比表面积计算方法与C程序设计案例教程

《比表面积计算方法与C程序设计案例教程》一书将传统材料设计与当前大数据分析技术、计算机程序设计实现有机融合，是材料基因工程方面的原创性著作，书中结合著者多年知识积累与编程经验，为读者提供各种比表面积计算方法、详细的计算步骤和C程序源代码，帮助读者清晰地理解程序框架的设计思路，切实掌握各种计算方法的原理、工艺过程、数值计算方法与计算机程序设计实现。

比表面积是一个表征粉末或多孔固体物理吸附和化学反应能力的强度参数，采用气体流动法或静态容量法测定吸附剂在不同相对压力下捕获吸附质的体积，进而根据Langmuir、BET、Temkin、Freundlich、t图法、MP法和α-s法等进行计算，是材料设计、改性、选型和应用的重要依据。
目前，国内外生产商提供的测量设备及配套软件使用成本较高；数据处理方法复杂，如果专业知识不足，直接获取分析软件生成的测试报告，信息分析常不准确；计算过程使用的常数各不相同，用户难以核实确认；分析软件底层代码不公开，继续创新难度大。基于以上几点，结合作者多年知识积累与编程经验，本书力求为读者提供各种比表面积计算方法详细的计算步骤和C程序源代码。通过案例及对应的C语言计算过程，读者能够清晰地了解计算细节，理解程序框架的设计思路，切实掌握各种计算方法的原理、工艺过程、数值计算方法与计算机程序设计实现。
鉴于计算方法的复杂性和专业性，为了便于读者理解和掌握，采用图解说明和视频讲解两种方式对每种方法进行详细剖析。图解说明着眼于计算方法原理分析和代码架构，视频讲解侧重于比表面积计算方法通过计算机程序实现过程，两种表达方式互为补充。
本书的特色在于提供了丰富、实用的案例与C语言编写的源代码，通过详细案例和C程序源代码，展示各种比表面积计算方法的具体计算步骤、程序整体框架设计、数据结构定义、内存分配管理、数据解析、数值求解、键值查询和数据文件关联等过程和技术手段，帮助读者在短时间内快速学会从理论分析到实践应用的转换方法。对于实际问题抽象出来的矩阵方程，分别采用Householder变换、Akima插值、QR分解、Levenberg-Marquardt最优化等数学工具，为读者提供多种解决方案。书中计算案例使用的数据采用显示位数进行精度截取，而C语言程序中保留了高精度位数，故案例计算结果与程序运行结果稍有差别，读者注意甄别与理解。本书配套的课件和源程序代码可通过化学工业出版社官网平台下载：https：//www.cip.com.cn/Service/Download；扫描下方二维码，可以获取本书配套视频课等资源。
本书得到国家自然科学基金资助项目（No.52306066）、中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（FRF-TP-22-077A1）和北京高校“重点建设一流专业”能源与动力工程专业建设项目的资助。
由于作者水平有限，不足之处难免，敬请批评指正。

著者

张辉，2006年毕业于中国科学院高能物理研究所，获凝聚态物理专业理学博士学位，高级程序员，2006年至今任教于北京科技大学，致力于串口通信监测与控制、吸附类仪器设计制造、嵌入式软件开发、比表面积与孔经分布算法研究，获授权发明专利16项、《基于WinCE系统利用气体置换原理测定材料真密度的计算软件》等软件著作权2项，出版《Visual Basic
串口通信及编程实例》和《嵌入式MCGS串口通信快速入门及编程实例》专著2部。在分析仪器制造领域深耕不辍，从结构设计、集成电路、软件算法等方面不断提高专业仪器技术水平。

刘凯迪，北京科技大学工程热物理专业工学硕士开发了《比表面积计算软件》、《密度泛函孔径分布分析软件》和《多孔复合材料热物性预测软件》，专注于材料表征算法的优化和研究，旨在通过分子模拟和数值分析表征材料物性参数。

张四宗，北京科技大学动力及工程热物理专业工学博士，任教于北京科技大学，潜心于热工、控制与新能源等教学科研仪器研发，主持或主研国家自然科学基金与重点研发计划等10余项，发表高水平论文20余篇，获发明专利6项，开发了自动皂泡流量计、路面渗水仪、比表面分析仪和PID温度控制平台等仪器。

本书采用图解与视频教学相结合的方式，通过丰富的案例及对应的C语言程序，清晰展示了各种比表面积计算方法具体的计算步骤、程序整体框架设计、数据结构定义、内存分配管理、数据解析、数值求解、键值查询和数据文件关联等过程和技术手段，帮助读者在短时间内快速学会从理论分析到实践应用的转换方法。对于实际问题抽象出来的矩阵方程，不同章节采用Householder变换、Akima插值、QR分解、Levenberg-Marquardt最优化等数学工具，为实际问题提供多种解决方案。
本书可供材料科学与工程、热能与动力工程、新材料研发与设计相关领域的人员阅读，也可供相关专业师生参考。

第1章　材料设计与比表面积
1.1　基本概念001
1.2　表观分子横截面积与表观比表面积003
1.3　比表面积计算方法006

第2章　Langmuir方程及计算案例
2.1　Langmuir方程009
2.2　线性回归分析011
2.3　分子横截面积与分子吸附层厚度013
2.4　单层比表面积015
2.5　氮气吸附案例016
2.6　自动计算案例018
2.7　环境配置024
2.8　C程序源代码026

第3章　BET方程及C程序
3.1　BET方程048
3.2　单点BET054
3.3　B点BET056
3.4　多点BET064
3.5　C程序源代码067

第4章　Temkin方程及C程序
4.1　分子运动速率085
4.2　吸附速率与脱附速率089
4.3　Temkin方程091
4.4　Levenberg-Marquardt最优化095
4.5　Temkin计算过程095
4.6　C程序源代码097

第5章　Freundlich方程及C程序
5.1　Freundlich方程139
5.2　热力学参数计算142
5.3　向量Householder反射143
5.4　矩阵Householder反射145
5.5　矩阵QR分解法案例147
5.6　C程序源代码152

第6章　t图法及计算案例
6.1　厚度计算173
6.1.1　单层最大吸附量计算厚度173
6.1.2　厚度公式计算厚度176
6.2　比表面积与微孔体积177
6.2.1　无微孔177
6.2.2　有微孔178
6.3　t图法计算案例179
6.4　C程序源代码184

第7章　MP法及计算案例
7.1　MP法计算过程211
7.2　Akima插值212
7.3　MP法计算案例213
7.4　C程序源代码220

第8章　α-s法及计算案例
8.1　α-s法计算案例266
8.2　C程序源代码272

第9章　分形维数及计算案例
9.1　FHH方程290
9.1.1　FHH计算案例290
9.1.2　C程序源代码295
9.2　NK方程304
9.2.1　NK计算案例305
9.2.2　C程序源代码310

参考文献