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第1章 材料的物理学基础1

1.1 粒子与波1

1.1.1 电子的波粒二象性1

1.1.2 测不准原理4

1.1.3 薛定谔方程5

1.1.4 定态波函数6

1.2 原子、分子结构光谱10

1.2.1 原子的壳层结构11

1.2.2 核外电子理论基础21

1.2.3 能级跃迁与光谱42

1.3 带电粒子在电磁场中的运动47

1.3.1 带电粒子的辐射47

1.3.2 电磁场对带电粒子的作用48

1.3.3 电子透镜48

1.4 带电粒子与物质的相互作用50

1.4.1 一般概念50

1.4.2 电子与物质的相互作用51

1.4.3 离子与物质的相互作用55

1.5 光与物质的相互作用57

1.5.1 散射58

1.5.2 吸收与衰减60

1.5.3 吸收体的物理效应62

参考文献63

第2章 材料的物理性能64

2.1 材料的电性质64

2.1.1 材料的导电性能64

2.1.2 固体材料能带结构66

2.1.3 金属的电阻68

2.1.4 半导体69

2.1.5 绝缘体78

2.1.6 超导体84

2.2 材料的磁性质86

2.2.1 基本概念86

2.2.2 物质的各类磁性88

2.2.3 磁性材料89

2.3 材料的热性质90

2.3.1 热容90

2.3.2 热膨胀92

2.3.3 热传导96

2.3.4 热应力98

2.4 材料的光学性质98

2.4.1 基本概念98

2.4.2 金属的光学性质100

2.4.3 非金属的光学性质101

2.4.4 其他光学现象107

参考文献110

第3章 现代材料的分析测试方法111

3.1 红外吸收光谱111

3.1.1 概述111

3.1.2 基本原理111

3.1.3 红外光谱的分区112

3.1.4 影响官能团特征振动频率的因素114

3.1.5 红外光谱仪器115

3.1.6 样品的制备116

3.1.7 红外光谱的解析116

3.1.8 红外光谱的应用117

3.2 紫外可见吸收光谱117

3.2.1 紫外可见光谱仪118

3.2.2 基本原理118

3.2.3 谱图的解析122

3.2.4 紫外可见吸收的应用123

3.3 荧光光谱124

3.3.1 基本原理124

3.3.2 荧光仪器125

3.3.3 对荧光光谱和荧光强度的影响因素127

3.3.4 荧光分析法130

3.3.5 荧光表征130

3.4 X射线衍射分析131

3.4.1 X射线仪器的结构131

3.4.2 原理132

3.4.3 X射线衍射的基本方法132

3.4.4 应用133

3.5 扫描电子显微镜135

3.5.1 扫描电镜成像的物理信号135

3.5.2 扫描电子显微镜的结构和工作原理137

3.5.3 扫描电子显微镜的主要性能138

3.5.4 样品制备139

3.5.5 扫描电子显微镜图像衬度140

3.5.6 常用扫描电子显微镜介绍141

3.6 透射电子显微镜144

3.6.1 概述144

3.6.2 电子与样品的相互作用145

3.6.3 样品制备方法146

3.6.4 透射电镜的构造与工作原理147

3.6.5 选区电子衍射分析150

3.6.6 电子衍射谱的特征与分析150

3.6.7 TEM显微图像衬度分析151

3.7 热分析153

3.7.1 差热分析和差示扫描量热法154

3.7.2 热重分析159

3.7.3 综合热分析162

参考文献163

第4章 光电信息材料164

4.1 概述164

4.1.1 定义及制备方法164

4.1.2 发展概况及最新研究成果165

4.1.3 分类167

4.2 光致变色材料167

4.2.1 概述167

4.2.2 有机光致变色材料168

4.2.3 高分子光致变色材料170

4.2.4 在特殊环境中的光致变色172

4.2.5 光致变色材料的应用173

4.3 电致变色材料174

4.3.1 概述174

4.3.2 基础参数175

4.3.3 共轭高分子电致变色的形成机制176

4.3.4 电致变色材料的应用177

4.3.5 光致变色与电致变色双功能材料179

4.4 光电转换材料181

4.4.1 概述181

4.4.2 光电发射材料181

4.4.3 光导材料182

4.4.4 光伏材料182

4.4.5 光子牵引材料182

4.5 非线性光学材料183

4.5.1 概述183

4.5.2 无机非线性光学材料183

4.5.3 有机非线性光学材料185

4.5.4 无机－有机杂化非线性光学材料187

4.5.5 非线性光学材料的应用187

4.6 光折变材料188

4.6.1 概述188

4.6.2 分类188

4.6.3 高分子光折变材料的必要组分及性能表征189

4.6.4 高分子光折变材料189

4.6.5 其他光折变材料191

4.6.6 光折变材料的应用192

4.7 激光材料193

4.7.1 概述193

4.7.2 激光形成的条件194

4.7.3 激光晶体195

4.7.4 激光器196

4.7.5 激光材料的应用197

4.8 光存储材料197

4.8.1 概述197

4.8.2 分类198

4.8.3 光存储原理和类型198

4.8.4 可擦重写光致变色光存储200

4.8.5 双光子三维光存储200

4.8.6 光存储材料发展前景201

4.9 纳米光电子器件201

4.10 其他203

参考文献203

第5章 能源材料204

5.1 洁净煤技术及材料205

5.1.1 洁净煤生产加工技术205

5.1.2 高效洁净转化技术205

5.1.3 高效洁净燃烧技术205

5.1.4 烟气脱硫技术205

5.2 核能与核能材料206

5.2.1 核能利用206

5.2.2 核材料及性能207

5.2.3 我国核能材料技术的现状和发展趋势212

5.3 风能及风能材料213

5.3.1 风能的利用213

5.3.2 风能材料213

5.3.3 风能发展的经验216

5.4 生物质能217

5.4.1 生物质能利用217

5.4.2 生物质能源开发利用的主要类型217

5.4.3 生物质燃料利用的展望218

5.5 能量转换材料219

5.5.1 太阳光电池材料219

5.5.2 太阳光吸收发热材料228

5.5.3 热电材料229

5.6 储能材料231

5.6.1 相变储热材料231

5.6.2 氢能与储氢材料234

5.6.3 风能和太阳能的储能电池材料238

5.6.4 高温超导材料242

5.6.5 燃料电池243

5.7 其他能源材料248

5.7.1 可燃冰248

5.7.2 地热能248

参考文献250

第6章 生物材料251

6.1 概述251

6.1.1 生物医用材料的定义253

6.1.2 发展概况254

6.1.3 生物医用材料的分类254

6.1.4 生物医用材料性能要求256

6.1.5 生物医用材料的设计258

6.1.6 生物医用材料的研究进展259

6.2 生物医用金属材料262

6.2.1 医用不锈钢262

6.2.2 医用钴基合金264

6.2.3 钛及钛基合金264

6.2.4 医用贵金属265

6.2.5 钛镍形状记忆合金266

6.3 生物医用无机非金属材料267

6.3.1 惰性无机非金属生物医用材料267

6.3.2 表面活性无机非金属生物医用材料270

6.3.3 可吸收无机非金属生物医用材料273

6.4 生物医用高分子材料274

6.4.1 天然高分子生物医用材料275

6.4.2 不可降解型合成高分子生物医用材料279

6.4.3 可降解型合成生物医用高分子材料283

6.5 生物医用复合材料288

6.5.1 金属基生物医用复合材料289

6.5.2 无机非金属基生物医用复合材料290

6.5.3 高分子基生物医用复合材料292

6.6 生物医用材料的表面改性295

6.7 纳米生物医药材料297

6.7.1 无机纳米生物材料297

6.7.2 高分子纳米生物医药材料299

6.7.3 纳米生物复合材料299

6.7.4 其他299

参考文献300