结构与材料PDF电子书下载

第一章 原子结构 1

§1.1量子力学的基本假定 1

1.1.1量子力学中应用到的一些基本概念 1

1.1.2量子力学的基本假定 5

§1.2量子力学在简单体系中的应用 8

1.2.1一维空间中的自由粒子 8

1.2.2在一维势箱中运动的粒子 9

1.2.3在三维势箱中运动的粒子 11

＊1.2.4一维谐振子（one-dimentionalharmonic oscillator） 13

§1.3单电子原子和离子 16

1.3.1单电子原子的基态 17

1.3.2单电子原子的一般解 20

1.3.3氢原子光谱和原子的光谱选律 28

§1.4多电子原子 29

1.4.1电子的自旋 29

1.4.2Pauli原理 30

1.4.3Slater行列式 31

1.4.4中心力场近似法（central fieldapproximation） 32

＊1.4.5Hartree-Fock自洽场法（self-consistent field method） 36

1.4.6电子组态和原子光谱项 38

1.4.7原子核外电子排布 41

参考文献 45

习题 45

第二章分子结构 48

§2.1分子的对称性和群论 48

2.1.1对称元素和对称操作 48

2.1.2群论 50

2.1.3分子的点群 51

2.1.4分子点群的判别 56

2.1.5群的表示 57

＊2.1.6对称性和群论在化学中的应用 59

§2.2双原子分子的电子结构 61

2.2.1 H？的SChr？dinger方程及其解 61

2.2.2变分法对H？的处理 64

2.2.3双原子分子的分子轨道 68

2.2.4б键、π键和δ键 71

2.2.5异核双原子分子的电子结构 73

§2.3多原子分子的电子结构 77

2.3.1H2O的分子轨道 77

2.3.3NH3的分子轨道 78

2.3.2CO2的分子轨道 78

2.3.4CH4的分子轨道 79

2.3.5简单有机分子的分子轨道 81

＊2.3.6含氧酸离子的分子轨道 83

§2.4价键理论 87

2.4.1Heitler-London对H2的处理 87

2.4.2价键理论（Heitler-London理论的推广） 89

§2.5　共轭分子的电子结构 94

2.5.1Hücickel分子轨道（Hückel MO）法 94

2.5.2电荷密度、偶极矩、键级、自由价和分子图 98

＊2.5.3群论在Hückel分子轨道求算中的应用 101

参考文献 105

习题 106

第三章晶体结构 108

§3.1点阵与晶体 108

3.1.1晶体结构的周期性和点阵 108

3.1.2点阵点、直线点阵和平面点阵的指标 110

3.1.3晶胞和晶系 111

§3.2晶体结构的对称性 113

3.2.1晶体的对称元素和对称操作 113

3.2.2螺旋轴与滑移面 114

3.2.3晶体的32个点群 115

＊3.2.4230个空间点群 115

§3.3晶体的缺陷 117

3.3.1晶体的点缺陷 117

3.3.2晶体的线缺陷——位错 119

＊3.3.3晶体的面缺陷 120

3.3.4晶体的缺陷对晶体物理性质和化学性质的影响和作用 120

§3.4各种结晶材料的对称性分布 123

参考文献 123

习题 124

第四章结构化学在现代化学中的作用 125

§4.1结构化学对现代化学发展所起的重要作用 125

4.1.1蛋白质的结构测定和分子设计 125

4.1.2结构化学在研究新型材料发展中的作用 126

4.1.3晶体学的发展加速了现代化学前进的步伐 128

4.1.4固相化学反应 129

§4.2量子化学计算在现代化学中的应用 131

4.2.1量子化学中的从头计算（ab initio）方法 131

4.2.2半经验的量子化学计算方法 134

4.2.3量子化学计算在化学研究中的作用 135

4.3.1分子科学软件包Cerius2在现代化学中的应用 138

＊§4.3结构化学的计算机软件包在现代化学中的应用 138

4.3.2材料模拟（Materials Studio）软件 140

参考文献 142

习题 142

第五章金属材料和半导体材料 143

§5.1材料科学与材料的分类 143

§5.2金属、绝缘体和半导体 144

5.2.1影响固体电导率的因素 144

5.2.2固体理论发展过程中的重要里程碑 145

5.3.1总论 151

§5.3金属材料 151

5.3.2钢铁材料 161

5.3.3有色金属材料 163

5.3.4几种特殊的金属材料 165

§5.4半导体 174

5.4.1本征半导体（intrinsic semiconductor） 174

5.4.2非本征半导体（杂质半导体，extrinsicsemiconductor） 176

5.4.3半导体与化学结构的关系 180

＊5.4.4Fermi能级和载流子的统计分布 183

5.4.5p-n结 188

5.4.6半导体材料的进展和应用 192

参考文献 199

习题 200

第六章超导材料 201

§6.1超导体的基本性质 201

6.1.1零电阻现象 201

6.1.2临界磁场和Matthias规律 201

6.1.3Meissner效应 203

6.1.4热力学性质 204

6.1.5超导体的同位素效应 206

＊6.1.6正常电子隧道效应和超导隧道效应 207

§6.2超导体的应用 209

6.2.1超导磁体 209

6.2.2超导输电线 211

＊6.2.3超导隧道效应的应用 211

§6.3超导材料 212

§6.4有机超导体 213

§6.5高温超导材料 215

6.5.1超导材料的探索和高温超导材料的发现 215

6.5.2高温超导体的晶体结构 216

＊6.5.3高温超导体的一些结晶化学特征 218

6.5.4高温超导体的制备 221

6.5.5高温超导体研究的进展 223

参考文献 224

习题 225

第七章压电材料、热释电材料和铁电材料 226

§7.1张量基础知识 226

7.1.1张量的概念 226

7.1.2三阶张量和四阶张量 228

7.1.3张量的变换 228

7.2.2晶体存在对称中心对物理性质的影响 232

7.2.1表示晶体物理性质的张量的独立分量的减少 232

＊§7.2晶体的对称性对其物理性质的影响 232

§7.3晶体物理性质间的相互关系 233

7.3.1主效应 234

7.3.2各效应之间的相互联系 235

§7.4晶体的介电性质 236

7.4.1晶体的电极化 236

7.4.2晶体的介质极化率和介电常数 237

§7.5压电性晶体材料 237

7.5.1产生压电性的原因 239

7.5.2压电系数 239

7.5.3压电单晶体 241

7.5.4压电陶瓷、压电聚合物和压电复合材料 243

7.5.5压电材料的应用 244

§7.6热释电效应和热释电材料 245

7.6.1热释电效应 245

7.6.2晶体按介电性质的分类 245

7.6.3热释电材料及其应用 246

§7.7铁电晶体和铁电材料 248

7.7.1电滞回线 248

7.7.2Curie温度（铁电相变温度） 249

＊7.7.3铁电晶体的应用 250

参考文献 256

习题 256

第八章光学材料 258

§8.1常用光学材料 258

8.1.1晶体中的双折射现象 258

＊8.1.2折射率面及其性质 259

8.1.3晶体折射率的色散 261

8.1.4折射率与分子结构的关系 261

8.1.5常用的光学晶体材料 262

8.1.6窗口材料 263

8.1.7固体激光器的材料和激光器的应用 264

§8.2非线性光学晶体材料 270

8.2.1非线性光学发展简史和非线性光学材料概况 270

8.2.2非线性光学晶体的理论基础 272

＊8.2.3晶体的相位匹配 276

8.2.4二阶和三阶非线性极化系数的实验测定 278

8.2.5有机非线性光学晶体材料的进展 280

§8.3光纤材料 282

8.3.1光纤发展概况和基本特性 282

8.3.2光纤的应用 283

8.3.3光纤材料的制备 285

§8.4光存储材料 289

8.4.1发展概况 289

8.4.2只读存储光盘材料 290

8.4.3一次写入光盘材料 291

8.4.4可擦重写磁光光盘材料 291

8.4.5可擦重写相变光盘材料 291

＊8.4.6可擦光盘中有机光化学材料的应用 292

§8.5具有特殊功能的光催化剂——TiO2 293

8.5.1绪论 293

8.5.2TiO2在光照射下的抗菌效应 293

8.5.3能自洁（self-cleaning）的建筑材料 294

8.5.4具有自洁和抗雾作用的玻璃 295

8.5.5用光催化可净化空气——去臭效应 296

8.5.6水的处理和纯化 297

8.5.7TiO2在光照射下可使水分解 297

§8.6有机光电导材料（organic photoconductivematerial） 298

8.6.1光电导材料的特征和OPC材料的优点 298

8.6.2静电复印的基本过程 299

8.6.3光电导材料的发展简史和有机光电导材料的兴起 299

＊8.6.4电荷产生材料 300

＊8.6.5电荷传输材料 303

参考文献 304

习题 305

第九章磁性材料 306

§9.1物质的磁性 306

9.1.1物质的宏观磁性 306

9.1.2磁性物质的温度效应 308

§9.2物质磁性的来源 309

9.2.1分子磁矩及其计算 309

9.2.2晶体磁性的来源 312

9.3.1铁氧体磁性材料 316

§9.3磁性材料及其应用 316

9.3.2磁记录材料和磁性存储材料 319

＊9.3.3磁光材料 322

＊§9.4磁性功能材料的进展 324

9.4.1高记录密度和高容量磁记录材料 324

9.4.2巨Hall效应磁性材料 324

9.4.3巨磁光旋转效应材料 324

9.4.4低磁场庞磁电阻材料 325

＊§9.5金属有机（高分子）磁性材料 325

9.5.1理论基础 325

9.5.2几种金属有机（高分子）铁磁性材料 326

参考文献 328

习题 329

第十章精细陶瓷材料和复合材料 330

§10.1陶瓷材料的进展——从传统陶瓷到精细陶瓷 330

§10.2精细陶瓷的特点和功能陶瓷的应用 331

10.2.1精细陶瓷在原料、成分、制备工艺和用途方面的特点 331

10.2.2精细陶瓷在结构上的特点 331

10.2.3精细陶瓷在性能上的特点 331

10.2.4功能陶瓷的分类和应用 331

10.3.1导电陶瓷和半导体陶瓷 333

§10.3重要的功能陶瓷 333

10.3.2光电陶瓷 342

10.3.3电介质陶瓷 346

§10.4高温结构陶瓷 352

10.4.1氧化铍陶瓷 352

10.4.2透明氧化铝陶瓷 352

＊10.4.3其他透明陶瓷及其应用 353

＊10.4.4氮化硅陶瓷 354

＊10.4.5Sialon陶瓷材料 355

10.5.1硬度和键强之间的关系 356

§10.5超硬材料——人造金刚石 356

10.5.2人造金刚石的合成 357

§10.6复合材料概述 358

10.6.1复合材料的分类 359

10.6.2纤维增强体在复合材料中的增强作用 360

＊10.6.3几种重要的高性能增强体 363

§10.7聚合物基复合材料 367

10.7.1热固性聚合物基复合材料 367

10.7.2热塑性聚合物基复合材料 368

10.8.1颗粒增强铝基复合材料 369

§10.8金属基复合材料 369

10.8.2晶须增强铝基复合材料 370

＊10.8.3纤维增强钛合金及其金属间化合物基复合材料 370

§10.9无机非金属复合材料 371

10.9.1陶瓷基复合材料 371

10.9.2碳基复合材料 371

＊§10.10功能复合材料的进展和复合材料的应用前景 372

10.10.1功能复合材料的进展 372

参考文献 373

10.10.2复合材料的应用前景 373

习题 374

第十一章功能高分子材料 376

§11.1概述 376

§11.2高分子功能膜材料 376

11.2.1膜科学的发展简史 376

11.2.2高分子功能膜的结构和分类 378

11.2.3高分子膜材料及其改性 379

11.2.4微孔过滤 380

11.2.5反渗透（超细滤膜） 383

11.2.6超过滤 385

＊11.2.7气体分离膜 387

11.2.8膜分离方法的应用 391

11.2.9Langmuir-Blodgett（LB）膜 392

§11.3光敏高分子材料 393

11.3.1与日常生活关系密切的光敏高分子材料 393

11.3.2光敏高分子材料的分类 393

11.3.3光固化涂料 394

11.3.4高分子感光材料 397

11.3.5微电子技术中光敏高分子的应用——光刻与光刻胶 402

＊11.3.6光致变色高分子材料 406

11.4.2液晶的分类 410

§11.4高分子液晶 410

11.4.1概述 410

11.4.3高分子液晶的分子结构 411

11.4.4高分子液晶的应用 414

§11.5导电高分子材料 416

11.5.1概述 416

11.5.2聚合物载流子的迁移率 417

11.5.3聚合物的掺杂 419

11.5.4量子化学理论在导电高分子中的应用 420

11.5.5高分子导电聚合物的应用 423

参考文献 424

习题 425

第十二章纳米材料 426

§12.1绪论 426

§12.2纳米材料的基本特性 427

12.2.1纳米材料的结构与形貌 427

12.2.2纳米微粒的特性 428

＊§12.3纳米材料的物理特性 431

12.3.1热学性能 431

12.3.2磁学性能 432

12.3.3光学性能 433

12.3.4纳米微粒的其他性质 434

§12.4内米微粒的化学性质 435

12.4.1纳米微粒的吸附 435

12.4.2纳米微粒的分散与团聚（凝聚） 436

§12.5纳米微粒的制备 438

12.5.1气相法制备纳米微粒 438

12.5.2液相法制备纳米微粒 440

§12.6纳米材料的应用 442

12.6.1磁性材料 442

12.6.2超微粒传感器 442

12.6.3纳米微粒在生物和医学上的应用 443

12.6.4纳米微粒在催化方面的应用 444

12.6.5光学方面的应用 444

§12.7富勒烯 445

12.7.1概论 445

12.7.2C60的制备和结构 447

12.7.3C60的化学性质 449

12.7.4C60的高分子化合物 451

＊12.7.5两类重要的C60化合物 452

＊12.7.6富勒烯的应用前景 452

12.8.1纳米碳管的发现及其应用前景 453

§12.8纳米碳管 453

＊12.8.2纳米碳管的制备 454

参考文献 454

习题 455

附录 456

附录1常用的物理常数 456

附录2国际单位制（SI） 456

附录3常用的换算因数 457

附录4SI词头 457

附录5化学中重要的点群的特征标表 458

附录6230个空间群的记号 464