具體描述
內容簡介
《固體界麵物理化學原理及應用》結閤作者多年教學和科研實踐，從固體界麵物理化學原理齣發，針對當今科技發展和研究的熱點問題對固體錶麵、界麵的實際應用進行介紹。書中介紹瞭固體錶麵熱力學基本知識、形核與生長及生長界麵動力學，並對晶體缺陷、錶麵結構及錶麵態、錶麵層結構及其幾何特性、物理化學性質以及固體錶麵催化等也進行瞭闡述，同時在各章節中穿插介紹瞭當前固體錶麵科學原理在實際中的應用，如微弧氧化、層接層、溶膠凝膠等膜層製備方法及膜層的性能和應用等，最後介紹瞭典型的固體錶麵的研究方法。《固體界麵物理化學原理及應用》可作為化學、化工、材料等與界麵科學相關學科的研究生及大學高年級本科生教材，也可作為有關科研人員的參考書。
目錄
第1章 固體錶麵熱力學1．1 固體錶麵熱力學基礎
1．2 固體錶麵的潤濕熱力學
1．3 固體錶麵能的估算及其測量
第2章 晶核生長及電結晶動力學分析
2．1 界麵形核及生長動力學
2．2 一般鹽溶液中自發結晶動力學
2．3 電結晶的動力學分析
2．4 固-液界麵動電現象
第3章 核殼結構與薄膜生長界麵
3．1 核殼結構生長調控
3．2 薄膜形核與生長
第4章 晶體的缺陷與錶麵結構
4．1 晶體缺陷
4．2 晶體錶麵結構和本徵錶麵態
4．3 氣體化學吸附與非本徵錶麵態
4．4 低維晶體復閤材料的界麵結構實例
第5章 錶麵層的結構性質與應用
5．1 固體錶麵與錶麵層
5．2 錶層及結構模型
5．3 塗層結構及類型
5．4 錶麵層性質
5．5 錶麵層性能
5．6 錶麵層的性能研究實例——鈦閤金微弧氧化膜層的性能
第6章 固體錶麵催化
6．1 固體催化劑的錶麵結構與活性
6．2 多相催化錶麵區的傳質與反應曆程
6．3 固定化光催化劑及應用
第7章 固體錶麵研究方法及應用實例
7．1 錶麵形貌測試方法
7．2 錶麵原子狀態分析技術
7．3 錶麵相組成分析
參考文獻
名詞索引
前言/序言
在人們目前所認識的自然界中，按物質的聚集狀態（即固、液、氣三種相態），不同相態物質間構成的界麵可分為五類：固-氣（S-g）、固-液（S-L）、固-固（S1-S2）、液-液（L1-L2）和液-氣（L-g）。一般將含有氣相所構成的兩相界麵稱為錶麵（嚴格講物質相對於真空纔是錶麵），即S-g、L-g兩類錶麵。界麵問題其學科交叉性突齣的特點導緻齣現瞭不同的界麵科學類相關術語或名稱，許多文獻中也常常把兩個不同體相間的界麵稱為錶麵，正是由於習慣的原因，人們不嚴格區分錶麵和界麵的含義，錶麵現象和界麵現象為同一內涵的術語也被大傢接受瞭。固體界麵在自然界中存在的普遍性決定瞭其應用的廣泛性：如化學電源行業中常見的是利用電極與溶液的固-液界麵將化學能直接轉變為電能；錶麵處理行業，化學熱處理中一般通過固-氣界麵的物理化學變化實現錶麵改性；利用固-固界麵上的鍵閤作用來製備錶麵層及復閤材料等。“界麵物理化學”則是研究物質在多相體係中界麵的特徵和界麵上發生的物理與化學過程及其規律的科學。隨著時代的進步，近代科學實驗已充分證明，一般材料錶麵與體相成分有時存在很大差異。如把金屬錶麵磨光，在空氣介質中新鮮錶麵一旦露齣，由於其錶麵活性很高，會很快與環境介質作用，發生吸附、氧化等作用，從而造成錶麵與體相的性質差異。即使在真空中金屬錶麵也會有變化，由於金屬晶體垂直錶麵方嚮上三維平移對稱性被破壞，在錶麵附近的電子波函數不同於體相內相應處的電子波函數，即形成瞭新的電子態，錶麵原子發生弛豫重構等重排現象或形成缺陷，使得界麵區域和體相之間仍有較大差異。從原子、分子水平認識和理解錶、界麵的結構和物理化學過程，是當前化學、化工與材料、信息、環境、生命、能源等學科的前沿問題，其豐富的研究成果促進瞭界麵物理化學日臻完善，推動瞭各學科和相關行業的發展。
本書在選材上兼顧教學、科研和實際工作的需要，結閤作者多年的教學和科研實踐，從固體界麵物理化學原理齣發，針對當今科技發展和研究的熱點問題對固體錶麵、界麵的實際應用進行介紹。本書首先介紹固體錶麵熱力學基本知識、形核與生長及生長界麵動力學，並從不同角度介紹固體錶麵的結構及其物理化學性質、特性，使讀者可以較為全麵地認識固體錶、界麵。書中基本知識和基本規律的介紹均與實例相結閤，這有助於啓發讀者的科研思路、建立界麵觀點；另外，對固體錶、界麵現象，如錶麵催化、固體錶麵層的結構性質、固／液界麵電化學有關規律等也進行瞭闡述，並在此基礎上，介紹瞭當前固體錶麵的實際應用，如光催化技術、等離子體液相電解沉積技術（微弧氧化）等，最後介紹瞭固體錶麵的研究方法。
本書從多學科交叉的角度，全麵闡述瞭固體界麵物理化學規律及其應用，以滿足各不同學科讀者的需求。另外，引入瞭作者的相關科研成果，體現瞭時代特色，更有助於讀者對基本原理的理解以及對學術前沿和熱點的掌握。
全書共分7章，其中第1章由薑兆華撰寫，第2、3章由王誌江撰寫，第4章由姚忠平和李春香撰寫，第5章由姚忠平撰寫，第6章由李春香撰寫，第7章由張丹撰寫，最後由薑兆華、姚忠平統一定稿。
編書如蓋樓，設計風格因人而異，代錶具體內容的一磚一瓦多為他（她）人之結晶，其磚瓦如何堆砌略顯編者之拙見，書中難免有不妥之處，敬請讀者指正。
用戶評價
我是一名從事錶麵科學研究的博士後研究員，我的研究領域涉及金屬納米顆粒的催化性能和錶麵修飾。在我的日常工作中，我經常需要閱讀大量的文獻，瞭解固體界麵的最新研究進展。這本《固體界麵物理化學原理及應用》的齣現，對我來說，是一個梳理和鞏固現有知識體係的絕佳機會。我希望書中能涵蓋一些更具前沿性的內容，比如錶麵相變、錶麵重構、錶麵缺陷的電子結構，以及它們如何影響催化反應的活性和選擇性。我也對書中關於新型錶徵技術的介紹非常感興趣，例如掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）、X射綫光電子能譜（XPS）等，希望它們能對這些技術的原理、數據解析以及在固體界麵研究中的應用進行詳細闡述。對於“應用”部分，我更是充滿期待，希望它能深入探討固體界麵在催化、能源、環境等領域的前沿應用，例如如何設計多相催化劑以提高原子經濟性，如何利用界麵工程來開發高效的太陽能電池，或者如何通過錶麵改性來降低汙染物在材料錶麵的吸附。如果書中能包含一些關於界麵穩定性和失效機製的討論，那將對我的研究工作有更直接的幫助，讓我能更好地理解材料在實際應用中的長期錶現。
評分我是一名化學專業的本科生，最近在準備考研，所以一直在找一些能夠幫助我深入理解專業知識的書籍。在瀏覽瞭不少網站和書店後，我偶然發現瞭這本《固體界麵物理化學原理及應用》。我對固體界麵這個領域一直很感興趣，它在催化、材料科學、能源存儲等諸多領域都扮演著至關重要的角色，但又不像宏觀化學那樣直觀，需要更深入的理論指導。這本書的名字聽起來就非常紮實，理論性應該很強，而且“應用”二字也錶明它並非是純粹的理論堆砌，而是與實際問題緊密相連。我特彆期待它能幫我構建起一個完整的知識框架，讓我能夠從微觀的物理化學原理齣發，去理解宏觀的界麵現象，並最終能將這些原理應用到解決實際的科學問題上。我希望這本書能夠詳細地闡述各種固體界麵的形成機製、能量特性、以及在不同環境下的行為規律。例如，關於錶麵能、錶麵張力、吸附理論（如Langmuir吸附、BET吸附）這些基礎概念，我希望書中能有清晰的解釋和深入的推導，不僅僅是給齣公式，更要說明公式背後的物理意義。同時，我也希望能學習到如何利用光譜學、顯微學等錶徵技術來研究固體界麵，理解這些技術的原理以及它們如何揭示界麵的結構和性質。這本書的齣現，無疑為我提供瞭一個絕佳的學習機會，讓我能夠更係統、更深入地探索固體界麵這一迷人的科學領域，為我未來的學術研究打下堅實的基礎。
評分我是一名退休的化學工程師，擁有多年的化工生産和研發經驗。雖然我已經離開瞭工作崗位，但對化學科學的熱情絲毫未減，我喜歡閱讀一些能夠拓寬我視野、加深我理解的專業書籍。這本《固體界麵物理化學原理及應用》的書名吸引瞭我，因為在我的職業生涯中，許多工藝的成功與失敗都與固體界麵的性質息息相關，比如催化劑的活性、吸附劑的選擇性、固-液分離的效率等等。我非常好奇這本書是如何從物理化學的視角來解釋這些現象的。我希望書中能詳細地介紹一些經典的界麵現象，例如毛細現象、潤濕性、錶麵活化等，並給齣它們背後的深刻原理。同時，我也希望能學習到一些關於固-氣、固-液、固-固界麵相互作用的理論模型，比如錶麵擴散、晶界遷移、相界麵的形成能等等。這些理論知識可以幫助我更好地理解過去工作中遇到的一些看似復雜的工程問題。我更希望這本書能包含一些實際的應用案例，比如在化工過程中，如何通過調控固體界麵來提高反應速率、降低能耗、或者改善産品質量。如果書中能聯係一些實際的工業生産過程，比如催化劑的設計與失效、吸附劑的再生與壽命、結晶過程的控製等，那將對我來說是一筆寶貴的財富，能讓我將理論知識與實踐經驗相結閤，獲得更深的感悟。
評分我是一名大學化學係教師，在教授本科生和研究生課程時，經常需要引入固體界麵相關的概念。這本《固體界麵物理化學原理及應用》的齣現，為我提供瞭一個非常好的參考書和教學輔助材料。我希望書中能夠係統、全麵地介紹固體界麵物理化學的基礎理論，包括錶麵張力、吸附、界麵擴散、晶體生長等。同時，我也期望書中能提供一些清晰的圖示和生動的例子，幫助學生理解抽象的理論概念。在“應用”方麵，我希望它能涵蓋不同學科領域的交叉應用，例如在材料科學中如何利用界麵工程來調控材料性能，在催化領域如何通過設計界麵來提高催化效率，以及在環境科學中如何利用固體界麵來吸附和降解汙染物。我尤其看重書中是否能提供一些實驗設計和數據分析的思路，讓學生能夠將理論知識與實驗實踐相結閤。如果書中還能包含一些關於最新研究進展的介紹，並提供相關的文獻引用，那將更有助於我保持教學內容的先進性，並引導學生進行更深入的學術探索。
評分我是一名對物理化學抱有濃厚興趣的自學者，雖然沒有專業的學術背景，但我熱愛鑽研科學知識。這本《固體界麵物理化學原理及應用》的書名聽起來非常吸引人，它似乎能解答我在許多日常觀察中遇到的與“界麵”相關的問題，比如為什麼肥皂水可以清洗油汙，為什麼有些材料容易生銹，為什麼水滴在荷葉上會滾落等等。我希望這本書能用通俗易懂的語言，將復雜的物理化學原理解釋清楚，讓我能夠理解這些現象背後的科學道理。例如，我希望書中能介紹錶麵活性劑的工作原理，解釋它們是如何降低錶麵張力，從而實現乳化和清潔功能的。我也想瞭解金屬錶麵的氧化過程，以及如何通過改變界麵的性質來減緩腐蝕。對於“應用”部分，我希望它能與我的生活經驗聯係起來，例如在傢庭清潔、食品加工、甚至是一些簡單的科學實驗中，固體界麵原理是如何發揮作用的。如果書中能提供一些簡單易行的傢庭小實驗，讓我能夠親身體驗和驗證書中的原理，那將是非常棒的學習體驗，能讓枯燥的理論知識變得生動有趣，並加深我的理解。
評分我是一名在讀博士生，研究方嚮是電化學能源存儲，特彆是鋰離子電池和下一代電池技術。在我的研究中，電極/電解質界麵是決定電池性能和壽命的關鍵因素之一。界麵阻抗、界麵副反應、固態電解質界麵的穩定性等問題，都是我們麵臨的巨大挑戰。我一直在尋找一本能夠係統性地梳理固體界麵在電化學體係中行為的書籍，而《固體界麵物理化學原理及應用》似乎正是我苦苦尋找的那一本。我希望書中能夠深入探討電化學界麵的一些特殊性，例如固-液界麵的雙電層結構、電荷轉移過程、電解質在電極錶麵的吸附與解吸、SEI（固體電解質界麵膜）的形成機製及其演變過程。我非常期待書中能有關於不同電解質（如液態電解質、聚閤物電解質、固體電解質）與不同電極材料（如金屬氧化物、硫化物、碳材料）界麵相互作用的詳細討論。理解這些界麵現象背後的物理化學原理，是開發高性能、高安全性能電池的基石。我希望書中不僅能介紹已有的理論模型，更能對一些前沿的研究方嚮進行展望，比如如何通過界麵工程來抑製枝晶生長、提高離子傳輸效率、延長循環壽命等。我對書中“應用”部分尤為關注，希望能看到它如何將基礎原理應用於解決實際的電池技術難題，例如如何通過界麵改性來提升電池的能量密度和功率密度，或者如何通過界麵設計來提高電池的循環穩定性和安全性。
評分我是一名在互聯網行業工作的技術人員，雖然我的工作與化學不直接相關，但我一直對物質的微觀世界充滿好奇。我喜歡通過閱讀來拓展自己的知識麵，尤其對那些能夠解釋世界運行規律的科學書籍情有獨鍾。這本《固體界麵物理化學原理及應用》的書名，讓我聯想到很多與“接觸”和“結閤”相關的概念，這在我的工作和生活中也經常遇到。我希望這本書能夠用一種清晰、邏輯性強的方式，介紹固體界麵形成的基本原理，例如原子或分子之間的相互作用力，以及這些作用力如何導緻界麵的形成和穩定。我也想瞭解不同固體界麵的分類，比如晶體界麵、非晶界麵，以及它們在性質上的差異。關於“應用”部分，我期待它能提供一些與我們日常生活息息相關的例子，比如在材料的粘閤、塗層、以及各種産品的錶麵處理技術中，固體界麵原理是如何被應用的。如果書中能解釋一些常見的材料失效機製，例如疲勞、磨損、以及它們與界麵性質的關係，那將對我理解工程設計中的一些挑戰非常有幫助。我希望通過閱讀這本書，能夠對物質世界的微觀互動有一個更深刻的認識，並從中獲得一些啓發。
評分我是一名在讀研究生，對納米材料的閤成與應用非常感興趣。在我的研究中，納米顆粒的錶麵性質以及它們之間的界麵相互作用起著至關重要的作用。這本《固體界麵物理化學原理及應用》的書名，讓我覺得它能夠係統地解答我在納米尺度上遇到的很多界麵問題。我特彆期待書中能夠詳細介紹納米材料的錶麵能量、錶麵形貌與尺寸效應之間的關係，以及這些因素如何影響納米材料的溶解度、催化活性和分散穩定性。我也希望書中能探討不同納米顆粒之間的相互作用，例如範德華力、靜電斥力、以及它們如何影響納米顆粒的聚集行為和自組裝過程。對於“應用”部分，我充滿瞭好奇。我希望它能展示固體界麵原理如何在納米藥物遞送、納米傳感器、納米催化劑的設計與製備中發揮作用。如果書中能提供一些關於如何通過調控納米材料的界麵性質來優化其應用性能的實例，那將對我未來的科研方嚮具有重要的啓發意義。我希望能通過閱讀這本書，建立起對納米材料界麵行為的深刻理解，並將其應用於我的具體研究中，從而設計齣更具創新性和實用性的納米材料。
評分作為一名本科高年級學生，我對化學中的“界麵”這個概念一直感到有些模糊，它不像酸堿、氧化還原那樣有明確的定義和反應過程。但是，在學習瞭熱力學、動力學以及材料科學的一些基礎知識後，我逐漸意識到界麵在許多化學現象中扮演著核心角色。這本《固體界麵物理化學原理及應用》的齣現，無疑為我提供瞭一個係統學習這個領域的絕佳機會。我非常期待它能從最基礎的物理化學原理齣發，為我構建起對固體界麵的清晰認知。例如，我希望書中能深入講解錶麵能的起源，如何測量錶麵能，以及錶麵能如何影響材料的穩定性、形貌和反應活性。我也想瞭解不同類型的固體錶麵，比如光滑錶麵、粗糙錶麵、缺陷錶麵，它們在物理化學性質上有什麼區彆，以及這些區彆如何影響吸附、催化等過程。此外，我希望書中能介紹一些關於界麵生長的理論，例如Ostwald熟化、Volmer-Weber生長模式、Frank-van der Merwe生長模式等，這些理論對於理解薄膜的製備和納米材料的生長非常有幫助。我尤其關注書中的“應用”部分，希望它能提供一些具體的實例，比如如何在催化劑設計中利用界麵效應來提高催化活性，或者如何通過調控界麵來製備具有特定功能的納米材料。這本書將是我深入理解化學世界中一個重要維度——固體界麵的重要指引。
評分作為一名材料科學的研究生，我一直緻力於新型功能材料的研發，而固體界麵的精確調控是實現材料性能提升的關鍵。在我的日常工作中，經常會遇到各種各樣的界麵問題，比如薄膜的生長、顆粒的團聚、不同相之間的結閤等等。這些問題往往根源於界麵處的物理化學行為。我之前閱讀過一些關於材料科學的綜述文章，裏麵經常會提及一些關於固體界麵的理論，但總是感覺碎片化，缺乏係統性。這本《固體界麵物理化學原理及應用》恰好填補瞭我的這一空白。我非常看重它在“原理”上的深入探討，希望能涵蓋諸如晶體生長動力學、相變原理、錶麵擴散、缺陷的形成與遷移等核心內容。同時，我也期望書中能介紹一些先進的計算模擬方法，例如第一性原理計算、分子動力學模擬等，它們在預測和設計固體界麵性質方麵起著越來越重要的作用。瞭解這些計算工具和方法，對於我進行理論設計和實驗指導將大有裨益。此外，書中的“應用”部分，我更是充滿期待。我希望它能涵蓋電子材料、能源材料（如電池、催化劑）、生物醫用材料等多個領域，通過具體的案例分析，展示固體界麵物理化學原理是如何指導材料的創新和性能優化的。如果書中能詳細介紹一些成功的應用案例，並分析其背後的科學原理，那將對我的科研工作具有極強的啓發意義。
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