新型功能分子器件设计及性原理研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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万海青 著

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出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787568231787

商品编码：29379084243

包装：平装

出版时间：2016-10-01

基本信息

书名：新型功能分子器件设计及性原理研究

定价：42.00元

作者：万海青

出版社：北京理工大学出版社

出版日期：2016-10-01

ISBN：9787568231787

字数：

页码：135

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书用基于密度泛函理论和非平衡格林函数的**性原理计算方法，较系统地研究了石墨烯、氮化硼及其准一维纳米条带和有机分子及碳链组成的分子器件体系的电子结构与输运性质。从体系的能带结构、态密度、分子能谱及透射谱等出发，对体系的输运特性加以解释。在这些研究的基础上，提出调控功能分子器件电子输运性质的手段和方法，为发展基于纳米电子学的功能分子器件设计提供物理基础。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《微纳光子学：原理、器件与应用》 内容简介 本书旨在深入探讨微纳光子学的核心原理，全面阐述各类微纳光子器件的设计理念、制造工艺及其关键性能，并展望其在通讯、传感、计算、能源、生物医学等前沿领域的广泛应用前景。全书力求在理论深度与工程实践之间取得平衡，为从事相关研究的科研人员、工程师以及在校研究生提供一本系统、详实、前沿的参考著作。 第一部分：微纳光子学基础理论 本部分将从基础概念出发，逐步构建读者对微纳光子学的认知体系。 第一章：电磁波与物质的相互作用 1.1 麦克斯韦方程组回顾与介质响应： 简要回顾经典麦克斯韦方程组在不同介质中的形式，重点阐述介质的电容率、磁导率以及复数形式下的介电常数和磁导率，介绍其对电磁波传播的影响。 1.2 表面等离激元共振（SPR）： 深入剖析SPR现象的物理机制，包括其产生条件、激发方式（如棱镜耦合、光栅耦合）。详细讲解SPR的频率依赖性、角度依赖性以及局域场增强效应，并介绍其在传感和光谱增强中的应用原理。 1.3 局域表面等离激元共振（LSPR）： 阐述LSPR与SPR的区别与联系，重点在于LSPR不依赖于连续金属膜，而是存在于金属纳米结构表面。分析LSPR的尺寸效应、形状效应以及材料选择对其共振波长的影响。 1.4 介质共振与高折射率介质微纳结构： 探讨非金属材料在微纳结构中的共振现象，特别是高折射率介质（如硅、氮化硅、二氧化钛）在微波和光波段的介质共振（如Mie共振）。分析其与亚波长结构的相互作用，以及如何利用介质共振实现低损耗的光操纵。 1.5 光子晶体基本原理： 介绍光子晶体的概念、周期性结构及其布里渊区和能带结构。重点讲解光子带隙的形成机理、布拉格衍射和全反射衍射。讨论一维、二维和三维光子晶体的能带特性及其对光传播的调控能力。 第二章：微纳光子波导与耦合 2.1 光波导基本理论： 回顾光波导的传输模式、有效折射率、模式截止条件等基本概念。 2.2 介质波导与金属波导： 详细分析介质波导（如脊形波导、埋藏波导）和金属波导（如表面等离激元波导）的结构特点、传输特性及其损耗机制。 2.3 光子晶体波导： 探讨光子晶体中的缺陷引入如何形成波导，分析其独特的传输特性，如色散、群速度和慢光效应。 2.4 波导耦合技术： 详细介绍不同类型的耦合器，包括脊形耦合器、光栅耦合器、锥形耦合器、马赫-曾德尔干涉仪耦合器等。分析耦合效率的影响因素，如匹配条件、对齐精度和几何设计。 2.5 耦合损耗分析与优化： 深入分析介质损耗、散射损耗、模式失配损耗等耦合过程中产生的损耗，并提出相应的优化设计策略，以提高器件的整体效率。 第二部分：关键微纳光子器件设计与性能 本部分将聚焦于当前微纳光子学领域的核心器件，深入剖析其设计原理、关键参数以及实现性能的技术路径。 第三章：微纳光栅与衍射光学 3.1 衍射理论基础： 回顾惠更斯原理、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射。 3.2 衍射光栅的类型与设计： 介绍不同类型的衍射光栅，如平面光栅、凹面光栅、体光栅。重点阐述亚波长光栅的设计原理，包括光栅线宽、周期、占空比、材料和基底厚度的影响。 3.3 全息光栅与表面浮雕光栅： 讲解全息光栅的制作原理及其高衍射效率的优势。深入分析表面浮雕光栅的结构参数与衍射效率、衍射角的关系。 3.4 光栅在光束整形与分光中的应用： 探讨光栅在实现特定衍射角度、控制衍射效率，以及实现光谱分离（如波长选择器）方面的应用。 3.5 亚波长结构光栅： 重点介绍亚波长光栅如何超越传统衍射极限，实现更精细的光束控制和更高的衍射效率，以及其在全息成像、表面等离激元激发等方面的潜力。 第四章：微纳谐振腔与光信号处理 4.1 微纳谐振腔的类型与原理： 介绍Fabry-Perot谐振腔、微环谐振腔、微碟谐振腔、蝶形谐振腔、介质谐振腔（如Mie谐振腔）等。深入分析其Q值、模式特性、共振波长以及品质因数的影响因素。 4.2 表面等离激元谐振腔： 重点探讨金属纳米结构形成的表面等离激元谐振腔，包括其尺寸效应、形状效应和近场增强特性。 4.3 光子晶体谐振腔： 讲解通过引入缺陷在光子晶体中形成高Q值谐振腔的原理，分析其能带结构对谐振腔模式的限制作用。 4.4 谐振腔在滤波器、调制器与多路复用器中的应用： 阐述微纳谐振腔如何通过调控其共振特性实现窄带滤波、快速调制以及波长选择性多路/解复用。 4.5 耦合微纳谐振腔系统： 分析多个耦合谐振腔系统（如耦合微环阵列）的行为，及其在构建复杂光路、实现开关功能和光子集成电路中的潜力。 第五章：微纳结构中的非线性光学效应 5.1 非线性光学基础： 回顾二阶非线性效应（如二次谐波产生SHG）和三阶非线性效应（如三阶谐波产生THG、自聚焦、克尔效应）。 5.2 表面等离激元增强非线性光学： 深入分析金属纳米结构如何通过局域场增强效应显著提高非线性光学效应的效率，以及其在光学信号处理、超分辨成像等方面的应用。 5.3 光子晶体中的非线性效应： 探讨光子晶体结构对非线性光学效应的调控，特别是慢光效应如何延长光与物质的相互作用时间，增强非线性响应。 5.4 微纳谐振腔中的非线性光学： 分析谐振腔增强非线性光学效应的原理，以及在参量过程、光频梳产生等方面的应用。 5.5 非线性微纳器件的设计与优化： 介绍如何通过优化材料选择、结构设计和几何参数来最大化非线性效应的转化效率，同时控制损耗。 第三部分：微纳光子器件的制造与应用 本部分将介绍实现上述微纳光子器件的先进制造技术，并重点展望其在各个领域的创新应用。 第六章：微纳光子器件的制造技术 6.1 光刻技术： 详细介绍紫外光刻（DUV）、深紫外光刻（EUV）以及电子束光刻（EBL）等关键光刻技术，分析其分辨率、精度和适用范围。 6.2 纳米压印技术： 阐述纳米压印技术（NIL）的原理，包括其硬模板压印、软模板压印等多种形式，以及其在大规模、低成本制造方面的优势。 6.3 刻蚀技术： 介绍干法刻蚀（如反应离子刻蚀RIE）和湿法刻蚀在微纳结构加工中的应用，分析其对刻蚀速率、各向异性、选择性等关键参数的控制。 6.4 薄膜沉积技术： 讲解化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等薄膜沉积技术在制备高品质光刻材料和功能薄膜中的作用。 6.5 增材制造（3D打印）在微纳光子学中的应用： 探讨基于光固化、选择性激光烧结等增材制造技术在复杂三维微纳光子结构设计与制备上的潜力。 第七章：微纳光子学在信息通信领域的应用 7.1 高速光调制器： 介绍基于马赫-曾德尔干涉仪、电光效应（如P-N结、张量效应）的微纳光调制器设计，以及其带宽、功耗和集成性。 7.2 低损耗光开关与路由器： 探讨基于热光效应、电光效应、微机电系统（MEMS）的微纳光开关技术，以及在光交换网络中的应用。 7.3 波长选择性滤波器与多路复用器： 详细阐述微纳谐振腔、光栅衍射等技术在实现高密度波分复用（DWDM）系统中的作用。 7.4 光纤到户（FTTH）与数据中心的光互连： 讨论微纳光子器件在降低光模块成本、提高传输速率和功耗效率方面的重要性。 7.5 新一代光通信技术： 展望硅光子、可见光通信等前沿领域中微纳光子器件的关键作用。 第八章：微纳光子学在传感与检测领域的应用 8.1 生物化学传感器： 重点介绍基于表面等离激元共振（SPR）、局域表面等离激元共振（LSPR）以及微纳谐振腔的生物分子、化学物质检测原理，包括其灵敏度、选择性和响应时间。 8.2 气体与环境监测： 探讨利用微纳结构的光学特性变化监测特定气体浓度或环境参数。 8.3 医疗诊断与成像： 介绍微纳光子技术在体外诊断、内窥镜、拉曼光谱增强等医疗应用中的潜力。 8.4 生物标记物检测： 深入分析微纳传感器如何实现痕量生物标记物的精准检测，为疾病早期诊断提供支持。 8.5 新型传感机制： 展望基于微纳光子学的各类新型传感机制，如光纤光栅传感器、表面增强拉曼散射（SERS）传感器等。 第九章：微纳光子学在计算、能源与新兴领域的应用 9.1 光计算与光存储： 探讨基于微纳光子器件实现光逻辑门、光神经网络以及光存储的可能性，分析其与电子计算的协同与替代。 9.2 太阳能收集与转换： 介绍微纳结构在提高太阳能电池效率中的作用，如等离激元增强、光捕获结构等。 9.3 LED与显示技术： 讨论微纳结构如何优化LED的发光效率、色彩纯度以及在微型显示器中的应用。 9.4 激光与非线性光学器件： 介绍微纳激光器、非线性光学频率转换器件在小型化、高性能化方向的发展。 9.5 量子光学与量子信息： 展望微纳光子学在单光子源、量子纠缠态产生与操控等量子信息处理任务中的关键作用。 结论与展望 本书最后将对微纳光子学领域的研究现状进行总结，并对未来发展趋势进行展望，包括器件的集成化、智能化，新材料的应用，以及在跨学科交叉领域中的突破性进展。 本书内容涵盖了微纳光子学从基础理论到实际应用的各个层面，力求为读者提供一个全面、深入且前沿的学术视野。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在理论深度和前瞻性方面都做得非常出色。作者在探讨新型功能分子器件时，不仅回顾了已有的研究成果，更着眼于未来的发展趋势，提出了许多富有启发性的观点。我非常赞同作者关于“个性化分子器件”的设想，即根据不同的应用场景和需求，设计出高度定制化的分子器件。这就像是为每个“零件”量身打造“衣服”，能够最大程度地发挥其性能。书中对于“多功能集成分子器件”的讨论也让我眼前一亮，作者设想将多种功能集成在一个分子器件中，从而实现更复杂、更强大的功能。这无疑是未来分子器件发展的重要方向。书中对于如何突破现有技术瓶颈，以及未来可能的技术挑战也进行了深入的分析，这对于有志于在这个领域进行研究的学者来说，具有重要的指导意义。这本书不仅仅是一本知识的传授，更是一次思想的启迪，它激发了我对科学探索的热情，也让我对人类的智慧有了更深的敬畏。

评分☆☆☆☆☆

这本《新型功能分子器件设计及性原理研究》在实际应用层面给我留下了深刻的印象。书中列举了许多令人振奋的应用案例，例如在新能源领域的太阳能电池、在医疗健康领域的分子诊断探针、以及在信息技术领域的分子存储器等等。作者并没有停留在理论层面，而是着重强调了这些分子器件如何在实际生活中发挥作用，以及它们为解决当前社会面临的挑战提供了哪些创新的解决方案。我印象特别深刻的是关于“自组装”技术的介绍，这项技术能够让分子在特定的条件下，自发地形成具有特定结构和功能的宏观器件，这大大降低了器件的制造成本，也为实现更复杂的器件集成提供了可能。读到这里，我仿佛看到了一个更加高效、绿色、智能的未来。这本书让我意识到，分子科学并非遥不可及，而是与我们的生活息息相关，并且正在以前所未有的速度改变着世界。

评分☆☆☆☆☆

从一个初学者的角度来看，这本书的语言风格非常亲切，作者似乎有一种“化繁为简”的能力。即使是涉及到一些复杂的物理化学原理，作者也能够用通俗易懂的语言进行解释，并辅以形象的比喻。我以前对分子器件的概念一直模糊不清，总觉得是高深莫测的科学，但读了这本书之后，我发现其实它并没有那么难以理解。作者花了大量的篇幅来介绍分子的基本属性，以及这些属性如何与器件的功能联系起来。例如，在解释“分子开关”时，作者用了“门”的比喻，形象地说明了分子如何通过改变构象来控制电流的通断，这个类比让我立刻茅塞顿开。书中还穿插了一些历史发展的小故事，让我在学习知识的同时，也能了解到这个学科的发展脉络。对于那些希望入门分子器件领域，但又担心难以入门的读者，这本书绝对是一个绝佳的选择，它能够让你在轻松愉快的阅读中，建立起坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑结构非常严谨，从基础的分子设计理念，逐步深入到复杂的器件构建和性能分析。我最欣赏的是作者在讲解每一个概念时，都会提供充分的理论支撑和相关的实验数据作为佐证，这使得书中的内容更具说服力，也让我对所学知识有了更深刻的理解。书中详细阐述了如何通过巧妙地设计分子的结构和相互作用，来赋予其特定的功能，例如光电转换、传感、催化等等。这就像是为分子赋予了“智慧”和“能力”，让它们能够按照我们的意愿去执行特定的任务。作者在分析器件的性能时，也非常细致，从材料的选择、结构的优化到工作机制的解析，都面面俱到。尤其是在探讨影响器件效率和稳定性的关键因素时，作者的分析鞭辟入里，让我对分子器件的设计原理有了更透彻的认识。对于想要深入了解这一领域的研究者来说，这本书无疑是一本宝贵的参考资料，它提供了一个系统性的学习框架，也指明了未来可能的研究方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是太让人惊喜了！我本来以为会是一本枯燥乏味的学术专著，但翻开之后，完全被它深入浅出的讲解所吸引。作者并没有一开始就抛出复杂的公式和图表，而是从宏观的视角，为我们勾勒出了功能分子器件的广阔前景和重要意义。我尤其喜欢其中关于“分子机器”的章节，作者用生动的比喻，将那些微观世界的精巧设计描绘得活灵活现，仿佛我真的能看到一个个微小的“工人”在分子层面进行着精密的组装和运作。虽然我并非这个领域的专业人士，但读完这部分内容，对这个学科的魅力有了初步的认识，也激发了我进一步探索的兴趣。书中的配图也非常精美，许多示意图都非常直观，帮助我理解了不少抽象的概念。感觉作者在写作时，不仅仅是在传递知识，更是在分享他对这个领域的无限热爱和深刻理解。整体来说，这是一本能够点燃读者好奇心，并为之开启一扇新世界大门的优秀科普读物，即使是对相关领域稍有了解的读者，也能从中获得启发。