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內容簡介

《分子材料——光電功能化閤物（第二版）》是一部介紹光電功能化閤物這一備受國內外關注的“分子材料”的基礎及進展的著作，著重從結構化學、凝聚態物理、材料和分子生物學相互滲透的觀點，結閤高校教學和科研基礎，深入淺齣地對當前高新科學技術中光、電、磁、熱等物理功能分子材料分章進行介紹，其中包括分子材料的物理研究方法、分子光電材料的製備、分子導體、分子磁體、介電體和介磁體、極化作用和多鐵性、非綫性光學材料、光的吸收和光緻發光、電緻發光、機械化學發光和發電、顔色和熱緻變色、電緻變色、光緻變色、分子光電體係的組裝、分子納米體係及其膜層體係、光伏電池和化學儲能等內容。

內頁插圖

目錄

目錄
序言
第1章 緒論 1
1.1 功能化閤物和分子材料 1
1.1.1 分子化閤物 1
1.1.2 功能化閤物 5
1.1.3 光電分子材料 6
1.2 分子組裝和分子工程 9
1.2.1 生物分子中的自組裝 9
1.2.2 分子設計 13
1.2.3 晶體工程 16
參考文獻 18
第2章 分子材料的物理研究方法 20
2.1 分子材料的理論計算 20
2.1.1 化學鍵的價鍵理論 26
2.1.2 分子軌道理論 28
2.1.3 配體場理論 32
2.1.4 分子力學方法 35
2.2 分子固體體係的計算 36
2.2.1 晶體的點陣結構 36
2.2.2 晶體能帶理論 40
2.2.3 能帶理論應用示例 45
2.2.4 凝聚態體係及其計算模擬 49
2.3 分子體係的宏觀性質和微觀結構的關聯 56
2.3.1 宏觀物理化學性質的微觀詮釋 56
2.3.2 晶體的相變及其對稱性性質的關騏 61
2.3.3 分子體係結構的物理研究方法 63
參考文獻 67
第3章 分子材料的製備 69
3.1 軟化學閤成方法 69
3.1.1 溶劑熱法 70
3.1.2 溶膠凝膠法 74
3.1.3 固態組閤化學 76
3.2 半導體電子材料的製備 81
3.2.1 半導體的類型 81
3.2.2 pn結 83
3.2.3 功能膜的形成及技術 84
3.2.4 MOCVD技術 85
3.3 金屬有機化學氣相沉積方法及其前體物 88
3.3.1 Ⅲ-V族材料和II-Ⅵ族材料 90
3.3.2 加閤物型MOCVD前體物 92
3.3.3 金屬及其氧化物膜 97
參考文獻 99
第4章 分子導體 102
4.1 金屬和半導體的導電基礎 104
4.1.1 金屬導體和半導體的電子傳輸過程 104
4.1.2 導體的量子理論 107
4.1.3 金屬超導性 109
4.2 分子導體 111
4.2.1 電荷轉移有機分子導體的閤成和結構 112
4.2.2 分子導體的分子設計 118
4.3 C6070生物電荷轉移導體 124
4.3.1 富勒烯的閤成和結構 124
4.3.2 C60的導電特性 128
4.4 導電聚閤物 130
4.4.1 有機和配位聚閤物 130
4.4.2 導電配位聚捨物 133
參考文獻 138
第5章 分子磁體 141
5.1 分子磁性基礎 141
5.1.1 原子磁性和磁性的類型 141
5.1.2 順磁性的van Vleck方程 146
5.1.3 零場分裂和各嚮異性 150
5.2 協同磁性效應的本質 154
5.2.1 軌道正交偶閤機理 154
5.2.2 組態相互作用機理 155
5.2.3 偶極-偶極交換機理 160
5.3 分子的鐵磁、反鐵磁和亞鐵磁性磁體 161
5.3.1 雙核化閤物 162
5.3.2 鏈式磁性化閤物 163
5.3.3 亞鐵磁性鏈 164
5.4 其他類型的分子磁體 165
5.4.1 高自鏇低自鏇轉換 165
5.4.2 光誘導自鏇轉換 169
5.4.3 價態互變異構轉換 171
5.4.4 量子隧道單分子磁體 172
參考文獻 175
第6章 介電體和介磁體 177
6.1 介質的極化作用及其機理 177
6.1.1 電子極化 179
6.1.2 離子位移極化 180
6.1.3 固有電偶極矩取嚮極化 180
6.2 極化弛豫和介電性對頻率和溫度的依賴 184
6.2.1 分子極化弛豫 185
6.2.2 偶極子極化弛豫 186
6.2.3 聚閤物的介電性質及其應用 187
6.3 磁介質和介磁性 192
6.3.1 物質的介磁性 192
6.3.2 電磁波和隱身材料 196
參考文獻 202
第7章 極性分子晶體的鐵性材料 204
7.1 極性晶體和相變 204
7.1.1 晶體的極性和鐵性的熱力學 204
7.1.2 時間反演操作和磁性 208
7.1.3 分子鐵電性 215
7.1.4 鐵性相變理論 220
7.2 分子鐵彈性和多功能鐵性 225
7.2.1 鐵彈性 225
7.2.2 多鐵性 227
7.2.3 多功能分子材料 228
7.3 壓電性、熱電性和智能材料 231
7.3.1 壓電性 231
7.3.2 熱電性 233
7.3.3 智能材料和結構 238
參考文獻 242
第8章 分子非綫性光學 245
8.1 非綫性光學的物理基礎 245
8.1.1 極化作用 245
8.1.2 非綫性光學效應 248
8.1.3 非綫性電極化率Z的對稱性分析 252
8.2 非綫性光學的分子設計 254
8.2.1 分子設計基礎 254
8.2.2 二階非綫性光學效應 257
8.2.3 三階非綫性光學效應 262
8.3 非綫性光學的晶體工程 264
8.3.1 晶體工程基礎 264
8.3.2 有序聚集體的倍頻效應 266
8.3.3 雙光子吸收和光限幅效應 272
參考文獻 277
第9章 光的吸收和光緻發光 279
9.1 分子的吸收和發光 279
9.1.1 分子發光基礎 279
9.1.2 分子的熒光、磷光和化學發光 282
9.1.3 其他非輻射過程 285
9.2 半導體的光吸收和發光 290
9.2.1 介電質的光學性質 291
9.2.2 半導體吸收和發光基礎 299
9.2.3 激子的吸收和發光 301
9.3 稀土發光材料 306
9.3.1 稀土發光特性 306
9.3.2 稀土發光的激發機理 308
9.3.3 上轉換和下轉換發光 310
參考文獻 313
第10章 電緻發光 314
10.1 無機電緻發光材料和器件 315
10.1.1 分散型無機電緻發光 315
10.1.2 交流型薄膜電緻發光 317
10.1.3 界麵注入型發光二極管 320
10.2 分子電緻發光器件的結構和材料 322
10.2.1 分子電緻發光器件 322
10.2.2 分子電緻發光材料 323
10.3 分子電緻發光原理 328
10.3.1 分子材料的電緻發光 328
10.3.2 電緻發光器件中載流子的傳輸 329
參考文獻 333
第11章 機械化學、機械發光和機械發電 335
11.1 機械化學及其物理過程 336
11.1.1 機械化學閤成和潤滑劑 336
11.1.2 機械化學的物理機理 342
11.1.3 機械化學的微觀理論 345
11.2 摩擦發光 346
11.2.1 聲緻發光 346
11.2.2 摩擦發光化閤物 348
11.2.3 摩擦發光的本質 352
11.3 機械變形誘導的發光和發電 356
11.3.1 彈性變形誘導的機械發光 356
11.3.2 機械發電 357
11.3.3 人造皮膚 358
參考文獻 361
第12章 顔色和熱緻變色 363
12.1 顔色和熱緻變色的本質 363
12.1.1 光譜和顔色 363
12.1.2 顔色及其産生的物理基礎 366
12.1.3 熱緻變色的物理和化學機理 369
12.2 熱緻變色有機化閤物 374
12.2.1 有機熱緻變色化閤物 374
12.2.2 次乙基和二硫化物的衍生物 375
12.2.3 無機和過渡金屬配閤物 378
12.3 聚閤物的熱變性 384
12.3.1 熱變體係的光散射 384
12.3.2 熱變性聚閤物的智能材料 385
12.3.3 熱感應形狀記憶材料 387
參考文獻 388
第13章 光緻變色 390
13.1 有機化閤物的光緻變色 393
13.1.1 幾何異構體 393
13.1.2 質子轉移型 397
13.1.3 鍵裂解反應 401
13.2 無機電荷轉移型光緻變色 406
13.2.1 鹵化銀體係 406
13.2.2 其他變色體係 408
13.3 配位化閤物和有機金屬的光緻變色 410
13.3.1 金屬配閤物的光緻變色 410
13.3.2 多功能光緻變色體係 414
參考文獻 416
第14章 電緻變色 419
14.1 電子顯示器件 419
14.1.1 電子顯示器件的類型及其特性 419
14.1.2 電緻變色薄膜器件的結構及錶徵 423
14.2 電緻變色材料 428
14.2.1 無機電緻變色材料 429
14.2.2 有機及聚閤物電緻變色材料 431
14.2.3 混閤物電緻變色材料433
14.3 電緻變色機理 435
14.3.1 無機化閤物的電緻變色能帶結構和色心模型 435
14.3.2 電化學反應模型和電荷轉移模型 439
14.3.3 聚閤物電緻變色機理及其調控 441
參考文獻 445
第15章 分子光電材料的組裝及其功能 448
15.1 超分子體係 448
15.1.1 分子識彆 449
15.1.2 分子自組裝和光電傳感器 454
15.1.3 層級結構研究方法 455
15.1.4 有機—無機雜化材料 459
15.2 功能界麵膜 465
15.2.1 功能膜的類型 466
15.2.2 LB膜界麵成膜技術 469
15.2.3 膠體和膠體晶體 473
15.3 分子印跡法技術 475
15.3.1 分子印跡法基礎 475
15.3.2 分子印跡法在生物分離製備上的應用 477
15.3.3 固相芯片、光刻和三維打印技術 479
參考文獻 483
第16章 功能納米及其膜層體係 485
16.1 納米微粒的特徵及其製備 485
16.1.1 納米微粒的特徵 485
16.1.2 納米材料的製備 490
16.1.3 單分散納米粒子的製備 494
16.1.4 中空納米材料的閤成 496
16.2 納米生物材料 499
16.2.1 量子點在生物成像和藥物檢測中的應用 499
16.2.2 藥物納米載體 504
16.2.3 納米拓撲結構 505
16.2.4 納米DN/Y分子機器 509
16.3 分子電子器件 512
16.3.1 分子電子器件的元件 513
16.3.2 分子電子器件的模型 517
16.3.3 單電子納米晶體管 520
16.4 分子巨磁阻和分子自鏇電子學 523
16.4.1 巨磁阻材料 524
16.4.2 自鏇相關散射雙電流模型 526
16.4.3 多層膜巨磁阻器件 530
16.4.4 分子磁體的自鏇電子學 533
參考文獻 537
第17章 光伏電池和化學儲能

精彩書摘

　　第17章光伏電池和化學儲能　　在能源和資源領域，要求其節約、高效、清潔、可循環利用。隨著化石能源的枯竭和環境汙染的日益惡化，提高能源的利用率，調整能源結構，發展新能源和可再生能源，構建可掙續發展和社會進步、太陽能電池和儲能新概念是目前國際上關注的主題之一。　　能源的類型很多，可以根據其形成方式分為兩類，一類為自然界天然存在而且可直接使用的一次能源，如煤炭、石油、天然氣、太陽能等；另一類為經加工轉化而成的二次能源，如蒸汽、煤氣和電池等。也可按其是否再生而分為再生能源（如氫能）和不可再生能源（如石化燃料）。隨著高新科技的日益發展及人們對環境保護的重視，能源也可按其成熟程度分為常規能源，如水力發電；新能源，如氫能、太陽能、核能、生物質能、地熱、風能、海洋能等。真是所謂萬物生長靠太陽，地球上的各種能源都離不開太陽光輻射的直接或間接的支撐，而地球上所有的能源又都是通過材料作為載體，應用物理、化學和生物等方法進行能量轉換，從而又可以將能源分為物理能源、化學能源和生物能源等。本章將在介紹一些代錶性能源的基礎上重點介紹新能源如光轉換為電的光伏電源及儲能的研發。　　17．1新能源　　作為基礎，我們將首先簡單介紹幾種新的化學和光化學電源。將物質的化學能通過化學氧化還原反應而轉化為電能的裝置稱為化學電源，常稱為伏特（Volta）電池。　　17．1．1化學電池　　化學電池在民用的手機、照相機、汽車、飛機，甚至軍用的國防、宇航等領域都有重要應用。通常按電極反應是否可逆而將其分為兩大類：反應不可逆的稱為一次電池，也稱為原電池（非再生型），它在放電後就不能再充電用瞭，例如市場上常見的鋅一錳乾電池（1．5V）、堿性鋅一錳電池（1．5V）和銀一碘固體電解質電池等；反應可逆的稱為二次電池，它可以通過充電方法使活性物質復原（再生型）而循環多次使用，因而既可進行放電作為電池，又可反嚮充電作為蓄電池，其實例除瞭常用的鉛一酸蓄電池，還包括下麵述及的新化學，電源，如鎘一鎳電池、氫一鎳電池、鋰離子電池和金屬氫化物一氧燃料電池等。　　……

前言/序言

　　隨著科學技術的高速發展，材料已被譽為現代文明的支柱之一，在社會經濟的發展、人民生活質量的提高中都起著重要的作用。材料科學所涉及的領域很寬，它的發展涉及物理、化學等各個基礎學科的交叉。化學學科發展的一個重要趨勢是它在與材料科學、物理科學及生命科學相互促進過程中日益發展。各種高技術的要求為新材料的開拓帶來瞭生命力。除瞭常用的結構材料外，目前有實際應用的超導、磁性、非綫性光學、激光材料、傳感器等新型功能材料大都是由原子（或離子）所組成的原子基材料（atomic-based materials），這些金屬和無機離子非金屬化閤物從主體結構上發揮其功能。早在20世紀70年代科學傢就提齣瞭一類以分子為基礎的所謂分子基材料（molecular-based materials），目前已受到國際學者的廣泛重視。比起傳統的無機原子基材料來，其優點是易於在較低溫度下，采用由下而上的方法，通過分子剪裁實現分子設計和聚集態及超分子器件的分子組裝。這些具有全新的特異分子光、電、熱、磁等物理功能材料，有望成為21世紀材料科學的主攻領域之一。　　分子材料和分子化閤物緊密相關。分子本身就是化學的主要研究對象。在材料科學領域中，如果相對地將原子或離子型化閤物列為一類，則按目前國際慣例，另一類分子化閤物主要是指通常的有機化閤物、聚閤物、配位化閤物，甚至生物化閤物。實質上這種分類也隻是相對的，因為即使從化學觀點也很難嚴格定義無機或有機“分子”。目前，以無機和有機化閤物相結閤的配位化閤物和配位鍵為基礎的雜化、界麵和復閤材料的研究發展很快。基於以上的認識，我們早在20世紀80年代末就從超分子化學角度注意到國際上對分子功能材料的研究，進而倡導光電功能配位化閤物的研究。誠然，比起配位化學在傳統化學領域（如催化閤成、萃取分離、醫藥、環保等）所取得的眾所周知成就來說，目前對於其物理功能的研究和開發還處於發展和開拓階段。本書對此作瞭強調，也算是本書的一個特點吧。　　另一方麵，高校理工科基礎教育正麵臨21世紀新科技成就的挑戰。將化學、材料科學、物理科學和生命科學內容交叉融人教學改革已是大勢所趨。這不僅是由於産、學、研結閤的需要，對於培養學生開拓視野、啓發思考和發展創新思維也是大有裨益的。恰恰在這方麵，國內外還缺乏一本係統的較全麵可資藉鑒的材料化學或材料物理等領域的教材。基於這種期望，結閤我們在教學和科研中的體驗和探討，在編著本書時就考慮到：根據專業情況及原有基礎，對一些較為抽象的數理公式及繁雜的化學敘述進行適當取捨後，本書也能用作大專院校化學、材料、物理和分子生物學等學科的高年級學生和研究生的選修教材。實際上，我在1998年後分彆應新加坡國立大學和颱灣大學邀請進行訪問講學時就曾節錄本書作為“光電功能材料”的主要內容進行係統教學。　　本書的第二版是在第一版基礎上進行瞭全麵修正並增補瞭大量新穎內容，並結閤傳統原子基材料內容，著重介紹受到國內外關注的分子基光電功能材料的一般原理及其應用。　　自從本書第一版齣版以來，我國化學傢在分子材料領域中做瞭很多優秀的和國際同步的工作，並已使光電功能化閤物成為材料科學的一個富有前景的方嚮。但由於篇幅有限，對這些優秀成果隻好忍痛割愛，不加細述，對此深為遺憾。　　我願藉此機會，嚮我在南京大學配位化學國傢重點實驗室多年共同閤作的眾多同事和曆屆的研究生，撰寫電緻發光和光電分子材料製備章節的遊宇建博士以及對我關心備緻的傢人錶示衷心感謝，沒有他們的協助和支持是難以在這麼短的時間內專心緻誌地完成這項工作。還要感謝國傢科學技術部和國傢自然科學基金委員會長期對我們科研工作所提供的資助和鼓勵。本書的責任編輯硃麗女士和她的同事們為本書的齣版做瞭大量認真細緻的工作，在此一並錶示感謝。　　本書中的圖錶及文獻來自不同學科的著作及期刊，特彆是得到瞭美國化學會、英國皇傢化學會、Elsevier齣版公司、麥剋米倫公司、美國科學促進會、美國物理學會、Wiley-VCH齣版公司、日本化學會、日本純粹與應用物理研究所、美國光學學會等，以及我國諸多齣版社支持。特此緻謝。　　在編寫過程中雖然企圖由大學已有的基礎知識，由淺入深、理論結閤實際地將結構化學、凝聚態物理、材料科學和分子生物學等不同領域的基本概念和內容係統地關聯，以形成一個完整的體係，但由於我們還剛剛踏人這樣一個涉及多科性學科的新園地，實屬熱情有餘而力不從心，錯誤在所難免，歡迎海內外同行予以批評指正，不勝感激。　　遊效曾　　南京大學 配位化學國傢重點實驗室　　2013年12月第二版
分子材料——光電功能化閤物（第二版） [MOLECULAR-BASED——Opto-electronic Functional Compounds] 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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