典型半導體團簇及組裝材料的結構和電子特性 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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雍永亮 著

圖書標籤:

• 半導體團簇
• 組裝材料
• 結構
• 電子特性
• 材料科學
• 凝聚態物理
• 納米材料
• 計算物理
• 第一性原理
• 錶麵科學

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121313950

版次：01

商品編碼：12150911

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-07-01

頁數：116

正文語種：中文

內容簡介

典型半導體團簇及其團簇組裝材料的結構及其電子性質的研究是當前團簇科學研究的熱點。本書采用**性原理中的各種方法對係列典型的半導體團簇的幾何結構和電子性質等進行理論研究，發現該類團簇的結構及其成鍵特徵、電子性質，為其他團簇的計算提供更為詳盡的信息。在研究半導體團簇的基礎上，首次探討基於典型半導體團簇的團簇組裝材料的結構特徵、電子特性等，為指導實驗産生新型半導體團簇、設計閤成具有精確可控性能的團簇組裝材料提供理論依據。本書可供物理、化學、環境、材料學和生命科學專業的科研人員、高校教師和研究生閱讀、參考。

作者簡介

雍永亮，博士，畢業於浙江大學凝聚態物理專業，現任職於河南科技大學物理工程學院，副教授。長期講授大學物理、數學物理方法等課程。

目錄

目 錄
第1章 緒論 1
1．1 引言 1
1．1．1 能源與環境的挑戰 1
1．1．2 納米材料 3
1．2 團簇的研究對象和研究意義 5
1．2．1 團簇的研究對象 5
1．2．2 團簇的研究意義 8
1．2．3 超原子 9
1．3 團簇組裝材料 11
1．3．1 團簇組裝材料的研究對象和意義 11
1．3．2 團簇組裝材料的製備和錶徵 12
1．3．3 團簇組裝材料研究步驟 15
1．4 基於半導體團簇的組裝材料的研究內容 15
參考文獻 17
第2章 理論基礎 21
2．1 引言 21
2．2 第一性原理計算方法 21
2．2．1 Born-Oppenheimer絕熱近似 22
2．2．2 密度泛函理論（Density Functional Theory） 23
2．3 Dmol3軟件簡介 27
2．3．1 能量的求解和結構優化 27
2．3．2 Mulliken Population分析 31
2．3．3 諧振頻率計算 31
2．4 全勢能綫性Muffin-Tin軌道分子動力學方法 32
2．4．1 Muffin-Tin勢和Muffin-Tin軌道 32
2．4．2 力的計算 33
參考文獻 34

第3章 基於Zn12O12團簇的組裝材料的生長規律和電子特性的第一性原理研究 37
3．1 引言 37
3．2 計算方法和模型 38
3．3 結果與討論 39
3．3．1 ZnnOn（n=2～13）團簇的結構、穩定性和電子特性 39
3．3．2 Zn12O12團簇的結構和穩定性 41
3．3．3 Zn12O12團簇聚閤的生長規律 42
3．3．4 基於Zn12O12團簇組裝材料的電子結構和性質 47
3．4 結論 49
參考文獻 49
第4章 基於類富勒烯結構的M12N12（M=Al，Ga）團簇的組裝材料的結構和電子特性研究 53
4．1 引言 53
4．2 計算方法 54
4．3 結果和討論 56
4．3．1 M12N12（M=Al， Ga）團簇的結構、穩定性和電子特性 56
4．3．2 M12N12（M=Al， Ga）團簇的二聚物和四聚物的結構和穩定性 57
4．3．3 基於M12N12（M=Al， Ga）團簇組裝材料的電子結構和性質 61
4．4 結論 63
參考文獻 64
第5章 BnNn富勒烯的聚閤：一種新的生成 小直徑硼氮納米管的途徑 69
5．1 引言 69
5．2 計算方法 72
5．3 BnNn（n =12， 24）富勒烯及其聚閤的結構和電子特性 72
5．3．1 BnNn（n =12， 24）富勒烯的結構特徵和電子特性 72
5．3．2 BnNn（n =12， 24）富勒烯的生長規律 74
5．4 結論 76
參考文獻 77
第6章 碳化矽SinCn（n=10～15）團簇及基於Si12C12團簇的組裝材料的密度泛函理論研究 79
6．1 引言 79
6．2 計算方法和模型 81
6．3 結果和討論 82
6．3．1 SinCn（n=10～15）團簇的幾何結構和電子特性 82
6．3．2 基於Si12C12團簇組裝的納米綫的幾何結構和電子特性 91
6．4 結論 96
參考文獻 97
第7章 基於ZnnSn（n=12， 16）團簇的低密度納米介孔材料的理論研究 101
7．1 概述 101
7．2 計算方法和模型 102
7．3 Zn12S12和Zn16S16團簇及其組裝材料的研究 103
7．3．1 獨立的Zn12S12和Zn16S16團簇 103
7．3．2 團簇之間的相互作用 103
7．3．3 基於ZnnSn（n=12，16）團簇組裝材料的結構和電子性質 106
7．4 結論 112
參考文獻 112

精彩書摘

　　《典型半導體團簇及組裝材料的結構和電子特性》：
　　對上述二元半導體團簇研究最為廣泛的仍然是基於第一性原理方法的理論研究。到目前，各種半導體團簇的結構特徵，物理、化學性質已經得到詳細而係統的研究。對於化學計量的不同尺寸的二元半導體團簇，理論預測它們的能量最低結構（即基態結構）具有極為明顯的結構相似性。它們的結構模型基本上可以分成四類：最小尺寸的團簇基本上具有平麵結構；中小尺寸的團簇的結構模型為球形籠狀結構，此時團簇中的每個原子都有三個鍵與周圍的其他原子發生相互作用；稍大尺寸的團簇都具有“洋蔥”狀（onion—like）的結構模型，也就是籠狀結構，此時每個原子都有四個鍵與周圍的原子發生作用；對於更大尺寸的團簇，其結構就可以直接從塊體材料上通過各種物理或化學方法切割得到，此時的團簇內部的原子排列已基本類似於塊體材料，而錶麵的原子由於極強的量子尺寸效應而呈現齣不同於內部的結構特徵。通過研究發現，對於小尺寸的團簇，當尺寸大小為12、16等的時候，團簇齣現幻數特徵，說明這些團簇相當穩定，如Zn12O12、B12N12、Al12N12等（53，57—70）。但是需要注意的是對於小尺寸的SinCn（n＜16）團簇，理論研究發現，其基態結構並不像ZnnOnBnNn等那樣，兩種元素交替排列成具有高對稱性的籠狀結構，而是Si原子和C原子呈現齣明顯的分離特徵，並分彆組成自己的子單元。C原子組成的結構類似於富勒烯中的C原子的排布，但是由於Si原子的sp3雜化，其組成的結構並沒有規律可循（71—73）。
　　……

跨越微觀世界的疆界：探索新型功能材料的分子構建 引言 在物理學、化學與材料科學交織的廣袤領域中，對物質微觀結構的深刻理解是推動技術革新和開啓全新應用的關鍵。本書並非聚焦於半導體團簇及其組裝材料，而是將目光投嚮瞭另一個同樣引人入勝卻截然不同的領域：新型功能材料的分子構建與性能調控。我們將一同踏上一段探索之旅，深入剖析如何通過精巧的分子設計和精確的閤成策略，創造齣具備前所未有物理、化學及生物學特性的前沿材料。本書旨在為讀者提供一個全麵的視角，理解從分子層麵到宏觀性能的轉化機製，並啓發在能源、環境、健康等多個關鍵領域的創新思路。 第一章：分子設計與閤成的藝術——構築新物質的基石 在任何材料科學的研究中，源頭活水在於對分子結構的精確掌控。本章將深入探討分子設計的基本原則，涵蓋原子間相互作用、分子構象、電子排布以及官能團修飾等核心概念。我們將詳細介紹各種先進的閤成技術，從傳統的化學閤成方法，如精確控製的聚閤反應、有機金屬化學的運用，到新興的自組裝技術，例如利用分子間非共價相互作用（氫鍵、π-π堆積、範德華力等）引導形成有序的超分子結構。 分子軌道理論與電子結構設計： 理解分子中的電子如何分布及其能量狀態，是預測和調控材料光學、電學和磁學性質的基礎。本章將闡述如何利用分子軌道理論指導設計具有特定電子能級、電荷傳輸能力或光學響應的分子。 官能團工程與功能性植入： 不同的官能團賦予分子獨特的化學反應活性和物理性質。我們將探討如何通過引入特定的官能團（如發色團、熒光團、催化活性位點、生物識彆基團等）來“定製”分子的功能。 模闆輔助與錶麵誘導閤成： 介紹如何利用納米模闆、晶體錶麵等作為“藍圖”，引導分子按照預期的結構進行排列和生長，從而實現對材料形貌和尺寸的精確控製。 綠色化學閤成策略： 強調在分子閤成過程中采用環境友好型溶劑、催化劑和反應條件，減少副産物生成，降低能耗，推動可持續材料發展。 第二章：超分子組裝與自組織體係——從分子到有序結構的飛躍 單個分子的性能往往有限，但當它們以高度有序的方式自發組裝時，便能湧現齣前所未有的宏觀功能。本章將聚焦於超分子化學與自組裝技術，揭示如何利用分子間的弱相互作用力，驅動復雜、有序的分子聚集體形成。 非共價相互作用的驅動力： 詳細解析氫鍵、π-π堆積、疏水相互作用、靜電作用以及金屬配位等在驅動分子自組裝過程中的關鍵作用。我們將通過具體案例，展示如何利用這些作用力設計具有特定識彆能力或組裝模式的分子。 從一維到三維的結構演化： 探討分子如何從一維鏈狀、二維片層狀，逐步構建成復雜的三維網絡結構、膠束、囊泡、液晶等。我們將重點分析這些結構在物質傳輸、界麵相互作用以及催化反應中的獨特優勢。 外部刺激響應性自組裝： 介紹如何設計對溫度、pH值、光照、電場、磁場等外部刺激敏感的分子係統，實現可逆的組裝-解組裝過程，從而開發智能響應材料。 生物靈感自組裝： 藉鑒生物體內分子如何精確識彆、有序組裝形成復雜的細胞器和組織，探討如何將生物分子（如DNA、多肽、糖類）或模擬生物分子的結構單元，用於構建具有高度選擇性識彆和組裝能力的材料。 第三章：功能材料的性能解析與調控——理解微觀與宏觀的關聯 一旦通過分子設計和自組裝獲得瞭新穎的材料結構，接下來的關鍵在於深入理解其潛在性能，並進行有效的調控。本章將介紹一係列先進的錶徵技術和理論模擬方法，以及如何基於這些分析結果優化材料性能。 光譜與衍射錶徵技術： 闡述核磁共振（NMR）、質譜（MS）、紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）、熒光光譜、X射綫衍射（XRD）等技術在確定分子結構、研究電子態、分析晶體結構和相序方麵的應用。 顯微成像技術： 介紹掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）、透射電子顯微鏡（TEM）等技術在可視化分子排列、錶麵形貌以及納米結構構建方麵的作用。 電化學與電學性質測量： 探討如何通過循環伏安法（CV）、阻抗譜（EIS）、電導率測量等手段，評估材料的氧化還原活性、電荷傳輸能力以及在電化學器件中的應用潛力。 計算模擬與理論預測： 引入密度泛函理論（DFT）、分子動力學（MD）模擬等計算工具，用於預測分子的電子結構、反應路徑、穩定性以及宏觀性質，從而指導實驗設計，加速新材料的開發。 性能調控策略： 基於對材料性能的理解，探討多種調控手段，包括改變分子結構、調整組裝條件、引入摻雜劑、進行錶麵修飾等，以優化材料在特定應用中的錶現。 第四章：前沿應用領域：從實驗室到現實世界的轉化 本書所探討的新型功能材料，其價值在於能夠解決現實世界中的重大挑戰。本章將聚焦於這些材料在幾個關鍵領域的潛在應用，展現其革命性的前景。 新能源技術： 光伏材料： 設計高效的光捕獲和電荷分離材料，用於下一代太陽能電池。 儲能材料： 開發具有高能量密度、長循環壽命的電極材料和電解質，用於鋰離子電池、固態電池等。 催化材料： 構建高效、選擇性的催化劑，用於燃料電池、電解水製氫、CO2還原等能源轉化過程。 環境修復與可持續發展： 吸附與分離材料： 設計具有高選擇性和高吸附容量的材料，用於去除水體和空氣中的汙染物（如重金屬、有機染料、溫室氣體）。 傳感與檢測： 開發靈敏、特異性的分子傳感器，用於環境監測、食品安全檢測和疾病診斷。 生物可降解材料： 利用可再生資源設計環境友好型的聚閤物和復閤材料，減少塑料汙染。 生物醫學與健康： 藥物遞送係統： 構建能夠靶嚮遞送藥物、提高生物利用度、降低毒副作用的納米載體。 生物成像與診斷： 開發新型熒光探針、造影劑，用於疾病的早期診斷和精準治療。 組織工程支架： 設計具有良好生物相容性和力學性能的材料，用於促進細胞生長和組織再生。 信息技術與先進製造： 分子電子器件： 探索利用單個分子或分子組裝體構建邏輯門、存儲單元等新型電子元器件。 柔性電子學： 開發可彎麯、可拉伸的導電材料和發光材料，用於可穿戴設備和柔性顯示器。 3D打印材料： 設計可用於精確成型的功能性高分子材料、陶瓷材料等，推動增材製造技術的發展。 結論 本書通過對新型功能材料的分子設計、超分子組裝、性能解析及前沿應用的係統性闡述，旨在揭示微觀分子世界的無窮魅力及其在解決全球性挑戰中的巨大潛力。從基礎的分子相互作用到復雜的宏觀材料性能，從實驗室的精密閤成到現實世界的廣泛應用，我們展示瞭一個不斷拓展的科學邊界。通過掌握分子構建的藝術，我們不僅能夠理解物質的本質，更能創造齣服務於人類社會發展和福祉的全新材料。本書希望激發讀者對這一激動人心領域的持續探索熱情，共同構築一個更美好的未來。

評分☆☆☆☆☆

當我看到《典型半導體團簇及組裝材料的結構和電子特性》這個書名時，我的好奇心被立刻點燃瞭。我對“典型”這兩個字尤其感興趣，它們意味著作者很可能聚焦於那些最常見、最基礎，或者最具代錶性的半導體團簇。我猜想，這本書或許會從這些典型團簇的化學計量比、原子排列方式以及與配體的相互作用等方麵入手，對它們的結構進行深入的解析。同時，“電子特性”更是點明瞭本書的核心關注點。我期待書中能夠詳細介紹這些團簇的電子結構，例如它們的吸收光譜、熒光光譜、電化學活性，以及在不同外部條件下的電子傳輸性質。更為關鍵的是，我希望這本書能探討如何通過“組裝”這些團簇來構建具有特定電子功能的材料。這究竟是一個怎樣的過程？是通過簡單的堆疊，還是需要復雜的化學修飾和錶麵工程？組裝後的材料，其電子性能又會呈現齣怎樣的變化？我希望書中能提供一些具體的例子，展示如何利用團簇的組裝來開發新型電子器件、催化劑或者傳感器，讓我對材料科學的實際應用有一個更直觀的認識。

評分☆☆☆☆☆

從書名來看，《典型半導體團簇及組裝材料的結構和電子特性》似乎是一本在材料科學領域非常專業且深入的著作。我之所以對它感興趣，是因為它點齣瞭“典型”二字，這通常意味著作者會對某一類具有代錶性的半導體團簇進行詳盡的分析，從中提煉齣普遍適用的規律和原理。這對於初學者或者想要建立紮實基礎的研究者來說，無疑是一份寶貴的財富。我猜測書中會詳細介紹這些“典型”團簇的形成機製、穩定性和幾何構型，並且會對它們進行係統的電子結構計算和分析。例如，可能包括瞭團簇的能帶結構、電子密度分布、以及HOMO-LUMO能級等關鍵信息。更讓我期待的是，書中將如何闡述這些團簇“組裝”成更復雜的材料。這種組裝是物理吸附還是化學鍵閤？組裝過程中又會引入哪些新的電子特性？會不會有關於如何通過調控組裝方式來設計和優化材料電子性能的案例研究？ 我設想，這本書可能會用大量的圖錶和數據來支撐其論點，為讀者呈現一個嚴謹而清晰的科學圖景，幫助我們理解從原子到宏觀材料的跨越式發展。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字讓我腦海中立刻浮現齣那些閃爍著奇幻光芒的納米粒子。半導體團簇，這個概念本身就充滿瞭吸引力，它暗示著一種精妙的控製，能夠將微小的原子聚閤在一起，形成具有特定電子行為的單元。我希望這本書能夠深入挖掘這些“典型”團簇的獨特性，比如它們在尺寸、形狀、原子組成上的變化如何影響其電子能級和光學性質。我想瞭解，為什麼某些團簇被稱為“典型”，它們身上是否承載著構建更復雜材料的關鍵特徵？而“組裝材料”的部分，則讓我對如何將這些微觀粒子轉化為實用的宏觀材料充滿好奇。書中是否會介紹不同的組裝策略，例如自組裝、模闆輔助組裝，或者通過外部激發誘導的組裝？ 我特彆關注，這些組裝過程是否會改變團簇本身的電子特性，或者在團簇之間産生新的電子相互作用，從而賦予組裝材料全新的功能？ 如果這本書能夠解答這些疑問，那我將會收獲關於材料設計和性能調控的深刻見解，甚至可能啓發我思考一些前沿的納米技術應用。

評分☆☆☆☆☆

從書名《典型半導體團簇及組裝材料的結構和電子特性》來看，這無疑是一本麵嚮對材料科學，特彆是納米材料領域有著濃厚興趣的讀者的書籍。我之所以會被吸引，是因為它直接點明瞭研究的核心——“典型”的半導體團簇。這意味著書中很可能對某些具有代錶性、研究得比較透徹的團簇體係進行瞭深入的剖析，包括它們的幾何構型、化學鍵閤、以及最關鍵的電子結構。我期望能夠在這本書中找到關於這些團簇是如何被“典型”地製備齣來，它們在穩定性、尺寸效應等方麵有哪些顯著的特徵。而“組裝材料”這一部分，更是讓我對材料的宏觀性能産生聯想。它暗示著，這些微觀的團簇並非孤立存在，而是被巧妙地組織起來，形成具有更高一級功能的材料。我希望書中能詳細介紹，究竟有哪些組裝方式，以及這些組裝方式如何影響團簇之間的相互作用，從而最終調控材料的整體電子特性。這本書是否會像一本精心繪製的藍圖，嚮我展示如何從原子尺度齣發，一步步構建齣具有優異性能的納米功能材料，這將是我閱讀過程中最期待的收獲。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名本身就讓我聯想到瞭一片奇妙的納米世界，裏麵充滿瞭各種大小不一、形狀各異的半導體團簇。我很好奇，作者是如何將這些肉眼看不見的微小粒子，通過精妙的組裝，變成具有特定功能的新型材料的。是不是就像搭積木一樣，但這些積木可不是普通的木頭，而是具有獨特電子特性的半導體原子團。我特彆想瞭解，這些團簇的“典型”之處究竟體現在哪裏？它們在結構上又有什麼樣的共性和差異？而“組裝材料”的說法，更是讓我對材料的宏觀錶現充滿遐想。這本書會不會深入探討不同團簇組閤方式對最終材料性能的影響？例如，某些團簇的排列方式是否能提高材料的導電性，或者賦予其特殊的發光特性？我腦海中浮現齣各種可能的應用場景，比如更高效的太陽能電池，更靈敏的傳感器，甚至是新型的電子器件。我相信，閱讀這本書，就像是開啓瞭一扇通往微觀材料科學前沿的大門，讓我得以一窺那些隱藏在物質深處的奧秘，理解它們如何從微觀的原子尺度，構建齣宏觀世界的無限可能。