纳米尺度能量输运和转换

第1章　绪论

1.1小尺度大作为

1.2温度和热量的经典定义

1.3宏观传热理论

1.3.1热传导

1.3.2热对流

1.3.3热辐射

1.3.4能量平衡

1.3.5局部平衡

1.3.6宏观理论下的缩放趋势

1.4热载流子及其输运的微观描述

1.4.1热载流子

1.4.2热载流子的容许能级

1.4.3能量载流子的统计分布

1.4.4简单动理学理论

1.4.5平均自由程

1.5微纳尺度输运现象

1.5.1经典尺寸效应

1.5.2量子尺寸效应

1.5.3快速输运现象

1.6本书的结构

本章符号表

参考文献

习题

第2章　物质波和能量量子化

2.1波的基本特性

2.2物质的波动性

2.2.1光的波粒二象性

2.2.2物质波

2.2.3薛定谔方程

2.3薛定谔方程求解举例

2.3.1自由粒子

2.3.2一维势阱中的粒子

2.3.3电子自旋和泡利不相容原理

2.3.4谐振子

2.3.5刚性转子

2.3.6氢原子的电子能级

2.4本章小结

本章符号表

参考文献

习题

第3章　固体中的能态

3.1晶体结构

3.1.1实空间晶格的描述

3.1.2实际晶体

3.1.3晶体结合势

3.1.4倒易格子

3.2晶体中的电子能态

3.2.1一维周期势能（克勒尼希彭尼模型）

3.2.2实际晶体中电子能带

3.3晶格振动和声子

3.3.1一维单原子晶格链

3.3.2能量量子化和声子

3.3.3一维双原子和多原子晶格链

3.3.4三维晶体中的声子

3.4态密度

3.4.1电子态密度

3.4.2声子态密度

3.4.3光子态密度

3.4.4微分态密度和立体角

3.5人工结构中的能级

3.5.1量子阱、量子线、量子点和碳纳米管

3.5.2人工周期结构

3.6本章小结

本章符号表

参考文献

习题

第4章　统计热力学与热能储存

4.1系综和统计分布函数

4.1.1微正则系综和熵

4.1.2正则系综和巨正则系综

4.1.3分子配分函数

4.1.4费米狄拉克分布、玻色爱因斯坦分布和玻尔兹曼分布

4.2内能和比热

4.2.1气体

4.2.2晶体中的电子

4.2.3声子

4.2.4光子

4.3内能和比热的尺寸效应

4.4本章小结

本章符号表

参考文献

习题

第5章　波的能量传递

5.1平面波

5.1.1平面电子波

5.1.2平面电磁波

5.1.3平面声波

5.2平面波的界面反射和折射

5.2.1电子波

5.2.2电磁波

5.2.3声波

5.2.4边界热阻

5.3波在薄膜中的传播

5.3.1电磁波的传播

5.3.2声子和声波

5.3.3电子波

5.4衰逝波和隧穿

5.4.1衰逝波

5.4.2隧穿

5.5纳米结构中的能量传递： 朗道尔公式

5.6由波过渡到粒子的描述

5.6.1波包和群速度

5.6.2相干性和过渡到粒子描述

5.7本章小结

本章符号表

参考文献

习题

第6章　输运过程的粒子描述： 经典定律

6.1刘维尔方程与玻尔兹曼方程

6.1.1相空间和刘维尔方程

6.1.2玻尔兹曼方程

6.1.3能流强度

6.2载流子散射

6.2.1散射积分和弛豫时间近似

6.2.2声子散射

6.2.3电子散射

6.2.4光子散射

6.2.5分子散射

6.3经典本构方程

6.3.1傅里叶定律与声子热导率

6.3.2牛顿剪切应力定律

6.3.3欧姆定律与维德曼弗兰兹定律

6.3.4热电效应与昂萨格关系

6.3.5双曲型热传导方程及其适用性

6.3.6局部平衡的含义及扩散理论的适用范围

6.4守恒方程

6.4.1纳维斯托克斯方程

6.4.2电流体力学方程

6.4.3声子流体力学方程组

6.5本章小结

本章符号表

参考文献

习题

第7章　经典尺寸效应

7.1平行于边界的电子与声子传导的尺寸效应

7.1.1沿薄膜的导电

7.1.2沿薄膜的声子导热

7.2垂直于边界的输运

7.2.1两平行平板间的热辐射

7.2.2通过薄膜和超晶格的热传导

7.2.3在两平行平板间稀薄气体的导热

7.2.4通过异质结的电流

7.3稀薄泊肃叶流和克努森最小值

7.4在非平面结构中的输运

7.4.1同轴柱体和球体之间的热辐射

7.4.2稀薄气体流动及其对流

7.4.3声子热传导

7.4.4多维输运问题

7.5考虑扩散透射边界条件的扩散近似

7.5.1两平行平板间热辐射

7.5.2薄膜中的热传导

7.5.3穿过界面的电子输运： 热电子发射

7.5.4稀薄气体流动的速度滑移

7.6弹道扩散处理法

7.6.1热辐射的改进的微分近似法

7.6.2声子输运的弹道扩散方程

7.7本章小结

本章符号表

参考文献

习题

第8章　能量转化与耦合输运过程

8.1载流子的散射、产生与复合

8.1.1电子声子间非平衡相互作用

8.1.2光子吸收与载流子激发

8.1.3激发态载流子的弛豫与复合

8.1.4再论玻尔兹曼方程

8.2无复合的非平衡电子声子耦合输运过程

8.2.1短脉冲激光加热金属中的热电子效应

8.2.2半导体器件中的热电子和热声子效应

8.2.3能量转换装置中的冷声子和热声子

8.3半导体中的能量交换和复合

8.3.1能量源项公式

8.3.2pn结中的能量转化

8.3.3半导体的热辐射

8.4用于能量转化的纳米结构

8.4.1热电器件

8.4.2太阳能电池和热光伏能量转换

8.5本章小结

本章符号表

参考文献

习题

第9章　液体及其界面

9．1体相液体及其输运特性

9．1．1径向分布函数和范德瓦耳斯状态方程

9．1．2液体动理学理论

9．1．3布朗运动和朗之万方程

9．2粒子及界面间的作用力和势能

9．2．1分子间势

9．2．2表面间范德瓦耳斯势能及作用力

9．2．3界面处双电层势能及作用力

9．2．4分子结构产生的表面力和势能

9．2．5表面张力

9．3单相流动和对流的尺寸效应

9．3．1微、纳通道的压力驱动流和传热

9．3．2电动流动

9．4相变的尺寸效应

9．4．1曲率对液滴的蒸汽压的影响

9．4．2平衡态相变温度的曲率效应

9．4．3扩展到固体微粒

9．4．4表面张力的曲率效应

9．5本章小结

本章符号表

参考文献

习题

第10章　分子动力学模拟

10．1运动方程

10．2原子间势能

10．3动力学模拟的统计基础

10．3．1时间平均与系综平均

10．3．2响应函数和克拉默斯克勒尼希关系

10．3．3线性响应理论

10．3．4对内部热扰动的线性响应

10.3.5热力学和输运特性的微观表达

10.3.6恒温系综

10.4运动方程求解

10.4.1运动方程的数值积分

10.4.2初始条件

10.4.3周期性边界条件

10.5热输运的分子动力学模拟

10.5.1平衡态分子动力学模拟

10.5.2非平衡态分子动力学模拟

10.5.3纳米尺度下热输运的分子动力学模拟

10.6本章小结

本章符号表

参考文献

习题

附录A　均匀半导体

附录B　半导体pn结

索引

单位及其换算

物理常量

译者后记

     电子工业、生物科技、航空工业和能源工业等领域开发出的材料、设备的特征尺寸越来越小，步入纳米级，主导其运行的物理原理正发生着巨大的变化。     陈刚编著的《纳米尺度能量输运和转换--对电子分子声子和光子的统一处理/热辐射经典译丛》旨在对基本热载流子，包括电子、声子、光子和分子的能量输运过程，建立统一的微观表述，主要内容包括： 基于量子力学和统计力学的能量载流子的能态； 用波和粒子的概念来分析热能传递； 基于玻尔兹曼方程的粒子能量输运，并通过玻尔兹曼 方程推导适用于宏观状态的经典定律； 经典尺寸效应； 不同能量载流子间的能量输运； 液体及其界面； 分子动力学模拟等。      《纳米尺度能量输运和转换--对电子分子声子和光子的统一处理/热辐射经典译丛》可作为本科和研究生的教材，同时也可为研究者提供参考。让读者不但能够解决在纳米尺度的热传递及能量转化问题，同时能够与其他领域的工程师及专家一起解决他们所遇到的问题，共同迎接未来对跨学科理论知识要求的挑战。

可作为本科和研究生的教材，同时也可为研究者提供参考。让读者不但能够解决在纳米尺度的热传递及能量转化问题，同时能够与其他领域的工程师及专家一起解决他们所遇到的问题，共同迎接未来对跨学科理论知识要求的挑战。