材料科学基础

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出版者:冶金工业
作者:李见
出品人:
页数:457
译者:
出版时间:2000-1
价格:45.00元
装帧:
isbn号码:9787502424398
丛书系列:
图书标签:
  • 材料科学
  • 材料基础
  • 工程材料
  • 材料性质
  • 材料结构
  • 金属材料
  • 高分子材料
  • 陶瓷材料
  • 复合材料
  • 材料应用
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具体描述

近数十年来,由于材料科学与材料加工技术发展的需要,我国高等学校原金属材料及热处理专业已经扩大成材料科学与工程专业。扩大后的专业范围不仅包含了金属材料,而且也包括陶瓷材料、有机高分子材料及各种复合材料。为了适应新形势下教学的需要,东北大学原金属材料系组成本书编写组,编写成本书。本书的特点是在一本教材中同时编进了学习与研究上述几类材料所必须的基础知识。应该说明的是,本书编者大都是从事金属材料理论及金属材料加工工艺方面的教学与研究的,这就注定了本书在非金属材料,特别是有机高分子材料方面的内容相对较弱。但仍可以说,通过本书中相关内容的学习,应具备进一步自学相关所需的初步基础,对重要的非金属材料可以取得初步的但很重要的了解。这对于学生毕业后的工作将极为有利,无疑地为学习其他相关专业课程奠定了基础。

  本书编者的意图是想编写一本学习与研究各类材料所需的共同基础知识的教材,但由于编者的能力有限,很难完满地实现预期目标,但愿与广大师生共同为提高本教材的质量作出努力。

好的,这是一本不包含《材料科学基础》内容的图书简介,专注于介绍一个全新的、侧重于高级功能性高分子材料设计与合成的领域。 --- 突破边界:面向极端环境的功能性聚合物设计与合成前沿 导言:新时代的材料需求与高分子化学的使命 在二十一世纪的科技前沿,无论是深空探索、极端温度能源转换,还是生物医学植入与可穿戴电子设备,传统材料体系已逐渐显露出其固有的局限性。对材料的需求已不再满足于简单的结构强度或导电性,而是转向了多功能集成、环境响应性、以及在严苛条件下的持久稳定性。 本书《突破边界:面向极端环境的功能性聚合物设计与合成前沿》正是为应对这一时代挑战而精心编撰的专著。它将视角从基础的晶体结构、相图和基本力学性能(这些内容通常在材料科学入门教材中详述)中抽离出来,聚焦于高分子化学的尖端合成策略、先进的结构-性能调控机制,以及面向特定极端应用的材料创新。 本书旨在为高分子化学、材料工程、化学工程以及相关交叉学科的高年级本科生、研究生以及科研工作者提供一个深入、前沿且高度实用的参考框架。 --- 第一部分:超分子组装与自修复材料的调控原理 本部分深入探讨了如何利用分子间弱相互作用力(如氢键、π-π堆积、金属配位等)来构建具有复杂层次结构的聚合物体系。我们避免了对基础晶体结构和扩散理论的冗余介绍,直接切入动态共价键和可逆键合在材料功能实现中的核心作用。 1.1 动态共价网络:可逆反应动力学与网络重塑 本章详细分析了基于Diels-Alder反应、硫醇-烯“点击化学”及其逆向反应在构建热塑性热固性材料(TPEs)中的应用。重点阐述了如何通过精确控制反应速率和平衡常数,实现材料在特定温度或光照下的“一键式”固化与解固化过程。我们引入了动力学因子分析,用以预测网络在长时间应力下的疲劳行为,这对于航空航天部件的寿命评估至关重要。 1.2 仿生超分子聚合物的自修复机制 本节侧重于流体动力学与界面化学的交叉领域。我们探讨了基于离子对、金属-配体络合物以及超分子氢键阵列的自修复机理。关键在于理解修复效率与材料的粘弹性响应、界面张力以及局部环境(如湿度或pH值)之间的定量关系。我们将展示如何利用拓扑结构设计(如星形、树枝状聚合物的引入)来优化修复路径的连通性,从而实现宏观尺度的损伤闭合。 1.3 环境响应性高分子水凝胶的复杂流变学 聚焦于在pH、温度或离子强度变化时能剧烈改变体积或粘度的智能凝胶。本章避开基础的Flory-Huggins理论,转而深入探讨双网络(DN)和交联密度梯度对凝胶动态模量的影响。特别讨论了如何通过精细控制聚合反应的局部浓度梯度,以制造具有方向性膨胀/收缩能力的微泵或微流控器件。 --- 第二部分:面向能源与极端环境的特种聚合物合成 本部分将研究的重点从通用机械性能转移到高分子材料在极端热、化学或辐射环境下的性能维持能力,以及它们在未来能源转化中的关键作用。 2.1 高热稳定性聚合物的合成与热降解机理 我们主要关注杂环骨架(如聚苯并噁唑、聚酰亚胺)的精密合成。本章详细阐述了步进式聚合在高分子量和低缺陷度控制中的应用,并着重分析了高能射线(如伽马射线或高能质子束)对主链键能的影响。内容包括热重分析(TGA)的高阶动力学解析,用以区分链断裂和交联反应的活化能差异。 2.2 固态电解质的高分子设计与界面阻抗调控 针对下一代固态电池的需求,本章聚焦于聚合物电解质(SPEs)的离子传输机理。我们不讨论基础的电化学电池构造,而是深入研究如何通过引入极性侧链(如聚环氧乙烷衍生物)或设计块状共聚物的微相分离结构,来调控锂离子在无定形相中的跳跃机制。核心内容是利用动态核磁共振(DOSY-NMR)研究锂盐的解离状态与聚合物链段运动性的耦合关系。 2.3 极端耐受性涂层:等离子体聚合与表面功能化 本节探讨了利用低温等离子体(PECVD)技术在基底表面原位生长超薄、高交联度聚合物膜的方法。重点在于等离子体激发源(射频/微波)对等离子体活性物种的调控,以及这些活性物种如何影响最终膜层的化学成分(如含氟或含硅官能团的引入比例)。我们将展示如何通过控制沉积时间,实现从自下而上的分子刷到致密交联网络的转变。 --- 第三部分:先进表征技术在聚合物结构解析中的应用 本部分完全脱离基础的力学测试和光谱鉴定,专注于需要高分辨率和特定环境控制的高级表征手段,以揭示复杂聚合物体系的动态结构信息。 3.1 小/广角X射线散射(SAXS/WAXS)的动力学分析 本章讲解如何利用同步辐射光源采集的SAXS/WAXS数据,结合时间分辨技术,监测聚合物在拉伸、退火或溶胀过程中的结构演化。重点在于Porod定律的修正应用,用于精确计算纳米级相界面粗糙度和畴的尺寸分布。 3.2 原子力显微镜(AFM)的力谱与谱学成像集成 我们探讨如何将原子力显微镜(AFM)的力谱模式(如峰值保持力谱)与红外吸收(IR)或拉曼光谱(TERS)结合,实现对单一高分子链或微区结构特性的空间分辨研究。这对于解析多孔膜或复合材料内部的相界面粘结质量具有无可替代的价值。 3.3 固态核磁共振(ssNMR)在无序体系中的应用 对于大量无法溶解或结晶的聚合物体系,ssNMR是获取局部结构信息的关键。本章深入介绍魔角旋转(MAS)技术在分辨不同化学位移和偶极耦合上的优势。特别是二维相关谱(2D Correlation Spectra)的应用,用以揭示不同高分子链段之间的空间邻近性以及慢动力学过程的关联性。 --- 结语:面向未来的材料创新路线图 本书的全部内容均围绕“设计驱动的合成”这一核心理念展开,强调通过精确调控分子尺度和纳米尺度的结构,实现材料在极端条件下的预期功能。本书不涉及基础的聚合物分类、合成反应的通用机理(如自由基聚合的Kinetics基础),也不侧重于传统工程塑料的力学性能测试,而是聚焦于突破材料性能边界的尖端科学研究和工程应用。读者将获得一套系统化的、面向前沿功能性高分子体系的工具箱和理论框架。

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这本书的实用性,超出了我的想象。我一直认为材料科学是一门偏向理论的学科,但《材料科学基础》却让我看到了它在实际应用中的巨大价值。作者在讲解各种材料特性时,总是会联系到具体的工程应用场景。比如,在讲解金属的强度和韧性时,作者会举例说明飞机起落架、桥梁结构等对材料性能的严苛要求,以及如何通过合金设计和热处理来满足这些要求。在讲解高分子材料的耐腐蚀性和绝缘性时,作者会提及电线电缆、化工设备的防护层等应用。最让我印象深刻的是,书中关于材料失效分析的部分。作者详细介绍了如何通过分析材料的断口形貌、微观结构变化等,来判断材料失效的原因,并从中吸取教训,避免类似事故的再次发生。这一点对于我这种希望将知识应用于解决实际问题的人来说,具有极强的指导意义。这本书让我明白,材料科学不仅仅是关于材料本身的知识,更是关于如何选择、设计和应用材料,以满足人类社会发展的各种需求。它让我看到了材料科学在航空航天、能源、医疗、建筑等各个领域的关键作用。我感觉自己不再是被动地学习知识,而是主动地去理解材料如何改变我们的世界。这本书让我对材料的认识,从“是什么”提升到了“怎么用”和“为什么这样用”的层面。它是一本真正能够激发人动手实践、解决实际问题的科学读物。

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《材料科学基础》这本书,在“热”这个概念上,给予了我前所未有的深刻理解。我一直知道材料会受温度影响,但对其背后的物理机制却知之甚少。作者在这本书中,将热力学与材料科学巧妙地结合起来,让我对材料在不同温度下的行为有了全新的认识。我非常喜欢他对热膨胀的解释,作者将原子间的振动与温度升高联系起来,解释了为什么材料会随着温度升高而膨胀。这一点让我对温度对材料尺寸的影响有了更直观的理解。书中对材料的导热性分析也十分精彩,作者解释了热量在材料中是如何通过原子振动和自由电子的传递来传播的,以及为什么不同材料的导热系数差异如此之大。这让我对保温材料、散热材料等有了更深的认识。此外,书中还涉及了材料的热处理过程,如退火、淬火、回火等。作者详细解释了这些热处理工艺是如何通过改变材料的微观结构,来优化其力学性能、电学性能等。这一点让我看到了材料的“性格”是可以被“加热”和“冷却”来塑造的。这本书让我意识到,温度不仅仅是描述一个环境的物理量,更是影响材料内部结构和性能的关键因素。它不仅仅是一本关于材料的科学读物,更是关于“能量”与“形态”之间相互作用的生动诠释。

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我一直对材料的“变形”和“断裂”机制非常着迷,总觉得材料就像拥有生命一样,在不同的受力条件下会展现出不同的“性格”。《材料科学基础》这本书,在这一点上给予了我极大的满足。作者在讲解材料的力学性能时,不仅仅是给出了一堆应力-应变曲线,而是通过非常细致的分析,揭示了这些曲线背后所蕴含的微观过程。我至今还记得关于位错理论的章节,作者将位错生动地比作“人群中的拥挤”,解释了材料在塑性变形过程中,位错的移动是如何发生的,以及为什么材料会发生永久形变。这让我对金属的韧性有了全新的认识。书中对断裂韧性的讨论也十分深刻,我之前只知道材料会断裂,但并不清楚为什么有些材料在出现微小裂纹后还能承受巨大的载荷,而有些则会瞬间崩毁。作者通过对裂纹扩展机理的深入剖析,让我明白了材料的“抵抗断裂”能力原来是如此复杂而精妙。而且,书中还涉及了材料的疲劳和蠕变,这些概念我之前仅在一些工程应用的场景中听说过,但始终无法触及其本质。《材料科学基础》将这些现象与材料的微观结构缺陷、原子键的断裂与重组等联系起来,让我恍然大悟。作者在讲解这些“失效”机制时,也没有回避其中的复杂性,而是通过大量的实例和图示,一步步地引导我理解。特别是关于断口形貌的分析,我从未想过一个断裂的表面竟然能透露出如此多的信息。这本书让我看到了材料在受力下的“痛苦”与“挣扎”,也让我更加敬畏材料科学的深奥。它不仅仅是一本教科书,更像是一位经验丰富的导师,耐心细致地为我揭示材料世界中那些关于“承受”与“破裂”的奥秘。

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这本书简直是打开了我对材料世界的新大门!我一直对各种金属、陶瓷、高分子材料的奇妙特性感到好奇,但总觉得隔着一层神秘的面纱。收到《材料科学基础》这本书后,我迫不及待地翻开,原本以为会是一堆枯燥的公式和理论,结果却大大出乎我的意料。作者的叙述方式非常生动,仿佛在和我这个“小白”进行一场友好的对话。书中关于原子结构和晶体学的讲解,我之前在其他地方看过,但总是一头雾水,这次竟然豁然开朗。他用非常形象的比喻,比如把原子比作乐高积木,把晶体结构比作精心搭建的房屋,让我瞬间理解了原子是如何排列组合,形成不同材料的基础骨架。而且,书中没有直接堆砌复杂的数学推导,而是循序渐进地引导我理解概念的形成,再通过一些简单的例子来巩固。最让我印象深刻的是,书中没有回避一些看似“基础”但却至关重要的细节,比如材料的缺陷,作者将其比作建筑中的细微裂缝,解释了这些“瑕疵”是如何对材料的宏观性能产生巨大影响的。这让我意识到,所谓的“基础”并非是肤浅的,而是蕴含着深刻的原理。我特别喜欢书中关于材料性能与微观结构之间关系的阐述,它打破了我以往“材料是什么就是什么”的刻板印象,让我明白材料的性格是可以被塑造的。看到不同材料在温度、压力、电场等外界因素影响下表现出的截然不同的行为,我仿佛看到了一个充满无限可能性的微观宇宙。这本书的排版也很精美,插图清晰易懂,很多图表都极具启发性,帮助我从视觉上理解抽象的概念。我甚至会在睡前翻几页,每次都能学到一些新的东西,感觉自己的知识储备在一点一滴地增长。对于任何想要深入了解材料世界,但又担心被专业术语吓退的读者来说,这本书绝对是一个绝佳的起点,它用最平易近人的方式,为你揭开了材料科学的神秘面纱。

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我一直对材料的“颜色”、“光泽”、“透明度”等光学性质充满好奇,总觉得这些肉眼可见的特性背后一定隐藏着深刻的物理原理。《材料科学基础》这本书,恰恰满足了我对这一领域的好奇心。作者在讲解材料的光学性质时,并没有停留在表面现象,而是深入剖析了光与物质相互作用的本质。我非常喜欢他对光在材料中传播的解释,从反射、折射到吸收、透射,书中都给出了清晰的物理模型。特别是关于电子跃迁和光吸收的章节,作者用非常形象的比喻,将电子的能量状态变化比作“台阶”,解释了不同材料为何会对不同颜色的光产生不同的吸收和反射。这让我终于明白了为什么有些金属会呈现出独特的颜色,为什么有些宝石会发出迷人的光彩。书中对材料透明度的讨论也让我受益匪浅。作者解释了材料透明度的关键在于光线在材料内部能否自由传播,以及材料的晶体结构和微观缺陷如何影响光线的散射。这让我对玻璃、水晶以及一些透明陶瓷的形成有了更深的理解。此外,书中还涉及了材料的发光特性,如荧光和磷光。作者详细讲解了能量如何在材料内部被吸收和释放,从而发出可见光的过程。这一点让我对LED、激光等技术背后的原理有了更直观的认识。这本书让我意识到,我们习以为常的光学现象,其实是材料微观结构和能量相互作用的精妙体现。它不仅仅是关于材料的科学,更是关于“看见”与“被看见”的科学。

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拿到《材料科学基础》这本书,我最直观的感受就是它的“厚重感”,不仅仅是物理上的分量,更是知识内容的深度和广度。我一直对工程领域有着浓厚的兴趣,但接触材料科学时,常常感到无从下手,那些复杂的相图、衍射图谱,对我来说如同天书。然而,这本书却以一种极其系统和严谨的方式,为我构建了一个清晰的知识框架。它不像一些入门书籍那样浅尝辄止,而是深入浅出地剖析了材料科学的核心概念。我尤其欣赏作者在阐述材料的电子结构时,并没有仅仅停留在量子力学的理论层面,而是巧妙地将其与材料的导电性、光学性质等宏观性能联系起来。读到关于金属键、离子键、共价键的讲解时,我才真正理解了不同类型材料为何会有如此迥异的力学和化学特性。书中对相变的描述也极其精彩,作者通过多个典型的例子,如水的相变、合金的相变,详细解释了温度、压力等因素是如何驱动物质形态发生转变的,以及这些转变对材料性能的影响。这让我意识到,材料并非一成不变,而是时刻处于动态的变化之中。此外,书中对材料的表征方法也有详尽的介绍,比如XRD、SEM、TEM等,作者并没有将它们仅仅作为名词罗列,而是深入讲解了它们的工作原理以及如何通过这些方法来“看见”材料的微观世界。这一点对于我这样希望将理论与实践相结合的读者来说,具有极大的指导意义。虽然书中包含了一些需要一定数学基础才能完全理解的章节,但作者在讲解时总会给出充分的铺垫和解释,即使是我这样的“非数学专业”人士,也能在仔细研读后有所领悟。这本书让我对材料的理解从“知其然”提升到了“知其所以然”的境界,是任何想在材料科学领域深入探索的读者不可或缺的工具书。

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这本书最让我印象深刻的是,它成功地将“科学”与“艺术”结合在了一起。我之前总觉得材料科学是一门严谨的、偏向逻辑的学科,但《材料科学基础》却用其生动的语言和精美的插图,为我展现了一个充满美感的材料世界。《材料科学基础》在讲解材料结构和性能时,常常会引用一些非常具有启发性的比喻和类比,例如将晶体结构比作精美的建筑模型,将材料的缺陷比作精心雕琢的艺术品上的微小瑕疵。这些比喻不仅帮助我理解抽象的概念,更让我感受到材料科学的趣味性和艺术性。书中的插图更是画龙点睛,它们不仅仅是为了展示材料的微观结构,更是将这些微观世界的奥秘以一种艺术化的形式呈现出来,充满了视觉冲击力和想象力。我尤其喜欢书中对某些材料表面形貌的展示,那些细致入微的纹理和结构,在微观尺度下竟然也能呈现出令人惊叹的美感。这本书让我意识到,科学研究并不仅仅是枯燥的数字和公式,更是对未知世界的好奇和对美的追求。它让我看到,在材料科学的背后,隐藏着无数科学家们对物质世界的深入探索和对美的独特理解。这本书让我对材料科学的认识,从“冰冷”的科学,变成了“有温度”的艺术,它不仅增长了我的知识,更滋养了我的审美情趣。

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这本书对我而言,更像是一场“微观世界的探索之旅”。我之前对材料的认识,大多停留在宏观层面,但《材料科学基础》却带我进入了一个充满奇妙的原子、分子尺度。作者在讲解材料的微观结构时,总是能用生动的比喻和清晰的图示,将抽象的概念具象化。我特别欣赏他对晶体缺陷的描述,作者将空位、间隙原子、置换原子等比作“房屋里的家具摆放不当”,解释了这些“微小的瑕疵”如何影响材料的整体性能,比如硬度、强度甚至电学性能。这一点让我深刻体会到了“细节决定成败”的道理。书中对非晶材料的讲解也让我耳目一新。我之前认为所有固体都是有序排列的,但作者解释了非晶材料原子排列的无序性,以及这种无序性如何带来其独特的玻璃化转变行为和力学性能。这让我意识到,材料的世界远比我想象的要丰富和复杂。此外,书中还涉及了纳米材料的特性。作者解释了在纳米尺度下,材料的表面效应和量子效应如何变得尤为显著,从而赋予其一些宏观材料不具备的独特性能。这一点让我对纳米技术在材料领域的应用有了更深的期待。这本书让我看到了材料的奥秘,原来隐藏在那些肉眼无法察觉的微观世界中。它不仅仅是一本关于材料的科学读物,更是关于“观察”与“理解”微观世界的指南。

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这本书的价值,在于它将看似杂乱无章的材料信息,编织成了一幅清晰而有逻辑的图景。我之前对材料的分类,总觉得有些模糊,知道有金属、陶瓷、高分子,但具体区别在哪里,性能差异为何如此之大,却一知半解。《材料科学基础》这本书,恰恰填补了我在这方面的知识空白。作者从材料的原子组成和化学键的类型出发,清晰地勾勒出了不同材料大类的基本特征。我尤其喜欢他对陶瓷材料的讲解,不同于金属的“柔韧”,陶瓷的“脆性”和“耐高温”特性,在书中得到了非常细致的解释。作者将陶瓷的原子结构比作“坚固的城堡”,解释了其致密的晶格和强的化学键如何赋予其独特的性能。而高分子材料的章节,更是让我大开眼界。我之前只知道塑料、橡胶,但书中将它们从单体聚合到大分子链的形成,再到大分子链的缠绕和堆积,都进行了详尽的描述。这让我理解了为什么高分子材料具有如此多样的形态和性能,从柔软的薄膜到坚硬的塑料,都可以在这个宏观框架下得到解释。书中还对复合材料进行了深入的介绍,作者解释了如何将不同性质的材料结合起来,以获得单一材料无法实现的优异性能。这一点让我看到了材料设计的无限可能性。这本书的逻辑性非常强,每个章节的知识点都紧密相连,形成了一个有机的整体。我感觉自己就像是在爬一座知识的高山,每一步都踩得很扎实,最终能够站在山顶,俯瞰整个材料科学的全貌。它不仅仅是一本“知其然”的书,更是帮助我“知其所以然”的宝贵资源。

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我一直对材料的“导电性”和“绝缘性”感到好奇,尤其是在电子产品飞速发展的今天,我对这些看不见的“电”的奥秘充满了疑问。《材料科学基础》这本书,为我揭开了材料导电性的神秘面纱。作者从材料的电子结构出发,深入浅出地解释了为什么有些材料能够导电,而有些却不能。我非常喜欢他对金属导电的解释,将自由电子比作“自由的游民”,解释了它们如何在电场作用下定向移动,从而形成电流。这一点让我对金属的导电原理有了直观的认识。书中对半导体的讲解更是精彩,作者解释了杂质掺杂如何改变半导体的导电性,以及PN结的形成原理。这让我对晶体管、集成电路等核心电子器件的工作原理有了更深刻的理解。我从未想过,如此微小的材料结构变化,竟然能带来如此巨大的功能飞跃。此外,书中对绝缘材料的阐述也让我受益匪浅。作者解释了绝缘材料中电子的束缚状态,以及高介电强度是如何保证其绝缘性能的。这让我对电线外皮、电器内部的绝缘件有了更深的认识,也理解了其在保障用电安全方面的重要性。这本书让我看到了材料的电学性能是如何与它们的微观结构和电子排布密切相关的。它不仅仅是关于材料的科学,更是关于“流动”与“阻碍”的科学,关于电子世界如何影响我们宏观世界的科学。

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