基于半导体涉及电荷转移的SERS及其增强机制研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨立滨 著

图书标签:

• SERS
• 表面增强拉曼散射
• 电荷转移
• 半导体
• 增强机制
• 拉曼光谱
• 纳米材料
• 光谱学
• 材料科学
• 光物理

出版社： 黑龙江大学出版社

ISBN：9787811297270

版次：1

商品编码：11574152

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-07-01

用纸：胶版纸

页数：132

字数：121000

正文语种：中文

内容简介

　　《基于半导体涉及电荷转移的SERS及其增强机制研究》主要包括Au/ZnO/PATP组装体中ZnO对电荷转移诱导表面增强拉曼散射的贡献、TiO2纳米粒子作为SERS基底及其增强机制研究、表面增强拉曼散射研究4-MBA分子在TiO2纳米粒子上的吸附行为、Zn掺杂对纳米TiO2表面增强拉曼散射性能的影响等几部分内容。

作者简介

　　杨立滨，佳木斯大学教师。

内页插图

目录

第1章 表面增强拉曼散射与半导体纳米材料
1.1 表面增强拉曼散射简介
1.2 半导体纳米材料简介
1.3 本书的研究思路和内容
参考文献

第2章 Au-ZnO-PATP组装体中ZnO对电荷转移诱导SERS效应的贡献
2.1 概述
2.2 实验部分
2.3 结果与讨论
2.4 本章小结
参考文献

第3章 TiO2纳米粒子作为SERS活性基底及其增强机制研究
3.1 概述
3.2 实验部分
3.3 结果与讨论
3.4 本章小结
参考文献

第4章 用SERS光谱研究4-MBA分子在TiO2纳米粒子上的吸附行为
4.1 概述
4.2 实验部分
4.3 结果与讨论
4.4 本章小结
参考文献

第5章 zn的掺杂对TiO2纳米粒子SERS性能的影响
5.1 概述
5.2 实验部分
5.3 结果与讨论
5.4 本章小结
参考文献

第6章 Ag-TiO2纳米复合体上电荷转移诱导的SERS效应
6.1 概述
6.2 实验部分
6.3 结果与讨论
6.4 本章小结
参考文献
作者简介

《微纳界面电荷动力学与功能材料设计》 一、 书籍概述 《微纳界面电荷动力学与功能材料设计》是一部深入探讨物质微观结构与宏观性能之间内在联系的专著。本书聚焦于微纳尺度下，界面处发生的复杂电荷转移过程，以及如何基于对这些过程的深刻理解，设计和开发具有 novel 功能的新型材料。全书紧密围绕“界面”、“电荷动力学”与“材料设计”这三个核心概念展开，旨在为相关领域的科研人员、工程师和高年级本科生提供一个全面、系统且前沿的知识体系。 本书的研究范畴涵盖了从基础理论到实验技术的广泛内容。在理论层面，我们深入剖析了不同材料体系（如半导体、金属、有机分子、纳米颗粒等）在界面处的电子结构、能带排布以及电荷注入、传输、猝灭等关键动力学过程。在实验层面，本书详细介绍了用于探测和调控微纳界面电荷行为的先进表征技术，并展示了如何利用这些技术指导材料的设计与优化。 本书的出版，旨在填补当前在微纳尺度界面电荷动力学研究与功能材料设计之间系统性关联性论述上的空白。以往的研究往往侧重于某个特定材料体系或某一种功能，而缺乏一个宏观的、跨学科的视角来审视界面电荷转移在材料科学中的普遍性和重要性。本书的出现，将有助于读者建立起更全面的认识，掌握跨领域的研究思路，从而推动新一代功能材料的研发进程。 二、 内容详述 第一部分：微纳界面电荷动力学的基本原理 本部分奠定了全书的理论基础，系统性地介绍了微纳界面电荷动力学中的核心概念和基本原理。 1. 量子力学基础与电子结构： 固体物理中的能带理论： 详细阐述了晶体材料的能带结构，包括价带、导带、带隙等概念，以及不同材料（导体、半导体、绝缘体）的能带特性。 表面与界面态： 探讨了由于原子排列不规则、悬挂键、晶格畸变等原因在材料表面和界面处产生的特有电子态，以及这些态对电荷行为的影响。 量子化学方法在界面研究中的应用： 介绍密度泛函理论（DFT）等计算方法如何用于精确计算界面处的电子结构、局域态密度（LDOS）以及电荷密度分布，为理解电荷转移过程提供微观依据。 2. 电荷转移的基本过程： 电荷注入与提取： 详细分析了不同驱动力（如电场、光照、热激发、化学势差）引发的电荷从一个材料向另一个材料注入或提取的过程。 界面能垒与传输： 探讨了肖特基势垒、欧姆接触等界面形成机理，以及界面势垒对电荷传输效率的影响。介绍不同模型（如费米黄金法则、扩散-漂移模型）来描述界面电荷传输。 电荷弛豫与猝灭： 深入研究了在界面处，激发的电子或空穴如何通过非辐射跃迁、俄歇复合、能量转移等过程失去能量并最终消失（猝灭）。分析影响这些过程的因素，如界面缺陷、电子-声子耦合等。 量子隧穿效应： 讨论了在极薄界面或纳米结构中，电荷可以通过量子隧穿跨越能垒的现象，并分析其概率和依赖关系。 3. 影响电荷动力学的关键因素： 界面质量与形貌： 讨论了界面粗糙度、晶格失配、原子界面的形成等对电荷传输路径和速率的影响。 化学吸附与官能团： 分析了化学吸附物或界面官能团如何通过改变局部电子密度、引入新的能级等方式调控界面电荷转移。 外场调控： 探讨了电场、磁场、应力等外场如何影响界面能带结构，进而调控电荷的注入、传输与分布。 温度与环境因素： 分析了温度、气氛等环境因素对界面电荷动力学的动态影响。 第二部分：微纳界面电荷动力学研究的前沿技术 本部分详细介绍了当前用于表征和理解微纳界面电荷动力学的关键实验技术。 1. 光谱学与电子学表征技术： 紫外-可见吸收光谱与荧光光谱： 用于探测材料的光吸收特性、激子行为以及荧光量子产率，间接反映电荷分离与复合效率。 X射线光电子能谱（XPS）与紫外光电子能谱（UPS）： 能够直接测量材料的价带结构、功函数以及表面化学态，是研究界面能级匹配和电荷转移的有力工具。 俄歇电子能谱（AES）： 提供表面元素的化学态和空间分布信息，有助于识别界面存在的缺陷或吸附物。 拉曼光谱与红外光谱： 分析材料的分子振动模式，可用于监测界面上的化学反应、应力以及吸附物对材料的影响。 瞬态吸收光谱（TAS）与飞秒时间分辨光谱： 能够以极高的时间分辨率（飞秒至纳秒）跟踪光生载流子的产生、分离、传输和复合过程，直接揭示电荷动力学的时间尺度。 电容-电压（C-V）与电导-电压（G-V）测量： 用于研究界面电荷的积累、耗尽以及电荷传输特性，常用于评估半导体异质结和器件性能。 2. 显微学与成像技术： 原子力显微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）： 提供纳米尺度的表面形貌信息，STM 还能获得局域电子态密度（LDOS）图像，揭示界面电子结构的空间异质性。 透射电子显微镜（TEM）与扫描电子显微镜（SEM）： 用于观察材料的微观结构、晶体相和界面形貌，高分辨率 TEM 甚至可以观察到原子排列。 光致发光（PL）与电致发光（EL）成像： 能够可视化材料的发光区域，间接反映载流子分布和复合中心的活性，用于评估界面质量。 开尔文探针力显微镜（KPFM）： 测量材料表面的功函数分布，能够直观地了解界面电荷积累和电势分布。 3. 电荷输运与界面研究专用技术： 三端子/四端子测量： 用于精确测量材料的电导率和霍尔系数，研究载流子浓度和迁移率。 光电导效应测量： 探测材料在光照下的电导率变化，反映光生载流子的产生、传输和复合效率。 界面电阻测量技术（如TLM法）： 用于评估半导体器件中接触电阻和传输区域电阻，直接量化界面接触质量。 电化学工作站： 用于在电解液环境中研究界面上的电荷转移过程，如在染料敏化太阳能电池、锂离子电池等领域。 第三部分：基于界面电荷动力学的功能材料设计 本部分将理论与实验技术相结合，重点阐述如何利用对界面电荷动力学的理解来设计和开发具有特定功能的材料。 1. 新能源材料设计： 光伏材料： 异质结界面工程： 通过选择合适的半导体材料组合，调控能带匹配，优化电荷分离效率，减少复合损失，如钙钛矿/TiO2, CIGS/CdS 等。 表面钝化策略： 采用有机分子、无机物层或等离子体处理来修饰界面缺陷，降低表面复合速率，提高器件效率。 新型给/吸电子材料的界面设计： 探索有机半导体、量子点、二维材料等在构建高效电荷分离界面中的作用。 催化材料： 光催化与电催化界面： 设计半导体/半导体、金属/半导体、金属氧化物/金属氧化物等复合结构，通过构建有利的电子/空穴传输通道，提高表面反应活性和选择性。 等离激元增强催化： 利用金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振效应，增强界面的光吸收和热效应，促进化学反应。 多组分催化剂的设计： 通过合理设计不同功能组分（如氧化还原活性中心、载体、助催化剂）之间的界面，协同提高催化性能。 储能材料： 电极/电解质界面： 优化固态电解质与电极材料的界面接触，降低界面电阻，抑制副反应，提高锂离子电池、钠离子电池等储能器件的能量密度和循环稳定性。 界面层设计： 引入固态电解质界面层（SEI）等，有效阻挡电解液分解，同时允许锂离子高效传输。 电荷存储与释放界面： 在超级电容器等领域，设计高比表面积材料的界面，优化电荷存储和快速释放的动力学。 2. 电子与光电子器件材料设计： 有机电子器件： 有机发光二极管（OLEDs）： 精心设计发光层、传输层与电极之间的界面，调控激子形成、能量转移与电荷注入/传输，提高器件的发光效率、亮度和寿命。 有机光伏电池（OPVs）： 优化给/吸电子材料的相分离形貌和界面，实现高效的激子解离和电荷传输。 有机薄膜晶体管（OTFTs）： 研究半导体层与栅介质/电极之间的界面特性，影响载流子注入和传输，提高器件的迁移率和开关比。 传感器材料： 化学传感器与生物传感器： 设计敏感层与基底或信号转换器的界面，通过改变界面电荷状态或发生特异性吸附，实现对目标物的灵敏检测。 气敏传感器： 利用半导体氧化物、碳材料等表面与目标气体分子的相互作用，引起界面电荷分布或导电性的变化，实现气体检测。 3. 量子信息与自旋电子学材料： 量子点与纳米结构界面： 研究量子点之间的耦合、量子点与衬底的界面，调控量子态的传输和相干性，为量子计算和量子通信提供材料基础。 磁性材料界面： 探索铁磁/非磁性、铁磁/半导体等界面的自旋注入、自旋注入、自旋轨道耦合等过程，为开发新型自旋电子器件提供材料解决方案。 第四部分：未来展望与挑战 跨尺度研究整合： 如何将不同尺度（原子、分子、纳米、微观）下的界面电荷动力学研究有效地结合起来，建立更全面的理论模型。 智能化材料设计： 利用机器学习和人工智能等手段，加速对界面电荷动力学的理解和材料的设计过程。 新型界面物理现象的探索： 发现和利用新的界面效应，例如拓扑界面效应、激子-极化子耦合等，开发具有前所未有功能的材料。 可持续性与环境友好性： 在材料设计中，更加关注材料的制备过程、使用寿命以及回收利用，实现绿色化学和可持续发展。 实验技术的发展： 持续开发更高时间分辨率、更高空间分辨率、更高灵敏度的表征技术，以更精细地探测和理解界面电荷动力学。 三、 读者对象 本书适合以下读者群体： 材料科学与工程专业的本科生和研究生： 作为高级教材或参考书，帮助建立扎实的理论基础和前沿的知识体系。 物理学（凝聚态物理、半导体物理）、化学（物理化学、无机化学、有机化学）及相关交叉学科的研究人员： 提供深入的理论分析、前沿的技术介绍和创新的研究思路。 新能源、光电子、微电子、纳米技术等领域的研发工程师： 为实际材料设计和器件开发提供理论指导和技术参考。 对微纳界面现象和材料科学前沿感兴趣的读者。 四、 本书特色 系统性与全面性： 覆盖了微纳界面电荷动力学的基本原理、前沿技术和广泛的应用，形成一个完整的知识框架。 理论与实践结合： 理论阐述深入浅出，同时结合大量前沿的实验技术和具体的材料设计案例。 前沿性与创新性： 聚焦于当前该领域最活跃的研究方向和最新进展。 跨学科视角： 融合了物理、化学、材料等多学科的知识，促进学科间的交叉与融合。 实用性： 强调理论指导下的材料设计和性能优化，为实际应用提供思路。 《微纳界面电荷动力学与功能材料设计》 是一部集理论深度、技术广度和应用价值于一体的学术专著，必将为推动微纳界面科学和功能材料领域的发展做出重要贡献。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一名对前沿科技有着高度敏感度的读者来说，一本探讨“SERS及其增强机制”的书籍，尤其是与“半导体”和“电荷转移”这些关键词相结合，无疑具有巨大的吸引力。我设想，这本书会深入到SERS技术的核心，解析其在分析检测领域的关键作用。从书名来看，它应该不只是停留在SERS技术的表面介绍，而是着重于“增强机制”的研究，这让我对接下来的内容充满了好奇。我猜测书中会详细阐述，在引入半导体材料后，SERS信号是如何被进一步放大的。这其中涉及的“电荷转移”过程，想必是研究的重点。我期待书中能够解释，当待测分子与半导体表面发生吸附时，电荷是如何在两者之间进行转移的，以及这种转移如何影响分子的振动模式，从而导致拉曼光谱信号的显著增强。或许书中会介绍一些新型的半导体纳米结构，比如金属-半导体异质结，或者掺杂半导体，它们在SERS增强方面扮演着怎样的角色。此外，我希望书中能够提供一些具体的实验设计思路和数据分析方法，让读者能够更直观地理解增强机制的原理，并有可能将其应用到自己的研究中。

评分☆☆☆☆☆

我刚翻开这本书，就被它扉页上的一句话深深吸引了——“科学的边界，往往是未知的起点”。这句充满哲思的话语，似乎预示着这本书将带领读者踏上一段探索未知领域的旅程。虽然我不是SERS领域的专家，但我对材料科学和微观世界的奥秘一直怀有浓厚的兴趣。这本书的标题“基于半导体涉及电荷转移的SERS及其增强机制研究”虽然听起来相当专业，但我相信作者定会以严谨的学术态度，深入浅出地解析其中精妙之处。我期待着书中能够详细介绍SERS的基本原理，尤其是它如何在半导体材料的催化下，实现对微弱信号的“放大”。“电荷转移”这个词汇更是点燃了我对书中内容的无限遐想，我好奇的是，这种电荷的流动是如何影响光谱信号的增强的？是能量的传递？还是诱导了分子极性的改变？书中会不会通过大量的实验数据和理论模型来支撑这些观点？我希望能看到具体的半导体材料，例如纳米颗粒、量子点或者二维材料，在SERS技术中的应用案例，以及它们是如何通过精巧的设计和制备，来优化电荷转移过程，从而达到更高的增强效率。这本书无疑是为那些渴望深入了解SERS前沿研究的读者量身打造的。

评分☆☆☆☆☆

当我看到这本书的标题时，我的脑海里立刻浮现出无数个关于微观世界和高灵敏度检测的场景。“基于半导体涉及电荷转移的SERS及其增强机制研究”，这听起来像是一本能够打开新视野的学术专著。我一直对SERS（表面增强拉曼光谱）技术在化学、生物学和材料科学等领域的广泛应用感到惊叹，而这本书似乎将SERS推向了一个新的高度，通过引入半导体材料和深入探讨电荷转移机制。我猜想，这本书不会仅仅停留在SERS的基本原理介绍，而是会着重于那些能够显著提升SERS信号的“增强机制”。我尤其对“电荷转移”这一概念感到好奇，因为它暗示着一种更为精细的、基于电子相互作用的信号放大方式。书中是否会解释，当待测分子与半导体表面结合时，电子是如何在两者之间转移的，以及这种电子的流动如何影响了分子的振动模式，从而导致拉曼信号的剧烈增强？我期待书中能够提供关于不同半导体材料，如金属氧化物、量子点或者有机半导体，在SERS增强中的独特作用的深入分析。并且，我希望书中能提供具体的案例研究，展示如何通过设计巧妙的半导体纳米结构，来优化电荷转移过程，实现前所未有的SERS灵敏度和选择性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计十分吸引眼球，深邃的蓝色背景搭配着抽象的金色光晕，让人不禁联想到微观世界的奇妙景象。标题本身也充满了科学的严谨感，"基于半导体涉及电荷转移的SERS及其增强机制研究"，光是读出来就让人感受到一股浓厚的学术气息。我并非该领域的专业人士，但它激起了我强烈的好奇心。我想象着书中会详细阐述SERS（表面增强拉曼光谱）这项技术是如何运作的，特别是它在半导体材料中的应用，以及那些神秘的“电荷转移”是如何被利用来放大信号的。我猜测书中会从基础理论讲起，解释拉曼散射的原理，然后深入探讨不同类型的半导体材料，比如氧化物、硫化物或者其他新型半导体，它们是如何与待测分子发生相互作用，产生增强效应的。此外，"增强机制"这个词组让我对其内容充满了期待。书中会不会揭示出一些鲜为人知的物理化学过程？比如，等离激元共振的协同作用，还是电荷转移过程中能量的传递机制？我希望它能用清晰易懂的方式，哪怕是借助生动的插图和图表，来解释这些复杂概念，让我这个门外汉也能窥见SERS技术的强大之处，以及它在科学研究中的无限潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题，简洁却信息量十足，立刻抓住了我的注意力。“基于半导体涉及电荷转移的SERS及其增强机制研究”，每一个词都充满了科学的深度和研究的价值。我是一位对纳米科学和表面化学充满好奇的读者，尤其对那些能够实现超灵敏检测的技术深感兴趣。SERS作为一种强大的光谱技术，一直是我关注的焦点，而这本书将它与半导体材料和电荷转移机制联系起来，无疑指向了一个更深层次的探索方向。我非常期待书中能够详细阐述，半导体材料是如何在SERS过程中扮演关键角色的。它们是通过提供更强的等离激元共振效应，还是通过自身的电子结构特性，来促进电荷转移？“电荷转移”本身就是一个迷人的物理化学过程，我好奇的是，这种电荷的定向移动是如何精确地影响了分子的拉曼散射强度？书中是否会探讨不同类型的半导体材料，例如它们的能带结构、表面能以及电子缺陷等，是如何影响电荷转移的效率和SERS的增强效果的？我希望书中能有丰富的理论推导和实验验证，用清晰的逻辑和严谨的数据，为我们揭示SERS增强机制的内在奥秘。