Solid State Chemistry and its Applications: Student Edition（固体化学及其应用）

引用

West, A. R. (2014). Solid State Chemistry and its Applications: Student Edition (2nd ed.). Wiley.

章节概要

学生版共592页、十章，其后是延伸阅读、三个简短的附录和索引。Wiley称其为作者早先的Basic Solid State Chemistry的全面重写与扩充，全彩印刷，每一节都从基本原理的平易介绍开始，再逐步进入较深的层次。

第1章：Crystal Structures and Crystal Chemistry

篇幅最长的开篇章（约80页）。先讲晶胞、晶系、对称性、布拉维格子、米勒指数和面间距公式，再转入晶体结构的描述：立方与六方密堆积、晶胞投影与原子坐标、可用密堆积描述的材料（金属、合金、离子结构）、由充满空间的多面体构成的结构，以及重要结构类型的概览。

第2章：Crystal Defects, Non-Stoichiometry and Solid Solutions

涵盖完整晶体与不完整晶体、点缺陷、固溶体、扩展缺陷，以及与固体力学性质相关的位错。

第3章：Bonding in Solids

先概述离子键、共价键、金属键、范德华力和氢键，然后分别讨论离子键、共价键，以及包含能带理论的金属键，最后以“能带还是化学键”的评论收尾。Wiley强调本版新增了共价键一节，并更充分地讨论了金属键。

第4章：Synthesis, Processing and Fabrication Methods

按制备路线组织：固相反应、低温（“chimie douce”）方法、气相方法、高压方法和晶体生长。Wiley将微波合成、组合合成、机械合成、原子层沉积和喷雾热解列为新增话题。

第5章：Crystallography and Diffraction Techniques

关于固体表征的一章，以X射线衍射为核心，并设有电子衍射和中子衍射两节。

第6章：Other Techniques: Microscopy, Spectroscopy, Thermal Analysis

把表征扩展到衍射之外：光学与电子显微术、光谱技术和热分析，最后给出鉴定、分析和表征“未知”固体的策略。

第7章：Phase Diagrams and their Interpretation

介绍相律和凝聚相律，然后讲单组分与双组分凝聚体系，并附有绘制二元相图的提示。

第8章：Electrical Properties

性质部分篇幅最大的一章。概述电学材料，涵盖金属导电、超导、半导体和离子导电（一个较长的小节），随后是电介质、铁电体、热释电体和压电体及其应用。

第9章：Magnetic Properties

讨论磁性的物理性质、磁性材料及其结构与性质、联系结构与性能的应用，以及近期进展。

第10章：Optical Properties: Luminescence and Lasers

从可见光和光源讲起，然后是发光与荧光粉（包括位形坐标模型和反斯托克斯荧光粉）、受激发射与激光，最后是光电探测器、光纤和太阳能电池。

附录

延伸阅读之后，附录涉及晶面间距与晶胞体积、晶体化学中的几何考虑，以及如何识别密堆积的eutactic结构。

核心概念

第1–3章：结构、缺陷与化学键

• 晶胞与对称性：描述任何晶体结构的重复单元和对称操作。
• 密堆积：立方与六方密堆积排列，用作描述许多金属、合金和离子固体的框架。
• 点缺陷与固溶体：偏离完美有序的情形，以及固溶体中组成如何变化。
• 能带理论：金属键的电子结构图像，及其与定域化学键的比较。

第4–7章：制备与表征固体

• 固相反应与低温路线：制备无机材料的两类对照方法。
• X射线、电子和中子衍射：测定晶体结构的主要途径。
• 相律与二元相图：组成和温度如何决定存在的相。

第8–10章：性质

• 超导、半导体与离子导电：电学性质一章所讨论的三类不同的电学行为。
• 铁电体、热释电体与压电体：对电场、热和应力作出响应的介电材料。
• 发光与激光：荧光粉的发射和受激发射原理。

评析

优点

• 由结构通向功能。 十章从结构出发，经缺陷、化学键、合成与表征，再到电学、磁学和光学性质，用开篇建立的结构词汇来解释性质。
• 合成与表征讲得扎实。 第4章按制备路线组织，第5、6章合起来涵盖衍射、显微术、光谱和热分析，并以表征未知固体的策略收尾。
• 视觉与数字化支持。 全彩印刷；Wiley指出，借助CrystalMaker软件可以三维查看并旋转100多种晶体结构，习题答案和补充讲义可在线获得。
• 较新的话题。 出版社把半导体、巨磁电阻与庞磁电阻、多铁性、LED、光纤、太阳能电池、激光、石墨烯和准晶列入扩充或新增的内容。

局限

• 起步较重。 第1章约80页，在涉及功能化学之前，先塞进了对称性、点阵和一长串结构类型的概览；没有晶体学基础的读者需要控制节奏。
• 化学键排在结构之后。 第3章在缺陷一章之后，因此前两章依靠的是此前课程中的成键知识，而非本书自己的论述。
• 不是高分子或软物质教材。 目录集中于无机晶态固体，高分子和有机材料需要参考其他书。

在课程中的定位

在材料与高分子化学课程中，West是讲无机固体的书：结构、缺陷、合成、表征，以及由此而来的电学、磁学和光学性质。Allcock的Introduction to Materials Chemistry从化学家的视角覆盖高分子、陶瓷、金属和半导体，可作为West之前或同时阅读的更宽泛的入门。

Carraher的Introduction to Polymer Chemistry与Young和Lovell的Introduction to Polymers负责West未涉及的高分子部分；Young和Lovell围绕合成、表征、形态与性能来组织。Crystal Structure Refinement是由衍射数据测定并精修晶体结构的实用指南，对将要做结构精修的读者而言，比West的衍射一章更深入。

如何使用本书

本书面向学习固体化学的本科生和刚开始研究的人员。由于开篇就是晶体结构，普通化学和第一门无机化学课程是合适的准备。

实用的阅读方案：

• 核心： 按顺序读第1至3章；第1章宜借助CrystalMaker模型或实体模型花时间消化。
• 方法： 第4至6章可与合成和表征的实验课并行阅读。
• 相图： 若课程把相平衡单独讲授，第7章可作为独立单元阅读。
• 性质： 第8至10章可按课程需要选读电学、磁学或光学内容；第8章最长。

每读完一章，可用在线的习题答案检查理解。