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出版者:中国农业大学出版社

作者:张志英 编

出品人:

页数:139

译者:

出版时间:2000-3

价格:12.00元

装帧:

isbn号码:9787810661768

丛书系列:

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• 普通物理学
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《现代材料科学导论》 内容简介 本书旨在为本科生及初级研究生提供一个全面而深入的现代材料科学基础知识框架。材料科学是跨越化学、物理学、工程学和地质学的交叉学科，其核心在于理解材料的结构、性能、加工工艺及其相互间的内在联系。本书将从原子和微观尺度出发，逐步深入到宏观性能的调控，覆盖从传统材料到前沿功能材料的广泛领域。 第一部分：材料科学基础与晶体结构 第一章：材料科学的范畴与重要性 本章首先界定材料科学的学科边界，阐述其在现代社会发展，特别是能源、信息技术和生物医学领域的不可替代性。我们将探讨材料的分类（金属、陶瓷、聚合物、复合材料以及智能材料），并介绍材料性能评估的基本概念，如强度、韧性、导电性、热学特性等。此外，本章将简要回顾材料科学从冶金学、固体物理学中逐步发展成为独立学科的历史脉络。 第二章：原子结构与化学键合 详细阐述原子的电子排布原理，重点讨论成键的四种主要类型：离子键、共价键、金属键和范德华力。每种键合类型的形成机制、对材料宏观物理性质（如熔点、硬度、电导率）的影响将进行深入剖析。例如，离子键的各向异性和共价键的方向性如何决定了陶瓷和半导体的基本特性。 第三章：晶体结构与晶体学 本章是理解固体材料微观结构的核心。我们将系统介绍晶体结构的基本概念，包括晶格、晶胞、布拉维点阵。重点分析体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方最密堆积（HCP）等常见金属晶格的几何特征、原子堆积密度计算。随后，引入晶体学中的重要工具——米勒指数（Miller Indices），用于精确描述晶面和晶向，这对于理解塑性形变和表面反应至关重要。晶体缺陷的引入，包括点缺陷（空位、间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界），将作为后续章节讨论材料力学行为的基础。 第二部分：材料的微观结构与性能 第四章：晶体缺陷与材料形变 深入探讨位错理论。位错是决定金属塑性变形的主要机制。本章详细分析刃型位错、螺型位错的 Burgers 矢量和应力场，并阐述位错的运动（滑移和攀移）如何导致材料的宏观形变。同时，我们将讨论如何通过引入障碍物（如第二相粒子、晶界钉扎）来阻碍位错运动，从而实现材料的强化机制，如固溶强化、晶界强化和加工硬化。 第五章：扩散现象及其在材料过程中的作用 扩散是材料在高温下进行相变、烧结和热处理等过程中至关重要的传质过程。本章基于 Fick 定律，分析固态扩散的机制（间隙扩散和替换扩散），并讨论温度、浓度梯度和晶体结构对扩散系数的影响。将结合实例，如渗碳过程和薄膜沉积中的原子迁移，展示扩散在实际材料加工中的应用。 第六章：热力学与相图 本部分应用热力学原理来预测和理解材料的稳定性和相变行为。重点介绍吉布斯相律，并详细解读单组元和二元合金相图（如 Fe-C 相图）。相图中关键点的识别（共晶点、共熔点、固溶线）及其对材料组织控制的重要性将贯穿本章。液相、固相的微观结构演化，以及通过冷却速率控制组织精细度的概念将被清晰阐述。 第七章：动力学与微观结构演化 相变动力学关注相变发生的速度和方式。本章介绍成核理论（均相成核与非均相成核），并利用 Avrami 方程来描述相变程度随时间的变化规律。通过对析出相的生长过程分析，如铁素体/奥氏体转变、时效强化中的沉淀长大，帮助读者理解如何通过热处理工艺来设计和优化材料的最终微观结构。 第三部分：功能材料与前沿应用 第八章：金属材料 聚焦于结构金属的力学性能和应用。系统介绍各类钢（碳钢、不锈钢、工具钢）的微观结构演变及其对应的力学性能。讨论铝、镁等轻质合金在航空航天领域的应用，以及高温合金在涡轮叶片中的关键作用，特别是蠕变和疲劳行为。 第九章：陶瓷与玻璃 陶瓷因其优异的耐高温性、硬度和耐腐蚀性而备受关注。本章区分氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷（如碳化物、氮化物）的特性。重点分析陶瓷的脆性本质，即其对微裂纹的敏感性，并介绍增韧技术，如引入氧化锆的相变增韧机制。玻璃作为典型的无定形材料，其结构与过冷液体和玻璃化转变温度的确定是本章的重点。 第十章：聚合物材料 探讨聚合物的分子结构特征，包括链的柔性、拓扑结构（线型、支化、交联）对性能的影响。详细分析聚合物的粘弹性行为，这是其区别于金属和陶瓷的关键力学特征。内容将涵盖玻璃化转变温度 ($T_g$) 的测定与意义，以及聚合物的加工成型过程（注塑、挤出等）。 第十一章：半导体材料与电子学基础 本章引入固体能带理论，解释导体、绝缘体和半导体的物理本质差异。重点分析本征半导体和掺杂半导体（N型和P型）的载流子浓度、迁移率，并介绍半导体材料（如硅、砷化镓）的制备纯化技术。费米能级的概念及其在解释PN结特性的重要性将作为本章的理论高潮。 第十二章：复合材料与纳米材料 复合材料通过组合不同材料的优势以获得性能提升。本章分类介绍纤维增强、粒子增强和结构复合材料的增强机制，并分析应力在基体和增强相之间的有效传递。最后，对新兴的纳米材料进行概述，特别是量子尺寸效应在纳米颗粒中的体现，以及碳纳米管和石墨烯等二维材料的独特电学和机械性能。 全书结构设计严谨，逻辑层次分明，旨在帮助读者建立起从原子尺度到宏观性能的完整认知链条，为后续深入学习材料加工、材料失效分析或功能器件设计打下坚实的基础。书中包含大量精心绘制的示意图和实例分析，以促进对抽象概念的理解。

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这本书最让我惊喜的一点是它所蕴含的广阔视野和跨学科的联想能力。它似乎并不满足于仅仅停留在教科书的框架内，而是巧妙地将各个分支的知识点串联起来，勾勒出一幅宏大的现代物理图景。例如，在讨论某一经典现象时，作者会适当地引入一些现代物理学的最新研究成果作为对比或延伸，引导读者思考“在更深层次上，这个现象还能如何被理解？”这种超越当前知识边界的引导，有效地培养了读者的批判性思维和对未来科学发展的预见性。它不仅仅是一本教会你“如何做”的书，更是一本激发你“如何想”的指南，极大地拓宽了我对物理学边界的认知。

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我注意到这本书在细节处理上达到了近乎苛刻的程度。每一个图示、每一个数据表格，似乎都经过了反复的校对和优化。特别是一些复杂的示意图，箭头方向、标注位置、甚至线条的粗细都处理得非常精准，确保了信息的无歧义传达。更难能可贵的是，它在关键概念的定义和重要公式的推导过程中，都会附带上详尽的注解，解释了每一步操作背后的物理意义和数学逻辑，杜绝了那种“黑箱操作”式的讲解。这种对严谨性的执着，让这本书的可靠性大大增强，使得读者在学习和查阅时，能够完全信赖其内容的准确性，这种专业精神令人肃然起敬。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，那种厚实的纸质感和恰到好处的磨砂封面，握在手里就有一种沉甸甸的专业气息。我特别喜欢它封面上那几个简约的几何图形设计，线条流畅，配色低调却又不失格调，一看就知道是经过精心打磨的作品，完全没有那种廉价教材的粗糙感。光是看着它摆在书架上，就觉得自己的书房档次都提升了好几个level。而且，内页的排版也处理得非常到位，字号和行间距拿捏得恰到好处，即使是密集的公式和图表，看起来也不会让人感到拥挤和眼花缭乱。那种清晰的逻辑层次感，从封面就开始渗透进来了，让人对即将阅读的内容充满了期待，仿佛在暗示着这是一次严谨而又愉悦的知识探索之旅。

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这本书的语言风格简直是一股清流，完全颠覆了我对传统理工科书籍的刻板印象。它摒弃了那种干巴巴、充满术语堆砌的写作腔调，转而采用了一种更具人文关怀和启发性的笔调。阅读过程中，我经常能感受到作者对物理学本身的深刻热爱和对探索精神的推崇。它不仅仅是在传授知识点，更像是在邀请读者一同思考“为什么”和“怎么样”，时不时穿插的那些关于物理学家心路历程的小故事或哲学思考，为冰冷的数据和公式增添了人性的温度。这种充满温度的叙述，让我阅读时感觉不再是一个被动的知识接收者，而是一个积极参与思考的伙伴，极大地激发了我的求知欲和对科学的敬畏之心。

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拿到这本书后，我立刻被它清晰的逻辑结构所吸引。作者在内容组织上展现了极高的智慧，无论是基础概念的引入，还是复杂理论的推导，都遵循着一种循序渐进的自然节奏。比如，在介绍某个经典力学原理时，它不是直接抛出晦涩的公式，而是先从一个生活中的具体现象入手，用非常形象的比喻将抽象的概念具象化，然后再逐步过渡到数学模型的建立。这种“由表及里，由浅入深”的叙事方式，极大地降低了初学者的心理门槛，让我感觉原本高不可攀的物理世界一下子变得触手可及。阅读体验非常顺畅，就像有一个经验丰富的导师在旁边耐心为你讲解，每翻过一页都能感受到自己对知识的掌握程度在稳步提升，那种“原来如此”的豁然开朗感是无与伦比的。

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