliability engineering in just one volume. Beside the presentation of nanostructures, micro/nanofabrication, and micro/nanodevices, special emphasis is on scanning probe microscopy, nanotribology and nanomechanics, molecularly thick films, industrial applications and microdevice reliability, and on social and ethical implications. The book is organized by an experienced editor with a universal knowledge and written by an international team of distinguished experts (e.g. Nobel prize winner Gerd K. Binnig). It addresses mechanical and electrical engineers, materials scientists, physicists and chemists who work either in the nano area or in a field that is or will be influenced by this new key technology. From the foreword "Professor Bhushan has harnessed his own knowledge and experience, gained in several industries and universities, and has assembled over 100 internationally recognized authors from three continents to write more than 40 chapters. The authors come from both academia and industry ... This book] is a timely addition to the literature on nanotechnology, which I anticipate will stimulate further interest in this important new field and serve as an invaluable resource to members of the international scientific and industrial community."NEAL LANE, UNIVERSITY PROFESSOR, RICE UNIVERSITY, FORMER SPECIAL ASSISTANT TO PRESIDENT CLINTON AND DIRECTOR OF THE NSF

《材料科学前沿:微观结构与宏观性能》 本书简介 本书旨在为材料科学领域的学者、工程师和高阶学生提供一个全面、深入的视角,聚焦于材料的微观结构如何决定其宏观力学、热学、电学和光学性能。不同于侧重于单一材料体系或特定技术应用的传统教材,《材料科学前沿:微观结构与宏观性能》采取一种跨学科的整合方法,旨在揭示从原子尺度到宏观尺度的结构-性能关系中的普遍原理。 本书的撰写基于严谨的物理化学基础,并融入了最新的实验技术和计算模拟成果。我们避免了对特定商业化产品的过度渲染,而是将重点放在理解材料行为背后的基本科学原理上,从而使读者能够灵活地应对新型材料的设计与开发挑战。 --- 第一部分:基础理论与结构表征 第一章:晶体学与非晶态结构的统一描述 本章首先回顾了晶体结构理论,包括布拉维格子、空间群、晶面指数的确定及其在材料衍射分析(X射线、电子束)中的应用。随后,重点探讨了非晶态和准晶材料的结构描述方法,引入了短程有序和中程有序的概念,并讨论了如何利用径向分布函数(RDF)和结构模型来解释无定形材料的特性。重点分析了玻璃转变的动力学机制及其对材料粘弹行为的影响。 第二章:缺陷工程与本征性能调控 材料性能的决定性因素往往在于其缺陷结构。本章详细阐述了点缺陷(空位、间隙原子、取代原子)、线缺陷(位错)和面缺陷(晶界、孪晶界)的形成热力学和运动学。针对不同材料体系(金属、陶瓷、聚合物),我们深入分析了位错滑移、攀移、交滑移的机制,以及这些缺陷如何影响材料的屈服强度、蠕变和疲劳寿命。此外,晶界工程,特别是高角度晶界与低角度晶界的特性差异,在晶粒尺寸效应中的作用被深入讨论。 第三章:先进微观结构表征技术 本部分着重介绍现代材料表征的前沿技术。电子显微学部分,涵盖了透射电子显微镜(TEM)的高分辨率成像(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)和重要的分析技术,如能量分散X射线谱(EDS)和电子能量损失谱(EELS)在元素分析和化学态识别中的应用。聚焦离子束(FIB)技术在材料制备和三维重构中的作用亦被提及。同时,对扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)的成像原理及其在表面形貌和局部力学性能测量方面的能力进行了详尽的对比分析。 --- 第二部分:性能的结构依赖性 第四章:力学性能的尺度效应 本章探讨了材料力学行为如何随测试尺寸和微观结构特征尺度的变化而改变。重点分析了Hall-Petch关系在纳米尺度下的失效,引入了基于表面能和孪生机制的尺寸强化模型。此外,对高熵合金(HEAs)和新型复合材料中的多尺度强化机制进行了详细的剖析,包括界面处的应力传递和裂纹偏转行为。蠕变和超塑性现象的微观机制,特别是扩散蠕变与位错蠕变之间的临界条件,被系统地梳理。 第五章:热力学与相变动力学 本章关注材料的热力学行为,包括相图的构建、热容的温度依赖性及其在原子振动模型中的体现。关键内容在于相变的动力学过程,特别是成核与生长理论在快速凝固和热处理过程中的应用。扩散理论在材料内部组分迁移中的作用被详尽阐述,包括Fick定律的修正形式及其在高温氧化和固态反应中的应用。 第六章:电学与磁学性质的微观起源 电子结构是决定电学和磁学性质的根本。本章从能带理论出发,区分了金属、半导体和绝缘体的能带结构特征。讨论了杂质掺杂对半导体导电性的精确调控。在磁学方面,聚焦于朗道磁畴结构、磁晶各向异性以及超顺磁行为的起源。特别探讨了磁性材料中,界面和晶界对宏观磁化过程(如磁滞回线)的影响。 --- 第三部分:界面与功能材料的跨尺度耦合 第七章:功能界面的物理化学 材料的性能常常受制于其界面。本章深入研究了不同类型界面(固-固、固-液、固-气)的热力学稳定性和动力学演化。表面能、表面扩散和界面能的计算方法被介绍。对催化反应中活性位点的形成、腐蚀过程中钝化膜的生长与破坏,以及电池电极材料中固态电解质界面(SEI)的演变机制,进行了基于物理化学原理的详细分析。 第八章:结构与性能的计算模拟 计算材料学在现代研究中不可或缺。本章系统介绍了模拟方法的层次结构:从密度泛函理论(DFT)计算原子能级和电子结构,到分子动力学(MD)模拟晶格缺陷运动和扩散路径,再到有限元方法(FEM)处理宏观力学问题。重点强调了如何通过多尺度模拟框架(如QM/MM耦合),实现从量子尺度到连续介质尺度的信息传递和性能预测。 第九章:新兴结构体系中的性能调控 本章面向具有独特结构特征的新兴材料体系。针对多孔材料(如金属有机框架MOFs、泡沫金属),讨论了孔隙率、连通性对传质和力学性能的影响。对于梯度材料和层状结构,分析了界面应力集中和不同层间耦合强度对整体响应的支配作用。最后,对受限几何结构(如纳米线和薄膜)中,表面效应如何主导整体性能的转变进行了总结。 --- 总结 《材料科学前沿:微观结构与宏观性能》旨在构建一个从基础理论到先进应用的坚实桥梁。本书强调结构信息的重要性,鼓励读者采用系统性的、跨尺度的思维方式来理解和设计下一代高性能材料。全书内容聚焦于原理的深度挖掘和普适性模型的建立,而非对特定技术的罗列,确保其理论框架能够在不断变化的材料科学领域中保持长久的参考价值。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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翻阅这本手册时,我最大的感受是其权威性和数据的可靠性。每一部分引用的文献和实验数据都经过了严格的筛选和交叉验证,这在充斥着大量未经充分验证信息的网络时代,显得尤为珍贵。它就像一个经过时间检验的度量衡,确保了我们讨论的基础是稳固的。尤其在计算纳米科学和分子动力学模拟的部分,作者们对模型的假设条件和局限性的讨论非常坦诚,没有过度夸大模拟结果的普适性,这种学术的严谨度令人信服。唯一的不足之处,或许在于某些图表的清晰度和分辨率。在一些较早期的章节中,扫描或数字化处理的图片略显粗糙,细节丢失了一些,这在观察晶格结构或高分辨TEM图像时,造成了一定的阅读障碍。这大概是实体印刷品在处理跨越年代文献整合时难以避免的挑战,但仍然希望出版方在再版时能对这些关键的视觉资料进行高清优化,以匹配整体的高水准制作。

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这本书的阅读体验,很大程度上取决于你期望从中获取什么。如果你期望找到一个立即可用的、针对某个特定问题的“即时解决方案”,你可能会感到一丝挫败。因为它更像是一部百科全书,而非一本“故障排除指南”。例如,当我试图查找关于特定纳米颗粒表面等离子体共振峰调控的最佳参数组合时,书中提供了详尽的理论模型和影响因素分析,但并未直接给出“黄金公式”。这要求读者必须具备将理论模型代入自己具体情境的能力。这种“赋能而非喂食”的编写哲学,我个人非常推崇,因为它鼓励批判性思维和独立解决问题的能力。但是,对于时间紧张的学生或者需要快速验证假设的博士后来说,可能需要花费更多精力去“消化”这些知识,而不是直接“提取”。它的价值在于构建知识的底层逻辑,一旦理解,受益无穷,但入门门槛确实不低。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧确实让人眼前一亮,那种沉甸甸的质感,拿在手里就知道不是那种敷衍的出版物。我尤其欣赏它在细节处理上的用心,比如索引部分的清晰度和实用性,这对于一本涵盖如此广博知识的工具书来说至关重要。作为一名需要频繁查阅前沿研究资料的从业者,我发现它的章节划分逻辑性极强,即便是跨学科的知识点,也能通过巧妙的结构安排找到清晰的路径。不过,我必须指出,某些基础概念的介绍部分,对于完全的初学者来说,可能略显跳跃,似乎默认读者已经具备了一定的物理或化学背景。当然,考虑到这本手册的定位——更倾向于为专业人士提供深入参考,而非入门教材——这种取舍或许可以理解。但我还是希望未来能看到一个更细致的、针对不同知识背景读者的导读部分,哪怕是作为附录也好。整体而言,它在提供权威性、系统性知识整合方面,无疑树立了一个很高的标杆。那种油墨的清香和纸张的触感,都是电子书无法替代的体验,让人愿意花时间沉浸其中。

评分☆☆☆☆☆

从结构布局来看,这本手册展现出一种非常宏大且严谨的编纂气魄。它并非简单地将已发表的论文内容堆砌起来,而是建立了一个完整的知识体系框架,让人能清晰地看到纳米科学从基础物理到生物医学应用的完整脉络。我特别欣赏它对伦理与法规议题的独立章节设置。在当下,技术发展日新月异,但社会责任和安全监管往往滞后,这本书能将这些“软科学”议题与硬核技术并置讨论,体现了编者深远的见识和高度的社会责任感。这种跨领域的整合,极大地拓宽了读者的视野,让我们不仅仅关注“能做什么”,更要思考“应不应该做”。不过,在涉及能源存储领域(如固态电池的纳米结构电极)的更新速度上,我感觉稍微滞后了一步。纳米技术日新月异,尤其是产业界的技术迭代极快,一本厚重的参考书要完全跟上最新的商业化突破,难度可想而知。希望未来的修订版能更迅速地纳入近两年的重大工业进展。

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我花了整整一个周末来梳理其中关于量子点合成与表征的那几个章节,简直像是在攀登一座知识的高峰。作者们对于材料的能级结构和光电性质的阐述,深入浅出,将复杂的量子力学原理用非常直观的图表和类比展现出来,这点非常值得称赞。特别是对于新型催化剂界面效应的讨论,其深度和广度都远远超出了我过去阅读的任何综述文章。然而,美中不足的是,尽管理论阐述得非常到位,但在实际操作层面的“技巧分享”和“常见陷阱规避”方面,略显保守。例如,在讨论高通量筛选方法时,虽然提到了算法框架,但对于如何处理实际实验数据中的噪声和基线漂移等“泥泞”的问题,着墨不多。对于那些需要立即将理论付诸实践的研发人员来说,这可能是一个小小的遗憾。但这也许是这类手册的通病——追求理论的完备性,而牺牲了操作层面的“接地气”。总而言之,它是那种让你读完后会忍不住在笔记本上画满思维导图的宝典。

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