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。本书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》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。

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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