新型功能分子器件设计及性原理研究 9787568231787 北京理工大学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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万海青 著

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• 功能分子器件
• 分子器件设计
• 器件物理
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• 北京理工大学出版社
• 9787568231787
• 新型功能材料
• 半导体器件

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出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787568231787

商品编码：29593786525

包装：平装

出版时间：2016-10-01

基本信息

书名：新型功能分子器件设计及性原理研究

定价：42.00元

作者：万海青

出版社：北京理工大学出版社

出版日期：2016-10-01

ISBN：9787568231787

字数：

页码：135

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书用基于密度泛函理论和非平衡格林函数的**性原理计算方法，较系统地研究了石墨烯、氮化硼及其准一维纳米条带和有机分子及碳链组成的分子器件体系的电子结构与输运性质。从体系的能带结构、态密度、分子能谱及透射谱等出发，对体系的输运特性加以解释。在这些研究的基础上，提出调控功能分子器件电子输运性质的手段和方法，为发展基于纳米电子学的功能分子器件设计提供物理基础。

目录

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第1章 绪论
1.1 引言
1.2 分子电子学与纳米器件的发展
1.2.1 分子电子学的发展
1.2.2 纳米器件的发展
1.3 分子器件的理论和试验方法
1.3.1 理论方法
1.3.2 实验方法
1.4 新型功能分子器件电极材料
1.4.1 富勒烯、碳纳米管和石墨烯纳米条带
1.4.2 碳单原子链的制备、结构与特性
1.4.3 硼氮纳米条带
1.5 几种典型的分子器件效应
1.5.1 分子开关效应
1.5.2 分子整流效应
1.5.3 负微分电阻效应
1.5.4 自旋过滤效应
1.6 本书的主要研究内容、方法和意义
第2章 理论计算与研究方法
2.1 性原理计算方法简介
2.1.1 波恩一奥本海默绝热近似
2.1.2 Hartree.Fock方法
2.1.3 密度泛函理论
2.2 格林函数方法
2.2.1 平衡格林函数
2.2.2 非平衡格林函数
2.2.3 分子器件中的电流计算
2.3 相关计算程序简介
第3章 苯分子器件开关、双自旋过滤和负微分电阻效应
3.1 引言
3.2 模型与方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 苯环一电极不同取向自旋相关伏安特性
3.3.2 不同偏压下自旋输运谱与局域态密度
3.3.3 零偏压下苯环一电极不同取向的自旋输运谱
3.4 本章小结
第4章 含侧基团OPE分子器件双电导、负微分电阻和整流效应
4.1 引言
4.2 模型与方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 ZGNR-OPE-C7-ZGNR分子器件伏安特性
4.3.2 零偏压ZGNR-OPE-C7-ZGNR输运谱与分子轨道
4.3.3 有限偏压ZGNR-OPE-C2-7.ZGNR输运谱与分子轨道
4.4 本章小结
第5章 Z形硼氮纳米条带自旋过滤和整流效应
5.1 引言
5.2 模型与方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 不同边缘钝化自旋的相关伏安特性
5.3.2 零偏压输运谱与投影态密度图
5.3.3 有限偏压输运谱与分子轨道
5.4 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 本书总结
6.2 本书主要创新点
6.3 后续工作展望
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《微纳尺度功能材料的构筑与性能调控》 内容简介 在当今科技飞速发展的浪潮中，材料科学的每一次突破都深刻地影响着人类社会的进步。从宏观世界的材料应用，到微观、纳米尺度的精密设计与调控，我们正以前所未有的深度和广度探索物质的本质及其潜能。《微纳尺度功能材料的构筑与性能调控》一书，正是聚焦于这一前沿领域，系统性地阐述了如何在高维度上精准设计和操控功能材料，以期实现其在信息、能源、环境、健康等关键领域的突破性应用。本书并非对特定某一本已出版书籍的介绍，而是独立地、深入地探讨微纳尺度功能材料的理论构建、制备方法、结构-性能关系以及新兴应用前景，旨在为相关领域的科研人员、工程师及高年级本科生、研究生提供一个全面、深入的学习和研究参考。 本书的结构围绕着“构筑”与“调控”两大核心展开，层层递进，逻辑清晰。 第一篇：微纳尺度功能材料的设计理论与基础 本篇着重于奠定坚实的理论基础。首先，我们将深入探讨量子力学与材料性能的关系。物质在微观尺度下的行为遵循量子力学的规律，电子的能级、轨道、自旋等特性直接决定了材料的光学、电学、磁学等基本属性。本书将回顾并阐述这些基本原理，例如通过第一性原理计算（如密度泛函理论DFT）来预测和理解材料的电子结构、晶体结构以及它们之间的相互作用，为后续的功能设计提供理论依据。我们将详细解析电子在周期性势场中的运动、能带理论的形成机制，以及这些理论如何解释半导体、导体、绝缘体等不同材料的性质。 接着，我们将引出现代材料设计中至关重要的计算模拟与机器学习方法。随着计算能力的提升，计算机模拟已经成为材料设计不可或缺的工具。本书将介绍分子动力学模拟（MD）、蒙特卡洛模拟（MC）等方法，它们能够模拟原子和分子的动态行为，揭示宏观性质产生的微观机制。更重要的是，我们将重点探讨机器学习（ML）与人工智能（AI）在材料设计中的应用。通过构建大量的材料数据，并利用先进的算法训练模型，AI可以加速材料的筛选、预测材料的性能，甚至自主设计出具有特定功能的新型材料。本书将讨论如何构建高效的材料数据库、如何选择合适的机器学习模型（如支持向量机、神经网络、图神经网络等），以及如何利用AI进行性能预测、相图计算、缺陷分析等。 此外，本篇还将触及表面与界面物理化学。在微纳尺度下，材料的表面和界面效应愈发显著，甚至可能占据主导地位。材料的形貌、表面缺陷、吸附物种、界面能等都对整体性能产生巨大影响。本书将深入分析表面缺陷（如空位、间隙原子、台阶、拐角）的形成机制及其对电子结构和催化活性的影响，界面处的电荷转移、电子态密度变化，以及它们在异质结器件中的作用。这将为理解和调控纳米材料的性能提供重要视角。 第二篇：微纳尺度功能材料的构筑策略与制备技术 本篇将聚焦于实现理论设想的具体方法。我们将详细介绍自组装技术，这是一种利用分子间弱相互作用（如范德华力、氢键、π-π堆积）在特定条件下自发形成有序结构的技术。本书将讨论各种类型的自组装，包括分子自组装、胶体自组装、块共聚物自组装等，并分析影响自组装过程的关键因素，如溶剂、温度、浓度、衬底等。我们将展示如何利用自组装构筑纳米线、纳米管、量子点、二维材料网络等复杂结构。 化学合成方法在微纳尺度功能材料的制备中扮演着核心角色。本书将系统梳理并深入讲解各种先进的化学合成技术，包括： 湿化学法：例如溶胶-凝胶法（Sol-gel）、水热/溶剂热法（Hydrothermal/Solvothermal）、微乳液法（Microemulsion）、共沉淀法（Co-precipitation）等。这些方法能够精确控制产物的化学组成、晶相、粒径和形貌。我们将详细阐述这些方法的反应机理、工艺参数对产物性质的影响，并展示其在制备金属氧化物、硫化物、碳化物等功能材料方面的应用。 气相沉积法：如化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、原子层沉积（ALD）等。ALD作为一种原子层级别的精确沉积技术，在制备超薄、均匀、共形薄膜方面具有独特优势。本书将深入讲解CVD和ALD的反应机理、生长动力学，以及它们在制备半导体薄膜、介电材料、催化剂涂层等方面的应用。 纳米打印与光刻技术：针对更精密的结构构筑，本书将介绍基于微纳加工的先进技术，如电子束光刻（EBL）、聚焦离子束（FIB）以及各种形式的3D打印技术。这些技术能够在微纳尺度下精确地“绘制”出所需的材料图案和三维结构，是制造集成器件的基础。 同时，本篇还将重点关注模板法与结构导向合成。模板法利用预先制备好的模板（如多孔氧化铝、沸石、DNA等）来引导纳米材料的生长，从而获得特定形貌和结构的材料。我们将讨论不同种类模板的特性、模板与生长物质的相互作用，以及如何通过模板法制备具有规整孔道结构的介孔材料、纳米纤维阵列等。 第三篇：微纳尺度功能材料的性能调控与表征 成功构筑了微纳尺度功能材料后，理解和调控其性能是实现应用的关键。本篇将深入探讨结构-性能关系。材料的宏观性能并非孤立存在，而是由其微观结构、化学组成、电子态、晶格动力学等多种因素决定的。本书将以具体实例，例如催化剂的比表面积、孔隙结构、活性位点与催化活性的关系；半导体的禁带宽度、载流子浓度、缺陷态与光电转换效率的关系；磁性材料的晶粒尺寸、晶界、磁畴结构与磁响应的关系，来阐明这种深刻的联系。 形貌与尺寸效应是微纳尺度材料最显著的特征之一。本书将详细分析当材料尺寸降低到纳米级别时，由于表面原子比例急剧增加，以及量子限制效应的出现，其物理化学性质可能发生颠覆性的改变。我们将探讨如何通过精确控制合成过程来获得特定形貌（如纳米球、纳米棒、纳米片、纳米花）的材料，以及这些形貌如何影响其表面活性、扩散长度、光学共振等。 掺杂与复合技术是调控材料性能的重要手段。通过向基体材料中引入杂质原子（掺杂）或将两种或多种材料进行复合，可以有效改变其电子结构、能带分布、载流子传输特性，从而优化其光、电、磁、催化等性能。本书将讨论掺杂的机理、掺杂浓度对材料性能的影响，以及如何通过形成异质结、核壳结构、核壳多层结构等复合材料来协同提升性能，例如增强光催化活性、提高导电性、改善储能性能等。 先进表征技术是理解和验证材料结构与性能的基石。本书将介绍一系列用于微纳尺度功能材料表征的关键技术，并重点阐述其在理解材料特性方面的作用： 高分辨率显微技术：如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）。TEM能够提供原子级分辨率的图像，揭示晶体结构、晶界、缺陷等；SEM用于观察材料的表面形貌、粒径分布；AFM则能够测量表面形貌、摩擦力、导电性等。 光谱学技术：如X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱。XRD用于分析晶体结构和物相；XPS可以提供表面元素的组成和化学态信息；拉曼光谱能够探测声子振动和分子结构；UV-Vis和荧光光谱则用于研究材料的光学性质和电子跃迁。 电学和磁学测量技术：如霍尔效应测量、四探针法、磁滞回线测量、交流磁化率测量等。这些技术用于量化材料的导电性、载流子类型与浓度、磁矩、居里温度等关键电磁学参数。 第四篇：微纳尺度功能材料的新兴应用 在掌握了设计、构筑与调控的理论与方法后，本书将展望微纳尺度功能材料在各个领域的广泛应用前景。 信息存储与处理：本书将探讨如何利用纳米材料的磁学、光学、电学特性，开发下一代高密度、高速度、低功耗的信息存储器件，如磁畴壁存储器、相变存储器、量子点存储器等。同时，也将介绍纳米材料在逻辑器件、传感器、神经网络加速器等信息处理领域的应用潜力。 清洁能源技术：微纳尺度功能材料在能源转换和存储领域具有革命性的潜力。本书将详细阐述其在光伏器件（如钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池）、燃料电池（催化剂、电解质）、超级电容器、锂离子电池（高容量正负极材料、固态电解质）、制氢（光催化、电催化）以及CO2捕获与转化等方面的应用。 环境科学与可持续发展：本书将深入探讨微纳尺度功能材料在水处理与空气净化方面的应用，如高效吸附剂、光催化降解污染物、催化剂用于工业废气处理。此外，还将关注其在环境监测（传感器）、生物医药（药物递送、诊断成像、生物传感器）以及绿色化学（高效催化剂）等方面的贡献。 生物医学工程：纳米材料在生物医学领域的应用前景广阔。本书将介绍纳米材料如何用于靶向药物递送，提高药物疗效并减少副作用；如何作为造影剂，用于疾病的早期诊断和成像；以及如何构建生物传感器，实现对生物分子和细胞的精确检测。 总结 《微纳尺度功能材料的构筑与性能调控》一书，旨在为读者提供一个从基础理论到前沿应用的系统性、深度的视角。本书强调理论指导下的实验创新，注重计算模拟与实验验证的结合，并密切关注材料科学的发展趋势与实际应用需求。通过对微纳尺度下物质世界的深入探索，我们期望能够解锁更多未知的潜能，为解决人类面临的能源、环境、健康等重大挑战贡献力量。本书内容丰富，论述详实，是该领域不可多得的参考佳作。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我对这类跨学科的著作总是抱有一种既期待又谨慎的态度。期待是因为新兴的功能分子器件领域发展太快，需要一本能及时总结和提炼当前最佳实践的“圣经”；谨慎则是因为“新型”这个词往往意味着快速迭代，怕读完后不久就发现某些理论或技术已经被新的突破所取代。因此，我非常看重作者的视野和前瞻性。这本书如果能超越当下已知的器件范式，大胆地探讨一些尚未完全成熟但潜力巨大的概念，比如自组装驱动的智能响应材料，或者基于拓扑结构的电子输运，那就太棒了。我希望作者能用一种辩证的眼光来看待这些技术，既要展现其光明的前景，也要诚实地剖析当前面临的工程化难题和材料合成的瓶颈。这种坦诚的学术态度，远比一味地鼓吹新技术要可靠得多。如果书中能包含一些对未来十年该领域发展趋势的深度预测，并附上支持这些预测的关键科学依据，我会毫不犹豫地给它打出满分。这才是真正有价值的学术引领，而不是简单的技术手册。

评分☆☆☆☆☆

哇，这本书的封面设计真是让人眼前一亮，那种深邃的蓝色调和简洁的排版，一下子就抓住了我的眼球。我一直对分子层面的操控和新材料的开发抱有浓厚的兴趣，这本书的名字听起来就充满了前沿科技的魅力。我尤其期待它能在理论深度和实际应用之间找到一个完美的平衡点。很多专业书籍往往过于偏重理论推导，读起来枯燥乏味，或者反过来，只停留在概念层面，缺乏深入的机制探讨。我希望这本著作能够像一位经验丰富的导师，不仅指出方向，还能手把手地带着读者领略分子器件从设计蓝图到实际构建的复杂而精妙的旅程。那种能够将复杂的物理化学原理，用清晰、易懂的语言阐述出来的能力，对我这种非科班出身但对领域充满热忱的人来说，简直是救命稻草。我真的很想知道，作者是如何把“新型功能”和“器件设计”这两个宏大命题，拆解成一个个可操作、可验证的步骤的。如果能有一些前沿的案例分析，哪怕是模拟结果，都会让我感觉受益匪浅，仿佛已经站在了材料科学的最前沿，触摸到了未来的脉搏。这不仅仅是一本教材，更像是一张通往分子工程新世界的邀请函，我迫不及待地想要翻开它，开始这场知识的探险。

评分☆☆☆☆☆

这本书的定价虽然不低，但考虑到其专业深度和可能的知识密度，我认为是物有所值的。我希望它在阐述复杂概念时，能保持一种令人愉悦的节奏感。这可能需要作者运用丰富的类比和图示，将原本抽象的量子力学效应或界面相互作用，转化为读者可以轻松在脑海中构建的物理图像。我深知分子器件的原理研究往往涉及复杂的能带理论、激子动力学和载流子传输机制，这些内容对读者的数学功底要求较高。因此，如果书中能在必要的地方提供清晰的数学推导步骤，同时又不会让那些对数学感到畏惧的读者望而却步，那说明作者在教学设计上达到了一个很高的水准。总而言之，我期待的这本书，是一部既能让资深研究者从中汲取新知、验证思路的工具书，又能让初学者通过清晰的引导，扎实地迈入分子功能器件这个迷人领域的第一本入门阶梯。它应该是一部能够经受住时间考验、反复研读而不觉过时的经典之作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧质感非常棒，拿到手里沉甸甸的，那种纸张的纹理和印刷的清晰度，让人感觉出版方在制作上确实下了真功夫，这对于一本需要频繁查阅和标记的专业书籍来说太重要了。我个人倾向于通过阅读实体书来构建知识体系，那种在书页边空白处涂写心得、夹上便利贴的仪式感，是电子阅读无法替代的。更重要的是，我期待这本书的逻辑结构能像精密的机械装置一样，严丝合缝，层层递进。我关注的重点在于“性原理研究”这部分，它意味着对器件工作机制的深入挖掘，而不仅仅是停留在“能做什么”的层面，更要探究“为什么能这么做”以及“如何优化”。如果能清晰地梳理出不同功能分子材料（比如有机半导体、量子点、或者特定结构的高分子）在特定工作环境下，其电子、空穴传输、光电转换等关键性能是如何被分子构象、聚集态结构以及界面效应所共同调控的，那这本书的价值就无可估量了。我希望作者能提供足够严谨的数学模型和计算方法支持，让我的思考能够有一个坚实的理论基座去支撑更具创造性的构想。

评分☆☆☆☆☆

我最近正在尝试将我实验室的一些传统硅基器件研究方向，向更具柔性和生物相容性的分子体系过渡。因此，这本书的实用参考价值对我至关重要。我希望它不仅仅停留在理论的宏大叙事上，而是能在“设计”环节给出具体的操作指南。例如，在分子设计部分，是否提供了关于如何通过改变侧链取代基、调整分子骨架的刚柔性，来精细调控HOMO/LUMO能级和薄膜形貌的系统性方法论？这些都是我们在实际合成中需要面对的“痛点”。如果书中能结合一些现代计算化学工具（如DFT计算）的结果，来验证和指导分子结构的优化过程，那简直是雪中送炭。我尤其关注分子器件在实际应用场景中，如何应对环境因素（如氧气、湿度、温度波动）导致的性能衰减问题。有没有关于封装技术或者本征稳定性优化的讨论？如果这本书能提供一套完整的、从分子选择到器件性能测试的“工作流程图”，对于指导我们团队接下来的研究方向将具有决定性的意义。