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出版者:北京邮电大学出版社

作者:梁猛

出品人:

页数:177

译者:

出版时间:2004-1

价格:18.00元

装帧:平装

isbn号码:9787563507535

丛书系列:

图书标签:

• 电信传输
• 传输理论
• 通信工程
• 信号处理
• 信道编码
• 调制解调
• 数字通信
• 无线通信
• 信息论
• 通信系统

现代材料科学导论：从原子尺度到宏观应用 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面且深入的现代材料科学基础知识体系，内容涵盖材料的微观结构、性能、加工以及在各个尖端技术领域中的应用。我们着重于将理论基础与实际工程问题紧密结合，构建起一个从原子排列到宏观性能演变的完整认知框架。 第一部分：材料科学的基石 第一章：引言：材料的本质与科学体系 本章首先界定“材料”的科学范畴，探讨材料在人类文明发展中的核心地位。我们将追溯材料科学的发展脉络，从早期的经验试错到现代基于量子力学和计算模拟的理性设计。重点阐述材料科学的跨学科性质，它如何融合物理学、化学、工程学和数学，形成一个独特的知识体系。随后，介绍描述材料特性的基本参数，如密度、硬度、韧性等，并初步引入晶体结构和非晶态结构的概念，为后续深入分析奠定基础。 第二章：晶体结构与缺陷工程 晶体结构是决定材料宏观性能的根本因素。本章将详细解析常见晶体结构，如体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和密堆积结构（HCP）。通过对布拉维点阵、晶胞和密堆积指数的严谨推导，帮助读者理解原子在三维空间中的精确排列规律。随后，我们将聚焦于材料中的“不完美性”——晶体缺陷。我们将系统地分类和分析点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。详细讨论位错的运动机制（如滑移和攀移）如何直接控制金属的塑性变形行为，并引入缺陷工程的概念，阐述如何通过引入或控制缺陷来精确调控材料的机械性能，例如通过固溶强化、晶界强化等机制。 第三章：材料的热力学与相变动力学 材料的稳定性和行为受热力学原理的支配。本章从统计热力学角度出发，解释吉布斯自由能、化学势与相平衡的关系。重点介绍相图的构建与解读，包括单组分和二元合金体系（如Fe-C体系的碳钢相图）。我们将深入探讨相变过程，区分扩散型相变（如析出、共晶）和无扩散型相变（如马氏体转变）。相变的动力学研究（成核与长大）对于理解材料的微观组织形成至关重要，本章将引入柯克兰德（Kirkendall）效应和经典成核理论，解释不同冷却速率如何塑造最终材料的微观结构和宏观性能。 第二部分：四大类材料的特性与设计 第四章：金属材料的性能与应用 金属材料因其优异的导电性、导热性和机械强度而占据核心地位。本章深入探讨金属的本构关系，包括应力-应变曲线的分析，弹性模量、屈服强度、极限拉伸强度和断裂韧性的量化描述。重点研究金属的加工硬化（冷变形）和退火过程对微观组织和性能的反馈影响。此外，本章还将对结构钢、铝合金、钛合金以及高温镍基超合金的特定微观结构设计（如析出相强化、晶界工程）进行详尽的案例分析，阐述它们在航空航天和能源领域中的关键作用。 第五章：陶瓷材料的结构与断裂行为 陶瓷材料以其高硬度、耐高温性和优异的化学稳定性著称，但也面临着脆性这一固有挑战。本章详细分析陶瓷材料的离子和共价键合特性，解释其高杨氏模量的来源。我们着重探讨陶瓷的本征微观结构，如晶界扩散、孔隙率对性能的负面影响。鉴于陶瓷的脆性，本章将花费大量篇幅讨论断裂力学在陶瓷中的应用，特别是 Griffith 裂纹扩展理论和 Weibull 统计模型在预测陶瓷可靠性中的作用。最后，介绍先进陶瓷（如碳化硅、氮化硅、氧化锆增韧陶瓷）的制备技术和在极端环境下的应用。 第六章：高分子材料的粘弹性与形变 高分子材料（聚合物）的性能由其长链结构和缠绕状态决定。本章从分子链的自由体积理论和统计力学角度解释聚合物的粘弹性行为。重点区分玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm），以及它们如何影响聚合物的加工和使用性能。我们将详细分析拉伸、蠕变和应力松弛实验，并引入时间-温度等效原理（WLF方程）来预测聚合物在不同温度下的长期行为。此外，本章还将涵盖交联技术（如硫化）、共混物设计以及纤维增强复合材料中聚合物基体的作用。 第七章：半导体与功能材料的电子特性 本部分聚焦于那些因其独特电子、光学或磁学特性而具有工程价值的材料。在半导体部分，我们深入研究晶体中的能带理论，区分直接带隙和间带隙材料，解释载流子的输运机制（漂移与扩散），并探讨掺杂对费米能级和导电性的精确调控。对于功能材料，本章将探讨压电效应、铁电性、半导体中的光电转换机制（如太阳能电池原理）。磁性材料部分将涉及磁畴结构、磁各向异性以及软磁和硬磁材料的设计原则，为传感器和存储设备的设计提供理论支撑。 第三部分：材料的制造、表征与前沿方向 第八章：材料的加工与成型技术 材料的最终性能高度依赖于其制造工艺。本章系统回顾传统材料的塑性加工（锻造、轧制、挤压）和铸造技术，强调冷却速率和应力消除对微观组织的影响。针对粉末冶金和增材制造（3D打印），本章详细讨论粉末的制备、烧结动力学，以及选择性激光熔化（SLM）等先进制造技术中热梯度和快速凝固对材料性能的独特影响，特别是其对缺陷控制的挑战。 第九章：材料的结构表征技术 精确的材料设计依赖于先进的表征手段。本章详细介绍用于确定材料微观结构和成分的实验技术。重点讲解X射线衍射（XRD）在晶体结构鉴定、晶粒尺寸和残余应力分析中的应用。对电子显微镜技术（SEM与TEM）的原理、成像模式（如背散射电子、透射电子束）及其在观察晶界、位错和纳米结构中的强大能力进行深入剖析。同时，还将简要介绍光谱分析（如EDS、XPS）在元素定性和定量分析中的关键作用。 第十章：先进材料的趋势与可持续发展 本章展望材料科学的前沿领域。我们将探讨纳米材料的尺寸效应，如量子限制效应和表面能主导的特性转变，以及如何利用这些特性设计新型催化剂和生物医学植入物。同时，面对全球资源挑战，本章还将深入探讨绿色化学、材料的循环利用、生物基聚合物以及先进材料的寿命评估和疲劳断裂行为，强调材料科学在实现可持续发展目标中的责任与机遇。 本书内容详实，理论严谨，配有大量工程实例和最新的研究进展，是材料科学、机械工程、化学工程及相关专业学生和研究人员的理想参考书。

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这本书的语言风格非常干燥、刻板，几乎看不到任何作者试图拉近与读者距离的努力。它更像是冷冰冰的技术规范文档，而不是一本旨在传授知识的著作。通篇充满了被动语态和冗长的从句，句子结构复杂到需要我反复阅读才能捕捉其核心含义。例如，在描述数字调制时，那种对星座图的解释，如果能用更具画面感和对比性的语言来描述不同调制方式在抗噪性能上的差异，效果可能会好很多。我不得不承认，这使得我在阅读那些涉及复杂算法的部分时，很容易产生阅读疲劳。坦白讲，很多时候我不是因为理解不了内容，而是因为被这种过于严谨但缺乏活力的文字表达方式“劝退”了。对于想通过自学掌握这门学科的人来说，这种疏离感是致命的。

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这本书，我断断续续地啃了好几个月，说实话，它更像是一本为专业人士准备的工具手册，而不是我期望中那种能带我领略“电信传输”宏大图景的入门读物。我本来是抱着对未来通信技术的好奇心翻开它的，希望能系统了解信号是如何穿越光纤和无线电波的物理奥秘。然而，这本书的叙事方式更像是对各种数学模型和公式的流水账式罗列，每当我想深入了解某个概念的实际应用场景时，作者似乎总会迅速将话题切换到对更深层次的数学推导上。比如，在讲到信道容量时，我期待能看到更多关于现代网络架构如何利用这些理论优化带宽的生动案例，但取而代之的是大量的香农公式变体和对噪声模型的严谨分析。这使得阅读体验变得异常晦涩，很多章节读完后，我感觉自己掌握了一些高深的数学符号，却对“为什么”和“怎么用”感到更加迷茫。对于非科班出身的读者来说，这本书的门槛实在太高，它似乎默认读者已经对傅里叶变换、随机过程等基础知识了如指掌，缺乏必要的铺垫和直观的图解来辅助理解那些抽象的物理过程。

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这本书的排版和图示设计，坦白地说，非常老派，简直像是从上世纪八十年代的工程教材里直接搬出来的。我尤其对其中关于噪声和干扰的章节感到头疼，插图大多是简单的方波和正弦波图，缺乏现代感和信息密度。要知道，在当今这个可视化至上的时代，一本技术书籍如果不能用清晰、现代的图形来辅助解释复杂的物理现象，无疑会大大降低读者的学习效率。我曾试图通过网络搜索相关的视频和动画来补充理解那些文字描述的衰减和散射效应，但如果书本身能提供一些高质量的仿真图或对比图，情况会好得多。而且，书中引用的参考文献也显得有些陈旧，对于快速迭代的电信领域来说，缺乏对近十年新兴技术，比如某些先进的调制编码方案的探讨，这让这本书的实用价值大打折扣。它更像是一部对基础理论的全面回顾，而非对当前前沿技术的指引。

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总的来说，这本书给我的感受是：它是一座信息密度极高但缺乏清晰指引的知识迷宫。它涵盖了电信传输的方方面面，从基础的信号处理到复杂的编码理论，面面俱到，但却缺乏一条贯穿始终的主线索来串联这些知识点。我感觉自己像是在一个巨大的知识库中游泳，尽管水很深，能看到很多珍贵的“宝藏”，但没有一张地图告诉我哪里是目的地，哪里是危险区。阅读过程中，我常常需要频繁地查阅其他资料来澄清书中提及的某些术语的上下文背景，这极大地打断了学习的连贯性。如果这本书能更侧重于构建一个清晰的知识体系，用更清晰的章节逻辑将理论与实践、基础与前沿区分开来，而不是将所有内容堆砌在一起，它将成为一本更具价值的参考书，而不是现在这样，仅仅适合那些已经具备深厚背景、只为查阅特定公式或证明的专家使用。

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我发现这本书在理论深度上做得相当扎实，但这种扎实是以牺牲可读性为代价的。它的重点似乎完全倾向于推导和证明，对于工程实践中的权衡取舍，探讨得非常少。比如，在讨论多径效应和均衡技术时，书中详尽地描述了各种均衡器的数学结构，却几乎没有提及在实际部署中，工程师是如何根据不同的环境（城市峡谷、开阔地带）来选择合适的均衡器复杂度、计算成本和延迟之间的平衡点的。这种“只知其然，不知其所以然”的叙述方式，对于那些希望将理论知识转化为实际工程能力的读者来说，是一个巨大的缺失。我更希望看到的是，在完成一个理论推导后，能够紧跟着一个简短的“工程启示”或“实践挑战”部分，阐述这些理论在实际系统中是如何被简化、近似或妥协的。

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