石墨烯：新型二维碳纳米材料 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈永胜，黄毅 等 著

图书标签:

• 石墨烯
• 二维材料
• 纳米材料
• 碳材料
• 材料科学
• 物理学
• 化学
• 电子学
• 新兴技术
• 纳米技术

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030375384

版次：31

商品编码：11594840

包装：精装

丛书名： 纳米科学与技术

开本：32开

出版时间：2014-12-01

用纸：胶版纸

页数：372

正文语种：中文

内容简介

　　石墨烯是近年来学术界公认的最热门的研究领域之一，对石墨烯的研究带动了新工艺、新方法和新技术等领域的全面发展，并对科学技术和社会发展产生了革命性的影响。《石墨烯：新型二维碳纳米材料》以南开大学纳米科学与技术中心石墨烯研究团队多年的科研成果为基础，汇集了国内外石墨烯领域的较新进展，以专业的视角和通俗易懂的语言，全面系统地对石墨烯研究的重要成果进行了归纳和总结。内容主要包括：石墨烯的发现、结构、性质及表征方法；石墨烯的制备方法；石墨烯在微电子、光电材料、新能源器件、多功能复合材料、生物医用材料及催化、传感等领域的研究和应用等。

前言/序言

好的，这是一份关于《石墨烯：新型二维碳纳米材料》的图书简介，但内容将完全避开石墨烯及其相关研究领域，深入介绍其他几个截然不同但同样引人入胜的科学与技术主题。 --- 书名：超越边界：前沿材料、计算模型与深空探索 内容提要： 本书旨在为跨学科研究人员、高级工程学生以及对未来科技趋势抱有浓厚兴趣的读者提供一份详尽而深入的导览。我们聚焦于当前科学探索的三个关键前沿领域：高熵合金的结构稳定性与宏量制备、量子化学计算的分子动力学模拟，以及系外行星大气光谱分析的最新进展。全书结构严谨，理论阐述与实际应用紧密结合，力求揭示隐藏在复杂系统背后的基本物理原理与工程挑战。 第一部分：结构之谜——高熵合金的相变与性能调控 传统合金设计往往依赖于少量主元和少量微量添加剂的组合，但这种“木桶效应”限制了材料性能的进一步突破。高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）的出现，标志着材料科学进入了一个全新的纪元。它们通过在晶格中均匀分布五种或更多主量元素（摩尔分数通常在 5% 至 35% 之间），实现了极高的混乱度（Entropy），从而带来了前所未有的热力学稳定性和独特的机械性能。 1.1 熵驱动的微观结构演化 本章详细剖析了高熵合金的“高熵效应”如何抑制传统合金中常见的脆性相析出，例如金属间化合物的形成。我们将深入探讨弗氏因子（F-factor）和混合焓（Mixing Enthalpy）在预测单相固溶体形成中的作用。通过电子背散射衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）的实际观测数据，我们展示了在极端温度（从液氦温度到上千摄氏度）下，面心立方（FCC）和体心立方（BCC）高熵晶格的位错运动机制，特别是“迟滞滑移”现象如何赋予这些材料优异的抗疲劳性和抗蠕变性。 1.2 宏量制备的工程化挑战 尽管实验室小批量制备已取得显著进展，但高熵合金的工业化生产仍面临巨大瓶颈。本节着重分析了真空电弧熔炼（VAR）和电子束熔炼（EBM）过程中，由于元素蒸发倾向性差异导致的元素偏析问题。此外，我们对增材制造技术，尤其是激光选区熔化（SLM）中，高熔点元素（如 Ta, W, Mo）的液滴喷溅与未熔合缺陷的控制策略进行了细致的案例研究，并提出了基于过程参数优化（如扫描策略与预热温度）的缺陷抑制模型。 1.3 极端环境下的催化与电化学应用 高熵合金的耐腐蚀性和热稳定性使其成为下一代能源与环境技术的理想候选材料。我们展示了基于 Co-Ni-Fe-Cr-Al 体系的高熵催化剂在甲烷干重整反应（Dry Reforming of Methane, DRM）中的性能，特别关注表面富集活性位点（如镍或钴簇）的形成机理。在燃料电池领域，我们讨论了如何通过精确调控高熵催化剂的电子结构，来降低氧还原反应（ORR）的过电位，从而超越贵金属催化剂的性能极限。 --- 第二部分：计算的精度——量子化学与分子动力学的耦合模拟 现代科学的进步越来越依赖于精确的计算预测能力。本部分聚焦于如何利用第一性原理计算（如密度泛函理论，DFT）与经典分子动力学（MD）的优势互补，来模拟复杂系统的动态行为，尤其是在材料界面和生物分子折叠过程中。 2.1 从薛定谔方程到有效势能面 我们首先回顾了 DFT 计算的理论基础，特别是不同泛函（如 GGA, meta-GGA, Hybrid functionals）在处理金属键、共价键和范德华力时的精度差异。关键在于如何构建适用于大规模系统的、经过充分验证的有效原子间势函数（Effective Potentials）。本章详细介绍了嵌入式原子法（Embedded Atom Method, EAM）和火花近邻分析（Sparse Neighbor Analysis, SNA），它们是连接量子精度和经典速度的桥梁。 2.2 复杂分子体系的构象采样 在模拟蛋白质折叠或聚合物溶解等过程中，系统自由能面（Free Energy Surface, FES）极其复杂，传统的蒙特卡洛或标准分子动力学难以有效采样到低能构象。我们引入了先进的采样技术，如元动力学（Metadynamics）和重加权直方图方法（WHAM）。通过一个具体的软物质案例——聚电解质刷在盐溶液中的刷状/球状相变，我们演示了如何利用这些方法，以远低于常规 MD 模拟的计算成本，准确识别出关键的反应坐标（Reaction Coordinates），并计算出相变的精确吉布斯自由能。 2.3 机器学习在势能面构建中的应用 近年来，机器学习（ML）方法极大地拓宽了分子模拟的尺度和时间范围。本节着重介绍原子神经网络（Atomic Neural Networks, ANNs）的构建流程，它依赖于高精度的 DFT 数据集来学习原子环境的特征描述符（如 SOAP 或 ACE 描述符）。我们展示了一个案例，如何利用训练好的 ML 势能，将需要数周 DFT 计算才能获得的体系，在数小时内通过 MD 模拟，完成皮秒量级的动力学演化，从而实现对化学反应过渡态的快速筛选。 --- 第三部分：宇宙的远方——系外行星大气光谱与生命信号的搜寻 天体物理学的焦点正从行星的发现转向对其宜居性的深入表征。本部分聚焦于詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）等新一代观测设施所采集到的数据，以及分析这些数据所需的先进光谱反演技术。 3.1 传输光谱与信噪比的优化 当一颗系外行星凌日（Transit）时，其大气对恒星光的吸收会产生可测量的“传输光谱”。本章详细解析了一维（1D）和三维（3D）大气模型的构建。我们重点讨论了如何处理来自目标恒星本身的星斑效应（Stellar Spot Effect）对微弱行星信号的污染，并介绍了利用高分辨率光谱仪（如 NIRSpec/NIRISS）数据，通过波长解耦技术（Wavelength Decoupling）来分离行星信号和恒星活动信号的算法。 3.2 大气成分的反演：从吸收线到化学平衡 光谱分析的核心任务是从吸收特征中提取大气化学组分。我们深入探讨了水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）等关键分子在不同温度压力（T-P）廓线下的吸收谱线数据库（如 HITRAN 或 ExoMol）。反演过程并非简单的曲线拟合，而是涉及复杂的贝叶斯反演框架。我们展示了如何通过MCMC（马尔可夫链蒙特卡洛）方法，来量化每个化学组分丰度的不确定性范围，并探讨了在缺乏高精度先验知识时，如何避免局部最优解。 3.3 生物信号（Biosignature）的确认与假阳性规避 寻找生命活动的迹象是系外行星研究的终极目标。本章重点讨论了目前最有潜力的生物标志物，如氧气（O2）、臭氧（O3）和磷化氢（PH3）。然而，非生物过程（如光化学反应或火山活动）同样可以产生这些气体。我们通过模拟类地行星和类海王星行星的光化学动力学模型，展示了高丰度氧气与高丰度甲烷共存的“失衡状态”如何更强有力地指向生物活动。最后，我们强调了在确认生物信号时，必须排除所有已知的地质和大气过程造成的假阳性（False Positives）的可能性，这要求对行星的能量收支和大气逃逸机制有全面的理解。 --- 全书通过这三个独立但相互关联的领域——结构材料、计算模拟与空间观测——构建了一个多尺度的科学视野，激励读者以更具批判性和跨学科的视角，迎接下一轮技术革命的挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常吸引人，深邃的黑色背景上，是几片错落有致、晶莹剔透的石墨烯薄片，仿佛在黑暗中闪耀着神秘的光芒。我当时就被它深深吸引了，迫不及待地想知道这个“新型二维碳纳米材料”究竟有什么特别之处。虽然我并非科班出身，对材料科学的了解也仅限于皮毛，但封面上呈现出的科技感和未来感，让我对探索未知产生了强烈的渴望。我想，这本书一定能以一种易于理解的方式，将石墨烯的奇妙世界展现在我面前。我期待它能像一位引路人，带我领略纳米世界的宏观与微观，了解它的基本结构、独特的性质，以及它在各个领域的无限可能。书中是否会描绘出石墨烯从实验室走向现实应用的激动人心的旅程？它是否会像爱因斯坦的相对论一样，彻底改变我们对物质世界的认知？这些都是我心中萦绕的疑问，也正是这本书最让我期待的地方。我希望能在这本书中，不仅获得知识，更能激发出对科学探索的无限热情。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开这本书，首先映入眼帘的是清晰流畅的排版和图文并茂的展示方式。这让我这个对复杂科学概念有些畏惧的读者感到非常安心。我尤其欣赏书中那些精美的示意图，它们将抽象的原子排列和电子云分布形象地描绘出来，让原本枯燥的理论变得生动有趣。我想，作者一定花费了大量心血去设计这些图解，力求将最前沿的科学知识用最直观的方式呈现给读者。我期待书中能够深入浅出地解释石墨烯的各项性能，比如它的超高导电性和导热性，以及惊人的力学强度。我很好奇，这些看似矛盾的特性是如何在同一个材料中完美融合的？书中是否会详细介绍科学家们是如何发现和制备石墨烯的？那个诺贝尔奖的故事是否也会被提及？我希望这本书不仅能解答我的疑问，更能让我感受到科学研究的严谨与创新，以及科学家们锲而不舍的精神。

评分☆☆☆☆☆

这部作品的书脊设计朴实无华，但却传递出一种沉稳而专业的质感。我猜测，这本书的内容会非常扎实，注重科学原理的深入剖析。我期待它能从最基础的物理和化学原理出发，一步步构建起对石墨烯的理解。或许书中会详细介绍不同制备石墨烯的方法，并分析它们各自的优缺点，这对我了解这项技术的成熟度和应用前景至关重要。我很好奇，石墨烯的宏观性质是如何由其微观结构决定的？是否存在某种“神奇的公式”能够解释这一切？我希望这本书能够提供一个严谨的理论框架，让我能够更深入地思考石墨烯的本质。同时，我也希望书中能够探讨石墨烯在未来可能面临的技术挑战和发展瓶颈，以及科学家们正在为此付出的努力，这能让我对这项技术的未来发展有更全面的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的纸张触感极佳，翻阅时沙沙作响，带着一种古朴的仪式感。我喜欢这种能够沉浸其中的阅读体验。我猜想，这本书的内容会非常详实，可能包含大量的实验数据和理论推导，足以让真正对石墨烯有深入研究兴趣的读者大呼过瘾。我特别期待书中能够详细介绍石墨烯在各个领域的具体应用案例，例如在电子产品、新能源、生物医学等方面的突破性进展。书中是否会呈现一些令人惊叹的科技产品原型，或者描绘出石墨烯在未来生活中扮演的重要角色？我希望这本书能让我感受到科学技术改变世界的强大力量，激发我对未来科技发展的无限遐想。同时，我也希望它能提供一些关于石墨烯产业化前景的分析，让我对这项技术的商业价值有一个初步的了解。

评分☆☆☆☆☆

这部作品的定价可能相对较高，这往往暗示着其内容的深度和价值。我期望这本书能够是一部权威的参考资料，为对石墨烯有专业需求的读者提供全面的信息。或许书中会包含对不同研究团队的研究成果的梳理和比较，以及对未来研究方向的展望。我很好奇，石墨烯是否存在一些不为人知的缺点或局限性？科学家们是如何克服这些挑战的？书中是否会探讨石墨烯在环境影响或伦理道德方面可能引发的讨论？我希望这本书能够提供一个全面而客观的视角，让我能够更全面地认识石墨烯，而不是仅仅看到它光鲜亮丽的一面。我希望这本书能够引发我更深层次的思考，甚至在我个人的学术或职业道路上产生积极的影响。

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书还挺不错的，专业性很强，讲解清晰