晶體之結構與性質(平)部編大學用書(十二版)

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圖書描述

本書內容包括結晶學的基本觀念,晶體物理性質與結構的相互關係、應用價值等,是一本新的結晶體著作。
晶體學前沿與材料科學:新視角下的結構、閤成與應用 本書聚焦於現代晶體學、材料科學以及相關交叉學科的最新進展,旨在為高年級本科生、研究生以及科研人員提供一個深入理解物質微觀結構與宏觀性能之間復雜聯係的權威性參考。 本書突破傳統晶體學教材的範疇,將重點放在非傳統晶體結構、先進功能材料的晶體設計與閤成,以及先進錶徵技術在結構解析中的應用。 --- 第一部分:超越完美晶體:非傳統晶體結構與缺陷工程 本部分深入探討瞭理想周期性晶體結構之外的復雜體係,這些體係往往是高性能功能材料的關鍵所在。 第1章 準晶體與超晶格:秩序的拓展 本章詳細闡述瞭準晶體的發現曆程、對稱性特徵(如五重、十重對稱性)及其電子結構。我們不僅迴顧瞭彭羅斯密鋪等理論模型的構建,更側重於準晶體在催化和耐磨塗層中的新興應用。隨後,本章轉嚮超晶格材料,討論瞭如何通過原子層控製(如MOCVD或MBE技術)構建具有周期性應變或組分變化的超晶格,及其在半導體異質結和光電器件中的量子尺寸效應。 第2章 晶體缺陷的量子效應與調控 晶體缺陷不再被視為純粹的“雜質”,而是實現特定功能的關鍵結構單元。本章係統梳理瞭點缺陷(空位、間隙原子、取代原子)的熱力學穩定性、遷移機製及其對材料電學、光學性質的調控作用。重點討論瞭稀土離子摻雜對熒光材料發光效率的影響,以及在半導體中通過缺陷工程實現p型或n型導電性的精確控製。此外,位錯(綫缺陷)在塑性變形和斷裂韌性中的作用,特彆是位錯纏結和攀移機製,也將得到深入探討。 第3章 復雜結構與無序:無序晶體與玻璃態物質 本章拓展瞭對非晶態和介於晶體與非晶態之間的結構的理解。無序晶體(如高熵閤金的無序固溶體)的結構模型,特彆是局域結構分析的重要性,被放在突齣位置。對於玻璃態材料,我們不再僅僅停留在“長程無序”的描述,而是深入探討瞭“剪切區域模型”和“自由體積理論”在解釋玻璃轉變溫度和粘彈性行為中的應用。重點分析瞭非晶氧化物薄膜在儲能設備中的潛力。 --- 第二部分:功能晶體材料的設計、閤成與錶徵 本部分著重於如何根據目標功能(如能量轉換、信息存儲、生物相容性)來設計和閤成具有特定晶體結構的材料。 第4章 晶體生長動力學與熱力學控製 本章全麵迴顧瞭先進晶體生長方法,包括: 1. 溶液生長法(水熱/溶劑熱): 探討瞭壓力、溫度梯度和溶劑選擇對晶體形貌、尺寸均勻性和相純度的影響。 2. 熔區技術與提拉法(Czochralski): 側重於如何控製界麵能和固液界麵穩定性,以獲得大尺寸、低缺陷的單晶(如用於功率電子的SiC或GaN)。 3. 氣相沉積技術(ALD/CVD): 詳細分析瞭原子層沉積(ALD)中自限製生長的機理,及其在製備高k介電薄膜和原子級厚度功能層中的應用。 第5章 晶體結構與電子/磁性耦閤 本章探討瞭結構參數(如鍵長、鍵角、晶格畸變)如何直接影響材料的電子能帶結構和磁性序。 壓電與鐵電材料: 重點分析瞭極性結構(如鈣鈦礦結構中的離子位移)的形成機理,以及其與宏觀電極化強度的關係。討論瞭通過應力工程(Strain Engineering)優化鐵電疇壁運動的策略。 磁性晶體: 深入講解瞭磁性離子的交換耦閤機製(如超交換作用),以及如何通過晶體結構畸變(如磁緻伸縮)來調控磁相變溫度和磁各嚮異性。 第6章 先進結構解析技術:互補與融閤 本章強調瞭在復雜和微小尺度材料研究中,多種先進錶徵技術的協同應用。 1. 同步輻射與中子散射: 詳細介紹如何利用高能X射綫進行結構精修(Rietveld精修的擴展)、高壓下結構相變研究,以及中子衍射在分辨輕元素和磁性結構中的獨特優勢。 2. 透射電子顯微鏡(TEM)的應用深化: 不僅限於HRTEM成像,更側重於STEM-EELS(電子能量損失譜)對局域化學態和價態的分析,以及同步束流技術在原位/動態結構變化監測中的前沿應用。 3. 譜學技術: 拉曼光譜和傅裏葉變換紅外光譜(FTIR)如何作為結構敏感的探針,用於分析晶格振動模式、晶格缺陷對聲子散射的影響,以及材料的介電響應。 --- 第三部分:晶體工程在可持續發展中的應用 本部分將晶體結構知識與當前全球麵臨的能源、環境挑戰相結閤,展示晶體材料在解決方案中的核心作用。 第7章 能源轉換晶體材料 本章聚焦於高效光伏、熱電和電催化材料的晶體設計。 鈣鈦礦太陽能電池: 深入剖析瞭有機-無機雜化鈣鈦礦晶體(如MAPbI3)的本徵缺陷(如離子遷移)如何影響器件穩定性,以及通過晶界工程和鈍化策略提高長期性能的最新進展。 熱電材料: 闡述瞭如何通過引入復雜晶體結構(如Zintl相或填充化閤物)來“聲子散射玻璃化”晶格,從而降低晶格熱導率,同時保持優異的電子傳輸性能,以提高塞貝剋係數。 第8章 多孔晶體框架材料的結構調控 金屬有機框架(MOFs)和共價有機框架(COFs)作為代錶性的多孔晶體材料,其結構設計直接決定瞭其應用性能。本章討論瞭: 拓撲結構與孔徑效應: 如何通過選擇不同的有機連接體和金屬節點,精確控製孔道尺寸和拓撲網絡,以實現對特定氣體分子(如$ ext{CO}_2$捕獲、$ ext{H}_2$存儲)的選擇性吸附。 功能化與後閤成修飾: 探討瞭在保持晶體骨架完整性的前提下,引入活性位點(如催化中心或熒光團)的閤成策略,及其在異相催化和化學傳感中的應用。 第9章 生物醫學晶體材料的界麵行為 本章探討瞭晶體材料與生物體係的相互作用,特彆是其在藥物載體和生物成像中的潛力。討論瞭生物相容性晶體(如磷酸鈣類生物陶瓷)的溶解動力學與體內降解速率的晶體結構依賴性。此外,還涉及量子點等半導體納米晶體的錶麵化學與穩定性,以及如何通過錶麵配體工程控製其生物分布和毒性。 --- 本書特色: 強調理論與實驗的結閤: 每一章節都緊密聯係尖端實驗技術和計算模擬結果。 聚焦前沿問題: 大量篇幅用於介紹過去十年中發展起來的新興晶體結構和功能材料。 深度分析結構-性質關係: 提供嚴謹的物理化學基礎,解釋宏觀性能背後的微觀結構驅動力。 本書是研究生階段晶體學、材料物理、凝聚態物理、化學等領域學生進行深入學習和科研探索的有力工具。

著者信息

圖書目錄

圖書序言

圖書試讀

用户评价

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這本書的排版風格,首先映入眼簾的就是其清晰的邏輯脈絡和嚴謹的學術氛圍。每一章節的劃分都顯得非常閤理,主題鮮明,即使是對初學者來說,也能很快找到自己的閱讀節奏。我特彆欣賞書中插圖的運用,那些晶體結構的示意圖,不僅僅是簡單的二維投影,而是多角度、多層次的展示,讓原本抽象的概念變得直觀易懂。特彆是對於一些復雜的晶格結構,比如鑽石立方、閃鋅礦結構等,書中都配有精美的三維模型圖,並輔以文字說明,詳細解析瞭原子在晶格中的位置、鍵閤方式以及它們之間的幾何關係。這對於我這樣一個需要通過視覺化來理解復雜概念的學生來說,簡直是醍醐灌頂。此外,書中對數學公式的推導過程也相當詳盡,沒有跳躍式的省略,一步步引領讀者理解公式的由來及其物理意義。例如,在講解布拉格定律時,書中不僅給齣瞭公式,還詳細解釋瞭衍射條件、晶麵間距的計算方法,以及如何利用X射綫衍射來解析晶體結構。這種嚴謹而不失易懂的講解方式,讓我覺得學習過程既充實又充滿成就感,每一個公式、每一個圖示,都似乎在訴說著晶體世界的奧秘,讓我對即將深入研究的晶體學知識充滿瞭期待和信心,相信這本書一定能成為我學術道路上一個可靠的嚮導。

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這本書對於對稱性的講解,可以說是做到瞭既嚴謹又直觀。它從最基本的對稱元素(對稱軸、對稱麵、對稱中心)開始,逐步構建起晶體點群和空間群的概念。我特彆欣賞書中對不同晶係的劃分以及各點群在不同晶係中的分布,這些內容通過清晰的圖示和錶格,使得復雜的對稱性分類變得易於理解。書中還強調瞭對稱性在晶體性質(如光學、電學性質)中的體現,解釋瞭為什麼某些晶體具有非綫性光學效應,而另一些則沒有。這種將抽象的數學概念與實際的物理性質聯係起來的講解方式,讓我對晶體的對稱性有瞭更深刻的認識,不再僅僅是停留在幾何層麵的理解,而是看到瞭它對材料功能性的決定性作用。我一直對晶體為何能夠錶現齣某些神奇的物理現象感到好奇,這本書的講解,為我揭示瞭其中隱藏的對稱性原理,讓我對未來的研究方嚮充滿瞭更強的信心。

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這本書,初次拿到手,就感受到它沉甸甸的分量,紙張的質感也相當不錯,厚實而略帶啞光,翻閱時不易反光,對於長時間閱讀來說是個福音。裝幀設計簡潔大氣,一看就是齣自名傢之手,書名“晶體之結構與性質”幾個字,燙金處理得恰到好處,既顯學術莊重,又不失一種內斂的光澤。我是一名對材料科學領域充滿好奇的在校大學生,一直對微觀世界的奇妙構造感到著迷,特彆是那些構成我們生活中不可或缺的材料,它們是如何在原子、分子層麵實現如此多樣的功能,一直是我探索的重點。這本書的名字,無疑正是我期待已久的答案的載體。從目錄上看,它涵蓋瞭晶體學的基本概念,包括晶體的一般性質、晶體結構分類、晶體生長過程、缺陷以及與宏觀性質的關係。這讓我初步構想瞭學習的路徑:從最基礎的對稱性、點陣、倒易點陣等概念入手,逐步深入到各種晶體結構模型的解析,再到不同晶體結構如何影響材料的力學、電學、光學等性能。我尤其期待書中對於一些經典晶體結構,比如麵心立方、體心立方、六方密堆積等的詳細講解,以及它們在不同材料中的具體體現,例如金屬、陶瓷、半導體等。這本書的“部編大學用書”以及“十二版”的標識,也讓我對其內容的權威性和更新程度有瞭信心,相信它一定能夠為我打下堅實的理論基礎,為我未來的學習和研究指明方嚮,讓我能夠更深刻地理解物質世界的本質,並為未來的科學探索做好準備。

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這本書在介紹晶體生長方麵的內容,也給我帶來瞭不少啓發。它不僅僅是簡單地描述晶體如何“長大”,而是深入探討瞭晶體生長的驅動力、成核機製以及不同生長模式。書中對過飽和度、界麵能等關鍵概念的解釋,讓我理解瞭為什麼晶體會以特定的方式生長。我尤其關注瞭書中對不同生長技術(如懸浮生長法、溶液生長法、熔體生長法)的介紹,以及這些技術如何影響晶體的質量和結構。這一點對於我未來從事材料製備和加工的工作有著重要的指導意義。它讓我明白,晶體的宏觀形貌和微觀結構,很大程度上是由其生長過程決定的,而控製生長過程,就是控製材料性能的關鍵。這種從理論到實踐的連接,讓我對材料的“製造”過程有瞭更深的思考,也為我未來探索更高效、更精確的晶體生長技術打下瞭理論基礎。

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這本書在實際應用方麵的闡述,也讓我看到瞭它作為一本實用性教材的價值。它並非僅僅停留在理論層麵,而是著力於將抽象的晶體學知識與現實世界中的材料和技術聯係起來。書中在講解完晶體結構的解析方法後,會介紹如何利用X射綫衍射、電子衍射等技術來確定未知晶體的結構,以及這些技術在材料研發、質量控製等領域的廣泛應用。我記得書中還提到瞭晶體生長技術,比如單晶生長、多晶製備等,以及這些技術如何影響最終材料的性能。這一點讓我非常興奮,因為我一直對如何“製造”齣具有特定性能的材料很感興趣。書中對閤金相圖的介紹,也讓我明白瞭不同元素在固溶體、化閤物等不同晶體結構下的分布規律,以及這如何影響閤金的強度、硬度等關鍵指標。這種將理論與實踐相結閤的講解方式,讓我覺得學習到的知識不僅具有學術價值,更具有直接的工程應用意義。它讓我明白,晶體學並非是脫離實際的純理論,而是支撐著現代材料科學和工程技術發展的基石。我開始想象,書中講解的知識,如何應用到半導體芯片的製造、高性能閤金的研發、新型功能材料的設計等各個領域,這種聯係讓我對學習的意義有瞭更深刻的理解。

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這本書的參考文獻和進一步閱讀建議,也體現瞭其學術的嚴謹性和前瞻性。在每個章節的末尾,都列齣瞭相關的經典文獻和最新的研究進展,這對於想要深入瞭解某一特定領域的讀者來說,是非常寶貴的資源。我發現,通過這些參考文獻,我可以找到更多關於特定晶體結構、特定材料性能以及特定實驗技術的研究論文,這極大地拓寬瞭我的知識視野,也為我未來的深入研究提供瞭清晰的指引。書中還提供瞭一些相關的學術期刊和會議的列錶,這對於我瞭解學術界的最新動態,把握研究前沿具有重要的價值。這種“授人以漁”的寫作方式,不僅僅是傳授知識,更是引導讀者如何自主學習、如何進行學術探索,這讓我覺得這本書不僅僅是一本教材,更是一位良師益友,能夠伴隨我在學術道路上不斷成長。

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這本書的語言風格,給我的第一印象是嚴謹而學術,但同時又不乏清晰流暢。即使是在討論一些非常復雜的概念時,作者也努力用最簡潔、最準確的語言來錶達,避免使用晦澀難懂的術語,或者在使用時提供清晰的定義和解釋。我尤其欣賞書中在引入新概念時,往往會先給齣其直觀的物理意義,然後再進行數學推導,這樣有助於讀者建立起感性的認識,然後再通過理性分析來加深理解。比如,在講解晶格常數時,書中不會直接給齣一個數學公式,而是先解釋晶格常數代錶著晶體在不同方嚮上的周期性重復單元的尺寸,然後再給齣具體的計算公式。這種循序漸進的講解方式,極大地降低瞭學習的門檻。此外,書中對於一些關鍵術語的翻譯和使用也十分規範,這對於我們這種需要閱讀大量英文文獻的學生來說,非常有幫助,能夠幫助我們建立起準確的學術詞匯體係。我發現,這本書在處理一些爭議性或者不同學派觀點時,也能做到客觀公正,並引用相關的研究文獻,體現瞭學術的嚴謹性和開放性。整體而言,這本書的語言風格既有大學教材應有的莊重和規範,又不失對讀者的體貼和引導,讓我在閱讀過程中感到舒適和受益。

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這本書的內容深度,讓我感受到瞭它作為一本權威學術著作的嚴謹性。它並沒有止步於對晶體結構進行簡單的描述,而是深入探討瞭結構與性質之間的內在聯係。例如,書中在介紹完各種晶體結構的形成之後,會緊接著分析這些結構對材料宏觀性質的影響。我尤其關注瞭關於晶體缺陷的部分,書中詳細闡述瞭位錯、空位、間隙原子等缺陷的類型、形成機製以及它們對材料力學性能(如強度、韌性)和電學性能(如導電性、半導體特性)的決定性作用。這種從微觀結構到宏觀性質的層層剖析,正是材料科學研究的核心所在,也讓我看到瞭這本書在理論深度上的卓越之處。我一直在思考,為什麼同一種元素,在不同的晶體結構下會錶現齣截然不同的性質,比如碳元素可以形成石墨和金剛石,這其中的關鍵究竟在哪裏?這本書的齣現,讓我看到瞭揭開這些謎團的希望,它提供瞭一個係統性的框架,讓我能夠理解結構如何決定瞭物質的命運。書中對各種晶體類型的討論,也讓我對不同材料有瞭更深刻的認識,無論是金屬的延展性,還是陶瓷的硬脆性,亦或是半導體的導電性能,都可以在晶體結構層麵找到閤理的解釋。這種理論的深入性,不僅滿足瞭我對知識的渴求,更激發瞭我對未來研究方嚮的思考。

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這本書的章節編排,給我的感覺是非常有條理,循序漸進,充分考慮瞭學習者從基礎到深入的認知過程。從最基本的晶體學定義,比如晶體的宏觀特徵、晶體學點陣、晶麵、晶嚮等概念開始,逐步過渡到更為復雜的晶體結構模型,比如密堆積結構、特殊結構(如體心立方、麵心立方、六方密堆積)的詳細分析,再到晶體缺陷、對稱性原理以及晶體生長等內容。每一章節都如同搭建一座知識的階梯,前一章節的知識為後一章節的學習打下堅實的基礎。我尤其喜歡書中對各種晶體結構的係統性介紹,它不僅僅是列齣各種結構,而是詳細講解瞭它們的構成元素、原子排列方式、配位數以及能量上的穩定性。例如,在講解完密堆積結構後,書中會自然地過渡到非密堆積結構,並解釋它們之間在原子堆積效率上的差異。這種邏輯上的嚴謹性和遞進性,讓我能夠清晰地把握知識的脈絡,避免瞭在學習過程中感到迷茫和睏惑。此外,章節末尾的習題也設計得相當有代錶性,既有鞏固基礎知識的簡單題,也有需要綜閤運用所學知識來解決問題的綜閤題,這對於檢驗學習效果和加深理解非常有幫助。

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這本書在對晶體缺陷的闡述上,給我留下瞭非常深刻的印象。它沒有將缺陷僅僅看作是“不完美”的瑕疵,而是將其提升到瞭一個重要的研究層麵,並且詳細分析瞭不同類型缺陷(如點缺陷、綫缺陷、麵缺陷)的産生機製、結構特點以及它們對材料宏觀性質的深刻影響。例如,書中在講解位錯時,不僅僅介紹瞭刃位錯和螺位錯的基本概念,還詳細闡述瞭位錯的滑移機製如何決定瞭金屬材料的塑性變形能力,以及位錯密度如何影響材料的強度。這一點讓我對材料的力學性能有瞭全新的認識,原來材料的強度並非僅僅取決於其原子排列的整齊程度,而是很大程度上與這些“缺陷”的存在和運動有關。書中還提到瞭熱力學在晶體缺陷形成中的作用,解釋瞭在一定溫度下,空位等缺陷的形成是能量上有利的,這讓我對材料的熱力學性質和缺陷行為有瞭更深入的理解。這種對缺陷的全麵而深入的剖析,讓我認識到,理解晶體缺陷對於理解材料的性能至關重要,也為我未來在材料設計和性能調控方麵提供瞭重要的理論依據,是我在閱讀過程中非常受益的一部分。

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