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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——TiO2293

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