物理化學Ⅱ(量子力學篇) 

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具体描述

  本書中之論述力求簡明扼要、循序漸進,且於書中多舉例題以提昇學習的效果,並於各章的後面均附習題,以備讀者自行研習解答,增進對於有關理論的瞭解。本書中之專有名詞的後面,均附其對照的英文名詞。本書的內容適合作為一般大學及科技大學之化學、化學工程、環境工程、材料科技、生化科技與醫藥學系及相關研究所之物理化學及相關課程的教材,亦可作為從事上述各領域之研究及工作人員的參考書。本書所包括的內容較多、範圍較廣且較深入,教師可配合系所之發展重點及需要,自行選擇適合的章節內容講授。
 
本書特色
 
  1.本書中之論述力求簡明扼要、循序漸進,且於書中多舉例題以提昇學習的效果,並於各章的後面均附習題,以備讀者自行研習解答,增進對於有關理論的瞭解。
 
  2.本書的內容適合作為一般大學及科技大學之化學、化學工程、環境工程、材料科技、生化科技與醫藥學系及相關研究所之物理化學及相關課程的教材,亦可作為從事上述各領域之研究及工作人員的參考書。
 
  3.本書所包括的內容較多、範圍較廣且較深入,教師可配合系所之發展重點及需要,自行選擇適合的章節內容講授。
好的,这是一本关于材料科学与工程领域内,专注于先进材料的制备、性能表征与应用开发的教科书的详细简介。 --- 先进功能材料:原理、合成与应用 本书导论:迈向新世纪的材料科学 在二十一世纪,材料科学与工程已不再是简单的“制造”与“改进”的学科,而是驱动信息技术、能源转换、生物医学以及可持续发展的核心驱动力。从微观尺度的原子排列到宏观尺度的器件集成,新一代功能材料的开发,深刻影响着人类社会的技术边界。本书《先进功能材料:原理、合成与应用》旨在为高年级本科生、研究生以及材料研发工程师提供一个全面、深入且前沿的知识框架,聚焦于那些在特定物理或化学功能上表现出卓越性能的尖端材料。 本书的结构设计遵循从基础理论到具体应用的递进逻辑,确保读者不仅能理解材料的“是什么”,更能掌握其“为什么”和“如何做”。全书共分为七个核心部分,涵盖了从基本结构理论到具体工程应用的广阔领域。 --- 第一部分:功能材料的基础理论与结构 本部分为后续的深入探讨奠定坚实的理论基础。我们首先回顾晶体结构、电子结构理论在功能材料中的特殊应用,特别是固态物理中关于能带理论、有效质量与态密度的概念,这些是理解材料电、磁、光特性的关键。 晶体缺陷与非晶态结构: 功能材料的性能往往由其缺陷和非周期性结构所决定。本章深入探讨点缺陷(如空位、间隙原子、取代杂质)对电荷输运和发光效率的影响,并详细分析薄膜材料中常见的界面与孪晶界效应。对于玻璃、非晶半导体和金属玻璃等非晶态材料,我们将讨论短程有序与长程无序的量化描述方法,及其在提高材料韧性和耐腐蚀性方面的作用。 热力学与相图: 材料的稳定性和制备过程中的相变至关重要。本章侧重于非平衡热力学在功能材料设计中的应用,包括形核动力学、生长机制(如扩散控制与界面控制生长),以及利用相图预测和控制多组分合金与氧化物体系的微结构演变。 --- 第二部分:电子功能材料的合成与调控 电子功能材料是信息存储、处理与传感技术的核心。本部分将重点介绍高品质电子材料的制备技术及其性能控制策略。 半导体薄膜沉积技术: 详细解析化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD,包括溅射与蒸发)的反应机理和工艺参数控制。特别关注原子层沉积(ALD)技术,阐述其在实现亚纳米级厚度和高均匀性薄膜方面的独特优势,并结合实例讨论其在高介电常数(High-k)栅氧化物和三维结构集成中的应用。 导电与超导材料: 对于高导电性材料,我们探讨了掺杂机制对载流子浓度的精确调控。在超导领域,本书侧重于高温超导体(如铜氧化物和铁基超导材料)的结构-性能关系,并介绍第二类超导体在磁屏蔽和电力传输中的潜在应用。 存储材料: 聚焦于电阻随机存取存储器(RRAM)和相变存储器(PCM)所使用的功能氧化物(如HfOx, TaOx)和硫化物材料。深入分析电导切换机制(如离子迁移、界面陷阱、丝状生长)及其可靠性挑战。 --- 第三部分:光学与光电功能材料 光与物质的相互作用是现代通信、显示和能源技术的基础。 发光材料与量子点: 深入讨论不同发光机制,如电致发光(EL)、光致发光(PL)和阴极射线发光(CL)。重点分析稀土离子掺杂的无机荧光粉的激发态动力学和能量转移过程。对于半导体量子点(QDs),详述尺寸量子限域效应如何精确调控其发射波长,并探讨QDs在增强型显示技术中的商业化挑战,如表面钝化和聚集诱导猝灭(ACQ)的抑制。 光伏材料: 从基础的肖克利-奎伊瑟(Shockley-Queisser)极限出发,系统分析薄膜太阳能电池(如CIGS, CdTe)中的载流子分离与复合机制。本书投入大量篇幅讨论新兴的光吸收材料,特别是钙钛矿半导体材料,阐述其优异的光吸收系数、载流子迁移率,以及面临的长期稳定性和毒性问题。 非线性光学材料: 介绍晶体对称性与二阶/三阶非线性光学效应(如倍频、自相位调制)之间的关系,并分析用于光通信和激光技术的特定晶体结构。 --- 第四部分:磁性与多铁性材料 磁性材料是数据存储和新一代自旋电子学器件的核心。 铁磁性与反铁磁性: 阐述朗道-里弗希默(Landau-Lifshitz)方程在描述磁化过程中的应用。重点分析过渡金属合金(如CoFeB)和稀土合金(如NdFeB)中的磁各向异性来源及其对矫顽力的影响。 自旋电子学基础: 深入探讨巨磁阻效应(GMR)和隧道磁阻效应(TMR),并解析这些效应在磁隧道结(MTJ)和自旋转移矩(STT)MRAM中的工作原理。讨论如何通过界面工程和氧化物层调控自旋注入效率。 多铁性材料: 介绍同时具有铁电性和铁磁性的材料。分析电场与磁场耦合的机理,并探讨这些材料在磁电传感器、非易失性存储器中的应用前景,强调应变耦合机制在增强耦合强度中的关键作用。 --- 第五部分:高性能结构与热力学材料 功能材料的稳定性是其工程应用的前提。 高温与耐腐蚀材料: 侧重于航空航天和能源领域所需的高熵合金(HEAs)和陶瓷基复合材料(CMCs)。探讨高熵合金中固溶强化和稳定化机制,以及 CMC 的断裂韧化机制(如纤维-基体界面控制)。 热电材料: 介绍塞贝克效应、珀尔帖效应和焦耳热。重点分析如何通过“Z一个T”乘积的优化来提高材料的能量转换效率,特别是通过纳米结构工程(如晶界散射声子)来解耦电输运性能和热输运性能。 --- 第六部分:先进表征技术在功能材料中的应用 先进材料的开发离不开精准的结构与性能表征。 微观结构表征: 深入探讨透射电子显微镜(TEM)在原子尺度的成像能力(HRTEM),能量色散X射线谱(EDS)和电子能量损失谱(EELS)在元素分析和化学态分析中的应用。重点解析同步辐射X射线衍射(XRD)在残余应力分析和精确晶格参数测定中的优势。 表面与界面分析: 介绍X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)如何提供高灵敏度的表面化学态信息。讨论二次离子质谱(SIMS)在深度剖析和痕量元素检测中的定量分析方法。 电学与磁学性能测试: 除了常规的霍尔效应、四探针法,本书还介绍时间分辨光电导衰减(TRTS)用于评估载流子寿命,以及振动样品磁力计(VSM)在磁滞回线测量中的误差分析。 --- 第七部分:材料的设计与计算方法 本部分引导读者理解如何利用计算工具辅助实验设计。 密度泛函理论(DFT)基础: 简要介绍DFT在计算材料电子结构、力学性能和热力学性质中的核心思想。重点讲解如何利用计算结果预测能带结构、计算缺陷形成能和预测稳定相。 分子动力学模拟(MD): 阐述MD在模拟材料在高温、高压下的动态行为和扩散过程中的应用,特别是对于液态或玻璃态材料的结构弛豫和迁移率预测。 材料信息学与高通量筛选: 概述如何利用机器学习模型(ML)处理和分析大规模材料数据,加速新材料的发现和性能预测,并介绍高通量计算流程的设计。 --- 总结与展望 本书的最终目标是培养读者运用跨学科知识,从原子尺度理解材料功能、掌握先进合成技术并解决实际工程问题的能力。材料科学正处于一个指数级发展的时代,对理解和创新下一代功能材料的需求从未如此迫切。希望本书能成为读者探索这一迷人领域的坚实阶梯。

著者信息

图书目录

第十四章 液相反應動力學14-1
14-1 液相中的反應速率之特性14-1
14-2 溶液中的離子反應14-3
14-3 溶液中的擴散控制反應14-6
14-4 溶液中的快速反應的實驗方法14-8
14-5 水中的基本反應之速率常數14-12
14-6 二氧化碳之水合反應14-13
14-7 酸觸媒及鹼觸媒的反應14-15
14-8 酶的觸媒反應14-19
14-9 酶的觸媒反應之抑制14-25
14-10 輔助酶的反應14-27
14-11 逐步成長聚合反應14-29
14-12 逐步成長聚合物之莫耳質量的分佈14-32
14-13 分枝及架橋的縮合聚合物14-36
14-14 自由基聚合反應14-37

第十五章 溶液中的不可逆過程15-1
15-1 液體之黏度15-1
15-2 高聚合物溶液之黏度15-6
15-3 電導性15-10
15-4 當量電導15-13
15-5 電移動度15-17
15-6 氫離子與氫氧基離子之電移動度15-21
15-7 電導度與電移動度間的關係15-22
15-8 擴散15-23
15-9 擴散係數之實驗量測15-25
15-10 擴散與布朗運動間的關係15-28
15-11 球形的巨大分子之擴散15-29
15-12 速度沉降15-30
15-13 平衡超級離心15-33
15-14 電透析15-35
15-15 極限電流密度15-37
15-16 電透析之質量傳送15-42

第十六章 量子論16-1
16-1 電子16-1
16-2 電磁輻射16-4
16-3 電磁光譜16-5
16-4 洞穴輻射16-7
16-5 光電效應16-12
16-6 氫原子之光譜16-13
16-7 Bohr 學說16-15
16-8 輻射線之似粒子性質16-19
16-9 粒子之似波性質16-20
16-10 Heisenberg的不確定性原理16-22
16-11 Schrödinger方程式16-24
16-12 一次元的箱內粒子16-27
16-13 三次元的箱內粒子16-31
16-14 運算子16-34
16-15 固預期值16-38
16-16 調和振動子16-39
16-17 隧道效應16-42
16-18 角動量16-44
16-19 二粒子的剛性轉動體16-48

第十七章 原子構造17-1
17-1 似氫原子之Schrödinger方程式17-1
17-2 似氫原子之固有函數與或然率密度17-7
17-3 似氫原子之軌道角動量17-18
17-4 電子的旋轉17-21
17-5 攝動法17-26
17-6 變分法17-28
17-7 氦原子17-31
17-8 庖立的排斥原理17-34
17-9 氦之第一激勵狀態17-36
17-10 鋰原子17-37
17-11 Hartree-Fock的自一貫力場法17-38
17-12 週期表與Aufbau原理17-41
17-13 離子化電位17-49
17-14 電子親和性17-52
17-15 多電子原子之角動量17-53
17-16 原子的光譜項符號17-56

第十八章 分子的電子構造18-1
18-1 二原子的分子之解離能18-1
18-2 Born-Oppenheimer的近似18-4
18-3 氫分子的離子18-6
18-4 氫分子之分子軌道的描述18-14
18-5 氫分子之價鍵的描述18-9
18-6 同種核二原子分子之電子組態18-22
18-7 二原子的分子之分子軌道18-26
18-8 混成軌道18-27
18-9 π鍵18-30
18-10 配位結合18-32
18-11 鍵半徑18-36
18-12 電陰性18-38
18-13 離子結合18-39
18-14 氫鍵18-41
18-15 偶極子矩18-43
18-16 介電常數18-44
18-17 極化18-46
18-18 氣態分子之偶極子矩18-47
18-19 凡得瓦力18-49

第十九章 分子光譜19-1
19-1 基礎觀念19-1
19-2 核的運動之Schödinger方程式19-3
19-3 二原子的分子之轉動光譜19-4
19-4 轉動光譜線之強度19-9
19-5 多原子的分子之轉動光譜19-10
19-6 二原子的分子之振動光譜19-15
19-7 二原子的分子之振動−轉動光譜19-22
19-8 多原子的分子之振動光譜19-26
19-9 二原子的分子之電子光譜19-29
19-10 Franck-Condon的原理19-31
19-11 多原子的分子之電子光譜19-34
19-12 自由電子模式19-35
19-13 拉曼光譜19-36
19-14 核的磁共振19-42

第二十章 光化學20-1
20-1 光化學之法則20-1
20-2 光之吸收20-2
20-3 狀態能量圖20-7
20-4 螢光20-11
20-5 磷光20-15
20-6 熄滅20-16
20-7 分子間的過程20-17
20-8 光敏化反應20-18
20-9 化學反應與其量子產率20-21
20-10 閃光光解20-24
20-11 發光20-25
20-12 照相術20-26
20-13 同溫大氣層中的臭氧層20-28
20-14 光合成20-30
20-15 光電化電池20-32

第二十一章 晶體結構21-1
21-1 結晶固體21-1
21-2 格子點與單位晶格21-2
21-3 晶體內的結合力21-6
21-4 對稱元素與對稱操作21-9
21-5 晶體中的轉動對稱21-14
21-6 晶體系與晶體格子21-17
21-7 Bravais格子21-22
21-8 晶體的面與米勒指數21-24
21-9 X-射線繞射法21-27
21-10 立方晶格21-10
21-11 立方晶體的粉末模樣圖21-34
21-12 離子半徑與原子半徑21-36
21-13 球體之最密充填21-39
21-14 球體之體心立方的結構21-43
21-15 中子的繞射21-45
21-16 液體之結構21-46
21-17 液晶21-47

第二十二章 核化學及放射化學22-1
22-1 放射能之發現22-1
22-2 同位素與核種22-4
22-3 放射性的衰變22-5
22-4 α-衰變22-7
22-5 β-衰變22-11
22-6 正電子放射或β+-衰變22-13
22-7 K-電子捕獲22-17
22-8 γ-射線與核異性體的轉移22-18
22-9 內部轉換電子22-20
22-10 天然存在的放射性物質22-21
22-11 人工製造的放射性物質22-26
22-12 原子核22-30
22-13 原子核的質量與結合能22-34
22-14 核能量曲面22-41
22-15 原子核的殼構造22-44
22-16 核反應22-45
22-17 核反應之Q值22-46
22-18 核反應的截面積22-49
22-19 核分裂22-54
22-20 超鈾元素22-57
22-21 核融合22-59
22-22 放射能之指數的衰變22-61
22-23 放射性生成物之成長22-63
22-24 核反應中的轉換方程式22-69
22-25 放射能之單位22-72
22-26 半衰期的測定22-73
22-27 α粒子及他種的離子與物質的相互作用22-74
22-28 α粒子及他種離子之飛程–能量的關係及比離子化22-78
22-29 電子與物質的相互作用22-83
22-30 β粒子之吸收22-84
22-31 β粒子之飛程–能量的關係22-86
22-32 β粒子之背後散射22-87
22-33 電磁輻射線與物質的相互作用22-87
22-34 光子能量之測定22-90
22-35 中子與物質的相互作用22-93
22-36 放射線之檢測22-96
22-37 放射線化學22-99
22-38 熱原子化學22-103
22-39 放射線之生物體的效應22-107
22-40 同位素的追踪劑22-108
22-41 同位素的交換反應22-111
22-42 非均勻系的同位素交換反應22-114

附錄八 微分方程式 A-1
附錄九 Planck的洞穴輻射理論式之誘導 A-5
附錄十 Compton效應 A-7
附錄十一 式,m (d^2 x)/(dt^2 )=-kx,之解 A-9
附錄十二 Laplacian 運算子 A-11
附錄十三 核種表 A-15

图书序言

  • ISBN:9789865035044
  • 叢書系列:大專化學
  • 規格:平裝 / 608頁 / 19 x 26 x 3.04 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

用户评价

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翻閱這本書的目錄時,我立刻注意到了它在章節分配上的取捨。如果它把大量的篇幅放在標準的波函數求解上,那它可能跟一般大學的「普通物理(近代物理部分)」重疊太多了。鑒於它標註的是「物理化學」篇,我更希望看到的是對「分子系統」的專注。比如說,對於分子振動與轉動能階的量子力學描述,是否能提供比普通物理更精細的處理?特別是當涉及到近視界(Near-Vision)的分子光譜分析時,量子力學如何精準地解釋那些微小的能階分裂和選擇定則的背後機制。如果它能深入探討變分法(Variational Method)在估算分子基態能量時的實際操作流程,並搭配實際的化學例子,例如簡單的雙原子分子或Hückel分子軌域理論的量子基礎,那將會是一本極具實用價值的參考書。畢竟,對我們搞化學的人來說,量子力學的終極目的,還是要為解釋化學鍵的本質提供堅實的理論框架。

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這本《物理化學Ⅱ(量子力學篇)》的封面設計,光是看到那種深邃的藍色背景配上幾個飄忽不定的波函數圖形,就讓人忍不住聯想到大學時期在圖書館熬夜趕報告的場景。我記得那時候,每次翻開這類教科書,心裡總會湧起一股既敬畏又頭痛的複雜情緒。量子力學,這塊硬骨頭,對許多理工科學生來說,簡直就是一座難以逾越的高山。我猜這本書的編排,肯定會從最基礎的薛丁格方程式開始紮實地講起,然後逐步深入到氫原子模型、角動量算符這些讓人生畏的章節。重點是,對於「物理化學」這個領域來說,它如何將純粹的量子力學概念,巧妙地與化學鍵結、分子光譜等實際應用場景結合起來,才是真正考驗作者功力的部分。我期待看到的是,作者能用一種不那麼死板、更貼近物理直覺的方式來解釋那些反直覺的量子現象,畢竟,光是背公式是無法真正理解量子世界的奇妙運作的。希望它能在複雜的數學推導和清晰的物理圖像之間找到一個完美的平衡點,讓讀者在「啊,原來如此!」的豁然開朗中,成功征服這門學科。

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我對這類專業書籍的另一個關注點,是它對「近似法」的處理程度。在真實的化學系統中,精確求解薛丁格方程幾乎是不可能的,所以近似方法才是王道。我非常好奇《物理化學Ⅱ(量子力學篇)》在處理像Hartree-Fock方法、密度泛函理論(DFT)這些現代計算化學的基石時,會以何種深度來呈現。這些理論往往是連接理論物理與應用化學的橋樑。如果書中能詳細解釋這些方法的量子力學起源,像是交換能、相關能的處理,並且提供足夠的數學推導來支持這些近似的合理性,那這本書的價值就遠遠超出了基礎教學的範疇,直接進入了研究生的領域。如果它只是輕輕帶過,點到為止,那麼它可能就只能停留在「工具書」的層級,缺乏引導讀者進入前沿研究的雄心。一本頂尖的教材,必須能夠引導讀者看到知識的邊界,並鼓勵他們向外探索。

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老實說,我對市面上許多強調「深入淺出」的量子力學教材都有點保留。太多時候,為了追求所謂的「淺出」,反而犧牲了必要的嚴謹性,讀完之後感覺好像什麼都懂了,但真要拿來解題或進行研究,卻發現基礎概念依然是霧裡看花。我希望這本《物理化學Ⅱ(量子力學篇)》能走出一條更穩健的路線。它必須確保在引入矩陣力學或者微擾理論這些進階工具時,對其背後的數學基礎有足夠的鋪陳,而不是直接拋出結果讓人望而生畏。更重要的是,在化學應用上,我特別關注它如何處理電子組態的對稱性以及自旋的引入。這部分往往是區分普通學習者和真正掌握量子化學精髓的關鍵。如果能看到清晰的群論在分子軌域對稱性分析中的應用實例,那就太棒了。總之,這本書若想在眾多經典教材中脫穎而出,就必須在學術深度和教學邏輯上都達到極高的水準,讓讀者不只是學會「計算」,而是真正理解「為什麼要這樣計算」。

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這本書的裝幀風格看起來相當紮實,這通常暗示著內容的密度也會很高。對於習慣了網路資源和視覺化輔助的年輕一代讀者來說,如何讓這樣一本傳統風格的教科書保持吸引力,是個挑戰。我個人認為,優秀的量子化學教材,其「視覺化」不應該是那些花俏的動畫,而是清晰、邏輯嚴密的推導流程圖和對物理圖像的精確描繪。我希望它在處理那些抽象概念時,例如疊加態(Superposition)和測量問題(Measurement Problem),能提供一些與化學實驗或儀器分析相關的類比。例如,用光譜儀的解析度來類比測量的不確定性。如果書中能穿插一些歷史典故或科學家們在發展這些理論時的心路歷程,或許能讓讀者在面對艱澀數學公式時,多一份人文關懷,減輕一點理論帶來的疏離感。總之,一本好的書,應該能讓人感受到科學探索的脈動,而不僅僅是一堆靜態的知識點堆疊。

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