本書的主要內容包括：宏觀熱力學、傳熱學和流體力學的基礎理論；理想氣體的熱性質及量子力學的簡明介紹；玻耳茲曼輸運方程，從連續流到自由分子流的熱傳遞和微觀流動區域；經典和量子尺寸效應對比熱容和熱導率的影響；固態理論；納米結構中瞬態和非穩態的能量傳輸過程；從電磁波的基本知識及宏觀熱輻射入手，介紹了各種材料的電介質性質以及具有特異性能的超材料；薄膜和多層膜的干涉效應、光子晶體的能帶結構、光柵的衍射、粗糙表面的散射，以及這些現象對于熱輻射的影響；近場能量傳遞中的衰逝波和耦合現象，并總結了納米光子學和納米尺度輻射熱傳遞的新進展。本書可作為研究生或高年級本科生教材，也可供相關領域的工程師和研究人員閱讀參考。
張卓敏現任美國佐治亞理工學院教授。從1978年至1985年就讀于中國科學技術大學，于1982年在工程熱物理系(現熱科學和能源工程系)大學畢業獲理學學士學位，之后在葛新石和王義方兩位教授的指導下讀研并于1985年獲工學碩士學位。1989年他被美國麻省理工學院錄取攻博并于1992年在機械工程系獲得博士學位。他的博士后研究是在美國國家標準與技術研究院和馬里蘭大學完成的。從1995年至2002年任教于美國佛羅里達大學。
張卓敏教授是國際知名的微納米尺度傳熱的主要專家之一，美國機械工程師學會資深會員、美國物理學會資深會員及美國科學促進會資深會員，主要從事微納米傳熱學基礎、微納米輻射傳熱、輻射測溫、微納米結構的熱物理特性、超材料等方面的前沿研究。他在以下方面做了開創性的研究： 對摻雜硅及硅鍺在高溫下近場熱輻射，負折射率材料的光子隧道效應，近場熱光伏，表面粗糙度對輻射性能及高溫熱加工中輻射測溫的影響，超材料在近場熱輻射下的應用，利用微納結構來改變熱輻射特性等。他的研究成果對于能量轉換、熱力學測量、光電子、半導體制造等方面的應用具有廣泛的意義。他已發表150余篇論文，獲得兩項美國專利，著書一本，合編專著一本，另在6部著作中撰寫章節。曾多次主持舉辦國際會議及應邀作會議主題報告，還應邀作過150多次研討和講座報告，以及多達160次的學術報告。
張卓敏教授曾多次榮獲教師和科研成果獎，包括1997年Pi Tau Sigma佳教師獎，1999年Sigma Xi青年教師科研獎，1999年美國青年科學家和工程師總統獎，2000年美國機械工程師學會傳熱分會佳論文獎，2005年美國航空航天學會熱物理學佳論文獎，2010年國際傳熱傳質中心哈奈特歐文獎，2015年美國機械工程師學會傳熱學紀念獎。他的學生曾多次獲得佳博士、碩士論文獎，學術會議上的佳海報獎； 并在中國大陸和臺灣地區及韓國、美國等著名大學任教。張卓敏教授擔任過美國機械工程師學會《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《中國航空學報》(英文版)的國際編委。
張卓敏教授于1962年出生于河南省嵩縣，與妻子王靈運育有兩個女兒和一個兒子，現定居于美國佐治亞州。
第1章導論
1.1宏觀公式的局限
1.2長度尺度
1.3從古代哲學到現代技術
1.3.1微電子與信息技術
1.3.2激光、光電子和納米光子學
1.3.3微加工和納米加工
1.3.4微小結構的探測和控制
1.3.5能量轉換器件
1.3.6生物分子影像學和分子電子學
1.4本書的目的與結構
參考文獻
第2章宏觀熱科學概論
2.1熱力學基礎
2.1.1熱力學第一定律
2.1.2熱力學平衡和第二定律
2.1.3熱力學第三定律
2.2熱力學函數和性質
2.2.1熱力學關系式
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
2.4.1熱傳導
2.4.2對流
2.4.3輻射
2.5小結
參考文獻
習題
第3章統計熱力學和量子理論的基本原理
3.1獨立粒子的統計力學
3.1.1宏觀態與微觀態
3.1.2相空間
3.1.3量子力學考慮
3.1.4不同統計方法的平衡分布
3.2熱力學關系式
3.2.1熱量和功
3.2.2熵
3.2.3拉格朗日乘子
3.2.4絕對零度時的熵
3.2.5關于配分函數的宏觀參數
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統計系綜與波動
3.5基本量子力學
3.5.1薛定諤方程
3.5.2勢阱或箱子里的粒子
3.5.3剛性轉子
3.5.4原子發射和玻爾半徑
3.5.5諧振子
3.6分子或原子的光子發射和吸收
3.7相對論中的能量、質量和動量
3.8小結
參考文獻
習題
第4章動力學理論和微納米流體力學
4.1稀薄氣體的動力學描述
4.1.1局部平均和通量
4.1.2平均自由程
4.2輸運方程與理想氣體性質
4.2.1剪切力和粘度
4.2.2熱擴散
4.2.3質量擴散
4.2.4分子間作用力
4.3玻耳茲曼輸運方程
4.3.1流體動力學方程
4.3.2傅里葉定律和熱導率
4.4微納米流體力學及傳熱
4.4.1克努森數和流動區域
4.4.2速度滑移和溫度跳躍
4.4.3氣體導熱——從連續流到自由分子區
4.5小結
參考文獻
習題
第5章固體的熱物性及尺度效應
5.1固體比熱容
5.1.1固體晶格振動：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
5.2.1周期性邊界條件
5.2.2晶格比熱容的一般表達式
5.2.3維數
5.2.4含量子阱的薄膜
5.2.5納米晶體和碳納米管
5.3固體的電導率和熱導率
5.3.1電導率
5.3.2金屬的熱導率
5.3.3從BTE推導電導率
5.3.4絕緣體的熱導率
5.4熱電學
5.4.1澤貝克效應和熱電勢
5.4.2佩爾捷效應和湯姆遜效應
5.4.3熱電發電和致冷
5.4.4昂薩格定理和不可逆熱力學
5.5經典尺寸效應對電導率和熱導率以及量子傳導的影響
5.5.1基于幾何因子的經典尺寸效應
5.5.2基于BTE的經典尺寸效應
5.5.3量子傳導
5.6小結
參考文獻
習題
第6章電子與聲子傳輸
6.1霍爾效應
6.2固體的一般分類
6.2.1原子中的電子
6.2.2絕緣體、導體和半導體
6.2.3固體中的原子結合
6.3晶體結構
6.3.1布拉伐格子
6.3.2原始向量與原胞
6.3.3兩個或更多原子的基元
6.4電子能帶結構
6.4.1倒易格子和第一布里淵區
6.4.2布洛赫定理
6.4.3金屬和半導體的能帶結構
6.5聲子色散和散射
6.5.1一維雙原子鏈
6.5.2實際晶體的色散關系
6.5.3聲子散射
6.6電子發射和隧穿
6.6.1光電效應
6.6.2熱電子發射
6.6.3場發射和電子隧穿
6.7半導體器件中的電輸運
6.7.1數密度、遷移率和霍爾效應
6.7.2生成和復合
6.7.3pn結
6.7.4光電應用
6.8小結
參考文獻
習題
第7章納米材料非平衡態的能量傳遞
7.1唯象理論
7.1.1雙曲熱傳導方程
7.1.2雙相滯后模型
7.1.3雙溫度模型
7.2分層結構中的熱傳導
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熱傳導范疇
7.4小結
參考文獻
習題
第8章熱輻射基礎知識
8.1電磁波
8.1.1麥克斯韋方程組
8.1.2波動方程
8.1.3偏振
8.1.4能量通量和能量密度
8.1.5介電函數
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輻射測溫
8.2.3熵和輻射壓強
8.2.4普朗克定律的局限性
8.3半無限大介質的輻射特性
8.3.1平面波的反射和折射
8.3.2發射率
8.3.3雙向反射
8.4介電函數模型
8.4.1KramersKronig色散關系式
8.4.2自由載流子的德魯德模型
8.4.3晶格吸收的洛倫茲振子模型
8.4.4半導體
8.4.5超導體
8.4.6超材料的磁響應
8.5小結
參考文獻
習題
第9章納米材料的輻射特性
9.1單層結構的輻射特性
9.1.1厚層中的射線蹤跡法
9.1.2薄膜
9.1.3部分相干
9.1.4表面散射的影響
9.2多層結構的輻射特性
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嚴格耦合波分析
9.4.2有效介質理論
9.5雙向反射率分布函數
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測量
9.5.5模擬與測量結果的比較
9.6小結
參考文獻
習題
第10章近場能量傳遞
10.1全內反射、導波和光子隧穿
10.1.1古斯漢欣位移
10.1.2波導和光纖
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之間的熱能傳遞
10.1.5通過周期性電介質層的共振隧穿
10.1.6負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層狀結構的極化增強透射
10.2.4通過納米結構的輻射傳輸
10.2.5用于完美成像和能量流線的超透鏡
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波動電動力學
10.4.2平行平板間的傳熱
10.4.3近似表達式
10.4.4摻雜硅之間的納米尺度輻射傳熱
10.5小結
參考文獻
習題
附錄A物理常數，轉換因子，以及國際單位制(SI)詞頭
附錄B數學背景知識
B.1一些有用的公式
B.1.1級數和積分
B.1.2誤差函數
B.1.3斯特林公式
B.2拉格朗日乘數法
B.3排列組合
B.4事件和概率
B.5分布函數和概率密度函數
B.6復變函數
B.7平面波求解方法
B.8索末菲展開式
索引
譯者后記
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