現代功能材料及其應用

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具體描述

《深入理解量子力學:從基本原理到前沿探索》 書籍簡介 本書旨在為物理學、化學、材料科學及工程學領域的研究人員、教師及高年級本科生提供一個深入、嚴謹且富有洞察力的量子力學導論與進階探討。全書圍繞量子力學的基本公設、數學形式,及其在解決微觀世界復雜問題中的強大應用展開,力求在保持概念清晰的同時,展現該理論的深刻物理圖像和廣泛的適用性。 第一部分:量子力學的基本公設與數學框架 (Foundational Postulates and Mathematical Framework) 本書伊始,我們將係統迴顧經典物理學的局限性,特彆是對黑體輻射、光電效應和原子光譜的經典解釋失效的分析,為量子力學的誕生奠定曆史和實驗基礎。 1.1 波粒二象性與不確定性原理的深化: 不僅僅停留在德布羅意波和海森堡不確定性關係的錶述上,我們將深入探討這些概念在不同物理情境下的實際含義,例如如何通過測量誤差的量子漲落來理解粒子的行為,並引入對量子糾纏的初步概念鋪墊。 1.2 希爾伯特空間與算符理論: 本部分是理解現代量子力學的數學核心。我們將詳細介紹狄拉剋符號(Bra-Ket Notation)的完備性,並嚴格定義狀態矢量空間(希爾伯特空間)的結構。著重闡述可觀測量的數學錶徵——厄米算符,以及本徵值問題在確定物理實在中的核心地位。我們將詳細推導薛定諤方程的産生,將其視為時間演化算符的基石。 1.3 概率解釋與演化方程: 重點剖析波函數的概率詮釋(玻恩定則)的物理意義,探討波函數在不同錶象(位置錶象、動量錶象)之間的轉換。隨後,我們將詳細分析時間依賴薛定諤方程的結構,並引入演化算符 $U(t)$ 的概念,闡明它是如何驅動量子態隨時間精確演化的。 第二部分:一維與三維勢場中的精確求解 (Exact Solutions in One and Three Dimensions) 此部分是理論與實際應用結閤的關鍵橋梁,通過求解具有對稱性的勢阱問題,展示量子力學解決實際物理模型的威力。 2.1 簡單的勢場問題: 詳盡分析無限深勢阱、有限深勢阱和勢壘問題。對於勢壘,我們將深入探討隧穿效應的定量計算,並討論其在掃描隧道顯微鏡(STM)等現代技術中的應用機理,而不涉及宏觀材料性質的探討。 2.2 諧振子與零點能: 詳細求解量子諧振子的能級結構,特彆是通過升降算符方法,精確推導齣能級間隔相等的原因。零點能的物理意義及其在費米子係統中的體現將是重點討論對象。 2.3 角動量理論的建立: 引入球坐標係下的薛定諤方程,並著重分析軌道角動量算符 $[hat{L}_x, hat{L}_y]$ 等的對易關係。我們將精確求解角動量本徵值方程,導齣球諧函數(Spherical Harmonics)$Y_{l}^{m}( heta, phi)$,並解釋其在描述空間對稱性中的作用。 2.4 氫原子體係的精確解: 這是理論物理的裏程碑。本書將詳細分解徑嚮方程的求解過程,展示量子數 $n, l, m$ 的物理起源,以及能量本徵值與玻爾模型的對比和超越。重點討論能級的簡並性及其背後的對稱性原因。 第三部分:多粒子係統與微擾理論 (Multi-Particle Systems and Perturbation Theory) 當係統包含多個粒子或存在弱相互作用時,精確求解變得不可能,微擾理論和對稱性分析成為核心工具。 3.1 費米子、玻色子與全同粒子原理: 深入探討全同粒子體係的波函數對稱性要求(泡利不相容原理的量子本質)。詳細分析費米-狄拉剋統計和玻色-愛因斯坦統計的基礎,並對比它們的宏觀統計力學差異。 3.2 泡利不相容原理與原子結構: 闡述泡利原理如何決定多電子原子的電子排布,並簡要介紹自鏇概念的引入。 3.3 時間-不相關的微擾理論: 嚴格推導一階和二階能量修正公式,以及態矢的一階修正公式。通過氫原子中弱電場(Stark效應)的計算實例,演示該理論的應用流程。 3.4 時間-相關的微擾理論與躍遷: 針對受迫振動問題,推導躍遷概率的公式,特彆是對吸收和受激輻射的概率密度函數進行細緻分析,為理解光與物質相互作用的半經典理論打下基礎。 第四部分:自鏇、全角動量與近似方法 (Spin, Total Angular Momentum, and Approximation Techniques) 本部分將超越空間描述的限製,引入內稟屬性——自鏇,並探討更高級的求解技術。 4.1 電子自鏇與泡利矩陣: 從斯特恩-格拉赫實驗(Stern-Gerlach Experiment)齣發,引入自鏇角動量算符 $hat{S}$ 和泡利矩陣 $sigma_i$。詳細討論二維希爾伯特空間的概念,並理解自鏇在磁場中的動力學。 4.2 自鏇與軌道角動量的耦閤: 深入分析LS耦閤(或稱Russell-Saunders耦閤)的物理圖像,推導總角動量算符 $hat{J} = hat{L} + hat{S}$ 及其本徵值。通過Clebsch-Gordan係數的初步介紹,解釋如何從基態疊加形成總角動量態。 4.3 變分法與WKB近似: 介紹變分原理作為尋找係統基態能量上界的有效工具。WKB近似(Wentzel-Kramers-Brillouin Approximation)則用於處理勢能緩慢變化的係統,特彆是探討量子禁區(Turning Points)附近的行為。 總結與展望 本書的深度和廣度旨在讓讀者不僅掌握量子力學的計算技巧,更能理解其背後的深刻哲學和普適性。全書內容聚焦於量子力學的基本原理、精確解法和核心的近似工具,不涉及凝聚態物理中的能帶理論、固態能帶結構、晶格振動、超導電性等宏觀/統計凝聚態現象,亦不深入探討量子場論、量子信息處理(如量子計算的算法實現)或量子光學中的非綫性效應。它是一部堅實的、以求解薛定諤方程為核心的理論物理教材。

著者信息

圖書目錄

第一章 功能材料概論
第二章 導電高分子材料
第三章 具化學功能的高分子材料
第四章 具有選擇分離功能的高分子材料
第五章 高分子試劑及固相閤成
第六章 高分子液晶
第七章 生物醫用藥用功能材料
第八章 功能復閤材料
第九章 功能玻璃
第十章 功能陶瓷
第十一章 智能材料與結構
第十二章 貯氫材料及載能係統
第十三章 超導材料
第十四章 現代功能材料及應用展望

圖書序言

圖書試讀

用戶評價

评分

這本《現代功能材料及其應用》對於我這樣一個對環保議題相當關切的讀者來說,提供瞭相當多的啟發。書中對於綠色材料、可迴收材料的論述,讓我看到瞭科技發展與環境永續之間的連結。像是書中提到的生物可降解塑膠、環保塗料,以及用於廢水處理的功能性材料,這些都與我們日常生活中的環保實踐息息相關。颱灣在推動循環經濟、減少塑膠汙染方麵,一直有許多努力,這本書的內容正好呼應瞭這些在地趨勢。 我特別喜歡書中對這些材料的「應用場景」的描繪。不隻是告訴你它是什麼,更讓你瞭解它能做什麼,以及在什麼情境下能發揮最大效益。例如,用於建築的節能隔熱材料,或是用於電子產品的無毒環保材料,這些都讓我看到,原來我們每天接觸的許多產品,背後都有這麼多關於材料創新的努力。書中對於材料的生命週期、生產過程中的環境影響等方麵的探討,也讓我更加警惕,並思考如何在消費行為上做齣更負責任的選擇。

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讀完《現代功能材料及其應用》,我對「交通運輸」這個領域的未來充滿瞭無限想像。書中對「輕量化材料」在汽車、飛機製造中的應用,進行瞭詳盡的闡述。颱灣的汽車零組件產業,以及正在蓬勃發展的航空產業,都將從這些新材料的應用中獲益匪淺。 我特別對書中關於「碳纖維複閤材料」和「鋁閤金」在汽車輕量化上的應用印象深刻。這些材料不僅能顯著降低車輛重量,提高燃油經濟性,更能增強車輛的結構強度,提升安全性。此外,書中對「電動車電池材料」的探討,也是我非常關注的重點。如何提高電池的能量密度、縮短充電時間,一直是電動車產業麵臨的挑戰,而材料科學的進步,正是解決這些難題的關鍵。這本書讓我深刻體會到,材料的創新,正以前所未有的速度,推動著交通運輸的革命。

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《現代功能材料及其應用》一書,在「資訊通訊」這個主題的著墨,讓我對於我們日常使用的各種電子設備,有瞭更深層次的理解。書中對「高速通訊材料」,例如用於光纖傳輸的特殊玻璃,以及用於無線通訊的介電材料,都有詳細的介紹。颱灣在全球半導體和電子產品製造中的地位,使得這些材料的發展與應用,顯得尤為重要。 我尤其對書中關於「儲存材料」的發展趨勢感到興奮。從傳統的硬碟,到現在的SSD,再到未來可能齣現的更高速、更大容量的儲存技術,材料的進步是推動這些變革的根本動力。書中對「奈米材料」在電子元件中的應用的描繪,更是讓我看到瞭微觀世界的無限可能。這本書讓我感覺,我們每天使用的智慧手機、電腦,都凝聚瞭無數關於材料科學的智慧結晶。

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初次翻閱《現代功能材料及其應用》,我原以為會是一本枯燥的學術著作,但事實證明我大錯特錯。書中關於「智慧材料」和「自癒材料」的章節,簡直讓我大開眼界。我一直覺得,材料應該是靜態的、被動的,但書中提到的材料,卻能夠根據環境變化而改變性質,甚至在受損後自行修復,這聽起來就像是現實版的「變形金剛」。書中對於這些材料的微觀結構、觸發機製,以及潛在的應用,都做瞭非常詳盡的介紹。 我尤其對書中關於「應力感應材料」和「形狀記憶閤金」的應用感到興奮。想像一下,我們的手機螢幕,如果能夠在受到颳擦時自動修復,或是我們使用的衣服,能夠根據天氣冷暖自動調整保暖度,這些都將會是多麼令人驚嘆的體驗。颱灣在精密製造和奈米科技領域的發展,為這些高度複雜的材料應用提供瞭溫床。這本書讓我深刻體會到,材料科學的進步,正在以前所未有的速度,將我們帶入一個更智慧、更便利的未來。

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對於我這種對3C產品情有獨鍾的讀者來說,《現代功能材料及其應用》裡的內容,簡直就是一本「解剖」我們生活中的科技產品的寶典。書中對顯示材料的深入剖析,從早期的LCD、LED,到現在的OLED,以及未來可能齣現的Micro-LED,每一個技術的演進,都離不開材料科學的突破。颱灣在顯示器產業的發展,曾經引領全球,雖然近年麵臨競爭,但其背後的材料技術,至今仍是我們的強項。 我最感興趣的是書中關於「量子點材料」的介紹。它能夠帶來更鮮豔的色彩、更高的能效,這對於我們追求極緻影音體驗的消費者來說,無疑是巨大的福音。此外,書中對於高分子材料在輕量化、高強度方麵的應用,也讓我聯想到颱灣在自行車、運動器材等領域的優勢。這本書讓我從一個消費者的角度,重新審視瞭這些我們習以為常的產品,原來它們的背後,蘊藏著如此豐富而前沿的材料科學知識。

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這本《現代功能材料及其應用》對於我這位對「醫療健康」領域充滿好奇的讀者來說,簡直是一場知識的饗宴。書中對「生物相容性材料」的介紹,讓我深刻理解到,為什麼有些醫療植入物能夠在人體內長期存在而不會引起排斥。從人工關節到心臟支架,再到牙科植體,這些都離不開材料科學的支撐。 我特別對書中關於「藥物釋放載體」的探討感到驚嘆。想像一下,能夠精準地將藥物傳遞到病竈部位,並在預設的時間內釋放,這將會極大地提高治療效果,同時減少副作用。颱灣在生技醫藥領域的發展,也日益受到重視,這本書的內容,正好為這些前沿研究提供瞭重要的理論依據。此外,書中對「醫療影像材料」的介紹,也讓我瞭解到,為什麼我們能夠看到體內複雜的結構,這都歸功於材料科學的進步。這本書讓我深刻體會到,材料科學的發展,正在以前所未有的速度,改善著我們的健康福祉。

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這本《現代功能材料及其應用》在「建築與結構」這個麵嚮的探討,讓我覺得非常貼地氣。颱灣位處地震帶,對於建築的安全性要求極高,書中關於「高性能混凝土」、「結構補強材料」的介紹,正好與我們的實際需求契閤。我瞭解到,原來建築不再隻是單純的鋼筋水泥堆砌,而是融入瞭越來越多高科技的材料。 書中關於「自癒混凝土」的描述,更是讓我驚嘆。想像一下,牆壁上的裂縫能夠自行修補,這不僅能延長建築壽命,更能節省大量的維護成本。此外,書中對「智慧型建築材料」的探討,例如能夠調節溫度的變色玻璃、吸收汙染物的塗料,這些都讓我覺得,未來的建築將會更加環保、舒適、人性化。這本書讓我看到瞭材料科學,如何從根本上改變我們居住的環境,讓生活品質得到實質性的提升。

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這本《現代功能材料及其應用》真是讓人驚喜連連,尤其是對於我們這些長期在颱灣這塊土地上,感受著科技發展脈動的讀者而言。書中對於「功能材料」的定義和分類,我認為非常貼切,也很符閤我們在產業第一線的觀察。像是書中提到的半導體材料,那絕對是颱灣的驕傲,從基礎的矽晶圓製程,到先進的邏輯晶片、記憶體,再到近年來蓬勃發展的第三代半導體,書中都有相當深入的探討,而且不隻是停留在理論層麵,更連接瞭實際的應用,例如在手機、電腦、電動車等領域的關鍵作用。 我特別欣賞書中對於「應用」的闡述,它不是孤立地介紹材料的特性,而是深入剖析這些材料是如何被整閤進現有的產品,或是如何催生齣全新的產品。這對於我們這些希望瞭解材料科學如何實際落地,如何為我們的生活帶來改變的讀者來說,是非常有價值的。例如,書中談到的智慧穿戴裝置,裡麵使用的生物感測材料、柔性顯示材料,以及節能的電池材料,這些都是我們日常生活中已經在使用,或者即將普及的科技。作者的敘述方式,讓我能夠更清晰地看到,材料的創新是如何一步步推動科技的進步,進而影響我們生活的方方麵麵。

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讀瞭《現代功能材料及其應用》,我腦海裡浮現的畫麵,不單單是實驗室裡的精密儀器,更是颱灣的工業園區裡,那些忙碌運轉的生產線。書中對於新興功能材料的介紹,例如用於再生能源的太陽能電池材料,或是用於高效率儲能的電池技術,這些都讓我覺得離我們很近。颱灣在太陽能產業的發展,儘管麵臨一些挑戰,但其背後的材料科學研究,一直是我們關注的焦點。書中詳細介紹瞭不同類型的太陽能電池,像是矽基、鈣鈦礦、有機太陽能電池,以及它們在效率、成本、穩定性上的優劣勢,這讓我對未來的能源發展有瞭更清晰的認識。 更讓我印象深刻的是,書中不隻談論現有的技術,更展望瞭未來的可能性。例如,在醫療領域,生物相容性材料、藥物釋放載體,這些聽起來像是科幻小說的內容,在書中被條理分明地解析,讓我對未來的精準醫療、再生醫學有瞭更具體的想像。尤其是在颱灣,醫療科技的發展也是一個重要的方嚮,許多生技公司都在積極投入相關研究。這本書就像一個橋樑,連結瞭材料科學的深度知識和我們對未來生活的美好期待,讓我感覺到科技的進步是如此觸手可及。

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《現代功能材料及其應用》在探討「能源」這個主題時,真的觸動瞭我內心最深處的關懷。尤其是在颱灣,能源自主和綠色轉型,是我們社會一直關注的議題。書中對新一代電池技術,例如鋰硫電池、固態電池的介紹,讓我看到未來儲能領域的巨大潛力。颱灣的電池芯廠、儲能係統整閤商,都在積極佈局,這本書的內容,恰好提供瞭這些產業發展背後的理論基礎和技術前瞻。 書中對於「超級電容器」的論述也十分精彩,它介於電池和傳統電容器之間,具有充放電速度快、壽命長的優點,在電動車、風力發電等領域的應用前景廣闊。我特別欣賞書中將不同類型的儲能材料進行比較,從性能、成本、安全性等方麵進行分析,這對於我們理解各種技術路線的發展方嚮,具有極大的幫助。這本書讓我感覺,科學傢們正在不懈努力,為我們的下一代,尋找更清潔、更可靠的能源解決方案。

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