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《Materials Chemistry - M. Fahlman (Springer 2007)》
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Materials Chemistry - M. Fahlman (Springer 2007) WW.pdf http://www.namipan.com/d/b245957 ... e7e04a7451a3cb5c100 [ Last edited by 张甜 on 2008-11-3 at 09:09 ] |
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55楼2009-03-30 23:32:47
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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 |
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