新书介绍:超薄氧化物薄膜《Oxide Ultrathin Films》

Oxide Ultrathin Films

作者:Gianfranco Pacchioni和Sergio Valeri
硬皮封面
368 页
价格: 185.00美元

由伦敦大学学院查理斯·邓尼尔(Charles Dunnill)博士编审:

《Oxide Ultrathin Films》一书扼要介绍了有关超薄氧化物薄膜制备和分析的一系列概念和方法。书中的14个章节涉及内容广泛,并且在讨论各个主题时,通过案例分析的方式来凸显讨论的概念和思路,从而使得内容通俗易懂也便于读者进行深入研究。正如作者在前言中所说:“定义‘超薄膜’的概念十分困难”,即使假定“超薄膜”为厚度小于100纳米的膜层,也会使得该定义能从不同的科学视角划分为很多不同的分支学科。相比于“超薄膜”的定义,更为吸引我的是膜材料的物理和应用特性会随着膜厚度的不同而发生变化,这种特质是一般的块体材料所不具备的。

此书的第一章概述了超薄氧化物薄膜的制备和合成方法,同时也为如何制备比传统材料薄很多的膜材料提供了参考思路。我本人最感兴趣的是,通过将前体进行单层吸附并利用化学气相沉积制备薄膜的方法。多重化学气相沉积法,可以通过层层吸附的方式构建薄膜,从而控制膜的厚度。总体上说,第一章宏观介绍了关于超薄膜的各种新颖技术,而没有过分纠结于薄膜的工作原理和科学细节;其中的某些技术甚至能用一本书的篇幅去介绍,而且确实有很多此类专著。此章的内容对于那些试图制备超薄膜,但又缺少相关合成知识的读者来说大有裨益,因为第一章为如何构建薄膜提供了很好的思路,同时也通过参考文献进一步引导读者进行深入研究。

第二章总括性地介绍了用于表征超薄膜的各种新颖而有效的分析技术。例如,传统的X射线和电子表征方式,可以和同步辐射技术相结合而得以改进,从而使得对于超薄膜的表征具有更高的分辨率。

第七章对于超薄膜的催化性质进行了深入的探究,并利用两个案例分析阐述了作者潜在的分析思路。在第一个案例中,金纳米颗粒沉积在氧化镁的表面,用于催化一氧化碳的氧化。作者利用傅里叶变化红外光谱证明:在特定的表面电荷和金纳米颗粒的结构下,金元素对于一氧化碳的成键具有延缓效应。第二个案例,涉及到通过不同基底支撑的超薄氧化物薄膜,对于甲醇催化氧化成为甲醛的反应。这个案例的重点在于,随着薄膜厚度的减小,薄膜与基底的相互作用会逐渐增强;因此,超薄膜和催化剂、支撑物以及反应颗粒的作用都会变强。无论是用二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛或者二氧化铈作为基底,3到8层原子往往可以显示出最有效的催化效应。一般说来,二氧化铈为基底具有最高的反应活性,而二氧化硅却最低。最为引人注意的是,本章介绍的内容,可以使我们的知识和认识发生根本性的转变,从而能帮助我们在更低的环境成本下,更为高效地设计并制造出的化学产品,并在未来造福大众。

第九章的内容主要集中在超薄膜在固体氧化物燃料电池方面的应用。我个人认为,在西方人的普遍认识中,这项应用是提供清洁能源的关键技术之一,并且可以使人们享受具有充足且持续电能的生活。在这一章中,作者通过分析电池的构造,颇有见地的阐述了固体氧化物燃料电池优于传统质子交换膜电池的原因和原理。显而易见,导电性氧化物薄膜在固体氧化物燃料电池的设计和制造中起到了关键性的作用,这也使我们有必要对于薄膜的类型和制作方法进行细节性地讨论。例如用化学气相沉积法制备的三氧化二钇稳定的二氧化锆薄膜——在超薄膜尺度范围内,这种薄膜的物理性质无疑也随着薄膜厚度的变化而改变,书中也介绍了一些关于此种薄膜的表征和物理性质的研究工作。同时,此章节通过图表的方式提供了大量的数据,虽然其中一些数据非常复杂,然而作者却对大体的趋势和重要的结论给予了十分透彻的分析。在此章的结尾,作者讨论了固体氧化物燃料电池的各种部件和配置。

总而言之,这本书具有完备的科学体系并良好地展现了科学内容。作者通过的大量的图表,很好地阐述了许多复杂的概念;同时,通过案例分析的方式生动的展示了生活实例,并加强了读者对于知识的理解。无论是对于研究该书中所涉及的任何一个领域的读者来说,此书都值得一读。