物理化學Ⅱ(量子力學篇) 

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圖書描述

  本書中之論述力求簡明扼要、循序漸進,且於書中多舉例題以提昇學習的效果,並於各章的後麵均附習題,以備讀者自行研習解答,增進對於有關理論的瞭解。本書中之專有名詞的後麵,均附其對照的英文名詞。本書的內容適閤作為一般大學及科技大學之化學、化學工程、環境工程、材料科技、生化科技與醫藥學係及相關研究所之物理化學及相關課程的教材,亦可作為從事上述各領域之研究及工作人員的參考書。本書所包括的內容較多、範圍較廣且較深入,教師可配閤係所之發展重點及需要,自行選擇適閤的章節內容講授。
 
本書特色
 
  1.本書中之論述力求簡明扼要、循序漸進,且於書中多舉例題以提昇學習的效果,並於各章的後麵均附習題,以備讀者自行研習解答,增進對於有關理論的瞭解。
 
  2.本書的內容適閤作為一般大學及科技大學之化學、化學工程、環境工程、材料科技、生化科技與醫藥學係及相關研究所之物理化學及相關課程的教材,亦可作為從事上述各領域之研究及工作人員的參考書。
 
  3.本書所包括的內容較多、範圍較廣且較深入,教師可配閤係所之發展重點及需要,自行選擇適閤的章節內容講授。
好的,這是一本關於材料科學與工程領域內,專注於先進材料的製備、性能錶徵與應用開發的教科書的詳細簡介。 --- 先進功能材料:原理、閤成與應用 本書導論:邁嚮新世紀的材料科學 在二十一世紀,材料科學與工程已不再是簡單的“製造”與“改進”的學科,而是驅動信息技術、能源轉換、生物醫學以及可持續發展的核心驅動力。從微觀尺度的原子排列到宏觀尺度的器件集成,新一代功能材料的開發,深刻影響著人類社會的技術邊界。本書《先進功能材料:原理、閤成與應用》旨在為高年級本科生、研究生以及材料研發工程師提供一個全麵、深入且前沿的知識框架,聚焦於那些在特定物理或化學功能上錶現齣卓越性能的尖端材料。 本書的結構設計遵循從基礎理論到具體應用的遞進邏輯,確保讀者不僅能理解材料的“是什麼”,更能掌握其“為什麼”和“如何做”。全書共分為七個核心部分,涵蓋瞭從基本結構理論到具體工程應用的廣闊領域。 --- 第一部分:功能材料的基礎理論與結構 本部分為後續的深入探討奠定堅實的理論基礎。我們首先迴顧晶體結構、電子結構理論在功能材料中的特殊應用,特彆是固態物理中關於能帶理論、有效質量與態密度的概念,這些是理解材料電、磁、光特性的關鍵。 晶體缺陷與非晶態結構: 功能材料的性能往往由其缺陷和非周期性結構所決定。本章深入探討點缺陷(如空位、間隙原子、取代雜質)對電荷輸運和發光效率的影響,並詳細分析薄膜材料中常見的界麵與孿晶界效應。對於玻璃、非晶半導體和金屬玻璃等非晶態材料,我們將討論短程有序與長程無序的量化描述方法,及其在提高材料韌性和耐腐蝕性方麵的作用。 熱力學與相圖: 材料的穩定性和製備過程中的相變至關重要。本章側重於非平衡熱力學在功能材料設計中的應用,包括形核動力學、生長機製(如擴散控製與界麵控製生長),以及利用相圖預測和控製多組分閤金與氧化物體係的微結構演變。 --- 第二部分:電子功能材料的閤成與調控 電子功能材料是信息存儲、處理與傳感技術的核心。本部分將重點介紹高品質電子材料的製備技術及其性能控製策略。 半導體薄膜沉積技術: 詳細解析化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD,包括濺射與蒸發)的反應機理和工藝參數控製。特彆關注原子層沉積(ALD)技術,闡述其在實現亞納米級厚度和高均勻性薄膜方麵的獨特優勢,並結閤實例討論其在高介電常數(High-k)柵氧化物和三維結構集成中的應用。 導電與超導材料: 對於高導電性材料,我們探討瞭摻雜機製對載流子濃度的精確調控。在超導領域,本書側重於高溫超導體(如銅氧化物和鐵基超導材料)的結構-性能關係,並介紹第二類超導體在磁屏蔽和電力傳輸中的潛在應用。 存儲材料: 聚焦於電阻隨機存取存儲器(RRAM)和相變存儲器(PCM)所使用的功能氧化物(如HfOx, TaOx)和硫化物材料。深入分析電導切換機製(如離子遷移、界麵陷阱、絲狀生長)及其可靠性挑戰。 --- 第三部分:光學與光電功能材料 光與物質的相互作用是現代通信、顯示和能源技術的基礎。 發光材料與量子點: 深入討論不同發光機製,如電緻發光(EL)、光緻發光(PL)和陰極射綫發光(CL)。重點分析稀土離子摻雜的無機熒光粉的激發態動力學和能量轉移過程。對於半導體量子點(QDs),詳述尺寸量子限域效應如何精確調控其發射波長,並探討QDs在增強型顯示技術中的商業化挑戰,如錶麵鈍化和聚集誘導猝滅(ACQ)的抑製。 光伏材料: 從基礎的肖剋利-奎伊瑟(Shockley-Queisser)極限齣發,係統分析薄膜太陽能電池(如CIGS, CdTe)中的載流子分離與復閤機製。本書投入大量篇幅討論新興的光吸收材料,特彆是鈣鈦礦半導體材料,闡述其優異的光吸收係數、載流子遷移率,以及麵臨的長期穩定性和毒性問題。 非綫性光學材料: 介紹晶體對稱性與二階/三階非綫性光學效應(如倍頻、自相位調製)之間的關係,並分析用於光通信和激光技術的特定晶體結構。 --- 第四部分:磁性與多鐵性材料 磁性材料是數據存儲和新一代自鏇電子學器件的核心。 鐵磁性與反鐵磁性: 闡述朗道-裏弗希默(Landau-Lifshitz)方程在描述磁化過程中的應用。重點分析過渡金屬閤金(如CoFeB)和稀土閤金(如NdFeB)中的磁各嚮異性來源及其對矯頑力的影響。 自鏇電子學基礎: 深入探討巨磁阻效應(GMR)和隧道磁阻效應(TMR),並解析這些效應在磁隧道結(MTJ)和自鏇轉移矩(STT)MRAM中的工作原理。討論如何通過界麵工程和氧化物層調控自鏇注入效率。 多鐵性材料: 介紹同時具有鐵電性和鐵磁性的材料。分析電場與磁場耦閤的機理,並探討這些材料在磁電傳感器、非易失性存儲器中的應用前景,強調應變耦閤機製在增強耦閤強度中的關鍵作用。 --- 第五部分:高性能結構與熱力學材料 功能材料的穩定性是其工程應用的前提。 高溫與耐腐蝕材料: 側重於航空航天和能源領域所需的高熵閤金(HEAs)和陶瓷基復閤材料(CMCs)。探討高熵閤金中固溶強化和穩定化機製,以及 CMC 的斷裂韌化機製(如縴維-基體界麵控製)。 熱電材料: 介紹塞貝剋效應、珀爾帖效應和焦耳熱。重點分析如何通過“Z一個T”乘積的優化來提高材料的能量轉換效率,特彆是通過納米結構工程(如晶界散射聲子)來解耦電輸運性能和熱輸運性能。 --- 第六部分:先進錶徵技術在功能材料中的應用 先進材料的開發離不開精準的結構與性能錶徵。 微觀結構錶徵: 深入探討透射電子顯微鏡(TEM)在原子尺度的成像能力(HRTEM),能量色散X射綫譜(EDS)和電子能量損失譜(EELS)在元素分析和化學態分析中的應用。重點解析同步輻射X射綫衍射(XRD)在殘餘應力分析和精確晶格參數測定中的優勢。 錶麵與界麵分析: 介紹X射綫光電子能譜(XPS)和俄歇電子能譜(AES)如何提供高靈敏度的錶麵化學態信息。討論二次離子質譜(SIMS)在深度剖析和痕量元素檢測中的定量分析方法。 電學與磁學性能測試: 除瞭常規的霍爾效應、四探針法,本書還介紹時間分辨光電導衰減(TRTS)用於評估載流子壽命,以及振動樣品磁力計(VSM)在磁滯迴綫測量中的誤差分析。 --- 第七部分:材料的設計與計算方法 本部分引導讀者理解如何利用計算工具輔助實驗設計。 密度泛函理論(DFT)基礎: 簡要介紹DFT在計算材料電子結構、力學性能和熱力學性質中的核心思想。重點講解如何利用計算結果預測能帶結構、計算缺陷形成能和預測穩定相。 分子動力學模擬(MD): 闡述MD在模擬材料在高溫、高壓下的動態行為和擴散過程中的應用,特彆是對於液態或玻璃態材料的結構弛豫和遷移率預測。 材料信息學與高通量篩選: 概述如何利用機器學習模型(ML)處理和分析大規模材料數據,加速新材料的發現和性能預測,並介紹高通量計算流程的設計。 --- 總結與展望 本書的最終目標是培養讀者運用跨學科知識,從原子尺度理解材料功能、掌握先進閤成技術並解決實際工程問題的能力。材料科學正處於一個指數級發展的時代,對理解和創新下一代功能材料的需求從未如此迫切。希望本書能成為讀者探索這一迷人領域的堅實階梯。

著者信息

圖書目錄

第十四章 液相反應動力學14-1
14-1 液相中的反應速率之特性14-1
14-2 溶液中的離子反應14-3
14-3 溶液中的擴散控製反應14-6
14-4 溶液中的快速反應的實驗方法14-8
14-5 水中的基本反應之速率常數14-12
14-6 二氧化碳之水閤反應14-13
14-7 酸觸媒及鹼觸媒的反應14-15
14-8 酶的觸媒反應14-19
14-9 酶的觸媒反應之抑製14-25
14-10 輔助酶的反應14-27
14-11 逐步成長聚閤反應14-29
14-12 逐步成長聚閤物之莫耳質量的分佈14-32
14-13 分枝及架橋的縮閤聚閤物14-36
14-14 自由基聚閤反應14-37

第十五章 溶液中的不可逆過程15-1
15-1 液體之黏度15-1
15-2 高聚閤物溶液之黏度15-6
15-3 電導性15-10
15-4 當量電導15-13
15-5 電移動度15-17
15-6 氫離子與氫氧基離子之電移動度15-21
15-7 電導度與電移動度間的關係15-22
15-8 擴散15-23
15-9 擴散係數之實驗量測15-25
15-10 擴散與布朗運動間的關係15-28
15-11 球形的巨大分子之擴散15-29
15-12 速度沉降15-30
15-13 平衡超級離心15-33
15-14 電透析15-35
15-15 極限電流密度15-37
15-16 電透析之質量傳送15-42

第十六章 量子論16-1
16-1 電子16-1
16-2 電磁輻射16-4
16-3 電磁光譜16-5
16-4 洞穴輻射16-7
16-5 光電效應16-12
16-6 氫原子之光譜16-13
16-7 Bohr 學說16-15
16-8 輻射線之似粒子性質16-19
16-9 粒子之似波性質16-20
16-10 Heisenberg的不確定性原理16-22
16-11 Schrödinger方程式16-24
16-12 一次元的箱內粒子16-27
16-13 三次元的箱內粒子16-31
16-14 運算子16-34
16-15 固預期值16-38
16-16 調和振動子16-39
16-17 隧道效應16-42
16-18 角動量16-44
16-19 二粒子的剛性轉動體16-48

第十七章 原子構造17-1
17-1 似氫原子之Schrödinger方程式17-1
17-2 似氫原子之固有函數與或然率密度17-7
17-3 似氫原子之軌道角動量17-18
17-4 電子的鏇轉17-21
17-5 攝動法17-26
17-6 變分法17-28
17-7 氦原子17-31
17-8 庖立的排斥原理17-34
17-9 氦之第一激勵狀態17-36
17-10 鋰原子17-37
17-11 Hartree-Fock的自一貫力場法17-38
17-12 週期錶與Aufbau原理17-41
17-13 離子化電位17-49
17-14 電子親和性17-52
17-15 多電子原子之角動量17-53
17-16 原子的光譜項符號17-56

第十八章 分子的電子構造18-1
18-1 二原子的分子之解離能18-1
18-2 Born-Oppenheimer的近似18-4
18-3 氫分子的離子18-6
18-4 氫分子之分子軌道的描述18-14
18-5 氫分子之價鍵的描述18-9
18-6 同種核二原子分子之電子組態18-22
18-7 二原子的分子之分子軌道18-26
18-8 混成軌道18-27
18-9 π鍵18-30
18-10 配位結閤18-32
18-11 鍵半徑18-36
18-12 電陰性18-38
18-13 離子結閤18-39
18-14 氫鍵18-41
18-15 偶極子矩18-43
18-16 介電常數18-44
18-17 極化18-46
18-18 氣態分子之偶極子矩18-47
18-19 凡得瓦力18-49

第十九章 分子光譜19-1
19-1 基礎觀念19-1
19-2 核的運動之Schödinger方程式19-3
19-3 二原子的分子之轉動光譜19-4
19-4 轉動光譜線之強度19-9
19-5 多原子的分子之轉動光譜19-10
19-6 二原子的分子之振動光譜19-15
19-7 二原子的分子之振動−轉動光譜19-22
19-8 多原子的分子之振動光譜19-26
19-9 二原子的分子之電子光譜19-29
19-10 Franck-Condon的原理19-31
19-11 多原子的分子之電子光譜19-34
19-12 自由電子模式19-35
19-13 拉曼光譜19-36
19-14 核的磁共振19-42

第二十章 光化學20-1
20-1 光化學之法則20-1
20-2 光之吸收20-2
20-3 狀態能量圖20-7
20-4 螢光20-11
20-5 磷光20-15
20-6 熄滅20-16
20-7 分子間的過程20-17
20-8 光敏化反應20-18
20-9 化學反應與其量子產率20-21
20-10 閃光光解20-24
20-11 發光20-25
20-12 照相術20-26
20-13 同溫大氣層中的臭氧層20-28
20-14 光閤成20-30
20-15 光電化電池20-32

第二十一章 晶體結構21-1
21-1 結晶固體21-1
21-2 格子點與單位晶格21-2
21-3 晶體內的結閤力21-6
21-4 對稱元素與對稱操作21-9
21-5 晶體中的轉動對稱21-14
21-6 晶體係與晶體格子21-17
21-7 Bravais格子21-22
21-8 晶體的麵與米勒指數21-24
21-9 X-射線繞射法21-27
21-10 立方晶格21-10
21-11 立方晶體的粉末模樣圖21-34
21-12 離子半徑與原子半徑21-36
21-13 球體之最密充填21-39
21-14 球體之體心立方的結構21-43
21-15 中子的繞射21-45
21-16 液體之結構21-46
21-17 液晶21-47

第二十二章 核化學及放射化學22-1
22-1 放射能之發現22-1
22-2 同位素與核種22-4
22-3 放射性的衰變22-5
22-4 α-衰變22-7
22-5 β-衰變22-11
22-6 正電子放射或β+-衰變22-13
22-7 K-電子捕獲22-17
22-8 γ-射線與核異性體的轉移22-18
22-9 內部轉換電子22-20
22-10 天然存在的放射性物質22-21
22-11 人工製造的放射性物質22-26
22-12 原子核22-30
22-13 原子核的質量與結閤能22-34
22-14 核能量麯麵22-41
22-15 原子核的殼構造22-44
22-16 核反應22-45
22-17 核反應之Q值22-46
22-18 核反應的截麵積22-49
22-19 核分裂22-54
22-20 超鈾元素22-57
22-21 核融閤22-59
22-22 放射能之指數的衰變22-61
22-23 放射性生成物之成長22-63
22-24 核反應中的轉換方程式22-69
22-25 放射能之單位22-72
22-26 半衰期的測定22-73
22-27 α粒子及他種的離子與物質的相互作用22-74
22-28 α粒子及他種離子之飛程–能量的關係及比離子化22-78
22-29 電子與物質的相互作用22-83
22-30 β粒子之吸收22-84
22-31 β粒子之飛程–能量的關係22-86
22-32 β粒子之背後散射22-87
22-33 電磁輻射線與物質的相互作用22-87
22-34 光子能量之測定22-90
22-35 中子與物質的相互作用22-93
22-36 放射線之檢測22-96
22-37 放射線化學22-99
22-38 熱原子化學22-103
22-39 放射線之生物體的效應22-107
22-40 同位素的追蹤劑22-108
22-41 同位素的交換反應22-111
22-42 非均勻係的同位素交換反應22-114

附錄八 微分方程式 A-1
附錄九 Planck的洞穴輻射理論式之誘導 A-5
附錄十 Compton效應 A-7
附錄十一 式,m (d^2 x)/(dt^2 )=-kx,之解 A-9
附錄十二 Laplacian 運算子 A-11
附錄十三 核種錶 A-15

圖書序言

  • ISBN:9789865035044
  • 叢書係列:大專化學
  • 規格:平裝 / 608頁 / 19 x 26 x 3.04 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

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用户评价

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翻閱這本書的目錄時,我立刻注意到瞭它在章節分配上的取捨。如果它把大量的篇幅放在標準的波函數求解上,那它可能跟一般大學的「普通物理(近代物理部分)」重疊太多瞭。鑒於它標註的是「物理化學」篇,我更希望看到的是對「分子係統」的專注。比如說,對於分子振動與轉動能階的量子力學描述,是否能提供比普通物理更精細的處理?特別是當涉及到近視界(Near-Vision)的分子光譜分析時,量子力學如何精準地解釋那些微小的能階分裂和選擇定則的背後機製。如果它能深入探討變分法(Variational Method)在估算分子基態能量時的實際操作流程,並搭配實際的化學例子,例如簡單的雙原子分子或Hückel分子軌域理論的量子基礎,那將會是一本極具實用價值的參考書。畢竟,對我們搞化學的人來說,量子力學的終極目的,還是要為解釋化學鍵的本質提供堅實的理論框架。

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這本《物理化學Ⅱ(量子力學篇)》的封麵設計,光是看到那種深邃的藍色背景配上幾個飄忽不定的波函數圖形,就讓人忍不住聯想到大學時期在圖書館熬夜趕報告的場景。我記得那時候,每次翻開這類教科書,心裡總會湧起一股既敬畏又頭痛的複雜情緒。量子力學,這塊硬骨頭,對許多理工科學生來說,簡直就是一座難以逾越的高山。我猜這本書的編排,肯定會從最基礎的薛丁格方程式開始紮實地講起,然後逐步深入到氫原子模型、角動量算符這些讓人生畏的章節。重點是,對於「物理化學」這個領域來說,它如何將純粹的量子力學概念,巧妙地與化學鍵結、分子光譜等實際應用場景結閤起來,纔是真正考驗作者功力的部分。我期待看到的是,作者能用一種不那麼死闆、更貼近物理直覺的方式來解釋那些反直覺的量子現象,畢竟,光是背公式是無法真正理解量子世界的奇妙運作的。希望它能在複雜的數學推導和清晰的物理圖像之間找到一個完美的平衡點,讓讀者在「啊,原來如此!」的豁然開朗中,成功徵服這門學科。

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這本書的裝幀風格看起來相當紮實,這通常暗示著內容的密度也會很高。對於習慣瞭網路資源和視覺化輔助的年輕一代讀者來說,如何讓這樣一本傳統風格的教科書保持吸引力,是個挑戰。我個人認為,優秀的量子化學教材,其「視覺化」不應該是那些花俏的動畫,而是清晰、邏輯嚴密的推導流程圖和對物理圖像的精確描繪。我希望它在處理那些抽象概念時,例如疊加態(Superposition)和測量問題(Measurement Problem),能提供一些與化學實驗或儀器分析相關的類比。例如,用光譜儀的解析度來類比測量的不確定性。如果書中能穿插一些歷史典故或科學傢們在發展這些理論時的心路歷程,或許能讓讀者在麵對艱澀數學公式時,多一份人文關懷,減輕一點理論帶來的疏離感。總之,一本好的書,應該能讓人感受到科學探索的脈動,而不僅僅是一堆靜態的知識點堆疊。

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老實說,我對市麵上許多強調「深入淺齣」的量子力學教材都有點保留。太多時候,為瞭追求所謂的「淺齣」,反而犧牲瞭必要的嚴謹性,讀完之後感覺好像什麼都懂瞭,但真要拿來解題或進行研究,卻發現基礎概念依然是霧裡看花。我希望這本《物理化學Ⅱ(量子力學篇)》能走齣一條更穩健的路線。它必須確保在引入矩陣力學或者微擾理論這些進階工具時,對其背後的數學基礎有足夠的鋪陳,而不是直接拋齣結果讓人望而生畏。更重要的是,在化學應用上,我特別關注它如何處理電子組態的對稱性以及自鏇的引入。這部分往往是區分普通學習者和真正掌握量子化學精髓的關鍵。如果能看到清晰的群論在分子軌域對稱性分析中的應用實例,那就太棒瞭。總之,這本書若想在眾多經典教材中脫穎而齣,就必須在學術深度和教學邏輯上都達到極高的水準,讓讀者不隻是學會「計算」,而是真正理解「為什麼要這樣計算」。

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我對這類專業書籍的另一個關注點,是它對「近似法」的處理程度。在真實的化學係統中,精確求解薛丁格方程幾乎是不可能的,所以近似方法纔是王道。我非常好奇《物理化學Ⅱ(量子力學篇)》在處理像Hartree-Fock方法、密度泛函理論(DFT)這些現代計算化學的基石時,會以何種深度來呈現。這些理論往往是連接理論物理與應用化學的橋樑。如果書中能詳細解釋這些方法的量子力學起源,像是交換能、相關能的處理,並且提供足夠的數學推導來支持這些近似的閤理性,那這本書的價值就遠遠超齣瞭基礎教學的範疇,直接進入瞭研究生的領域。如果它隻是輕輕帶過,點到為止,那麼它可能就隻能停留在「工具書」的層級,缺乏引導讀者進入前沿研究的雄心。一本頂尖的教材,必須能夠引導讀者看到知識的邊界,並鼓勵他們嚮外探索。

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