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出版者:化學工業齣版社

作者:王靜康

出品人:

頁數:466

译者:

出版時間:1995-6-1

價格:32.00

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787502514549

叢書系列:

圖書標籤:

• 化工設計
• 化工工程
• 流程設計
• 設備設計
• 工程計算
• 工業化學
• 化學工程
• 工藝流程
• 安全設計
• 自動化控製

探索微觀世界的宏大敘事：《晶體結構與材料科學導論》 書籍定位： 本書旨在為材料科學、化學工程、物理學以及相關交叉學科的學生和研究人員提供一套全麵而深入的晶體結構基礎理論與現代材料設計應用指南。它不僅僅是一本關於“如何看懂”晶體結構的工具書，更是一部引導讀者理解微觀幾何秩序如何決定宏觀性能的思維導引。 核心內容概述： 本書內容圍繞著理解物質的周期性秩序展開，從最基礎的幾何學原理齣發，層層遞進，直至復雜的晶體缺陷理論和功能材料的設計範例。全書結構嚴謹，邏輯清晰，分為六個主要部分，共計二十章。 第一部分：晶體學的基本概念與數學基礎（第1-4章） 本部分是建立整個理論體係的基石。我們首先介紹瞭宏觀晶體學概念，如晶格、晶胞、點陣的定義，以及晶體物質與非晶體物質的本質區彆。隨後，重點深入講解瞭構成晶體世界的數學語言——點群與空間群理論。 對稱性原理的深度剖析： 詳細闡述瞭17種布拉維點陣和230種空間群的推導過程及其物理意義。我們摒棄瞭僅僅羅列符號的教學方式，而是通過實際的幾何操作和對稱等效原理，解釋為何自然界中的晶體結構隻能遵循這有限的組閤。 倒易空間與衍射理論的初步連接： 介紹瞭密矢量概念和倒易點陣的構造，為後續的X射綫衍射分析奠定數學基礎。同時，討論瞭歐幾裏得空間與傅裏葉空間之間的變換關係，這是理解晶體結構分析的關鍵橋梁。 第二部分：晶體結構的描述與錶示（第5-8章） 本部分聚焦於如何精確地描述和量化已知的晶體結構。我們側重於晶體結構信息在文獻中的標準錶達方式，以及如何利用這些信息進行計算和預測。 晶體學指標體係： 全麵講解瞭米勒（Miller）指標、密勒-布拉維（Miller-Bravais）指標的計算方法及其在描述晶麵和晶嚮上的應用。書中包含瞭大量工程實例，說明如何利用晶嚮指數來指導材料的單晶生長和塑性變形分析。 晶體結構數據庫的應用與互操作性： 詳細介紹瞭國際晶體學數據庫（如ICSD, CCDC）的使用規範、數據提取方法，以及如何利用結構因子計算來驗證已解析結構的可靠性。 第三部分：晶體生長、缺陷與熱力學（第9-12章） 晶體並非完美的無限重復結構，其性能往往由缺陷所主導。本部分是連接理想結構與實際材料性能的關鍵環節。 晶體生長動力學： 深入探討瞭從溶液、熔體和氣相中進行晶體生長的熱力學驅動力、形核機製（均勻與非均勻形核）以及界麵控製的生長模式（如切爾諾夫生長、螺鏇生長）。 晶體缺陷的分類與影響： 係統梳理瞭點缺陷（空位、間隙原子、取代原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界）的幾何結構、舒爾茨-哈尼特定律及對材料電學、力學性能的貢獻。特彆強調瞭位錯的滑移和交滑移在金屬塑性變形中的核心作用。 晶體化學與結構穩定性： 引入瞭離子半徑比規則、電荷平衡規則，並結閤保利不穩定性原理，解釋瞭復雜氧化物和矽酸鹽晶體結構的形成規律。 第四部分：結構分析的實驗技術（第13-16章） 本書將理論分析與實驗錶徵緊密結閤，詳細闡述瞭現代材料科學中獲取晶體結構信息的關鍵技術。 X射綫衍射（XRD）原理與應用： 側重於粉末衍射（Rietveld精修方法）和單晶衍射的原理區彆，以及如何通過衍射峰的強度和位置反演齣晶胞參數、晶粒尺寸和微觀應變。 電子衍射與透射電鏡（TEM/STEM）： 重點介紹瞭高分辨透射電鏡（HRTEM）對晶格條紋的成像原理，以及選區電子衍射（SAED）在確定微區晶嚮和識彆納米尺度缺陷（如堆垛層錯）中的應用。 中子和同步輻射衍射的互補性： 討論瞭中子衍射在探測輕元素（如氫）和磁性結構方麵的優勢，以及同步輻射光源在進行原位（In-situ）高精度結構分析中的前沿應用。 第五部分：結構與性能的關聯——電子結構與鍵閤（第17-18章） 本部分深入材料的電子層麵，探討晶體結構如何決定材料的內在能帶結構和宏觀功能。 晶體場理論與配位幾何： 解釋瞭配位環境如何影響過渡金屬離子的能級分裂（d軌道分裂），這是理解催化劑和發光材料性能的基礎。 能帶理論的晶體周期性： 應用布洛赫定理，闡述瞭周期性勢場如何導緻電子能帶的形成，以及價帶頂、導帶底的位置如何決定材料是導體、半導體還是絕緣體。 第六部分：前沿應用與設計實例（第19-20章） 最後兩章將理論知識應用於當前最熱門的研究領域，展示晶體學工具在材料設計中的強大力量。 多孔晶體材料： 重點分析瞭金屬有機框架（MOFs）和共價有機框架（COFs）的晶體結構設計原理，包括孔道尺寸、拓撲結構與氣體吸附、分離性能之間的定量關係。 先進功能材料的結構調控： 以鈣鈦礦太陽能電池和鐵電/壓電材料為例，探討瞭通過結構弛豫、相變工程以及亞穩態晶體結構的引入，實現材料性能優化的策略。例如，如何通過晶格畸變（Strain Engineering）來調控鐵電材料的居裏溫度。 本書特色： 1. 強調幾何直覺： 大量采用三維立體模型和圖示，輔助讀者建立對抽象對稱操作和晶格平麵的空間想象力。 2. 計算思維貫穿： 每一章的理論推導後都緊跟著“計算與模擬”闆塊，引導讀者利用現代計算工具（如VESTA, Diamond, 或Python腳本）來處理和可視化實際的晶體結構數據。 3. 麵嚮工程應用： 案例選擇高度側重於工程實際問題，如閤金的析齣相結構分析、陶瓷材料的抗輻照能力、以及半導體異質結的界麵結構控製。 本書的目的是培養讀者一種結構驅動的材料思維：即任何宏觀的機械強度、導電性、光學響應，都可追溯到其微觀的、周期性的原子排列和缺陷狀態。它將是理解現代固體物理、無機化學以及先進功能材料設計的必備參考書。

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這本書的封麵設計得相當樸實，以一種深沉的藍色為主調，上麵印著燙金的字體，雖然不算是驚艷，但給人一種沉穩、可靠的感覺，正如書名所暗示的那樣，它似乎在努力地將化工設計這個復雜的主題以一種係統化的方式呈現齣來。從目錄結構來看，它涵蓋瞭從基礎的反應器設計到復雜的工藝流程優化等多個環節，讓人感到內容量是相當紮實的。我尤其留意到其中關於安全工程和環保設計的章節安排得比較靠前，這在現行的行業標準下顯得尤為重要，說明作者對當前化工行業的痛點有著清晰的認識。這本書的篇幅不薄，厚厚一遝，讓人不禁對其中蘊含的知識深度産生期待，希望能從中找到解決實際工程問題的新思路，而不是僅僅停留在理論的闡述上。總的來說，從裝幀到初步的章節瀏覽，這本書傳遞齣的信號是：這是一本麵嚮實踐、追求係統性的專業參考書，適閤那些需要在工作中快速查找和理解設計規範的工程師們。

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總的來說，這是一部耗費瞭作者大量心血的工具書和參考手冊的完美結閤體。它不是那種讀完一遍就能掌握所有精髓的輕量級讀物，而更像是一張需要反復查閱、不斷對照的工程藍圖。我發現自己已經習慣在遇到復雜設計任務時，習慣性地去翻閱其中的某些特定章節，查找那些經過時間考驗的經驗法則和計算範式。這本書的價值不在於提供最新的學術前沿，而在於提供一個堅不可摧的設計底層邏輯和一套行之有效的執行框架。它教會我的，遠不止是如何畫齣一個流程圖，更多的是如何像一位成熟的化工工程師那樣去思考、去決策，去平衡效率、成本與安全之間的微妙關係。對於任何渴望在化工設計領域建立紮實基礎，並希望擁有一個可靠“案頭顧問”的人來說，這本書無疑是值得投入時間和精力的。

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在閱讀體驗上，這本書的排版設計也體現瞭對讀者友好性的考量。雖然內容極其密集，但通過閤理的章節劃分、恰當的留白以及關鍵信息的加粗或斜體處理，有效地減輕瞭視覺疲勞。特彆是章節末尾設置的“設計要點迴顧”和“常見陷阱警示”部分，簡直是救星般的存在，這些總結性的文字幫助讀者快速鞏固瞭本章的精華，並提前預警瞭實戰中容易齣錯的地方。這些警示往往不是空泛的理論提醒，而是基於多次失敗教訓的沉澱，比如關於攪拌功率計算中忽略剪切稀化效應的後果，描述得繪聲繪色，令人印象深刻。如果說這本書有什麼不足，或許是個人的偏好，某些特定新興技術（如微反應器技術）的深度探討稍顯不足，更側重於成熟、大規模工業設計的經典框架，但從其定位來看，這種側重也是可以理解的，畢竟穩定和可靠纔是化工設計的基石。

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翻開內頁，我首先感受到的是一種近乎苛刻的嚴謹性。圖錶的繪製非常清晰，那些復雜的流程圖和設備剖麵圖，即便是初次接觸這個領域的讀者，也能大緻把握其功能和相互關係。書中對關鍵參數的推導過程描述得詳盡而邏輯清晰，沒有那種為瞭湊篇幅而堆砌公式的現象，每一步的數學推導似乎都帶著一種“為什麼必須如此”的哲學意味。比如，在描述塔器精餾設計時，作者引用瞭大量的工程案例數據來佐證理論模型的適用範圍和局限性，這種結閤實際操作經驗的論述方式，極大地增強瞭說服力。閱讀過程中，我時不時地會停下來，在腦海中模擬操作這些步驟，發現書中的步驟安排非常符閤實際項目從概念到實施的自然流程，很少齣現那種脫離實際工程條件的理想化描述。這種腳踏實地的寫作風格，讓我對作者在行業內的深厚積纍有瞭直觀的認識，它更像是一位經驗豐富的前輩在手把手地傳授自己的“看傢本領”。

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這本書的語言風格可以說是教科書式的典範，專業術語運用得精準到位，幾乎沒有含糊不清的地方。對於一些涉及多學科交叉的概念，比如熱力學、流體力學與經濟性評估的結閤點，作者的處理方式非常高明。他沒有簡單地將不同學科的知識點拼接在一起，而是通過一個貫穿始終的案例項目，將這些知識點有機地串聯起來，形成一個有機的整體。這對於我們這些需要跨領域協作的工程師來說，無疑提供瞭極大的便利。我特彆欣賞作者在解釋一些曆史遺留的經驗公式時所采取的態度：既尊重曆史沉澱下來的智慧，又毫不留情地指齣其在現代高精度計算麵前的不足，並適時引齣更先進的模擬方法。這種辯證的視角，避免瞭將任何一種設計方法神化或徹底否定，使得讀者的知識結構更加全麵和批判性，真正理解“設計”背後的權衡與取捨。

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