Ionic Transport Processes pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Kontturi, Kyosti/ Murtomaki, Lasse/ Manzanares, Jose A.

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:2008-8

价格:$ 141.25

装帧:

isbn号码:9780199533817

丛书系列:

图书标签:

Ionic transport
Ion conduction
Electrochemical kinetics
Membrane science
Solid-state electrochemistry
Electrolyte
Diffusion
Migration
Nernst-Planck equation
Electrochemistry

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具体描述

Modelling of heterogeneous processes, such as electrochemical reactions, extraction or ion-exchange, usually requires solving the transport problem associated to the process. Since the processes at the phase boundary are described by scalar quantities and transport quantities are vectors or tensors, coupling of them can take place only via conservation of mass, charge or momentum. In this book, transport of ionic species is addressed in a versatile manner, emphasizing the mutual coupling of fluxes in particular. Treatment is based on the formalism of irreversible thermodynamics, i.e. on linear (ionic) phenomenological equations, from which the most frequently used Nernst-Planck equation is derived. Limitations and assumptions made are thoroughly discussed. The Nernst-Planck equation is applied to selected problems at the electrodes and in membranes. Mathematical derivations are presented in detail so that the reader can learn the methodology of solving transport problems. Each chapter contains a large number of exercises, some of them more demanding than others.

固体电化学与材料科学前沿：聚焦新型能源体系中的离子输运机制本书内容简介本书旨在深入探讨当前能源科学、材料工程及电化学领域中最具挑战性和前沿性的议题之一：新型功能材料体系中离子（如锂离子、钠离子、质子、氧离子等）的动态输运行为、界面控制与宏观器件性能的耦合机制。全书结构严谨，内容详实，覆盖了从基础物理化学原理到复杂器件工程应用的全链条知识体系，旨在为从事电池、燃料电池、固态电解质、电化学传感器及催化等领域的研究人员、工程师及高年级学生提供一本全面、深入且极具参考价值的专业著作。第一部分：离子输运的基础物理化学模型本部分首先奠定了理解复杂介质中离子运动的基础理论框架。我们详尽阐述了经典的Nernst-Einstein关系及其在非理想系统（如高浓度电解质、无序固态晶格或聚合物基体）中的局限性，并引入了动力学蒙特卡洛模拟（KMC）和介观尺度下的扩散理论来描述离子的跳跃机制、能垒调控及其与晶格振动（声子）的耦合效应。重点章节包括：晶格缺陷与空位机制：深入分析了点缺陷（间隙离子、空位、反位缺陷）的形成热力学和迁移动力学，特别是如何通过掺杂工程精确调控缺陷浓度及其对离子电导率的贡献。详细讨论了Birkhausen-Seeger模型在解释高维和低维材料中缺陷扩散的适用性。电化学势梯度与电化学迁移：阐述了离子在非均匀电场和浓度梯度下的运动规律，引入了Onsager倒易关系和电化学势梯度驱动力的概念。对于涉及相界面或应力场的体系，我们探讨了静电力、范德华力和电场对离子激活能景观的重塑作用。非晶态与准固态电解质中的输运：针对聚合物电解质、玻璃态电解质和离子凝胶，本书着重讨论了“摇椅模型”（Rocker Model）和“链段运动驱动”（Segmental Motion Driven）扩散机制，分析了高分子链的缠结密度、玻璃化转变温度（$T_g$）对离子跳跃频率的制约，以及增塑剂或溶剂分子对离子溶剂化壳层结构的影响。第二部分：先进材料体系的微观结构与离子通道设计本部分聚焦于当前能源存储和转换技术中核心的几类功能材料，剖析其结构特征如何直接决定了离子输运的效率和选择性。高熵/复杂氧化物固态电解质（SSEs）：详细考察了基于镧系和碱土金属的钙钛矿型、石榴石型（如LLZO）和NASICON型（如LAGP）材料。分析了晶界电阻在电化学性能中的决定性作用，讨论了通过控制晶粒尺寸、界面相形成（如$Li_2ZrO_3$的形成）来优化颗粒间电荷/离子转移的策略。特别关注了高熵效应如何通过晶格应力调控离子的局部环境，实现超高离子电导率的突破。层状与隧道型金属氧化物（正极材料）：在锂离子电池正极材料（如NCM, LFP）中，离子扩散通常是沿特定晶向的跳跃过程。本书利用密度泛函理论（DFT）计算的结果，系统地比较了不同氧化态和层间结构（如$LiCoO_2$与$LiMn_2O_4$）的扩散势垒谱，并探讨了高电压充电下表面结构演变（如岩相转变）对界面离子传输的阻塞效应。电化学界面传输与稳定化：这是决定电池寿命和安全性的关键环节。我们深入分析了固态电解质界面（SEI）和电化学双电层（EDL）的形成机制。内容涵盖了有机电解液中溶剂分子在电极表面的吸附-脱溶过程、锂枝晶的形核与生长（特别是电化学反应驱动的枝晶生长动力学），以及利用原位光谱技术（如拉曼、同步辐射XPS）对界面层动态变化的实时监测。第三部分：多物种耦合输运与宏观器件性能的关联本部分将微观的离子动力学与宏观的器件性能联系起来，讨论在实际工作条件下多物理场耦合带来的挑战。多离子竞争与选择性输运：针对氧化物和聚合物燃料电池中的氧离子和质子输运，以及多价离子（如Mg$^{2+}$, Ca$^{2+}$）电池中的离子-空穴耦合问题，我们探讨了如何通过电化学势图来区分主导离子和干扰离子，以及如何设计具有特定孔道结构的材料以实现高选择性。电化学极化与限域效应：详细分析了在不同电流密度下，浓差极化、欧姆极化和活化极化的贡献比例。对于微孔结构或纳米结构电极，本书引入了Tortuosity（弯曲度）因子的精确测量方法和模型化，以量化复杂结构对宏观有效扩散系数的影响。热-电-力耦合下的离子输运：针对高功率密度工作条件，考虑了由焦耳热导致的局部温度梯度对离子迁移数和界面反应速率的显著影响。同时，探讨了机械应力（如体积膨胀和收缩）诱发的应变梯度驱动扩散，特别是在硅基负极和高镍正极材料中的失效机制分析。本书最终提供了一系列先进的计算工具箱和分析框架，帮助读者将实验室测量数据转化为可预测的器件性能模型，是理解并优化下一代离子传输型电化学系统的权威参考。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

评分☆☆☆☆☆

老实说，这本书的阅读体验并非一路坦途，它需要读者付出相当的专注力。在某些讨论到复杂电化学体系平衡态和非平衡态转变的章节，语言的密度和概念的抽象程度达到了一个高峰。我几次不得不停下来，查阅其他辅助资料来消化其中关于统计力学在输运现象中应用的部分。但这恰恰是其价值所在——它没有为了迎合初学者而牺牲内容的深度。与其说它是一本快速入门手册，不如说它更像是一份需要时间去“品味”的专业档案。书中的图表绘制水准极高，那些复杂的能带结构图和时间演化曲线，无一不精准地传达了作者想要表达的核心物理图像，比单纯的文字描述更具说服力。这种对细节的偏执追求，使得这本书成为了一个值得反复翻阅的工具书，每次重读都会有新的感悟。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事方式简直是教科书级别的典范，它采用了螺旋上升的结构来引导读者。起初，作者用一种近乎诗意的笔触描绘了宏观现象的观察与记录，让人对“输运”本身产生一种哲学的敬畏。随后，笔锋一转，迅速切入到微观动力学模型构建的精妙之处。我发现作者在数学推导上毫不含糊，公式的每一步展开都力求透明化，这对于那些希望深入探究数学本质的读者来说是莫大的福音。我记得有一个关于扩散势垒的章节，作者用了好几种不同的方法来推导同一个结论，这不仅展示了知识的深度，更体现了一种严谨的学术态度——即便是同一个物理图像，也可以通过多维度的数学工具来加以佐证和完善。这种处理方式极大地增强了理解的深度，让人在合上书本后，依然能在脑海中清晰地勾勒出粒子运动的轨迹和能量分布的细节。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得十分沉稳大气，那种深邃的蓝色调与书脊上烫金的字体形成了鲜明的对比，让人一看就知道这是一本学术性很强的著作。我拿到手的时候，首先被它扎实的装帧质量所吸引，纸张的厚度拿在手里很有分量感，而且内页的排版清晰、逻辑性极强。虽然我并非该领域的资深专家，但即便是初次翻阅，也能感受到作者在组织材料上的用心良苦。它似乎试图构建一个宏大而完整的知识体系，从最基础的物理化学原理讲起，逐步深入到复杂的介质效应和界面现象。我尤其欣赏它在案例选择上的独到眼光，很多实验数据的引用都非常权威且具有代表性，这为理论的阐述提供了坚实的支撑。读起来感觉就像是在一位经验极其丰富的教授的指导下，系统地梳理和理解这个领域的核心概念，每一个章节的过渡都处理得非常自然流畅，避免了生硬的知识堆砌感。

评分☆☆☆☆☆

从装帧和索引设计的角度来看，这本书的处理显得极其专业化和人性化。书后的索引部分详尽得令人发指，几乎每一个关键术语和重要公式都有对应的页码标记，这极大地提高了查找效率，使得在撰写研究报告或准备讲义时，能够迅速定位到所需的原始资料。装帧的耐用性也值得称赞，在多次翻阅和携带过程中，书脊依然保持着良好的弹性，没有出现任何松散或脱页的迹象。更重要的是，全书的术语表部分定义得极其精准，有效地统一了整个阅读过程中可能出现的概念歧义。总的来说，这本书的实体版本体现了一种对知识的尊重和对读者的体贴，它是一个可以陪伴研究者走过漫长学术生涯的可靠伙伴，其物理形态和内容质量同样值得高度评价。

评分☆☆☆☆☆

这本书的视角非常开阔，它似乎并未将自己局限于某一狭窄的分支领域，而是努力搭建一座桥梁，连接了多个看似独立的物理、化学和材料科学学科。我特别欣赏它在讨论环境因素对输运性能影响时所展现出的广博视野。作者不仅关注了理想晶格模型下的理论极限，更花了相当篇幅去探讨晶界、缺陷、杂质等“不完美”结构如何成为决定最终宏观性能的关键因素。这种“由理想走向现实”的叙事逻辑，让整个论述充满了生命力和应用价值。它促使读者跳出纯粹的理论框架，去思考如何在实际的工程设计中优化材料的微观结构，以期达到理想的输运效率。这不仅仅是一本理论著作，它更像是一份面向未来材料设计的蓝图。

评分☆☆☆☆☆