新型功能分子器件設計及性原理研究 9787568231787 北京理工大學齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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萬海青 著

圖書標籤:

• 功能分子器件
• 分子器件設計
• 器件物理
• 納米技術
• 材料科學
• 電子工程
• 北京理工大學齣版社
• 9787568231787
• 新型功能材料
• 半導體器件

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齣版社： 北京理工大學齣版社

ISBN：9787568231787

商品編碼：29593786525

包裝：平裝

齣版時間：2016-10-01

基本信息

書名：新型功能分子器件設計及性原理研究

定價：42.00元

作者：萬海青

齣版社：北京理工大學齣版社

齣版日期：2016-10-01

ISBN：9787568231787

字數：

頁碼：135

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書用基於密度泛函理論和非平衡格林函數的**性原理計算方法，較係統地研究瞭石墨烯、氮化硼及其準一維納米條帶和有機分子及碳鏈組成的分子器件體係的電子結構與輸運性質。從體係的能帶結構、態密度、分子能譜及透射譜等齣發，對體係的輸運特性加以解釋。在這些研究的基礎上，提齣調控功能分子器件電子輸運性質的手段和方法，為發展基於納米電子學的功能分子器件設計提供物理基礎。

目錄

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第1章 緒論
1.1 引言
1.2 分子電子學與納米器件的發展
1.2.1 分子電子學的發展
1.2.2 納米器件的發展
1.3 分子器件的理論和試驗方法
1.3.1 理論方法
1.3.2 實驗方法
1.4 新型功能分子器件電極材料
1.4.1 富勒烯、碳納米管和石墨烯納米條帶
1.4.2 碳單原子鏈的製備、結構與特性
1.4.3 硼氮納米條帶
1.5 幾種典型的分子器件效應
1.5.1 分子開關效應
1.5.2 分子整流效應
1.5.3 負微分電阻效應
1.5.4 自鏇過濾效應
1.6 本書的主要研究內容、方法和意義
第2章 理論計算與研究方法
2.1 性原理計算方法簡介
2.1.1 波恩一奧本海默絕熱近似
2.1.2 Hartree.Fock方法
2.1.3 密度泛函理論
2.2 格林函數方法
2.2.1 平衡格林函數
2.2.2 非平衡格林函數
2.2.3 分子器件中的電流計算
2.3 相關計算程序簡介
第3章 苯分子器件開關、雙自鏇過濾和負微分電阻效應
3.1 引言
3.2 模型與方法
3.3 結果與討論
3.3.1 苯環一電極不同取嚮自鏇相關伏安特性
3.3.2 不同偏壓下自鏇輸運譜與局域態密度
3.3.3 零偏壓下苯環一電極不同取嚮的自鏇輸運譜
3.4 本章小結
第4章 含側基團OPE分子器件雙電導、負微分電阻和整流效應
4.1 引言
4.2 模型與方法
4.3 結果與討論
4.3.1 ZGNR-OPE-C7-ZGNR分子器件伏安特性
4.3.2 零偏壓ZGNR-OPE-C7-ZGNR輸運譜與分子軌道
4.3.3 有限偏壓ZGNR-OPE-C2-7.ZGNR輸運譜與分子軌道
4.4 本章小結
第5章 Z形硼氮納米條帶自鏇過濾和整流效應
5.1 引言
5.2 模型與方法
5.3 結果與討論
5.3.1 不同邊緣鈍化自鏇的相關伏安特性
5.3.2 零偏壓輸運譜與投影態密度圖
5.3.3 有限偏壓輸運譜與分子軌道
5.4 本章小結
第6章 總結和展望
6.1 本書總結
6.2 本書主要創新點
6.3 後續工作展望
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《微納尺度功能材料的構築與性能調控》 內容簡介 在當今科技飛速發展的浪潮中，材料科學的每一次突破都深刻地影響著人類社會的進步。從宏觀世界的材料應用，到微觀、納米尺度的精密設計與調控，我們正以前所未有的深度和廣度探索物質的本質及其潛能。《微納尺度功能材料的構築與性能調控》一書，正是聚焦於這一前沿領域，係統性地闡述瞭如何在高維度上精準設計和操控功能材料，以期實現其在信息、能源、環境、健康等關鍵領域的突破性應用。本書並非對特定某一本已齣版書籍的介紹，而是獨立地、深入地探討微納尺度功能材料的理論構建、製備方法、結構-性能關係以及新興應用前景，旨在為相關領域的科研人員、工程師及高年級本科生、研究生提供一個全麵、深入的學習和研究參考。 本書的結構圍繞著“構築”與“調控”兩大核心展開，層層遞進，邏輯清晰。 第一篇：微納尺度功能材料的設計理論與基礎 本篇著重於奠定堅實的理論基礎。首先，我們將深入探討量子力學與材料性能的關係。物質在微觀尺度下的行為遵循量子力學的規律，電子的能級、軌道、自鏇等特性直接決定瞭材料的光學、電學、磁學等基本屬性。本書將迴顧並闡述這些基本原理，例如通過第一性原理計算（如密度泛函理論DFT）來預測和理解材料的電子結構、晶體結構以及它們之間的相互作用，為後續的功能設計提供理論依據。我們將詳細解析電子在周期性勢場中的運動、能帶理論的形成機製，以及這些理論如何解釋半導體、導體、絕緣體等不同材料的性質。 接著，我們將引齣現代材料設計中至關重要的計算模擬與機器學習方法。隨著計算能力的提升，計算機模擬已經成為材料設計不可或缺的工具。本書將介紹分子動力學模擬（MD）、濛特卡洛模擬（MC）等方法，它們能夠模擬原子和分子的動態行為，揭示宏觀性質産生的微觀機製。更重要的是，我們將重點探討機器學習（ML）與人工智能（AI）在材料設計中的應用。通過構建大量的材料數據，並利用先進的算法訓練模型，AI可以加速材料的篩選、預測材料的性能，甚至自主設計齣具有特定功能的新型材料。本書將討論如何構建高效的材料數據庫、如何選擇閤適的機器學習模型（如支持嚮量機、神經網絡、圖神經網絡等），以及如何利用AI進行性能預測、相圖計算、缺陷分析等。 此外，本篇還將觸及錶麵與界麵物理化學。在微納尺度下，材料的錶麵和界麵效應愈發顯著，甚至可能占據主導地位。材料的形貌、錶麵缺陷、吸附物種、界麵能等都對整體性能産生巨大影響。本書將深入分析錶麵缺陷（如空位、間隙原子、颱階、拐角）的形成機製及其對電子結構和催化活性的影響，界麵處的電荷轉移、電子態密度變化，以及它們在異質結器件中的作用。這將為理解和調控納米材料的性能提供重要視角。 第二篇：微納尺度功能材料的構築策略與製備技術 本篇將聚焦於實現理論設想的具體方法。我們將詳細介紹自組裝技術，這是一種利用分子間弱相互作用（如範德華力、氫鍵、π-π堆積）在特定條件下自發形成有序結構的技術。本書將討論各種類型的自組裝，包括分子自組裝、膠體自組裝、塊共聚物自組裝等，並分析影響自組裝過程的關鍵因素，如溶劑、溫度、濃度、襯底等。我們將展示如何利用自組裝構築納米綫、納米管、量子點、二維材料網絡等復雜結構。 化學閤成方法在微納尺度功能材料的製備中扮演著核心角色。本書將係統梳理並深入講解各種先進的化學閤成技術，包括： 濕化學法：例如溶膠-凝膠法（Sol-gel）、水熱/溶劑熱法（Hydrothermal/Solvothermal）、微乳液法（Microemulsion）、共沉澱法（Co-precipitation）等。這些方法能夠精確控製産物的化學組成、晶相、粒徑和形貌。我們將詳細闡述這些方法的反應機理、工藝參數對産物性質的影響，並展示其在製備金屬氧化物、硫化物、碳化物等功能材料方麵的應用。 氣相沉積法：如化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、原子層沉積（ALD）等。ALD作為一種原子層級彆的精確沉積技術，在製備超薄、均勻、共形薄膜方麵具有獨特優勢。本書將深入講解CVD和ALD的反應機理、生長動力學，以及它們在製備半導體薄膜、介電材料、催化劑塗層等方麵的應用。 納米打印與光刻技術：針對更精密的結構構築，本書將介紹基於微納加工的先進技術，如電子束光刻（EBL）、聚焦離子束（FIB）以及各種形式的3D打印技術。這些技術能夠在微納尺度下精確地“繪製”齣所需的材料圖案和三維結構，是製造集成器件的基礎。 同時，本篇還將重點關注模闆法與結構導嚮閤成。模闆法利用預先製備好的模闆（如多孔氧化鋁、沸石、DNA等）來引導納米材料的生長，從而獲得特定形貌和結構的材料。我們將討論不同種類模闆的特性、模闆與生長物質的相互作用，以及如何通過模闆法製備具有規整孔道結構的介孔材料、納米縴維陣列等。 第三篇：微納尺度功能材料的性能調控與錶徵 成功構築瞭微納尺度功能材料後，理解和調控其性能是實現應用的關鍵。本篇將深入探討結構-性能關係。材料的宏觀性能並非孤立存在，而是由其微觀結構、化學組成、電子態、晶格動力學等多種因素決定的。本書將以具體實例，例如催化劑的比錶麵積、孔隙結構、活性位點與催化活性的關係；半導體的禁帶寬度、載流子濃度、缺陷態與光電轉換效率的關係；磁性材料的晶粒尺寸、晶界、磁疇結構與磁響應的關係，來闡明這種深刻的聯係。 形貌與尺寸效應是微納尺度材料最顯著的特徵之一。本書將詳細分析當材料尺寸降低到納米級彆時，由於錶麵原子比例急劇增加，以及量子限製效應的齣現，其物理化學性質可能發生顛覆性的改變。我們將探討如何通過精確控製閤成過程來獲得特定形貌（如納米球、納米棒、納米片、納米花）的材料，以及這些形貌如何影響其錶麵活性、擴散長度、光學共振等。 摻雜與復閤技術是調控材料性能的重要手段。通過嚮基體材料中引入雜質原子（摻雜）或將兩種或多種材料進行復閤，可以有效改變其電子結構、能帶分布、載流子傳輸特性，從而優化其光、電、磁、催化等性能。本書將討論摻雜的機理、摻雜濃度對材料性能的影響，以及如何通過形成異質結、核殼結構、核殼多層結構等復閤材料來協同提升性能，例如增強光催化活性、提高導電性、改善儲能性能等。 先進錶徵技術是理解和驗證材料結構與性能的基石。本書將介紹一係列用於微納尺度功能材料錶徵的關鍵技術，並重點闡述其在理解材料特性方麵的作用： 高分辨率顯微技術：如透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）。TEM能夠提供原子級分辨率的圖像，揭示晶體結構、晶界、缺陷等；SEM用於觀察材料的錶麵形貌、粒徑分布；AFM則能夠測量錶麵形貌、摩擦力、導電性等。 光譜學技術：如X射綫衍射（XRD）、X射綫光電子能譜（XPS）、拉曼光譜、紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）、熒光光譜。XRD用於分析晶體結構和物相；XPS可以提供錶麵元素的組成和化學態信息；拉曼光譜能夠探測聲子振動和分子結構；UV-Vis和熒光光譜則用於研究材料的光學性質和電子躍遷。 電學和磁學測量技術：如霍爾效應測量、四探針法、磁滯迴綫測量、交流磁化率測量等。這些技術用於量化材料的導電性、載流子類型與濃度、磁矩、居裏溫度等關鍵電磁學參數。 第四篇：微納尺度功能材料的新興應用 在掌握瞭設計、構築與調控的理論與方法後，本書將展望微納尺度功能材料在各個領域的廣泛應用前景。 信息存儲與處理：本書將探討如何利用納米材料的磁學、光學、電學特性，開發下一代高密度、高速度、低功耗的信息存儲器件，如磁疇壁存儲器、相變存儲器、量子點存儲器等。同時，也將介紹納米材料在邏輯器件、傳感器、神經網絡加速器等信息處理領域的應用潛力。 清潔能源技術：微納尺度功能材料在能源轉換和存儲領域具有革命性的潛力。本書將詳細闡述其在光伏器件（如鈣鈦礦太陽能電池、量子點太陽能電池）、燃料電池（催化劑、電解質）、超級電容器、鋰離子電池（高容量正負極材料、固態電解質）、製氫（光催化、電催化）以及CO2捕獲與轉化等方麵的應用。 環境科學與可持續發展：本書將深入探討微納尺度功能材料在水處理與空氣淨化方麵的應用，如高效吸附劑、光催化降解汙染物、催化劑用於工業廢氣處理。此外，還將關注其在環境監測（傳感器）、生物醫藥（藥物遞送、診斷成像、生物傳感器）以及綠色化學（高效催化劑）等方麵的貢獻。 生物醫學工程：納米材料在生物醫學領域的應用前景廣闊。本書將介紹納米材料如何用於靶嚮藥物遞送，提高藥物療效並減少副作用；如何作為造影劑，用於疾病的早期診斷和成像；以及如何構建生物傳感器，實現對生物分子和細胞的精確檢測。 總結 《微納尺度功能材料的構築與性能調控》一書，旨在為讀者提供一個從基礎理論到前沿應用的係統性、深度的視角。本書強調理論指導下的實驗創新，注重計算模擬與實驗驗證的結閤，並密切關注材料科學的發展趨勢與實際應用需求。通過對微納尺度下物質世界的深入探索，我們期望能夠解鎖更多未知的潛能，為解決人類麵臨的能源、環境、健康等重大挑戰貢獻力量。本書內容豐富，論述詳實，是該領域不可多得的參考佳作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的定價雖然不低，但考慮到其專業深度和可能的知識密度，我認為是物有所值的。我希望它在闡述復雜概念時，能保持一種令人愉悅的節奏感。這可能需要作者運用豐富的類比和圖示，將原本抽象的量子力學效應或界麵相互作用，轉化為讀者可以輕鬆在腦海中構建的物理圖像。我深知分子器件的原理研究往往涉及復雜的能帶理論、激子動力學和載流子傳輸機製，這些內容對讀者的數學功底要求較高。因此，如果書中能在必要的地方提供清晰的數學推導步驟，同時又不會讓那些對數學感到畏懼的讀者望而卻步，那說明作者在教學設計上達到瞭一個很高的水準。總而言之，我期待的這本書，是一部既能讓資深研究者從中汲取新知、驗證思路的工具書，又能讓初學者通過清晰的引導，紮實地邁入分子功能器件這個迷人領域的第一本入門階梯。它應該是一部能夠經受住時間考驗、反復研讀而不覺過時的經典之作。

評分☆☆☆☆☆

我最近正在嘗試將我實驗室的一些傳統矽基器件研究方嚮，嚮更具柔性和生物相容性的分子體係過渡。因此，這本書的實用參考價值對我至關重要。我希望它不僅僅停留在理論的宏大敘事上，而是能在“設計”環節給齣具體的操作指南。例如，在分子設計部分，是否提供瞭關於如何通過改變側鏈取代基、調整分子骨架的剛柔性，來精細調控HOMO/LUMO能級和薄膜形貌的係統性方法論？這些都是我們在實際閤成中需要麵對的“痛點”。如果書中能結閤一些現代計算化學工具（如DFT計算）的結果，來驗證和指導分子結構的優化過程，那簡直是雪中送炭。我尤其關注分子器件在實際應用場景中，如何應對環境因素（如氧氣、濕度、溫度波動）導緻的性能衰減問題。有沒有關於封裝技術或者本徵穩定性優化的討論？如果這本書能提供一套完整的、從分子選擇到器件性能測試的“工作流程圖”，對於指導我們團隊接下來的研究方嚮將具有決定性的意義。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀質感非常棒，拿到手裏沉甸甸的，那種紙張的紋理和印刷的清晰度，讓人感覺齣版方在製作上確實下瞭真功夫，這對於一本需要頻繁查閱和標記的專業書籍來說太重要瞭。我個人傾嚮於通過閱讀實體書來構建知識體係，那種在書頁邊空白處塗寫心得、夾上便利貼的儀式感，是電子閱讀無法替代的。更重要的是，我期待這本書的邏輯結構能像精密的機械裝置一樣，嚴絲閤縫，層層遞進。我關注的重點在於“性原理研究”這部分，它意味著對器件工作機製的深入挖掘，而不僅僅是停留在“能做什麼”的層麵，更要探究“為什麼能這麼做”以及“如何優化”。如果能清晰地梳理齣不同功能分子材料（比如有機半導體、量子點、或者特定結構的高分子）在特定工作環境下，其電子、空穴傳輸、光電轉換等關鍵性能是如何被分子構象、聚集態結構以及界麵效應所共同調控的，那這本書的價值就無可估量瞭。我希望作者能提供足夠嚴謹的數學模型和計算方法支持，讓我的思考能夠有一個堅實的理論基座去支撐更具創造性的構想。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我對這類跨學科的著作總是抱有一種既期待又謹慎的態度。期待是因為新興的功能分子器件領域發展太快，需要一本能及時總結和提煉當前最佳實踐的“聖經”；謹慎則是因為“新型”這個詞往往意味著快速迭代，怕讀完後不久就發現某些理論或技術已經被新的突破所取代。因此，我非常看重作者的視野和前瞻性。這本書如果能超越當下已知的器件範式，大膽地探討一些尚未完全成熟但潛力巨大的概念，比如自組裝驅動的智能響應材料，或者基於拓撲結構的電子輸運，那就太棒瞭。我希望作者能用一種辯證的眼光來看待這些技術，既要展現其光明的前景，也要誠實地剖析當前麵臨的工程化難題和材料閤成的瓶頸。這種坦誠的學術態度，遠比一味地鼓吹新技術要可靠得多。如果書中能包含一些對未來十年該領域發展趨勢的深度預測，並附上支持這些預測的關鍵科學依據，我會毫不猶豫地給它打齣滿分。這纔是真正有價值的學術引領，而不是簡單的技術手冊。

評分☆☆☆☆☆

哇，這本書的封麵設計真是讓人眼前一亮，那種深邃的藍色調和簡潔的排版，一下子就抓住瞭我的眼球。我一直對分子層麵的操控和新材料的開發抱有濃厚的興趣，這本書的名字聽起來就充滿瞭前沿科技的魅力。我尤其期待它能在理論深度和實際應用之間找到一個完美的平衡點。很多專業書籍往往過於偏重理論推導，讀起來枯燥乏味，或者反過來，隻停留在概念層麵，缺乏深入的機製探討。我希望這本著作能夠像一位經驗豐富的導師，不僅指齣方嚮，還能手把手地帶著讀者領略分子器件從設計藍圖到實際構建的復雜而精妙的旅程。那種能夠將復雜的物理化學原理，用清晰、易懂的語言闡述齣來的能力，對我這種非科班齣身但對領域充滿熱忱的人來說，簡直是救命稻草。我真的很想知道，作者是如何把“新型功能”和“器件設計”這兩個宏大命題，拆解成一個個可操作、可驗證的步驟的。如果能有一些前沿的案例分析，哪怕是模擬結果，都會讓我感覺受益匪淺，仿佛已經站在瞭材料科學的最前沿，觸摸到瞭未來的脈搏。這不僅僅是一本教材，更像是一張通往分子工程新世界的邀請函，我迫不及待地想要翻開它，開始這場知識的探險。