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出版者:化学工业出版社

作者:黄华江

出品人:

页数:301

译者:

出版时间:2004-7

价格:38.00元

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787502556587

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《精密制造的微观尺度：纳米技术与材料科学前沿》 内容梗概： 本书深入探索了纳米技术和材料科学的交叉领域，重点关注材料在微观尺度下的结构、性能及其在精密制造中的创新应用。内容涵盖了纳米材料的设计、合成、表征，以及它们如何通过精确控制原子和分子级别的排列，实现前所未有的功能和性能，从而推动精密制造向更精细、更高效、更智能的方向发展。 第一章：纳米世界的基石——纳米材料的设计与合成 本章首先从理论层面阐述了纳米材料的独特之处。我们将探讨尺寸效应如何改变材料的宏观性质，例如量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。随后，详细介绍几种关键的纳米材料的合成方法，包括： 化学合成法： 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）： 重点介绍其在制备氧化物纳米颗粒、薄膜和多孔材料方面的优势，并讨论影响凝胶化速率、颗粒大小和形貌的关键因素，如前驱体选择、pH值、催化剂等。 水热/溶剂热法（Hydrothermal/Solvothermal）： 深入分析其在制备具有特定晶体结构和形貌的纳米材料，如纳米线、纳米棒、纳米片等方面的应用。我们将详细解析温度、压力、反应时间、溶剂类型以及添加剂等参数对产物的影响。 微乳液法（Microemulsion）： 介绍其如何通过控制界面张力和相行为来精确控制纳米颗粒的大小和分布，并分析其在制备金属、半导体和氧化物纳米颗粒中的应用。 模板法（Template Synthesis）： 探讨利用多孔模板（如氧化铝、沸石）或分子模板来引导纳米材料生长，实现尺寸、形貌和结构的精确控制。 物理合成法： 气相沉积法（CVD/PVD）： 详细介绍化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）技术，包括等离子体增强CVD（PECVD）、脉冲激光沉积（PLD）等。重点阐述它们在制备高质量纳米薄膜、超晶格结构以及功能性涂层方面的优势，并分析基底温度、气体流量、功率密度等关键工艺参数。 机械球磨法（Mechanical Milling）： 探讨其在制备合金纳米粉末、亚稳相材料和非晶材料方面的应用，并讨论球磨介质、球磨时间、气氛等因素对材料微观结构和性能的影响。 电弧放电法（Arc Discharge）： 介绍其在制备富勒烯、碳纳米管等碳纳米材料方面的经典应用，并分析电弧电流、气氛、电极材料等参数的作用。 生物合成法： 介绍利用生物模板（如细菌、噬菌体、DNA）或生物酶来指导纳米材料的组装和生长，强调其环境友好性和选择性。 本章还将讨论如何通过纳米材料的表面修饰来调控其分散性、稳定性和与其他物质的相互作用，为后续的应用奠定基础。 第二章：微观世界的透视——纳米材料的表征技术 精准的表征是理解和控制纳米材料的关键。本章系统介绍多种先进的表征技术，帮助读者深入了解纳米材料的结构、形貌、成分和性质。 显微成像技术： 透射电子显微镜（TEM）： 详细介绍高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）在观察原子晶格、晶界、位错等微观缺陷方面的能力。讨论其在确定纳米颗粒尺寸、形貌、晶体结构以及相分布方面的作用。 扫描电子显微镜（SEM）： 介绍扫描电子显微镜及其背散射电子（BSE）、二次电子（SE）成像模式，以及能量色散X射线光谱（EDS）和波长色散X射线光谱（WDS）联用分析。重点讲解其在观察样品表面形貌、微观结构以及元素分布方面的应用。 原子力显微镜（AFM）： 详细介绍AFM的工作原理，包括接触模式、非接触模式和 the tapping mode。重点阐述其在测量样品表面形貌、粗糙度、局部力学性质（如硬度、弹性模量）以及电学性质（如导电AFM）方面的能力。 扫描隧道显微镜（STM）： 介绍STM在原子级别观察导电样品表面结构和电子态的独特能力。 衍射与光谱技术： X射线衍射（XRD）： 详细讲解XRD在确定晶体结构、晶格参数、相组成、结晶度以及平均晶粒尺寸（通过谢乐公式）方面的作用。 拉曼光谱（Raman Spectroscopy）： 介绍拉曼光谱作为一种非破坏性表征手段，如何用于识别材料的化学成分、晶体相、缺陷以及应力状态，尤其是在碳纳米材料、半导体材料和氧化物材料的表征中。 X射线光电子能谱（XPS）： 详细介绍XPS在分析材料表面元素组成、化学态以及价态方面的应用，强调其表面灵敏性。 俄歇电子能谱（AES）： 介绍AES的原理及其在高空间分辨率下进行表面元素分析的能力。 红外光谱（IR Spectroscopy）： 讨论IR光谱在识别分子振动模式、官能团以及研究表面吸附物方面的作用。 其他关键表征： 比表面积分析（BET）： 介绍BET方法如何测量材料的比表面积和孔隙结构，这对于多孔纳米材料的性能评估至关重要。 热分析技术（TGA/DSC）： 介绍热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）在研究材料的热稳定性、相变、分解行为以及吸附/解吸过程中的应用。 电化学表征： 简要介绍循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）等用于评估纳米材料在电化学器件（如电池、超级电容器、传感器）中的电化学性能。 本章将通过实例，展示如何综合运用多种表征技术，全面解析纳米材料的微观特性，从而指导材料的设计和优化。 第三章：纳米材料在精密制造中的赋能 本章将聚焦纳米材料如何通过其独特的性能，显著提升精密制造的各个环节和最终产品的性能。 纳米材料在先进制造工艺中的应用： 纳米涂层与表面工程： 讨论利用纳米颗粒或纳米结构制备的超硬、耐磨、抗腐蚀、自清洁、疏水/亲水等功能性涂层。例如，在刀具、模具、医疗器械、光学元件等表面形成的纳米涂层，显著提高其使用寿命和性能。 3D打印与增材制造： 介绍如何将纳米材料（如碳纳米管增强聚合物、陶瓷纳米颗粒）引入3D打印材料中，制造具有更高强度、导电性、导热性或特殊光学性质的复杂结构。 微纳电子器件制造： 探讨纳米线、量子点、二维材料（如石墨烯、MoS2）在制造高性能晶体管、传感器、LED、光伏器件中的作用，以及如何通过纳米加工技术实现器件的微型化和集成化。 精密加工与抛光： 介绍利用纳米磨料、纳米抛光液在半导体晶圆、光学元件等高精度表面加工中的应用，实现超光滑表面和亚纳米级的表面粗糙度。 基于纳米材料的高性能精密产品： 高性能结构材料： 探讨纳米复合材料（如碳纳米管增强聚合物、纳米颗粒增强金属）如何实现轻质高强，用于航空航天、汽车等领域。 先进光学材料： 介绍量子点在显示技术、照明、生物成像中的应用，以及纳米结构在光学器件（如超表面、光子晶体）中的作用。 生物医学应用： 讨论纳米颗粒在药物递送、医学成像、诊断、组织工程等领域的潜力，以及纳米材料在生物相容性、生物降解性方面的研究进展。 能源存储与转换： 介绍纳米材料在锂离子电池、超级电容器、燃料电池、太阳能电池等领域的应用，如提高电极材料的比表面积、改善离子/电子传输效率。 精密制造中的挑战与机遇： 规模化生产与成本控制： 分析纳米材料在规模化生产过程中面临的技术挑战，以及如何通过工艺优化和创新来降低生产成本。 环境、健康与安全（EHS）： 讨论纳米材料在生产、使用和废弃过程中的潜在环境和健康风险，以及相关的安全防护措施和法规标准。 标准化与质量控制： 探讨纳米材料和纳米产品的标准化以及质量控制体系的建立，确保其性能的稳定性和可靠性。 跨学科合作与人才培养： 强调纳米技术与材料科学在精密制造领域的深度融合，以及培养具备跨学科知识和技能的专业人才的重要性。 本书旨在为研究人员、工程师以及对纳米技术和精密制造感兴趣的读者提供一个全面而深入的视角，揭示纳米尺度下材料的奥秘，以及它们如何驱动现代制造业的革命性进步。通过对纳米材料设计、表征及其在精密制造中应用的前沿性探讨，本书将激发读者在这一充满活力的领域进行创新和探索。

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说实话，刚拿到这本书的时候，我有点担心内容会过于偏重某一个特定的软件或技术栈，毕竟“计算机模拟”的范畴很广。然而，作者巧妙地构建了一个涵盖面极广的技术框架。它并没有局限于某一家公司的专有软件，而是以化工过程模拟的通用思想为主线，辅以对几种代表性工具的剖析。这种处理方式极大地提高了这本书的“保质期”和适用性。我尤其欣赏其中关于模型选择和简化策略的论述。在工程实际中，最难的往往不是计算本身，而是如何用最合适的模型去描述一个复杂的真实系统，避免过度简化导致结果失真，或过度复杂导致计算资源浪费。书中对不同精度模型的优缺点进行了深入的对比，并提供了一个决策矩阵供读者参考，这一点在我最近参与的一个新工艺流程设计项目中，起到了关键的指导作用。这本书的结构设计非常合理，从基础单元操作模拟，逐步过渡到全流程的集成优化，逻辑层层递进，体现了作者深厚的专业功底和严谨的学术态度。

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这本书在学术研究领域也展现出巨大的潜力。我所在的实验室正在进行新型催化剂的反应动力学研究，需要构建一套高保真度的模拟模型来验证实验数据。过去我们常常陷入参数拟合的泥潭，无法有效地评估模型的可靠性。拜读了《实用化工计算机模拟》后，我借鉴了书中的“模型验证与不确定性量化”章节的方法论，重新审视了我们的模拟流程。书中关于稳态与动态模拟结合的章节尤其引人深思，它清晰地阐述了在设计阶段和操作优化阶段，应该分别侧重哪种模拟类型。此外，书中对多相流、精馏塔等核心单元操作的复杂模型选择和求解策略的详细剖析，为我们构建复杂的耦合模型提供了坚实的理论基础。这本书的深度足以支撑硕士乃至博士级别的研究工作，它不仅仅是一个操作手册，更是一本能够引导研究思路、规范研究方法的工具书。它教会我们的，是如何用计算机的强大算力，去更科学、更高效地探索化工过程的本质规律。

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这本《实用化工计算机模拟》确实是化工领域专业人士和学子们的福音。我最近刚看完，这本书的深度和广度都超出了我的预期。首先，它不像很多理论书籍那样晦涩难懂，作者在阐述复杂的化工过程模拟原理时，总是能找到非常贴切的实际案例来辅助说明，这使得抽象的数学模型和计算方法变得生动起来。特别是对于像我这样，虽然有基础的化工知识，但在实际应用中常常感到力不从心的工程师来说，书中对各种主流模拟软件操作流程的细致讲解，简直是手把手的指导。我记得有一章专门讲了反应器稳态模拟的收敛性问题，书中不仅分析了导致不收敛的常见原因，还提供了好几种行之有效的“试错”策略，这在我的日常工作中帮了大忙。它不仅仅是告诉你“怎么做”，更重要的是告诉你“为什么这么做”，这种深层次的理解，远比死记硬背操作步骤要宝贵得多。书中的图文并茂的展示方式也值得称赞，清晰的流程图和关键参数的对比表格，让信息的获取效率大大提高。总的来说，这是一本理论与实践紧密结合的典范之作，非常适合希望将理论知识转化为生产力的高级应用者。

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对于我们这些长期在化工厂一线摸爬滚打的老兵来说，很多模拟软件用得再溜，也可能因为知识体系更新速度跟不上时代而逐渐落伍。这本书的出现，就像是给我这批老技术人员注入了一剂强心针。它不仅仅是复习旧知识，更重要的是引入了许多前沿的模拟理念，比如与数据科学、机器学习在化工过程优化中的结合点。虽然书中对此的探讨还停留在基础介绍和概念层面，但它无疑为我们指明了未来的学习方向。我特别关注了其中关于不确定性分析和灵敏度研究的部分，这在当前强调安全和经济效益最大化的背景下显得尤为重要。作者没有用那些花哨的术语去搪塞，而是非常实在地展示了如何通过 Monte Carlo 模拟等方法，量化输入参数波动对输出结果的影响。这本书的语言风格非常务实，没有太多学术上的矫饰，读起来非常“解渴”，直击痛点，让人感觉仿佛是坐在资深专家旁边听他解惑，非常接地气。

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这本书的排版和装帧也给我留下了非常好的印象，这在技术类书籍中并不常见，往往很多专业书为了追求信息密度而牺牲了阅读体验。但《实用化工计算机模拟》在保持内容密度的同时，采用了清晰的章节划分和合理的留白，使得长时间阅读也不会感到过于疲劳。从读者的角度来看，作者在章节末尾设置的“思考题与拓展项目”是一个非常棒的设计。这些问题往往不是简单的知识点回顾，而是要求读者综合运用前面学到的知识去解决一个小型工程问题，极大地提升了学习的互动性和主动性。例如，其中一个关于能耗优化的拓展项目，促使我去查阅了最新的热力学数据库接口信息，将书本知识与最新的行业动态结合起来。总而言之，这是一本真正用心打磨出来的技术著作，它不仅提供了知识，更重要的是，它塑造了一种严谨、务实的工程思维方式。对于任何渴望在化工模拟领域深耕的人来说，这本书都是一个极具投资价值的选择，它将伴随你度过从入门到精通的多个重要阶段。

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化工编程系列基础。我的第一本以matlab为平台面向化工应用的启蒙书。力荐。

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要是能在详细些就好了，很不错