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木虫 (正式写手)

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[资源] 《Materials Chemistry - M. Fahlman (Springer 2007)》

Materials Chemistry - M. Fahlman (Springer 2007) WW.pdf

http://www.namipan.com/d/b245957 ... e7e04a7451a3cb5c100

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1楼2008-11-03 08:39:12

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TABLE OF CONTENTS
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix
Chapter 1. WHAT IS MATERIALS CHEMISTRY? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 HISTORICAL PERSPECTIVES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 CONSIDERATIONS IN THE DESIGN OF NEW MATERIALS . . . 5
1.3 DESIGN OF NEW MATERIALS THROUGH A “CRITICAL
THINKING” APPROACH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Chapter 2. SOLID-STATE CHEMISTRY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1 AMORPHOUS VS. CRYSTALLINE SOLIDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 TYPES OF BONDING IN SOLIDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.1 Ionic Solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.2 Metallic Solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.3 Molecular Solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.4 Covalent Network Solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 THE CRYSTALLINE STATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.1 Crystal Growth Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.2 The Unit Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.3 Crystal Lattices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.4 Crystal Imperfections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3.5 Phase-Transformation Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.3.6 Crystal Symmetry and Space Groups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.3.7 Physical Properties of Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4 THE AMORPHOUS STATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.4.1 Sol–Gel Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.4.2 Glasses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.4.3 Cementitious Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Chapter 3. METALS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.1 MINING AND PROCESSING OFMETALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.1.1 PowderMetallurgy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
v
vi Table of Contents
3.2 METALLIC STRUCTURES AND PROPERTIES . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.2.1 Phase Behavior of Iron–Carbon Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.2.2 Hardening Mechanisms of Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.2.3 Stainless Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
3.2.4 NonferrousMetals and Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
3.3 METAL SURFACE TREATMENTS FOR CORROSION
RESISTANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3.4 MAGNETISMINMETALS AND ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
3.5 REVERSIBLE HYDROGEN STORAGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Chapter 4. SEMICONDUCTING MATERIALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
4.1 PROPERTIES AND TYPES OF SEMICONDUCTORS . . . . . . . . . . 153
4.2 SILICON-BASED APPLICATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
4.2.1 Silicon Wafer Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.2.2 Integrated Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
4.3 LIGHT-EMITTING DIODES: THERE IS LIFE OUTSIDE
OF SILICON! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
4.4 THERMOELECTRIC (TE) MATERIALS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Chapter 5. ORGANIC “SOFT” MATERIALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
5.1 POLYMER CLASSIFICATIONS AND NOMENCLATURE . . . . . . 223
5.1.1 Polymerization Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
5.2 “SOFT MATERIALS” APPLICATIONS: STRUCTURE
VS. PROPERTIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
5.2.1 Molecular Magnets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
5.2.2 Polymer Additives: Plasticizers and Flame Retardants . . . . . 264
Chapter 6. NANOMATERIALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
6.1 WHAT IS “NANOTECHNOLOGY”? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
6.2 NANOSCALE BUILDING BLOCKS AND APPLICATIONS . . . . . 280
6.2.1 Zero-Dimensional Nanomaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
6.2.2 One-Dimensional Nanostructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
6.3 TOP-DOWN NANOTECHNOLOGY: “SOFT LITHOGRAPHY” . . 342
Chapter 7. MATERIALS CHARACTERIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
7.1 OPTICALMICROSCOPY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
7.2 ELECTRON MICROSCOPY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
7.2.1 Transmission ElectronMicroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
7.2.2 Scanning Electron Microscopy (SEM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
7.2.3 Photoelectron Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
7.3 SURFACE CHARACTERIZATION TECHNIQUES
BASED ON ION BOMBARDMENT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
7.4 SCANNING PROBE MICROSCOPY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
7.5 BULK CHARACTERIZATION TECHNIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . 418
Table of Contents vii
Appendix A. TIMELINE OF MATERIALS AND TECHNOLOGICAL
DISCOVERIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
Appendix B. “THERE’S PLENTY OF ROOM AT THE BOTTOM” . . . . 441
Appendix C. MATERIALS-RELATED LABORATORY
EXPERIMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
C.1 CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF CARBON
NANOTUBES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
C.1.1 Background Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
C.1.2 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
C.2 SUPERCRITICAL FLUID FACILITATED GROWTH OF
COPPER AND ALUMINUM OXIDE NANOPARTICLES . . . . . . . 457
C.2.1 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
C.3 SYNTHESIS AND CHARACTERIZATIONOF LIQUID
CRYSTALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
C.3.1 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
C.4 TEMPLATE SYNTHESIS AND MAGNETIC MANIPULATION
OF NICKEL NANOWIRES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
C.4.1 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
C.5 INTRODUCTION TO PHOTOLITHOGRAPHY . . . . . . . . . . . . . . . 469
C.5.1 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
C.6 SYNTHESIS OF GOLD NANOCLUSTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
C.6.1 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475