本書(shū)的主要內(nèi)容包括：宏觀(guān)熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論；理想氣體的熱性質(zhì)及量子力學(xué)的簡(jiǎn)明介紹；玻耳茲曼輸運(yùn)方程，從連續(xù)流到自由分子流的熱傳遞和微觀(guān)流動(dòng)區(qū)域；經(jīng)典和量子尺寸效應(yīng)對(duì)比熱容和熱導(dǎo)率的影響；固態(tài)理論；納米結(jié)構(gòu)中瞬態(tài)和非穩(wěn)態(tài)的能量傳輸過(guò)程；從電磁波的基本知識(shí)及宏觀(guān)熱輻射入手，介紹了各種材料的電介質(zhì)性質(zhì)以及具有特異性能的超材料；薄膜和多層膜的干涉效應(yīng)、光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)、光柵的衍射、粗糙表面的散射，以及這些現(xiàn)象對(duì)于熱輻射的影響；近場(chǎng)能量傳遞中的衰逝波和耦合現(xiàn)象，并總結(jié)了納米光子學(xué)和納米尺度輻射熱傳遞的進(jìn)展。 本書(shū)可作為研究生或高年級(jí)本科生教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的工程師和研究人員閱讀參考。
導(dǎo)語(yǔ)_點(diǎn)評(píng)_推薦詞
張卓敏現(xiàn)任美國(guó)佐治亞理工學(xué)院教授。從1978年至1985年就讀于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，于1982年在工程熱物理系(現(xiàn)熱科學(xué)和能源工程系)大學(xué)畢業(yè)獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位，之后在葛新石和王義方兩位教授的指導(dǎo)下讀研并于1985年獲工學(xué)碩士學(xué)位。1989年他被美國(guó)麻省理工學(xué)院錄取攻博并于1992年在機(jī)械工程系獲得博士學(xué)位。他的博士后研究是在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院和馬里蘭大學(xué)完成的。從1995年至2002年任教于美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)。
張卓敏教授是國(guó)際知名的微納米尺度傳熱的主要專(zhuān)家之一，美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)博學(xué)會(huì)員、美國(guó)物理學(xué)會(huì)博學(xué)會(huì)員及美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)博學(xué)會(huì)員，主要從事微納米傳熱學(xué)基礎(chǔ)、微納米輻射傳熱、輻射測(cè)溫、微納米結(jié)構(gòu)的熱物理特性、超材料等方面的前沿研究。他在以下方面做了開(kāi)創(chuàng)性的研究： 對(duì)摻雜硅及硅鍺在高溫下近場(chǎng)熱輻射，負(fù)折射率材料的光子隧道效應(yīng)，近場(chǎng)熱光伏，表面粗糙度對(duì)輻射性能及高溫?zé)峒庸ぶ休椛錅y(cè)溫的影響，超材料在近場(chǎng)熱輻射下的應(yīng)用，利用微納結(jié)構(gòu)來(lái)改變熱輻射特性等。他的研究成果對(duì)于能量轉(zhuǎn)換、熱力學(xué)測(cè)量、光電子、半導(dǎo)體制造等方面的應(yīng)用具有廣泛的意義。他已發(fā)表150余篇論文，獲得兩項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利，著書(shū)一本，合編專(zhuān)著一本，另在6部著作中撰寫(xiě)章節(jié)。曾多次主持舉辦國(guó)際會(huì)議及應(yīng)邀作會(huì)議主題報(bào)告，還應(yīng)邀作過(guò)150多次研討和講座報(bào)告，以及多達(dá)160次的學(xué)術(shù)報(bào)告。
張卓敏教授曾多次榮獲教師和科研成果獎(jiǎng)，包括1997年P(guān)i Tau Sigma教師獎(jiǎng)，1999年Sigma Xi青年教師科研獎(jiǎng)，1999年美國(guó)青年科學(xué)家和工程師總統(tǒng)獎(jiǎng)，2000年美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)傳熱分會(huì)論文獎(jiǎng)，2005年美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)熱物理學(xué)論文獎(jiǎng)，2010年國(guó)際傳熱傳質(zhì)中心哈奈特歐文獎(jiǎng)，2015年美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)傳熱學(xué)紀(jì)念獎(jiǎng)。他的學(xué)生曾多次獲得博士、碩士論文獎(jiǎng)，學(xué)術(shù)會(huì)議上的海報(bào)獎(jiǎng)； 并在中國(guó)大陸和臺(tái)灣地區(qū)及韓國(guó)、美國(guó)等著名大學(xué)任教。張卓敏教授擔(dān)任過(guò)美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)《Journal of Heat Transfer》、《Joural of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer》和《International Journal of Thermophysics》的副主編,并任《能源前沿》、《新興材料研究》等雜志的編委，以及《中國(guó)航空學(xué)報(bào)》(英文版)的國(guó)際編委。
張卓敏教授于1962年出生于河南省嵩縣，與妻子王靈運(yùn)育有兩個(gè)女兒和一個(gè)兒子，現(xiàn)定居于美國(guó)佐治亞州。
第1章導(dǎo)論
1.1宏觀(guān)公式的局限
1.2長(zhǎng)度尺度
1.3從古代哲學(xué)到現(xiàn)代技術(shù)
1.3.1微電子與信息技術(shù)
1.3.2激光、光電子和納米光子學(xué)
1.3.3微加工和納米加工
1.3.4微小結(jié)構(gòu)的探測(cè)和控制
1.3.5能量轉(zhuǎn)換器件
1.3.6生物分子影像學(xué)和分子電子學(xué)
1.4本書(shū)的目的與結(jié)構(gòu)
參考文獻(xiàn)
第2章宏觀(guān)熱科學(xué)概論
2.1熱力學(xué)基礎(chǔ)
2.1.1熱力學(xué)及時(shí)定律
2.1.2熱力學(xué)平衡和第二定律
2.1.3熱力學(xué)第三定律
2.2熱力學(xué)函數(shù)和性質(zhì)
2.2.1熱力學(xué)關(guān)系式
2.2.2吉布斯相律
2.2.3比熱容
2.3理想氣體和理想不可壓縮模型
2.3.1理想氣體
2.3.2不可壓縮固體和液體
2.4傳熱基礎(chǔ)
2.4.1熱傳導(dǎo)
2.4.2對(duì)流
2.4.3輻射
2.5小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題
第3章統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)和量子理論的基本原理
3.1獨(dú)立粒子的統(tǒng)計(jì)力學(xué)
3.1.1宏觀(guān)態(tài)與微觀(guān)態(tài)
3.1.2相空間
3.1.3量子力學(xué)考慮
3.1.4不同統(tǒng)計(jì)方法的平衡分布
3.2熱力學(xué)關(guān)系式
3.2.1熱量和功
3.2.2熵
3.2.3拉格朗日乘子
3.2.4零度時(shí)的熵
3.2.5關(guān)于配分函數(shù)的宏觀(guān)參數(shù)
3.3理想分子氣體
3.3.1單原子理想氣體
3.3.2麥克斯韋速度分布
3.3.3雙原子和多原子理想氣體
3.4統(tǒng)計(jì)系綜與波動(dòng)
3.5基本量子力學(xué)
3.5.1薛定諤方程
3.5.2勢(shì)阱或箱子里的粒子
3.5.3剛性轉(zhuǎn)子
3.5.4原子發(fā)射和玻爾半徑
3.5.5諧振子
3.6分子或原子的光子發(fā)射和吸收
3.7相對(duì)論中的能量、質(zhì)量和動(dòng)量
3.8小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題
第4章動(dòng)力學(xué)理論和微納米流體力學(xué)
4.1稀薄氣體的動(dòng)力學(xué)描述
4.1.1局部平均和通量
4.1.2平均自由程
4.2輸運(yùn)方程與理想氣體性質(zhì)
4.2.1剪切力和粘度
4.2.2熱擴(kuò)散
4.2.3質(zhì)量擴(kuò)散
4.2.4分子間作用力
4.3玻耳茲曼輸運(yùn)方程
4.3.1流體動(dòng)力學(xué)方程
4.3.2傅里葉定律和熱導(dǎo)率
4.4微納米流體力學(xué)及傳熱
4.4.1克努森數(shù)和流動(dòng)區(qū)域
4.4.2速度滑移和溫度跳躍
4.4.3氣體導(dǎo)熱——從連續(xù)流到自由分子區(qū)
4.5小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題
第5章固體的熱物性及尺度效應(yīng)
5.1固體比熱容
5.1.1固體晶格振動(dòng)： 聲子氣
5.1.2德拜比熱模型
5.1.3金屬中的自由電子氣
5.2比熱容的量子尺寸效應(yīng)
5.2.1周期性邊界條件
5.2.2晶格比熱容的一般表達(dá)式
5.2.3維數(shù)
5.2.4含量子阱的薄膜
5.2.5納米晶體和碳納米管
5.3固體的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率
5.3.1電導(dǎo)率
5.3.2金屬的熱導(dǎo)率
5.3.3從BTE推導(dǎo)電導(dǎo)率
5.3.4絕緣體的熱導(dǎo)率
5.4熱電學(xué)
5.4.1澤貝克效應(yīng)和熱電勢(shì)
5.4.2佩爾捷效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)
5.4.3熱電發(fā)電和致冷
5.4.4昂薩格定理和不可逆熱力學(xué)
5.5經(jīng)典尺寸效應(yīng)對(duì)電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率以及量子傳導(dǎo)的影響
5.5.1基于幾何因子的經(jīng)典尺寸效應(yīng)
5.5.2基于BTE的經(jīng)典尺寸效應(yīng)
5.5.3量子傳導(dǎo)
5.6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題
第6章電子與聲子傳輸
6.1霍爾效應(yīng)
6.2固體的一般分類(lèi)
6.2.1原子中的電子
6.2.2絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體
6.2.3固體中的原子結(jié)合
6.3晶體結(jié)構(gòu)
6.3.1布拉伐格子
6.3.2原始向量與原胞
6.3.3兩個(gè)或更多原子的基元
6.4電子能帶結(jié)構(gòu)
6.4.1倒易格子和及時(shí)布里淵區(qū)
6.4.2布洛赫定理
6.4.3金屬和半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)
6.5聲子色散和散射
6.5.1一維雙原子鏈
6.5.2實(shí)際晶體的色散關(guān)系
6.5.3聲子散射
6.6電子發(fā)射和隧穿
6.6.1光電效應(yīng)
6.6.2熱電子發(fā)射
6.6.3場(chǎng)發(fā)射和電子隧穿
6.7半導(dǎo)體器件中的電輸運(yùn)
6.7.1數(shù)密度、遷移率和霍爾效應(yīng)
6.7.2生成和復(fù)合
6.7.3pn結(jié)
6.7.4光電應(yīng)用
6.8小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題
第7章納米材料非平衡態(tài)的能量傳遞
7.1唯象理論
7.1.1雙曲熱傳導(dǎo)方程
7.1.2雙相滯后模型
7.1.3雙溫度模型
7.2分層結(jié)構(gòu)中的熱傳導(dǎo)
7.2.1聲子輻射傳遞方程
7.2.2EPRT的求解
7.2.3邊界熱阻
7.3熱傳導(dǎo)范疇
7.4小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題
第8章熱輻射基礎(chǔ)知識(shí)
8.1電磁波
8.1.1麥克斯韋方程組
8.1.2波動(dòng)方程
8.1.3偏振
8.1.4能量通量和能量密度
8.1.5介電函數(shù)
8.1.6傳播波和衰逝波
8.2黑體輻射： 光子氣
8.2.1普朗克定律
8.2.2輻射測(cè)溫
8.2.3熵和輻射壓強(qiáng)
8.2.4普朗克定律的局限性
8.3半無(wú)限大介質(zhì)的輻射特性
8.3.1平面波的反射和折射
8.3.2發(fā)射率
8.3.3雙向反射
8.4介電函數(shù)模型
8.4.1KramersKronig色散關(guān)系式
8.4.2自由載流子的德魯?shù)履Ｐ?/p>
8.4.3晶格吸收的洛倫茲振子模型
8.4.4半導(dǎo)體
8.4.5超導(dǎo)體
8.4.6超材料的磁響應(yīng)
8.5小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題
第9章納米材料的輻射特性
9.1單層結(jié)構(gòu)的輻射特性
9.1.1厚層中的射線(xiàn)蹤跡法
9.1.2薄膜
9.1.3部分相干
9.1.4表面散射的影響
9.2多層結(jié)構(gòu)的輻射特性
9.2.1兩層或三層薄膜
9.2.2矩陣方程
9.2.3厚基底上薄膜的輻射特性
9.2.4局部能量密度和吸收分布
9.3光子晶體
9.4周期性光柵
9.4.1嚴(yán)格耦合波分析
9.4.2有效介質(zhì)理論
9.5雙向反射率分布函數(shù)
9.5.1分析模型
9.5.2蒙特卡羅法
9.5.3表面特征
9.5.4BRDF測(cè)量
9.5.5模擬與測(cè)量結(jié)果的比較
9.6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題
第10章近場(chǎng)能量傳遞
10.1全內(nèi)反射、導(dǎo)波和光子隧穿
10.1.1古斯漢欣位移
10.1.2波導(dǎo)和光纖
10.1.3耦合衰逝波的光子隧穿
10.1.4近距離放置的電介質(zhì)之間的熱能傳遞
10.1.5通過(guò)周期性電介質(zhì)層的共振隧穿
10.1.6負(fù)折射率材料的光子隧穿
10.2極化激元或表面電磁波
10.2.1表面等離子體與聲子極化激元
10.2.2耦合的表面極化激元和體極化激元
10.2.3層狀結(jié)構(gòu)的極化增強(qiáng)透射
10.2.4通過(guò)納米結(jié)構(gòu)的輻射傳輸
10.2.5用于成像和能量流線(xiàn)的超透鏡
10.3熱輻射的光譜和方向控制
10.3.1光柵和微腔
10.3.2超材料
10.3.3為相干熱輻射而改性的光子晶體
10.4在納米距離的輻射傳熱
10.4.1波動(dòng)電動(dòng)力學(xué)
10.4.2平行平板間的傳熱
10.4.3近似表達(dá)式
10.4.4摻雜硅之間的納米尺度輻射傳熱
10.5小結(jié)
參考文獻(xiàn)
習(xí)題
附錄A物理常數(shù)，轉(zhuǎn)換因子，以及國(guó)際單位制(SI)詞頭
附錄B數(shù)學(xué)背景知識(shí)
B.1一些有用的公式
B.1.1級(jí)數(shù)和積分
B.1.2誤差函數(shù)
B.1.3斯特林公式
B.2拉格朗日乘數(shù)法
B.3排列組合
B.4事件和概率
B.5分布函數(shù)和概率密度函數(shù)
B.6復(fù)變函數(shù)
B.7平面波求解方法
B.8索末菲展開(kāi)式
索引
譯者后記
