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出版者:北航

作者:李刚

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:2001-10-1

价格:25.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810770781

丛书系列:

图书标签:

• LabVIEW
• 图形化编程
• 数据采集
• 仪器控制
• 自动化测试
• 虚拟仪器
• NI
• 工程
• 科学计算
• 工业控制

好的，以下是为您构思的一份图书简介，主题围绕“现代材料科学的突破与挑战”，完全不涉及任何关于LabVIEW的内容，并力求内容详实、自然流畅： --- 《跨越奇点：现代材料科学的突破与挑战》 书籍简介 在人类文明的长河中，材料始终是推动技术进步的核心驱动力。从青铜时代的冶炼到硅基芯片的诞生，每一次材料性质的飞跃都直接催生了社会生产力的巨大变革。本书《跨越奇点：现代材料科学的突破与挑战》，并非仅仅是对现有知识的简单罗列，而是一部深入剖析当前材料科学前沿阵地、预测未来技术走向的深度研究报告与思想集结。 本书的叙事视角宏大而精微，聚焦于当前材料学领域中几条至关重要且相互交织的研究脉络：超构材料的异想世界、量子材料的能带革命、生物启发材料的仿生之道，以及极端环境下的高熵合金探索。 我们旨在揭示这些突破性进展背后的物理化学原理、关键的合成路径，以及它们即将对工程、能源、医疗和信息技术带来的颠覆性影响。 第一部分：结构之上的魔力——超构材料与拓扑电子学 我们首先进入一个颠覆传统直觉的领域：超构材料（Metamaterials）。传统的材料性质受其化学成分和晶体结构决定，而超构材料的特性则源于其人工设计的亚波长结构。本书详细解析了如何通过精确设计单元结构（Meta-atoms），来操控电磁波、声波甚至机械波的传播路径。 我们探讨了负折射率材料如何实现“隐身衣”的理论基础，以及如何利用光子晶体和声学超构材料来构建高效的滤波、聚焦和波束控制系统。更进一步，我们深入阐述了拓扑绝缘体和拓扑半金属的奇特现象。这些材料在体态下表现为绝缘体，但其表面或边缘却拥有无损耗的导电通道，其性质对局部缺陷具有极强的鲁棒性。我们分析了如何利用拓扑学概念来设计更稳定、更高效的电子器件，为下一代低功耗电子设备奠定理论基石。本章着重介绍了低温/高压下观测到的量子反常霍尔效应，及其在量子计算中的潜在应用价值。 第二部分：能量的极限与效率——储能与催化新纪元 能源转型是当前人类社会面临的最紧迫挑战之一。本书将大量篇幅用于探讨下一代电池技术和高效催化剂的材料创新。 在固态电池领域，我们剖析了从硫化物基电解质到氧化物骨架的材料演进路线。关键挑战在于界面阻抗和锂枝晶的抑制。本书通过对不同材料体系的界面化学反应动力学分析，提出了利用原位原位表征技术来实时监控界面行为的新思路，以期设计出具备超高界面稳定性的固态电解质。 对于氢能与燃料电池，催化剂是核心瓶颈。传统的贵金属铂族催化剂成本高昂。我们详细梳理了非贵金属基催化剂（如基于氮化碳、过渡金属硫化物和单原子催化剂）的最新突破。特别关注了如何通过精确调控活性位点的电子结构和几何构型，来实现媲美甚至超越贵金属的电催化析氧（OER）和析氢（HER）效率，从而推动绿氢制备成本的大幅下降。 第三部分：生命与物质的融合——生物启发材料与智能响应 材料科学正以前所未有的速度融入生命科学领域。本书的第三部分聚焦于生物力学、自修复材料以及可编程组织工程支架的最新进展。 我们考察了自然界中高效结构（如蜘蛛丝、珍珠母）的层次化结构设计原理，并尝试在合成材料中复现这些优异的力学性能。重点介绍了动态共价键和超分子自组装技术，这些技术使得材料具备了自修复能力。我们不仅停留在宏观的修复观察，更深入探讨了修复机制中的分子链段运动和能量耗散过程。 此外，响应性智能材料（如形状记忆聚合物、电活性聚合物）也被纳入讨论。这些材料能够根据外部刺激（温度、pH值、光照）改变其功能或形态。本书探讨了如何利用这些材料制造微流控芯片、可穿戴医疗设备，以及用于靶向药物递送系统的“智能胶囊”。 第四部分：极端环境下的韧性——高熵合金与高温超导 现代工业和航空航天对材料耐受极端条件的能力提出了严苛要求。本书对高熵合金（HEAs）进行了深入的案例分析。与传统合金仅含有少量主元不同，HEAs拥有五个或更多等摩尔比的元素，这种“高熵”状态带来了独特的微观结构稳定性和优异的力学性能，尤其是在高温蠕变和辐照损伤方面表现出色。我们分析了其微观结构中“鸡尾酒效应”下的短程有序与长程无序现象。 在高温物理方面，本书也简要回顾了高温超导材料的探索历程，重点讨论了铁基超导体和铜氧化物超导体中电子配对机制的未解之谜。虽然距离室温超导仍有距离，但理解这些材料中的电子关联效应，对于推动凝聚态物理的根本性理论进步至关重要。 结论：材料科学的未来图景 本书的最后部分，是对未来十年材料科学发展趋势的展望。我们强调，未来的材料设计将越来越依赖于高通量计算模拟（如DFT与机器学习的结合）和自动化实验平台（Materials Genome Initiative的实践）。数据驱动的材料发现将取代传统的试错法，极大地加速新材料的筛选和优化过程。 《跨越奇点：现代材料科学的突破与挑战》面向对象包括：材料学、物理学、化学、机械工程及电子信息工程等领域的学生、科研人员和资深工程师。本书不仅提供前沿知识的梳理，更期望激发读者对“设计不可能的材料”的无限热情与深刻思考。通过对这些跨越学科边界的“奇点”研究的细致梳理，我们相信读者将能更好地把握驱动下一次技术革命的真正力量——材料。 ---

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