材料科学

食品的材料科学是由食品物理学、食品学、食品加工学与工程等学科组成的有机整体。食品材料科学作为材料科学的分支，和我们熟知的金属材料科学、高分子材料与复合材料科学等其他分支一样，是研究材料的组织结构与性质、材料行为、生产流程、使用性能与应用的工程领域。不同的是，食品材料科学的主要研究对象是和人们生活须臾不离、息息相关的食品。随着生活水平的不断提高，食品材料科学也日益受到重视。

本书着眼于近些年来在食品工程中应用的新技术，这些技术主旨是在食品生产、加工、贮存和运销等环节中提高食品质量控制及食品原料加工利用水平。换言之，就是利用新技术提高食品的附加价值，这对商业化的食品工业的重要性不言而喻。同时，这些新技术有助于提高消费者更为关注的食品品质与食品安全性。在食品工程中引入材料学的研究方法，把传统的食品科学研究推向了在宏观、微观乃至纳米尺度研究食品材料结构与行为的新高度，促使我们对营养物质如何释放和传输等问题进行更深层的探讨。因此，我们有理由相信这种研究方法将提高食品的质量、增加食品的营养价值、保障食品的安全性。

全书共１４章：１．食品的材料科学与工程的概况；２．从微观到宏观尺度下的食品材料结构；３．食品的材料科学中的检测技术；４．结构食品中的界面现象；５．食品中的相变、状态转变以及相关现象；６．食品生物聚合物凝胶、微凝胶与纳米凝胶结构、流变学；７．基于材料科学方法的食品设计；８．食品的结构与营养物质的传输；９．新兴加工技术对食品材料性质的影响；１０．食品中蛋白质纳米粒子的形成、性质及应用；１１．食品纳米成分与饮料包装材料；１２．食品配料系统中的封装技术；１３．食品品质；１４．冷藏与冷冻食品材料科学。

本书强调以材料科学的方法研究食品工程的问题，其中包含近些年来食品工程中的新技术，也包含食品工程的研究前沿，如食品加工与食品包装中的纳米技术。本书适合食品科学与工程、生物工程等相关领域的研究生、教授阅读。

近几年，在太阳能光伏产业高速发展的带动下，硅材料在光伏发电领域应用越来越广泛，整个产业也得到了很大发展。目前，硅材料及其产品已经成为光伏产业的重要基础原材料，是光伏产业发展的“基石”。通过化学转化手段大规模、低成本利用硅资源发展光伏发电及光伏储能产业，对减缓和避免化石原料日益紧张的威胁、减少碳排放及温室效应，都能起到积极的作用，因此日益受到各国的普遍关注。现在制约光伏发电产业发展的仍是硅材料的技术、成本等问题。这其中，硅材料在太阳能光伏发电中的应用研究至关重要。本书描述了硅作为多用途材料在光伏应用中的潜力，讨论了光伏应用中如何获得低成本的硅原料等关键问题，涵盖硅材料在光伏应用中的主要问题，如薄膜硅的制造工艺、低成本原料的质量问题，研究了硅的化学性能、结构性能和电学特性技术并用计算机进行模拟的方法。

本书主要内容分为１０章：１．当前和未来的社会科技发展中硅科学与技术，讨论了硅的物理、化学和结构特性，介绍了在各种环境下，硅的性能和各种结构形式，及作为光子器件、辐射探测器和纳米器件基板的应用。硅在光伏应用中要解决的关键问题之一仍然是其生产成本和硅的杂质浓度，其杂质将显著影响光电转换效率；２．硅的处理过程，讨论分析了几个不同的硅处理过程的方法并比较了优缺点；３．太阳能电池中硅的杂质影响；４．制作工艺和缺陷的影响，这两章介绍了杂质和缺陷对硅中电子行为的影响，以及如何最小化其对光伏设备的有害影响；５．表征技术，介绍了硅的缺陷的电子理论知识，以及运用现代实验方法检测缺陷和测量方法；６．太阳能电池原料的分析技术，讨论并分析了硅中的金属和非金属杂质；７．薄膜沉积过程；８．薄膜沉积过程的建模；９．薄膜硅太阳能电池，这３章致力于介绍薄膜硅和薄膜太阳能电池，并对不同的薄膜沉积过程中存在的问题进行讨论，深入理解发生在宏观和微观尺度上的沉积过程的动力学；１０．光伏应用中的硅量子效应，广泛讨论了物理和技术方面纳米硅薄膜的量子效应，展望了未来将迅速发展的基于纳米晶硅衬底的下一代太阳能电池，分析了将遇到的挑战并提出可能的解决方案。

本书作者Ｓｅｒｇｉｏ Ｐｉｚｚｉｎｉ为米兰比可卡大学的物理化学教授，拥有化学和电化学博士学位，他的研究领域广泛，从固态电化学到半导体中的物理缺陷，致力于解决在光伏应用中生产和提炼硅的先进工艺。

本书适用于在该领域的博士研究生、研究人员和工程师阅读。

新材料作为工业发展的根本推动力之一，为新产品问世，进而增加社会财富奠定了基础。最近１０年，基于纳米结构的特殊行为，具有独特性能的材料大量涌现。

本书旨在对智能纳米材料领域的最新研究进展进行介绍，包括：分子设备材料、仿生材料、混合型功能聚合物复合材料、信息和能量转化材料以及环境友好材料。

全书共分４部分２２章。第１部分，无机材料，含第１－７章：１．半导体量子点的合成、表征及自组装；２．一维半导体金属氧化物：合成、表征及相应气体传感器的应用；３．稀土绝缘纳米晶体：基于改进发光性能的纳米荧光粉的等离子体显示板；４．非晶态多孔复合氧化物：一种新型高度灵活的材料；５．纳米氧化锌及其应用；６．应用于空间及能源领域的智能纳米材料；７．智能玻璃：热致变色薄膜及纳米复合材料。第２部分，有机材料，含第８－１１章：８．纳米聚合物、胶束及核壳材料；９．纳米材料与酞菁类的复合材料；１０．碳和聚合物材料的纳米复合体及其在能量转换装置中的应用；１１．纤维素生物塑料在生物医药中的发展。第３部分，生物材料和设备，含第１２－１４章：１２．智能水凝胶纳米复合材料；１３．防渗技术：聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料；１４．基于聚合物／复合材料的智能传感器。第４部分，含第１５－２２章：１５．药物输送中的水凝胶纳米粒子；１６．应用于生物分子的纳米晶体生长机制；１７．组织和细胞中单一生物分子的量子点检测、识别和跟踪；１８．基于纳米纤维的医疗设备；１９．作为核医学新材料的纳米载体系统；２０．面向纳米仿生设备的纳米仿生材料；２１．用于医学诊断的脂质纳米生物传感器；２２．聚合物纳米纤维及其在传感器中的应用。

本书作者之一Ａｓｈｕｔｏｓｈ Ｔｉｗａｒｉ教授，毕业于印度阿拉哈巴德大学，材料化学家，是先进材料快报的主编，就职于瑞典林雪平大学（Ｌｉｎｋ ＆ ｏｕｍｌ；Ｐｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）生物传感器和生物电子学中心，于２０１１年获得声誉极高的“材料科学创新奖”。

本书适合于具有不同背景的研究者，诸如化学、材料科学、物理、生物科学和工程等。它不仅可以作为研究生和本科生的教科书，也是一本很好的针对材料科学、生物工程、药学、生物技术和纳米技术工作者的参考书。

１９３２年Ｒｕｓｋａ发明了以电子束为光源的透射电子显微镜（ＴＥＭ），电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短，目前ＴＥＭ的分辨力可达０．２ｎｍ。今天，璀璨夺目和高度一致的电子源和敏感的检测器已经从根本上改变了可以通过ＴＥＭ获得的信息的类型和质量，现在ＴＥＭ不仅大量应用于学术界，同时大量应用于工业研究中心和工厂。

本书主题集中在应变测量和映射、掺杂激活和隔离、纳米级界面反应、缺陷识别和用聚焦离子束制备样品等内容。在简要介绍了基本理论后，每一种技术都通过实验室或工厂的案例进行说明。全书包括９章：１．在ＴＥＭ中用离轴电子全息技术进行的活性掺杂剖析，主要讲述了离轴电子全息技术的基础知识以及基于电子全息技术的活性掺杂剖析的应用实验；２．使用ＳＴＥＭ-ＥＥＬＳ／ＥＤＸ光谱技术的掺杂分布定量分析，主要讲述了用ＳＴＥＭ-ＥＥＬＳ／ＥＤＸ进行定量掺杂分布分析存在的挑战以及应用实例，并讨论ＳＴＥＭ-ＥＥＬＳ／ＥＤＸ的特点以及数据处理；３．先进设备的定量应变检测：聚束电子衍射和纳米束衍射之比较，主要讲述了ＴＥＭ中两种电子衍射技术，并通过实验过程以及结果进行比较；４．应变映射中暗场电子全息技术，主要介绍了暗场电子全息术设备及实验要求，讲述了暗场电子全息技术在应变晶体管中的具体应用；５．电子全息术磁映射，主要讲述了电子全息术实验，全息图分析、分辨率，并对电子全息术磁映射进行展望；６．使用ＴＥＭ ／ＥＥＬＳ时界面的互扩散和化学反应，介绍了界面在ＭＯＳＦＥＴ的重要性，讲述了ＴＥＭ／ＥＥＬＳ以及微电子领域界面互扩散／化学反应的研究，讨论了ＨＥＴＥＭ ／ＥＥＬＳ在基于稀土和过度金属的高介电常数硅锗薄膜发展过程中的作用；７．工艺引起缺陷的表征，主要讲述了工艺过程引起界面错位以及离子注入引起的缺陷的表征；８．透射电子显微镜的原位表征方法，主要介绍了ＴＥＭ中的各种原位表征技术，ＴＥＭ原位表征技术中样品设计以及偏置施加方法；９．用于半导体分析的样品制备，介绍聚焦离子束工具，讲述用聚焦离子束制备ＴＥＭ样品的具体方法。

本书以一种简单实用的方式展现了最近发明或开发的基于ＴＥＭ的新的定量技术，以解决科学家和工艺工程师必须面对的开发或优化半导体层和器件中存在的大部分挑战问题，是从事微电子设计领域研究生、研究人员以及工艺工程师的参考工具书。

作者Ａｌａｉｎ Ｃｌａｖｅｒｉｅ是法国国家科学研究中心的ＣＥＭＥＳ实验室的主任，主要在纳米科学、纳米材料和仪器仪表等领域从事研究，是几个欧盟资助的项目的协调者或合作伙伴。