納米材料熱傳導 段文暉,張剛 科學齣版社有限責任公司 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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段文暉，張剛 著

圖書標籤:

• 納米材料
• 熱傳導
• 材料科學
• 物理學
• 傳熱學
• 段文暉
• 張剛
• 科學齣版社
• 納米技術
• 熱物理性質

店鋪： 南源圖書專營店

齣版社： 科學齣版社有限責任公司

ISBN：9787030511379

商品編碼：26694416147

包裝：平裝

齣版時間：2018-03-01

圖書基本信息
圖書名稱	納米材料熱傳導	作者	段文暉,張剛
定價	158.00元	齣版社	科學齣版社有限責任公司
ISBN	9787030511379	齣版日期	2018-03-01
字數		頁碼
版次	31	裝幀	平裝
開本	128開	商品重量	0.4Kg

內容簡介

隨著以量子力學為核心的當代物理學的發展，人們對客觀世界的認識不斷深入，這極大地推動瞭科學技術的發展。近年來，基於實驗技術的提高，人們已經可以構築並直接測量一些新型的納米體係。在實際應用中，納米器件將産生相當多熱量，如何將這些熱量傳導齣去已成為納米電子學中的重要課題。對於半導體材料，聲子是熱能傳輸的主要載體。聲子是晶格振動産生的準粒子，其在低維體係中的輸運行為與宏觀體係有著很大的區彆，錶現齣很多新奇的物理現象。本書針對這一熱點問題，以熱傳導為主綫，係統介紹一維、二維納米材料的熱傳導性質，並詳細闡述常用的理論、計算及實驗研究方法。本書涵蓋的內容包括：一維材料熱傳導、二維材料熱傳導、分子動力學、非平衡格林函數、玻爾茲曼輸運方程、散射矩陣等常用的理論研究方法，以及相關的實驗研究方法。此外，還介紹瞭新型聲子器件的理論與應用。

作者簡介

目錄

編輯推薦

文摘

序言

凝聚態物理前沿探索：電子與聲子輸運理論及應用 導讀： 本書聚焦於凝聚態物理學中至關重要的能量和動量輸運現象，係統闡述瞭電子和聲子在晶體及非晶材料中的輸運理論模型、實驗錶徵方法及其在能源、熱電、光電子器件等前沿領域的具體應用。全書內容立足於第一性原理計算、密度泛函理論（DFT）框架下的能帶結構分析，深入探討瞭載流子散射機製的微觀本質，旨在為材料科學研究者、物理學專業學生及工程技術人員提供一套全麵且深入的理論工具箱和實踐指導。 --- 第一部分：熱力學基礎與輸運的微觀圖像 本書伊始，首先迴顧瞭統計物理和固體物理學的基本概念，為後續的復雜輸運理論奠定堅實的理論基礎。 第一章：晶體結構、晶格振動與能帶理論迴顧 本章詳細梳理瞭布拉維點陣、倒易空間的概念，重點闡述瞭晶格動力學的基礎——聲子的引入。通過牛頓運動方程和周期性邊界條件，推導瞭色散關係（Dispersion Relation）的計算方法，包括對長波極限（聲學支與光學支）的分析。隨後，章節轉嚮電子的描述，復習瞭緊束縛近似（Tight-Binding Method）和晶體場理論，詳細介紹瞭如何利用薛定諤方程和周期性勢場構建電子的能帶結構。特彆是，對布洛赫定理的物理意義及其在電子輸運中的核心作用進行瞭深入剖析。 第二章：玻爾茲曼輸運方程（BTE）的構建與應用前提 本章將理論的焦點集中於玻爾茲曼輸運方程（Boltzmann Transport Equation, BTE）。BTE被視為描述偏離平衡態下粒子分布函數演化的核心方程。我們將詳細推導BTE，並重點討論其適用條件，即介觀尺度和長弛豫時間假設。 弛豫時間近似（Relaxation Time Approximation, RTA）： 這是求解BTE最常用的方法。本節將精確定義弛豫時間 $ au$，並討論它如何與散射率相關聯。 散射項的微觀起源： 詳細分析瞭引起分布函數偏離的各種散射過程，包括電子-聲子散射（聲學和光學聲子）、電子-電子散射（庫侖相互作用）以及缺陷和雜質散射。對每種散射過程，均采用費米黃金定則（Fermi's Golden Rule）進行定量描述。 平均自由程與壽命： 通過計算電子和聲子的平均自由程 $lambda = v_g au$，直觀地展示瞭材料微觀結構對宏觀輸運性質的影響。 --- 第二部分：電子輸運理論的深化與計算方法 本部分聚焦於電子在材料中的運動特性，特彆是電導率、霍爾效應等電學性質的理論建模。 第三章：電導率與遷移率的計算 本章基於BTE的RTA解，推導齣電導率 $sigma$ 的一般錶達式。重點討論瞭如何利用電子的有效質量張量（Effective Mass Tensor）來描述各嚮異性導電性。 各嚮異性與晶帶結構： 以矽（Si）和石墨烯（Graphene）為例，展示瞭在高對稱性晶體中，電子能帶的麯率如何直接決定瞭有效質量，並進而影響遷移率。 玻爾茲曼方程的半經典求解： 詳細展示瞭在恒定電場作用下，如何通過迭代法或解析法求解穩態下的分布函數，並計算齣電流密度。 第四章：量子輸運模型與量子霍爾效應 麵對納米尺度下的量子效應，本章引入瞭更先進的量子輸運理論。 Landauer-Büttiker 公式： 闡述瞭如何利用散射矩陣（S-matrix）描述界麵和納米結構中的電荷傳輸，這對於理解量子點、量子阱中的輸運至關重要。 自洽計算方法： 引入瞭第一性原理計算（DFT/HSE06）與BTE相結閤的“Boltztrap”類方法。詳細介紹瞭如何從實空間和倒易空間的數據中提取齣散射率和輸運係數，實現從原子結構到宏觀電導率的精確預測。 --- 第三部分：聲子輸運與熱導率分析 本部分轉嚮熱量載流子——聲子，這是理解非金屬材料熱導率的關鍵。 第五章：晶格熱導率的理論框架 本章深入分析瞭熱量如何通過晶格振動在材料中傳播，並推導瞭晶格熱導率 $kappa_L$ 的玻爾茲曼形式。 聲子散射機製的競爭： 詳細區分瞭三種主要的聲子-聲子散射過程：三聲子（Umklapp & Normal）過程和四聲子過程。重點分析瞭在不同溫度下（如低溫的剋希勒極限和高溫的德拜極限）主導的散射機製。 計算聲子輸運係數： 探討瞭如何利用有限差分法（Finite Difference Method）或擬諧波近似（Quasi-Harmonic Approximation）計算聲子頻率、群速度和聲子態密度（Phonon Density of States, PDOS）。 第六章：缺陷、無序與熱阻抗 本章探討瞭晶體缺陷、晶界和材料無序對熱輸運的強力抑製作用，這對於熱電材料的性能優化至關重要。 Mass-Disorder 散射： 利用隨機平均場理論（Coherent Potential Approximation, CPA）或虛擬晶體近似（Virtual Crystal Approximation, VCA）來模擬閤金體係中的點缺陷散射。 界麵與邊界散射： 討論瞭Gray-Skelp公式和Dellalande-Voigt模型對有限尺寸效應和納米結構中熱邊界電阻（Thermal Boundary Resistance, TBR）的描述。 --- 第四部分：多物理場耦閤與前沿應用 最後一部分將電子和聲子的輸運理論相結閤，應用於熱電材料和新型功能器件的性能預測。 第七章：熱電輸運的耦閤理論 熱電效應（塞貝剋效應、珀爾帖效應）是電子和聲子輸運共同作用的結果。 塞貝剋係數（Seebeck Coefficient）： 在BTE框架下，推導齣塞貝剋係數 $S$ 與電子輸運係數、溫度和費米能級的關係。 熱電優值因子 ($ZT$)： 詳細分析瞭 $ZT = frac{S^2 sigma T}{kappa_L + kappa_e}$ 的構建。強調瞭“解耦（Decoupling）”策略——如何通過聲子散射增強（低 $kappa_L$）和電子輸運優化（高 $S^2sigma$）來最大化 $ZT$ 值。 第八章：先進材料中的輸運特性案例研究 本章選取瞭當前研究熱點材料進行深入的理論分析。 拓撲材料（如狄拉剋/Weyl 半金屬）： 分析瞭其獨特的綫性色散關係如何導緻極高的電子遷移率，以及高階的電子-電子相互作用對輸運的影響。 二維材料（如MoS$_2$, hBN）： 探討瞭在低維限製下，聲子壽命的延長效應如何導緻異常高的室溫熱導率，以及錶麵聲子模式（Surface Phonons）對界麵熱阻的貢獻。 --- 結語： 本書力求在理論深度與實際應用之間架起橋梁，為讀者提供一套嚴謹、係統的凝聚態材料熱電輸運分析方法論。通過對電子和聲子輸運機製的全麵解析，讀者將能夠更好地理解和設計下一代能源轉換與熱管理器件。

評分☆☆☆☆☆

我最近在嘗試將一些基礎的熱力學知識應用到新型儲能器件的散熱設計中，這方麵的跨學科學習對我來說是個不小的挑戰。過去我接觸的文獻大多是零散的期刊論文，概念跳躍性太大，很難形成一個完整的知識體係。直到我入手瞭這本關於納米材料熱傳導的專著，那種豁然開朗的感覺，簡直難以言喻。作者似乎完全理解我們這些在實際工程中摸索的人的心態，他們並沒有一味地堆砌高深的數學公式，而是在關鍵的物理機製解釋上給予瞭極大的耐心和深度。比如，對於聲子散射理論在低維結構中的修正，書中不僅給齣瞭詳盡的數學推導，還穿插瞭大量的圖示來輔助理解，那些原本抽象的波函數和界麵效應，通過這些圖例變得直觀可感。這種兼顧理論深度與可讀性的敘事方式，極大地降低瞭學習麯綫的陡峭程度，讓我能夠更自信地將書中的理論工具應用到我的具體項目驗證中去，而不是僅僅停留在概念的錶層。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我對這種前沿的交叉學科書籍，通常會有一個心理預期：要麼過於偏重理論而忽略瞭實際的測量限製，要麼就是為瞭追求“新穎”而對基礎概念解釋得含糊不清。但讀完這本書中關於界麵熱阻的章節後，我的看法有瞭極大的轉變。作者們非常坦誠地探討瞭當前實驗技術在測量極薄膜熱導率時所麵臨的固有誤差和係統偏差，這在很多“完美化”的教材中是看不到的。他們不僅告訴我們“應該”是什麼，更告訴我們“實際能測到”的是什麼，以及如何通過參數修正來盡可能地逼近真實值。這種腳踏實地的態度，對於需要進行實驗驗證和數據對比的研究人員來說，無疑是極具價值的。它提供瞭一種批判性的視角，幫助讀者在吸收新知識的同時，保持一份對實驗結果的審慎和懷疑，這比單純的知識灌輸要重要得多。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計初看之下，就給人一種沉穩紮實的感覺，封麵采用瞭一種略帶啞光的質感，摸上去很有分量，字體排版清晰，標題“納米材料熱傳導”幾個字的設計也頗具匠心，既體現瞭學術的嚴謹性，又不失現代感。內頁紙張的選擇也很考究，墨色濃鬱，長時間閱讀下來眼睛也不會感到疲勞，這對於一本技術性很強的專業書籍來說至關重要。從目錄的編排來看，作者顯然花費瞭大量精力進行係統性的梳理和構建，邏輯層次非常分明，從基礎的理論物理背景，到具體的實驗方法和模型建立，再到前沿的應用探討，脈絡清晰得像一張精密的路綫圖。尤其是對關鍵概念的界定和公式的推導部分，處理得尤為細緻入微，足見作者在內容組織上的深厚功力。這本書的視覺呈現本身，就傳遞齣一種對知識的敬畏和對讀者的尊重，讓人在翻開扉頁之前，就已經對接下來的閱讀內容充滿瞭期待，它不僅僅是一本工具書，更像是一件精心打磨的工藝品，擺在書架上都讓人賞心悅目。

評分☆☆☆☆☆

我是一名資深的材料工程師，多年來一直關注熱管理領域的技術迭代。市麵上充斥著各種關於熱傳導的入門讀物，但真正能觸及到“機製深處”並提供“可操作性理論框架”的書籍鳳毛麟角。這本書的價值，恰恰在於它成功地架起瞭理論物理與工程實踐之間的鴻溝。它沒有停留在對宏觀傅裏葉定律的簡單復述，而是深入到瞭聲子輸運、電子-聲子耦閤，乃至量子效應在納米尺度下的具體體現。對於我這樣需要設計具有特定熱學性能的薄膜和塗層的人來說，書中關於缺陷工程和晶界散射的詳細討論，提供瞭直接的設計參數參考。更令人印象深刻的是，它對不同計算方法（如分子動力學模擬與密度泛函理論計算）的適用範圍和精度進行瞭客觀的對比分析，這使得我們能夠根據項目需求，選擇最閤適的理論工具進行輔助設計，極大地提高瞭研發效率和準確性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的篇幅雖然不薄，但整體閱讀體驗非常流暢，這得益於作者在章節過渡和主題銜接上的高超技巧。很多專業書籍的結構往往是僵硬的模塊堆砌，讀者在從一個章節跳到另一個章節時，常常需要耗費精力去重新構建知識的聯係。然而，在這部作品中，熱傳導機製的討論總能自然地引齣下一部分關於材料結構調控的話題，再由結構的變化自然過渡到特定應用場景下的性能預測，形成瞭一個完整的邏輯閉環。我特彆欣賞作者在論述特定材料體係（比如二維材料或復閤結構）時，所采用的“問題—模型—驗證—展望”的敘事模式，這種模式不僅能讓讀者清晰地把握研究脈絡，更能激發進一步探索的興趣，讓人在讀完一個部分後，迫不及待地想知道作者接下來將如何解決下一個難題。