比表面積計算方法與C程序設計案例教程

《比表面積計算方法與C程序設計案例教程》一書將傳統材料設計與當前大數據分析技術、計算機程序設計實現有機融合，是材料基因工程方面的原創性著作，書中結合著者多年知識積累與編程經驗，為讀者提供各種比表面積計算方法、詳細的計算步驟和C程序源代碼，幫助讀者清晰地理解程序框架的設計思路，切實掌握各種計算方法的原理、工藝過程、數值計算方法與計算機程序設計實現。

比表面積是一個表征粉末或多孔固體物理吸附和化學反應能力的強度參數，采用氣體流動法或靜態容量法測定吸附劑在不同相對壓力下捕獲吸附質的體積，進而根據Langmuir、BET、Temkin、Freundlich、t圖法、MP法和α-s法等進行計算，是材料設計、改性、選型和應用的重要依據。
目前，國內外生產商提供的測量設備及配套軟件使用成本較高；數據處理方法復雜，如果專業知識不足，直接獲取分析軟件生成的測試報告，信息分析常不準確；計算過程使用的常數各不相同，用戶難以核實確認；分析軟件底層代碼不公開，繼續創新難度大?；谝陨蠋c，結合作者多年知識積累與編程經驗，本書力求為讀者提供各種比表面積計算方法詳細的計算步驟和C程序源代碼。通過案例及對應的C語言計算過程，讀者能夠清晰地了解計算細節，理解程序框架的設計思路，切實掌握各種計算方法的原理、工藝過程、數值計算方法與計算機程序設計實現。
鑒于計算方法的復雜性和專業性，為了便于讀者理解和掌握，采用圖解說明和視頻講解兩種方式對每種方法進行詳細剖析。圖解說明著眼于計算方法原理分析和代碼架構，視頻講解側重于比表面積計算方法通過計算機程序實現過程，兩種表達方式互為補充。
本書的特色在于提供了豐富、實用的案例與C語言編寫的源代碼，通過詳細案例和C程序源代碼，展示各種比表面積計算方法的具體計算步驟、程序整體框架設計、數據結構定義、內存分配管理、數據解析、數值求解、鍵值查詢和數據文件關聯等過程和技術手段，幫助讀者在短時間內快速學會從理論分析到實踐應用的轉換方法。對于實際問題抽象出來的矩陣方程，分別采用Householder變換、Akima插值、QR分解、Levenberg-Marquardt最優化等數學工具，為讀者提供多種解決方案。書中計算案例使用的數據采用顯示位數進行精度截取，而C語言程序中保留了高精度位數，故案例計算結果與程序運行結果稍有差別，讀者注意甄別與理解。本書配套的課件和源程序代碼可通過化學工業出版社官網平臺下載：https：//www.tmingt.com/Service/Download；掃描下方二維碼，可以獲取本書配套視頻課等資源。
本書得到國家自然科學基金資助項目（No.52306066）、中央高?；究蒲袠I務費專項資金資助項目（FRF-TP-22-077A1）和北京高?！爸攸c建設一流專業”能源與動力工程專業建設項目的資助。
由于作者水平有限，不足之處難免，敬請批評指正。

著者

張輝，2006年畢業于中國科學院高能物理研究所，獲凝聚態物理專業理學博士學位，高級程序員，2006年至今任教于北京科技大學，致力于串口通信監測與控制、吸附類儀器設計制造、嵌入式軟件開發、比表面積與孔經分布算法研究，獲授權發明專利16項、《基于WinCE系統利用氣體置換原理測定材料真密度的計算軟件》等軟件著作權2項，出版《Visual Basic
串口通信及編程實例》和《嵌入式MCGS串口通信快速入門及編程實例》專著2部。在分析儀器制造領域深耕不輟，從結構設計、集成電路、軟件算法等方面不斷提高專業儀器技術水平。

劉凱迪，北京科技大學工程熱物理專業工學碩士開發了《比表面積計算軟件》、《密度泛函孔徑分布分析軟件》和《多孔復合材料熱物性預測軟件》，專注于材料表征算法的優化和研究，旨在通過分子模擬和數值分析表征材料物性參數。

張四宗，北京科技大學動力及工程熱物理專業工學博士，任教于北京科技大學，潛心于熱工、控制與新能源等教學科研儀器研發，主持或主研國家自然科學基金與重點研發計劃等10余項，發表高水平論文20余篇，獲發明專利6項，開發了自動皂泡流量計、路面滲水儀、比表面分析儀和PID溫度控制平臺等儀器。

本書采用圖解與視頻教學相結合的方式，通過豐富的案例及對應的C語言程序，清晰展示了各種比表面積計算方法具體的計算步驟、程序整體框架設計、數據結構定義、內存分配管理、數據解析、數值求解、鍵值查詢和數據文件關聯等過程和技術手段，幫助讀者在短時間內快速學會從理論分析到實踐應用的轉換方法。對于實際問題抽象出來的矩陣方程，不同章節采用Householder變換、Akima插值、QR分解、Levenberg-Marquardt最優化等數學工具，為實際問題提供多種解決方案。
本書可供材料科學與工程、熱能與動力工程、新材料研發與設計相關領域的人員閱讀，也可供相關專業師生參考。

第1章　材料設計與比表面積
1.1　基本概念001
1.2　表觀分子橫截面積與表觀比表面積003
1.3　比表面積計算方法006

第2章　Langmuir方程及計算案例
2.1　Langmuir方程009
2.2　線性回歸分析011
2.3　分子橫截面積與分子吸附層厚度013
2.4　單層比表面積015
2.5　氮氣吸附案例016
2.6　自動計算案例018
2.7　環境配置024
2.8　C程序源代碼026

第3章　BET方程及C程序
3.1　BET方程048
3.2　單點BET054
3.3　B點BET056
3.4　多點BET064
3.5　C程序源代碼067

第4章　Temkin方程及C程序
4.1　分子運動速率085
4.2　吸附速率與脫附速率089
4.3　Temkin方程091
4.4　Levenberg-Marquardt最優化095
4.5　Temkin計算過程095
4.6　C程序源代碼097

第5章　Freundlich方程及C程序
5.1　Freundlich方程139
5.2　熱力學參數計算142
5.3　向量Householder反射143
5.4　矩陣Householder反射145
5.5　矩陣QR分解法案例147
5.6　C程序源代碼152

第6章　t圖法及計算案例
6.1　厚度計算173
6.1.1　單層最大吸附量計算厚度173
6.1.2　厚度公式計算厚度176
6.2　比表面積與微孔體積177
6.2.1　無微孔177
6.2.2　有微孔178
6.3　t圖法計算案例179
6.4　C程序源代碼184

第7章　MP法及計算案例
7.1　MP法計算過程211
7.2　Akima插值212
7.3　MP法計算案例213
7.4　C程序源代碼220

第8章　α-s法及計算案例
8.1　α-s法計算案例266
8.2　C程序源代碼272

第9章　分形維數及計算案例
9.1　FHH方程290
9.1.1　FHH計算案例290
9.1.2　C程序源代碼295
9.2　NK方程304
9.2.1　NK計算案例305
9.2.2　C程序源代碼310

參考文獻