面向应用过程的陶瓷膜材料设计、制备与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学

作者:徐南平

出品人:

页数:429

译者:

出版时间:2005-3

价格:70.00元

装帧:平装

isbn号码:9787030150769

丛书系列:21世纪科学版化学专著系列

图书标签:

• 膜技术，设计，制备，化工工程应用，
• 陶瓷膜
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陶瓷膜材料设计、制备与应用：跨越基础与前沿的工程实践 本书并非聚焦于“面向应用过程的陶瓷膜材料设计、制备与应用”这一特定主题，而是力求构建一个更为宏观、更具通用性的陶瓷材料科学与工程体系，着眼于从基础理论到实际工程应用的全链条知识体系构建，涵盖了更广阔的陶瓷材料领域，特别强调了新型功能陶瓷、结构陶瓷及其在极端环境下的性能调控与寿命评估。 --- 第一部分：现代陶瓷材料的微观结构与本征性能 本部分深入探讨了构成现代先进陶瓷材料的原子尺度排列、晶体缺陷、微观结构演化及其如何决定宏观材料性能的基础科学问题。它为理解后续所有陶瓷应用奠定了坚实的理论基础。 第一章：先进陶瓷的晶体结构与电子态 本章首先回顾了无机非金属材料的晶体化学基础，重点分析了氧化物、非氧化物（如氮化物、碳化物、硼化物）陶瓷的晶格类型、化学键合特性及其对介电常数、热膨胀系数的影响。随后，深入讨论了电子结构理论（如密度泛函理论DFT）在预测陶瓷材料热力学稳定性、电子能带结构、缺陷生成能垒中的应用。特别关注了电子极化、电荷转移在铁电、压电陶瓷中的作用机制。 第二章：晶界工程与材料的宏观力学响应 晶界是陶瓷材料性能的决定性因素。本章细致考察了不同烧结气氛和烧结技术（如放电等离子烧结SPS、热压Hot Pressing）对晶界结构（如晶界相、晶界宽度、晶界能）的调控。力学性能部分，超越了传统的杨氏模量和硬度测试，重点分析了增韧机制，包括：晶界滑移、裂纹桥接、韧性相转变（如部分稳定化氧化锆PSZ）的定量模型。此外，还引入了疲劳断裂力学在评估陶瓷在交变应力下的寿命预测中的应用。 第三章：热力学与动力学：相图、烧结与微结构演化 理解材料在高温下的行为至关重要。本章从Gibbs自由能最小化原理出发，构建了复杂多组分陶瓷体系的相图绘制方法，指导了新型固溶体的设计。动力学方面，详述了固相扩散（晶内与晶界扩散路径的区分）、液相烧结的传质机制，以及如何利用烧结动力学参数优化致密化过程，避免橘皮效应和晶粒过度长大，从而精确控制最终的孔隙率和晶粒尺寸分布。 --- 第二部分：功能化陶瓷的界面调控与传感/转换机理 本部分将视角转向了具有特定物理、化学或电学功能的先进陶瓷，强调通过界面设计来实现特定功能。 第四章：高介电与铁电陶瓷：畴结构与非线性效应 本章聚焦于高性能电容器和存储器件所需的陶瓷材料。详细分析了电畴的形成、运动与反转机制，解释了逆压电效应和介电弛豫的微观根源。材料体系涵盖了锆钛酸钡（BZT）体系、铌酸铋钠（BNT）无铅体系。特别讨论了如何利用应力耦合场来调控铁电体的性能，以实现高能密度储能。 第五章：催化载体与多孔结构的高比表面积设计 本章关注于多孔陶瓷在催化、吸附和分离中的应用潜力，但这部分侧重于高比表面积、高孔隙连通性的结构设计，而非特定膜的分离性能。内容包括：自组装法、模板法制备具有单分散孔径分布的介孔和微孔陶瓷。讨论了活性位点的负载技术，如原子层沉积ALD在多孔骨架表面功能化中的应用。 第六章：固态电解质与离子传输机制 面向下一代能源存储技术，本章系统梳理了离子导体（如氧离子导体、锂离子导体）的输运机理。重点分析了格林-科德里模型及其在预测离子电导率中的局限性。通过对尖晶石、石榴石结构中离子空位浓度和晶格畸变的控制，阐述如何设计具有高室温离子电导率的电解质。 --- 第三部分：先进制造技术与复杂系统集成 本部分探讨了如何将设计好的陶瓷材料转化为实际可用的工程部件，涵盖了从粉体制备到宏观成型的复杂技术。 第七章：超细粉体制备与粉体表征技术 陶瓷的性能始于粉体。本章详细介绍了湿化学法（如溶胶-凝胶、共沉淀法）在制备化学计量均匀、粒径可控的纳米粉体中的优势。强调了粉体表征的重要性，包括X射线衍射（XRD）的晶相分析、扫描电子显微镜（SEM）的形貌观察，以及BET比表面积分析在评估粉体活性中的作用。 第八章：增材制造（3D打印）中的陶瓷成型与烧结难题 本章深入研究了陶瓷材料在快速成型技术中的行为。重点分析了陶瓷浆料的流变学特性（剪切变稀、触变性）对于喷墨打印和光固化（SLA/DLP）过程的决定性影响。对于3D打印后的烧结过程，挑战在于如何应对打印件内部因密度不均导致的烧结收缩不一致性，确保最终部件的结构完整性和尺寸精度。 第九章：结构陶瓷的寿命评估与可靠性工程 针对结构陶瓷在高温、高应力环境下的使用，本章引入了可靠性工程的视角。介绍了Weibull统计模型在描述陶瓷材料固有缺陷分布和失效概率中的应用。详细讨论了缓蚀疲劳（Corrosion Fatigue）和热震（Thermal Shock）的寿命预测模型，并提出了提高关键结构件（如涡轮叶片、核反应堆部件）服役可靠性的材料设计策略。 --- 结语：跨学科前沿与未来展望 本书最后一部分对陶瓷材料领域的若干新兴方向进行了宏观展望，包括高熵陶瓷（HECs）的构效关系探索、拓扑绝缘体陶瓷的开发，以及人工智能（AI）/机器学习在加速新型陶瓷材料筛选和性能预测中的集成应用，旨在引导读者关注更广泛、更具前瞻性的材料科学研究。 总结而言，本书提供了一个关于先进陶瓷材料从微观物理化学基础到宏观工程应用设计的全面、深入的知识框架，旨在培养读者解决复杂工程问题的能力，而非局限于某一特定的应用技术路线。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，硬壳的质感配合上那种略带磨砂的触感，拿在手里分量十足，一看就是经过精心打磨的学术专著。封面上的字体排版非常现代，尤其是那个抽象化的流体线条图案，虽然我不太懂陶瓷膜的物理化学原理，但它给我一种高分子材料或者先进复合材料的感觉，显得非常前沿和专业。我本来是想找一本关于有机高分子薄膜在生物医学领域应用的科普读物，结果翻开这本时，发现里面的图表和公式密度高得惊人，光是那些复杂的晶格结构图和截面分析图，就让我这个门外汉望而却步。尽管如此，书中的插图质量非常精湛，那些SEM（扫描电子显微镜）照片清晰到几乎能看到纳米级的孔隙分布，色彩过渡自然，显示了印刷技术的上乘水准。我猜测，对于那些专门研究无机材料界面性质的科研人员来说，这本书的视觉呈现无疑是顶级的，能够极大地提升阅读和查阅过程中的体验感和专业认同感。这本书的厚度也相当可观，拿在手里沉甸甸的，感觉内容储量绝对扎实，不是那种敷衍了事的简易手册。

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当我翻阅到关于“性能评价”的那几章时，我立刻感觉到这本书的关注点与我的需求产生了巨大的偏差。我正在研究的是一种新型的、具有刺激响应性的智能材料，其关键性能指标在于响应速度和可逆性，这些往往需要依赖复杂的动态光谱学手段来监测。这本书中对性能评价的介绍，则主要围绕着传统的分离科学指标展开，比如水力透过系数（L/m²·h·bar）、溶质截留率百分比，以及在特定压力下的长期稳定性测试。这些数据非常“硬核”，是典型的衡量膜分离效率的经典参数。书中详细列举了如何通过标准化的测试流程来精确测定这些静态或准静态的指标，图表中充斥着大量的不同操作温度和压力下的流量-压力曲线拟合结果。这表明作者的立足点是工业级的、可量化的、面向稳定运行的考核标准，而非针对新奇材料的动态或瞬态响应机制的深入探讨。对于我所关注的那些需要用时间序列分析来捕捉的微妙变化，书中提供的工具箱似乎过于传统和基础了。

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这本书的语言风格呈现出一种高度凝练的、近乎宣言式的学术权威感。它很少使用委婉的措辞或者探索性的疑问句，而是用非常肯定的语气陈述“最佳实践”或“公认的优化路径”。例如，在讨论薄膜的厚度控制时，作者倾向于直接给出在特定材料体系下，某一特定厚度范围是实现“最优平衡”的结论，然后辅以数据支撑，很少深入探讨为什么更薄或更厚的结构在理论上可能存在优势，或者在哪些极端条件下这些结论会被打破。这种“教科书式”的确定性，让人联想到上世纪八九十年代的经典专著，它们往往代表了某个领域在特定历史阶段的最高共识。我个人更偏好那种带有更多哲学思辨色彩的写作，即探讨不同设计思路之间的取舍、当前理论模型的局限性，以及未来可能出现的颠覆性思路。这本书更像是对“已知最优解”的精妙总结和复述，而非对“未知领域”的勇敢探索和前瞻性布局。

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这本书的章节安排和逻辑结构展现出一种极强的、自上而下的工程化思维，这一点很值得称赞。它似乎是按照一个标准的工业化流程来组织内容的，从最基础的原料选择、浆料配制，到成型工艺的参数设定，再到最终的热处理和性能测试，每一步都被细致地拆解和论述。我原本期待的是一本偏重于基础物理化学原理的书籍，希望能够深入理解材料在特定操作环境下（比如超声波辅助或者微重力条件）的分子运动规律，从而指导我优化实验条件。但这本书的叙述方式更像是操作手册的理论升级版，每讨论一个工艺步骤，都会立刻引申出其对最终产品“性能指标”（如渗透通量、机械强度、抗污染性）的直接影响。例如，书中对于“预处理”的论述，重点在于如何通过改变颗粒的粒径分布来优化烧结致密性，而不是讨论表面官能团活化对反应性的影响。这种“结果导向”的编排方式，虽然对于直接进行膜元件开发的工程师极为实用，但对于希望从底层原理构建知识体系的研究者来说，可能会感觉跳过了中间关键的理论推导环节。

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我是在一个材料科学的论坛上偶然看到有人推荐这本书的，当时大家讨论的焦点集中在某种新型过滤技术上，其中一位资深工程师提到这本书提供了“一套完整的从微观到宏观的理论框架”。抱着学习新知识的心态借来一看，结果发现它似乎完全没有涉及任何关于软材料或者弹性体行为的讨论。我的研究方向更偏向于生物相容性高分子凝胶的自组装机制，我期望这本书能提供一些关于材料表面能量与蛋白质吸附的交叉学科见解，或者至少能提供一些关于孔隙率调控的通用数学模型参考。然而，通篇看来，重点似乎完全聚焦在无机氧化物基质的烧结温度、孔径分布均匀性这些更偏向于高温化学和无机合成的领域。书中对“过程控制”的描述也更多是关于流延速度、干燥速率这些固体制备步骤的精确调控，而非像我预期的那样，是关于溶剂挥发速率或pH值对聚合物链构象影响的动态分析。对于一个希望跨界学习界面行为的人来说，这本书的专业壁垒感非常强，像是直接进入了某个细分领域的“核心秘籍”，完全没有为新手准备的“预科知识”。

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