材料科学与工程研究生教学用书：材料表面与界面 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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胡福增 编

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• 研究生教材
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• 材料化学
• 纳米材料
• 薄膜技术
• 腐蚀与防护

出版社： 华东理工大学出版社

ISBN：9787562821984

版次：1

商品编码：10040401

包装：平装

开本：16开

出版时间：2008-01-01

用纸：胶版纸

页数：319

字数：466000

正文语种：中文

内容简介

　　任何材料都有与外界接触表面或与其他材料区分的界面，材料的表界面在材料科学中占有重要的地位。材料的表面与其内部本体，无论在结构上还是在化学组成上都有明显的差别，这是因为材料内部原子受到周围原子的相互作用是相同的，而处在材料表面的原子所受到的力场却是不平衡的，因此产生了表面能。对于不同组分构成的复合材料，组分与组分之间可形成界面，某一组也可能富集在材料的表面上。即使是单组分的材料，由于内部存在的缺陷（如位错等）或者晶态的不同形成晶界，也可能在内部产生界面。材料的表面界面对材料整体性能具有决定性的影响，材料的腐蚀、老化、硬化、破坏、印刷、涂膜、黏结、复合等，无不与材料的表界面密切有关。因此研究材料的表界面现象具有重要的意义。
　　材料表界面的研究越来越受到国内外科学家的重视，材料表界面科学得到了迅速发展。有关材料表界面研究的文献资料浩若烟海，国内外定期召开材料表界面学术年会，并形成专著出版。有关金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料的期刊，会议论文集，专著等都刊有材料表界面的专题。

目录

第1章　表界面基础知识
1.1　表面张力和表面自由能
1.2　Laplace方程
1.3　液体表面张力的测试
1.4　Kelvin公式
1.5　二元体系的表面张力
1.6　润湿现象
1.7　固体表面的吸附性能
参考文献
思考题

第2章　表面活性剂
2.1　表面活性剂分子的结构特点
2.2　表面活性剂的分类
2.3　表面活性剂的亲疏平稀值
2.4　相转型湿度
2.5　临罪胶束浓度
2.6　表面活性剂的溶液度
2.7　表面活性剂在溶液表面上吸附
2.8　胶束的结构、形状和大小
参考文献
思考题

第3章　高分子材料的表界面
3.1　高分子材料的表面张力
3.2　聚合物与聚合物的相容性
3.3　聚合物的表面改性
参考文献
思考题

第4章　无机非金属材料表界面
4.1　陶瓷表界面
4.2　玻璃表界面
参考文献
思考题

第5章　复合材料的界面
5.1　复合材料概述
5.2　复合材料界面理论
5.3　偶联剂
5.4　玻璃纤维增强养料的界面
5.5　先进复合材料的界面
参考文献
思考题

第6章　复合材料界面的分析表征
6.1　界面浸润性的分析表征
6.2　增强纤维表面形貌的分析青征
6.3　增强纤维表面化学组分、功能团及化学反应的分析表征
6.4　界面力学性能的分析表征
6.5　界面形态的微观分析表征
参考文献
思考题

第7章　生物材料界面及其表面修饰
7.1　生物材料概述
7.2　生物材料表面及界面研究
7.3　生物材料表面工程
参考文献
思考题

第8章　纳米材料的表界面
8.1　纳米粒子的表面化学特性
8.2　粒子表面的纳粹工程
8.3　纳粹结构薄膜材料的表面与界面行为
参考文献
思考题

前言/序言

材料表面与界面：研究生教学用书 本书是一部面向材料科学与工程领域研究生的高水平教材，系统深入地阐述了材料表面与界面的基本原理、研究方法、结构演变、性质调控以及在各类材料应用中的重要作用。本书旨在为研究生提供坚实的理论基础和前沿的实践指导，培养其解决复杂材料问题、开展创新性研究的能力。 内容概要： 本书共分为十七章，内容编排紧凑，逻辑严谨，力求涵盖材料表面与界面的核心知识体系。 第一部分：基本概念与理论框架 第一章：材料表面与界面的定义与重要性 本章首先界定材料表面与界面在宏观、微观及纳米尺度上的不同表现形式。 深入分析表面与界面在材料性能（如力学、电学、磁学、光学、催化、腐蚀等）中的关键作用，阐述为何表面与界面是材料科学研究的焦点之一。 探讨表面与界面现象在自然界和工程技术中的普遍存在性，为后续章节的学习奠定基础。 第二章：表面与界面的原子结构与电子结构 详细介绍理想表面（如平整表面、台阶、拐角）的原子排列模型。 讲解表面重构、表面吸附、表面缺陷（如空位、间隙原子、取代原子）等对表面原子结构的影响。 阐述表面与体相电子结构的差异，包括表面态、表面能带弯曲、表面电子态密度等概念。 介绍表面电子结构计算的基本方法，如密度泛函理论（DFT）的应用。 第三章：晶体界面与晶界 深入研究两种不同晶体结合形成的界面，包括外延生长、相界等。 重点阐述晶粒与晶粒结合形成的晶界，包括对称晶界、非对称晶界的结构模型，如晶界能、晶界滑移、晶界扩散等。 分析晶界对材料宏观性质的影响，如力学强度、韧性、电导率、磁畴壁等。 介绍界面能的概念及其在材料相变、晶粒生长中的驱动力作用。 第四章：非晶材料的表面与界面 针对玻璃、聚合物、非晶合金等非晶材料，探讨其表面与界面的结构特征。 分析非晶材料的无序性和统计描述方法在表面与界面研究中的应用。 研究非晶材料的表面粗糙度、表面能、表面相分离等现象。 探讨非晶材料界面处的原子堆积、化学键合以及对性能的影响。 第二部分：表面与界面的形成与演变 第五章：表面与界面的形成机制 详细阐述物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等薄膜制备技术如何形成高质量的表面与界面。 讲解分子束外延（MBE）等精密生长技术在原子尺度控制表面与界面结构中的优势。 分析固相反应、液相沉淀等方法形成界面层的过程。 探讨表面与界面的自组装形成过程，如自组装单分子膜（SAMs）的构建。 第六章：表面与界面的热力学与动力学 系统介绍表面热力学，包括表面张力、表面自由能、表面熵等概念。 深入分析界面热力学，如界面能、界面相平衡等。 讲解表面扩散、界面扩散、原子迁移等动力学过程。 探讨温度、压力、化学环境等因素对表面与界面演变的影响。 第七章：表面与界面的生长模式 详细阐述层状生长（Frank-van der Merwe）、岛状生长（Volmer-Weber）和层状-岛状混合生长（Stranski-Krastanov）等表面生长模式。 分析表面生长模式的决定因素，如表面张力差、晶格失配、原子结合能等。 探讨生长模式对薄膜形貌、结构和性能的影响。 介绍表面缺陷（如位错、孪晶）的形成和演变。 第三部分：表面与界面的探测与表征 第八章：表面分析技术（一）：谱学方法 系统介绍X射线光电子能谱（XPS）的原理、应用及对表面化学态、元素组成的分析能力。 讲解俄歇电子能谱（AES）在表面元素成分和分布的二维成像能力。 阐述紫外光电子能谱（UPS）在表面电子结构研究中的作用。 介绍二次离子质谱（SIMS）对表面痕量元素和同位素的探测能力。 第九章：表面分析技术（二）：显微成像方法 详细介绍扫描隧道显微镜（STM）在原子尺度表面形貌和电子态密度成像中的应用。 讲解原子力显微镜（AFM）在非导电样品表面形貌、高度、力学性质等方面的表征能力。 分析透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）在材料表面微观结构、形貌和成分分析中的互补作用。 介绍能量色散X射线光谱（EDS）和波长色散X射线光谱（WDS）在成分分析中的应用。 第十章：界面分析技术 探讨高分辨透射电子显微镜（HRTEM）在界面原子结构成像中的优势。 介绍电子能量损失谱（EELS）和X射线能量色散能谱（EDX）在TEM/SEM中对界面成分和化学键的分析。 讲解二次离子质谱（SIMS）在界面化学成分和分布分析中的应用。 介绍X射线衍射（XRD）在界面晶体结构、晶格应变和相分辨方面的应用。 第四部分：表面与界面的性质调控与应用 第十一章：表面形貌与粗糙度控制 分析表面形貌和粗糙度对材料光学、电学、力学和生物相容性等性能的影响。 介绍微纳加工技术（如光刻、刻蚀、自组装）在调控表面形貌中的应用。 探讨表面涂层、表面改性等方法实现表面形貌的精确控制。 第十二章：表面润湿性调控 深入理解润湿性（亲水性、疏水性）的物理化学本质，包括表面张力、表面能、接触角等。 介绍表面化学修饰、表面结构设计（如超疏水表面）等方法实现润湿性的精确调控。 列举润湿性在自清洁、防污、微流控、生物医学等领域的应用。 第十三章：催化表面与界面 分析催化活性位点在材料表面的分布与性质。 讲解多相催化反应机理，包括吸附、解吸、反应过程。 研究不同材料表面与界面的催化性能，如贵金属催化剂、氧化物催化剂。 探讨负载型催化剂、纳米催化剂的结构与性能关系。 第十四章：半导体材料的表面与界面 阐述半导体表面态、表面能带弯曲及其对载流子输运的影响。 研究半导体异质结界面，如PN结、MOS器件中的金属-氧化物-半导体界面。 分析肖特基势垒、欧姆接触的形成机理。 探讨表面钝化、表面掺杂等技术在半导体器件中的应用。 第十五章：金属材料的表面与界面 重点关注金属表面的腐蚀与防护，包括电化学腐蚀机理、缓蚀剂的应用。 研究金属界面的粘附、焊接、涂层技术。 分析金属表面合金化、表面硬化等改性技术。 探讨金属间化合物界面在高温合金、功能材料中的作用。 第十六章：陶瓷与复合材料的表面与界面 分析陶瓷材料表面的氧化、吸附、催化性能。 研究陶瓷界面的烧结、致密化过程。 深入探讨纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料中基体与增强体的界面结合、界面反应以及界面力学。 阐述界面设计对复合材料力学性能、热性能和功能性能的影响。 第十七章：生物材料的表面与界面 讨论生物材料表面与生物分子的相互作用，如蛋白质吸附、细胞黏附。 研究生物材料表面的生物相容性、生物活性。 分析植入体表面的血液相容性、抗血栓性。 介绍表面功能化、表面涂层等技术在生物材料领域的应用，如抗菌表面、药物缓释表面。 本书特色： 体系完整： 覆盖材料表面与界面的理论基础、形成机制、表征手段和应用领域。 前沿性强： 引入了大量最新的研究进展和前沿技术。 实例丰富： 结合了大量材料科学与工程的实际应用案例，增强了理论的实用性。 图文并茂： 配备了大量示意图、照片和实验数据图，便于理解。 深入浅出： 在保证理论深度的同时，力求表述清晰易懂，适合研究生阅读。 本书不仅是研究生学习的必备参考书，也是相关领域研究人员了解材料表面与界面科学的重要文献。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解材料表面与界面的本质，并能运用相关的理论知识和实验技术，解决材料科学与工程领域中的实际问题，推动新材料的研发与应用。

评分☆☆☆☆☆

长期以来，我一直在关注高性能材料的开发，而材料的表面和界面无疑是影响其性能的关键因素。特别是在一些极端环境下工作的材料，例如高温、高压、强腐蚀等，其表面和界面的稳定性直接决定了材料的寿命和可靠性。这本书的出现，让我看到了一个系统学习和深入理解这些复杂问题的契机。我期望书中能够详细阐述各种界面现象对材料宏观性能的影响，例如界面相变、界面扩散、界面断裂等，并从热力学和动力学的角度进行深入分析。我希望书中能够介绍一些表征材料表面和界面的先进技术，例如原子探针断层扫描（APT）、透射电子显微镜（TEM）等，并解释如何利用这些技术来研究材料的微观结构和化学组分。同时，我也期待书中能够探讨一些针对特定应用场景的表面和界面工程策略，例如涂层技术、界面强化技术、纳米复合材料的界面设计等。

评分☆☆☆☆☆

我对材料的“生长”和“演变”过程一直充满好奇，而材料的表面和界面正是这些过程发生的主要场所。我希望这本书能够从一个更宏观的视角，来审视材料的表面和界面的形成和演化规律。我期待书中能够深入探讨晶体生长过程中，表面和界面的作用机制，例如原子如何从气相或液相扩散到表面，如何排列成有序的晶格结构。我希望书中能够详细介绍不同生长模式，例如黎明生长、螺旋位错生长等，以及它们与表面晶体结构和生长动力学之间的关系。同时，我也对界面在材料相变过程中的作用非常感兴趣，比如在固态相变、液-固相变中，界面是如何引导相变的发生和发展的。书中如果能包含一些关于表面和界面工程在材料制备过程中的应用实例，例如薄膜沉积、晶粒细化等，那就更好了。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻读材料科学博士学位的学生，我的研究方向就与材料的表面改性密切相关。日常工作中，我经常需要查阅大量的文献来解决遇到的问题，但有时会感到知识体系不够系统，理解不够透彻。这本书的出现，让我看到了希望。我期待它能够提供一个清晰的知识框架，将表面和界面的各种概念、理论、实验方法和应用案例串联起来。我希望书中能够详细讲解各种表面处理技术，例如等离子体处理、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、阳极氧化等，并分析它们在改变材料表面性质方面的机理和效果。此外，我也非常关注书中对界面力学、界面热学、界面电学等跨学科内容的探讨，这对于我理解复杂材料体系的性能至关重要。如果书中能够包含一些前沿的研究实例，展示如何利用对表面和界面的深刻理解来设计和制备具有优异性能的新型材料，那就更加完美了。

评分☆☆☆☆☆

我对材料科学的兴趣，很大程度上源于对微观世界的好奇。当我了解到材料的许多神奇特性都隐藏在它的表面和界面时，我就更加渴望深入了解。这本书的标题“材料表面与界面”正中我的心怀。我希望这本书能够从最基础的概念讲起，例如表面能、表面张力、表面扩散等，然后逐步深入到更复杂的界面现象，比如晶界、相界、畴界等。我希望书中能够解释不同原子在表面的排列方式，以及它们如何影响材料的化学活性和物理性质。我也非常希望能够了解到如何通过各种手段来“设计”材料的表面，比如通过引入纳米颗粒、构建超薄层、改变表面形貌等等，从而赋予材料新的功能。这本书的“研究生教学用书”定位，让我相信它一定能够提供足够深入和严谨的内容，满足我进一步学习的需求。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，对于我们材料科学专业的学生和科研人员来说，无疑是一份宝贵的财富。我一直认为，表面和界面是材料研究中最具活力和潜力的领域之一。无论是新能源、电子信息、生物医学，还是航空航天等高端制造领域，都离不开对材料表面和界面性能的深入理解和精确调控。我希望这本书能够系统地梳理这个学科的发展脉络，从历史渊源到最新进展，让读者对整个领域有一个宏观的认识。我特别希望书中能够详细介绍各种重要的表面现象，比如润湿性、吸附、催化、腐蚀、磨损等等，并从原子和分子的尺度解释其形成机制。同时，我也期待书中能够探讨界面在不同材料体系中的普遍性和特殊性，例如金属-陶瓷界面、聚合物-金属界面、半导体异质结界面等等。书中如果能包含一些计算模拟的方法，例如分子动力学模拟、密度泛函理论计算等，那就更好了，这样可以弥补实验研究在某些方面的不足。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在材料科学领域摸爬滚打多年的研究者，我深知理解材料的表面和界面现象对于解决实际问题的重要性。很多时候，材料的失效、性能的退化，甚至性能的提升，都与表面和界面的微观过程密切相关。我翻阅了许多相关的文献和书籍，但总觉得在某些方面不够系统和深入。当我看到这本书的标题时，我立刻被它所吸引。我期望这本书能够提供一个全面而深入的视角，将表面科学和界面工程这两个既有联系又有区别的领域融会贯通。我希望它能够详细阐述各种表面分析技术，比如X射线光电子能谱（XPS）、扫描隧道显微镜（STM）等，并解释这些技术如何帮助我们揭示材料表面的化学组成、电子结构和形貌。同时，我也期待书中能够探讨界面相的形成、生长机制，以及界面在复合材料、异质结器件等方面的作用。我尤其关注书中是否能讨论到如何通过设计和控制界面来优化材料的宏观性能，比如提高强度、改善耐腐蚀性、增强催化活性等。

评分☆☆☆☆☆

作为一名材料学的本科生，我正在努力构建对整个学科的宏观认知。在学习过程中，我逐渐意识到，材料的许多神奇之处都发生在它的“边缘”——也就是表面和界面。这本书的标题让我眼前一亮，我希望能通过它来系统地学习和理解这些至关重要的概念。我期待这本书能够以清晰易懂的方式，解释什么是材料表面，什么是材料界面，以及它们与材料的宏观性质之间是如何建立联系的。我希望书中能够介绍一些基础的表面现象，比如表面吸附、表面扩散，以及它们对化学反应和材料生长可能产生的影响。同时，我也非常希望能够了解到不同材料体系（金属、陶瓷、聚合物、半导体等）在表面和界面上的行为特点，以及如何通过改变这些微观结构来达到特定的工程目的。这本书的“教学用书”定位，让我相信它能够为我提供扎实的理论基础，为我今后的学习和研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对材料的“功能化”充满热情的学生，而我深知，材料的许多特殊功能都与它的表面和界面密切相关。例如，催化剂的活性很大程度上取决于其表面的化学组成和形貌，生物材料的生物相容性也与它与生物体的界面相互作用息息相关。这本书的出现，为我提供了一个深入学习这些知识的绝佳机会。我希望书中能够详细讲解如何通过改变材料的表面和界面来设计和制备具有特定功能的材料。我期待书中能够介绍一些先进的表面修饰技术，例如等离子体处理、化学改性、纳米颗粒修饰等，并解释它们如何有效地改变材料的表面性质。同时，我也非常关注书中对界面在传感器、太阳能电池、药物载体等领域的应用探讨，希望能够从中获得启发。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题“材料表面与界面”直接点出了材料科学领域一个非常核心且富有挑战性的方向。我一直认为，材料的宏观性能是无数微观相互作用的集合，而表面和界面正是这些相互作用最直接的体现。我期待这本书能够从一个基础的物理和化学原理出发，深入浅出地剖析材料表面和界面的形成机制，以及它们如何影响材料的各项性能。我希望书中能够详细介绍各种表面现象，例如润湿性、附着力、摩擦磨损等，并从原子和分子的角度解释其微观根源。同时，我也非常关注书中对界面在不同材料体系中的行为差异的讨论，比如金属-陶瓷界面、半导体异质结界面等，以及如何通过调控这些界面来优化材料的整体性能。这本书的“研究生教学用书”定位，让我相信它能够提供足够严谨和深入的理论指导，为我在材料科学领域的研究提供强大的理论支持。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引人，那种沉静而又充满力量的蓝色调，搭配上若隐若现的材料结构图，瞬间就勾起了我对材料科学领域的好奇心。我一直对微观世界的奥秘充满了向往，尤其是材料的表面和界面，它们就像是物质的“皮肤”，决定了材料的许多宏观性质，比如强度、导电性、催化活性等等。我期望这本书能够深入浅出地讲解这些概念，从最基础的原子排列、晶格缺陷，到复杂的表面吸附、界面能，甚至是纳米尺度下的特殊现象。我特别想了解不同材料体系，比如金属、陶瓷、聚合物，它们在表面和界面上的行为差异，以及如何通过调控这些微观结构来设计具有特定功能的材料。这本书的副标题“研究生教学用书”让我对内容的深度和严谨性充满信心，相信它能够为我打下坚实的理论基础，为我未来在材料科学领域的深入研究做好铺垫。我希望书中不仅有理论讲解，还能包含一些经典的实验案例和前沿的研究进展，让我能够更好地理解理论与实践的结合，感受到材料科学研究的魅力。

评分☆☆☆☆☆

三、选课建议

评分☆☆☆☆☆

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3

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第一次公开发表文章，依然是如风与如画的故事。总是忘不了他们，总觉得还有很多可以诉

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第五章

评分☆☆☆☆☆

中国文脉一中国文脉，是指中国文学几千年发展中最高等级的生命潜流和审美潜流。这种潜流，在近处很难发现，只有从远处看去，才能领略大概，就像那一条倔犟的山脊所连成的天际线。正是这条天际线，使我们知道那个天地之大，以及那个天地之限，并领略了一种注定要长久包围我们生命的文化仪式。因为太重要，又处于隐潜状态，就特别容易产生误会。因此，我们必须开宗明义，指出那些最常见的理论岔道，不让它们来干扰文脉的潜流——一、这股潜流，在绝大多数情况下，不是官方主流；二、这股潜流，在绝大多数情况下，不是民间主流；三、这股潜流，属于文学，并不从属于哲学学派；四、这股潜流，虽然重要，但体量不大；五、这股潜流，并不一以贯之，而是时断时续，断多续少；六、这股潜流，对周围的其他文学现象有吸附力，更有排斥力。寻得这股潜流，是做减法的结果。我一向主张，研究文化和文学，先做加法，后做减法。减法更为重要，也更为艰难。减而见筋，减而显神，减而得脉。减法难做，首先是因为人们千百年来一直处于文化匮乏状态，见字而敬，见文而信，见书而畏，不存在敢于大胆取舍的心理高度；其次，即使有了心理高度，也缺少品鉴高度，与多数轰传一时的文化现象相比，“得脉”者没有那么多知音。大胆取舍，需要锐利斧钺。但是，手握这种斧钺的人，总是在开山辟路。那些只会坐在凉棚下说三道四、指手画脚的人，大多不懂斧钺。开山辟路的人没有时间参与评论，由此造成了等级的倒错、文脉的失落。等级，是文脉的生命。人世间，仕途的等级由官阶来定，财富的等级由金额来定，医生的等级由疗效来定，明星的等级由传播来定，而文学的等级则完全不同。文学的等级，与官阶、财富、疗效、传播等因素完全无关，只由一种没有明显标志的东西来定，这个东西叫品位。其他行业也讲品位，但那只是附加，而不像文学，是唯一。总之，品位决定等级，等级构成文脉。但是，这中间的所有流程，都没有清晰路标。这一来，事情就麻烦了。环顾四周，现在越来越多的“成功者”都想以文炫己，甚至以文训世，结果让人担忧。有些“儒商”为了营造“企业文化”，强制职工背诵古代那些文化等级很低的发蒙文言；有些电视人永远在绘声绘色地讲述着早就应该退出公共记忆的文化残屑；有些当代“名士”更是染上了古代的“嗜痂之癖”，如鲁迅所言，把远年的红肿溃烂，赞之为“艳若桃花”。颇让人不安的，是目前电视上某些文物鉴定和拍卖节目，只要牵涉到明清和近代书画，就对作者的文化地位无限拔高。初一听，溢美古人，无可厚非，但是这种事情不断重复也就颠覆了文化的基本等级。就像一座十层高塔，本来轮廓清晰，突然底下几层要自成天台，那么上面的几层只能坍塌。试想，如果唐伯虎、乾隆都成了“中国古代一流诗人”，那么，我们只能悄悄把整部《全唐诗》付之一炬了。书法也是一样，一个惊人的天价投向一份中等水准的笔墨，就像一堆黄金把中国书法史的天平压垮了。面对这种情况我曾深深一叹：“文脉既隐，小丘称峰；健翅已远，残羽充鹏。”

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第六章

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质量不错 学习用的。

评分☆☆☆☆☆

弟弟，再爱我一次既是花开半夏的前身，也是花开半夏粉丝们最值得收藏的纪念之作。正是因为弟弟最初在网络连载时引爆的千万点击，才有了后来的花开半夏，此次中，独家收录此文，也是为所有热爱九夜茴热爱花开的读者们提供了一次在纸面上重温经典原稿的机会。