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内容大纲
《功能材料基础》是由十余所高校共同为功能材料专业学生编写的一本专业基础理论教材。全书的显著特点是以“电子运动”为主线,统一贯穿各功能原理。
第1章概论,介绍功能材料概念和分类等,并引出了功能物理电子运动起源。第2章功能材料电子理论,是本书的核心章节,深入阐述材料功能来源的原子结构到能带理论等微观电子基础,并将电子运动与后续各章具体材料功能(导电、磁、光、新能源、转换)关联起来,为全书提供了统一的理论框架和深刻理解的基础,这是本书的显著亮点。第3~7章介绍具体功能材料,按照功能类别(导电、磁、光、新能源、转换)分章介绍。每章内部结构大体遵循“功能原理材料类型与特性具体应用实例”的逻辑,并结合前沿,包含了量子点、钙钛矿、有机发光电致发光、无铅压电、热电等较新的材料体系和研究方向。
本书可以作为高等学校功能材料及相关专业的本科、研究生教材,也可供其他专业学习功能材料专业知识参考使用。 -
作者介绍
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目录
第1章 概论
引言与导读
本章学习目标
1.1 功能材料的发展历程
1.2 功能材料的定义与特点
1.2.1 功能材料的定义
1.2.2 功能材料的特点
1.2.3 功能材料与结构材料的区别
1.3 功能材料的分类
1.3.1 根据性能表现分类
1.3.2 根据应用场合分类
1.3.3 根据功能实现过程分类
1.4 功能材料的功能起源
1.4.1 电学材料——电子的定向运动
1.4.2 磁性材料——电子的旋转运动
1.4.3 光学材料——电子的跃迁运动
1.4.4 新能源材料——电子的迁移与存储
1.4.5 功能转换材料——电子运动方式的转变
习题
参考文献
第2章 功能材料电子理论
引言与导读
本章学习目标
2.1 孤立原子的电子结构
2.1.1 波粒二象性与波函数
2.1.2 薛定谔方程——微观粒子的运动规律
2.1.3 氢原子的电子结构
2.1.4 四个量子数(n、l、m、ms)
2.1.5 原子中电子的排布规律与跃迁
2.2 固体能带理论
2.2.1 布洛赫定理与能带理论的基本思想
2.2.2 能带形成的定性理解
2.2.3 能带中电子的排布
2.2.4 能带理论的常用术语
2.2.5 金属、半导体和绝缘体的能带特征
2.3 材料功能的电子起源
2.3.1 电子的定向运动——导电性——导电材料
2.3.2 电子的自旋和轨道运动——磁性——磁性材料
2.3.3 电子的带间跃迁——光学特性——发光材料
2.3.4 电子的迁移与存储——电化学特性——新能源材料
2.3.5 外场对电子运动的影响——功能转换——功能转换材料
习题
参考文献
第3章 导电材料
引言与导读
本章学习目标
3.1 电性能的起源——电子的定向运动
3.2 金属导电材料
3.2.1 金属的能带结构、金属键及特点
3.2.2 金属的电阻率
3.2.3 功能性金属导电材料及其应用
3.3 无机半导体材料
3.3.1 半导体的能带,本征半导体和杂质半导体
3.3.2 半导体材料的导电机制
3.3.3 半导体pn结材料及器件
3.4 介电材料
3.4.1 介电材料的能带结构
3.4.2 交变电场的介电材料
3.4.3 介电材料的介电强度
3.4.4 BaTiO3铁电晶体
3.5 超导材料
3.5.1 超导现象及性质
3.5.2 超导理论
3.5.3 超导材料的分类与应用
3.6 导电高分子材料
3.6.1 导电高分子材料概论
3.6.2 导电高分子的基本特征
3.6.3 导电高分子的载流子
3.6.4 导电高分子的掺杂导电机理
3.6.5 导电高分子掺杂导电的双向机制
辅助阅读材料
习题
参考文献
第4章 磁性材料
引言与导读
本章学习目标
4.1 物质的磁性起源
4.1.1 原子磁性
4.1.2 固体的磁性
4.2 强磁性材料
4.2.1 软磁材料
4.2.2 永磁材料
4.3 功能磁性材料
4.3.1 磁记录材料
4.3.2 磁制冷材料
4.3.3 磁致伸缩材料
4.3.4 磁性液体
习题
参考文献
第5章 发光材料
引言与导读
本章学习目标
5.1 光吸收
5.1.1 无机材料的光吸收
5.1.2 有机材料的光吸收
5.2 光发射过程
5.2.1 无机材料光发射
5.2.2 有机材料光发射过程
5.2.3 有机分子激发态能量转移
5.2.4 发光性能参数
5.3 无机荧光材料
5.3.1 稀土发光材料
5.3.2 上转换发光材料
5.3.3 量子点发光材料
5.3.4 长余辉发光材料
5.4 有机发光材料
5.4.1 有机小分子发光材料
5.4.2 有机大分子发光材料
5.5 激光原理与材料
5.5.1 激光产生的原理
5.5.2 无机激光材料
5.5.3 掺稀土激活中心的激光晶体
5.5.4 有机激光材料
习题
参考文献
第6章 新能源材料
引言与导读
本章学习目标
6.1 电子的分离与存储
6.1.1 电化学电池
6.1.2 电催化过程
6.1.3 光催化过程
6.2 电化学电池材料
6.2.1 电化学基础
6.2.2 电池性能关键指标
6.2.3 一次电池
6.2.4 二次电池
6.2.5 超级电容器
6.3 电催化材料
6.3.1 电催化理论
6.3.2 电催化反应
6.3.3 电催化动力学参数
6.3.4 影响电催化性能的因素
6.3.5 电催化材料的应用实例——燃料电池
6.4 光催化材料
6.4.1 光催化原理
6.4.2 光催化水分解
习题
参考文献
第7章 功能转换材料
引言与导读
本章学习目标
7.1 功能转换材料概论
7.1.1 功能转换材料定义
7.1.2 功能转换材料分类
7.1.3 功能转换材料的应用和今后发展
7.2 太阳能电池材料
7.2.1 第一代硅基太阳能电池材料
7.2.2 第二代化合物薄膜太阳能电池材料
7.2.3 第三代太阳能电池材料
7.3 电致发光材料
7.3.1 无机电致发光材料
7.3.2 有机电致发光材料
7.3.3 有机无机杂化发光材料——钙钛矿电致发光材料
7.4 压电材料
7.4.1 压电材料理论
7.4.2 典型压电材料
7.5 热电材料
7.5.1 热电转换原理
7.5.2 典型热电材料
习题
参考文献
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