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出版者:化学工业

作者:戴猷元

出品人:

页数:170

译者:

出版时间:2010-1

价格:19.80元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502586416

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• 化工原理
• 化学工程
• 化工基础
• 工业化学
• 化学工业
• 过程工程
• 化工设备
• 化工流程
• 应用化学
• 工程化学

《材料的魔法：从微观到宏观的奇妙旅程》 引言 我们生活在一个由物质构成的世界，从我们赖以生存的空气，到指尖触碰的手机，再到耸入云霄的摩天大楼，无一不展现着材料的神奇力量。然而，大多数人对这些司空见惯的材料背后蕴藏的深刻原理知之甚少。是什么让钢铁坚不可摧？是什么让塑料五彩斑斓且柔韧可塑？是什么让半导体能够控制电流的流动？《材料的魔法：从微观到宏观的奇妙旅程》将带您踏上一段引人入胜的探索之旅，揭示材料的奥秘，理解它们是如何被创造、加工，以及最终服务于人类社会。 本书并非一本枯燥的化学教科书，也不是一本艰深的物理学论著。相反，它是一本面向广大对物质世界充满好奇的读者的科普读物。我们将从最基本的原子和分子层面出发，深入浅出地解释材料的微观结构如何决定其宏观性质。我们会穿越晶体学的迷宫，窥探原子排列的精妙之处；我们会探索化学键的强大力量，理解原子是如何紧密结合在一起的；我们会观察缺陷和杂质如何悄悄地改变材料的性能。 更重要的是，《材料的魔法》将材料学的知识与我们触手可及的现实生活紧密联系起来。您将了解到，为什么不同种类的玻璃在强度和韧性上差异巨大；为什么烹饪用的不粘锅表面涂层能够神奇地防止食物粘连；为什么飞机外壳需要使用特殊的铝合金来承受巨大的应力；为什么我们能够制造出越来越小的电子元件，推动信息技术的飞速发展。 本书的结构设计旨在循序渐进，引导读者从抽象的概念走向具体的应用。我们将首先建立对物质基本构成单位——原子的认知，然后深入到原子之间的相互作用，即化学键的形成。在此基础上，我们将探讨原子如何有序或无序地排列，形成不同的晶体结构和非晶态结构，这直接关系到材料的机械性能。接着，我们将聚焦于材料的宏观性质，如强度、硬度、导电性、导热性、耐腐蚀性等等，并详细阐述这些性质是如何由其微观结构决定的。 在理解了材料的基本原理之后，我们将转向材料的加工与性能调控。您将了解到，热处理、形变、合金化等常见的材料加工技术是如何改变材料的微观结构，从而赋予其优异的性能。我们还将探讨表面处理技术，如何通过改变材料表面来增强其耐磨性、耐腐蚀性或改善其光学特性。 最后，本书将带领读者审视现代社会中涌现出的各种新型材料，如高分子材料、陶瓷材料、复合材料以及纳米材料。您将了解到，这些先进材料是如何通过巧妙的设计和精密的制造，突破传统材料的局限，为科技进步和社会发展提供强大的支撑。从高性能的轮胎到轻巧坚固的自行车架，从高效的太阳能电池到生物相容性极佳的医疗植入物，新材料的应用无处不在，深刻地改变着我们的生活方式。 《材料的魔法：从微观到宏观的奇妙旅程》旨在激发您对科学的兴趣，培养您用科学的眼光审视周围世界的习惯。希望通过这段旅程，您能更加深刻地理解我们所处的物质世界，欣赏材料科学的精妙与伟大。 第一章：物质的基石——原子与分子 在本章中，我们将穿越时空的界限，回到物质的本源。我们将认识构成万物最微小的粒子——原子。您将了解到原子的基本构成，包括质子、中当中性粒子以及围绕原子核高速运动的电子。我们会简要介绍元素周期表，理解不同元素原子在结构上的差异如何导致它们化学性质的悬殊。 接下来，我们将探讨原子是如何通过“牵手”来形成分子，也就是化学键的形成。我们将介绍几种最主要的化学键类型，如离子键、共价键和金属键，并解释它们各自的特点以及在不同材料中扮演的角色。例如，食盐（氯化钠）中的离子键是如何形成的，以及石墨和金刚石中的共价键如何赋予它们截然不同的性质。金属键的“自由电子海”模型又将如何解释金属的导电性和延展性？ 我们还会触及分子的形状和极性，这些看似微不足道的因素，却对材料的宏观性质有着至关重要的影响。您将了解到，水分子之所以能够溶解许多物质，与它独特的极性密切相关。 第二章：秩序与混沌——晶体与非晶态 物质世界的精妙之处在于，即使是相同的原子或分子，只要排列方式不同，就能展现出天壤之别的特性。在本章，我们将深入晶体学的世界。您将了解到，晶体是原子或分子按照特定的、重复性的三维规律排列而形成的有序结构，如同精心搭建的积木。我们会介绍几种常见的晶体结构，如立方体、六方体等，并解释这些结构是如何影响材料的密度、硬度和熔点的。 然而，并非所有的材料都遵循着严谨的晶体秩序。玻璃、塑料等材料则呈现出无序的、杂乱的原子或分子排列，我们称之为非晶态。在本章中，您将了解非晶态材料的特点，以及为什么它们通常具有透明度、脆性以及在加工过程中表现出的独特流动性。我们将对比晶态硅和非晶态硅在制造太阳能电池时的差异。 第三章：力之美学——材料的机械性能 人类文明的进步离不开对材料力学性能的深刻理解和巧妙运用。在本章，我们将聚焦于材料最直观的属性之一——“力”。您将了解到，材料的强度是指其抵抗变形或断裂的能力，而硬度则是指其抵抗表面压痕或划伤的能力。我们会深入探讨拉伸、压缩、弯曲、扭转等不同应力作用下材料的表现，以及应力-应变曲线所蕴含的信息。 您将了解为什么某些材料能够承受巨大的压力而不变形，例如建筑中的钢筋混凝土；而另一些材料则能在承受拉力时表现出惊人的韧性，如制作风筝线的尼龙。我们将解释金属中的位错是如何影响其塑性变形的，以及陶瓷材料的脆性与其晶界和微裂纹的关系。 第四章：能量的通道——导电性与导热性 我们生活在一个被电和热包裹的世界。无论是照亮黑夜的电灯，还是为我们带来温暖的暖气，都离不开材料对能量的传导能力。在本章，我们将探索材料的导电性。您将了解金属之所以能够导电，是因为其自由电子的存在，如同河流中的水流。而绝缘体则如同被堵塞的河道，阻碍了电子的流动。 我们将深入了解半导体的奇妙之处，它们既不像导体那样自由地导电，也不像绝缘体那样完全阻碍电流。通过掺杂等手段，我们可以精确地控制半导体的导电性，这正是现代电子工业的基石。 除了电，热也是一种重要的能量形式。在本章，我们还将探讨材料的导热性。您将了解到，良好的导热材料能够快速传递热量，例如锅底的铝或铜；而隔热材料则能有效阻止热量散失，例如房屋墙壁中的保温棉。我们将解释这些性能差异背后的微观机制。 第五章：时间的痕迹——腐蚀与老化 物质并非永恒不变，它们会随着时间的推移和环境的影响而发生变化，这便是腐蚀与老化。在本章，我们将探讨材料是如何受到化学或电化学作用而发生降解的。您将了解到，铁生锈是一个典型的氧化过程，而海洋环境中的盐分则会加速金属的腐蚀。 我们将介绍不同材料的耐腐蚀性，例如不锈钢之所以比普通铁更耐腐蚀，是因为其表面形成了一层致密的氧化铬保护膜。同时，我们也将关注材料的老化现象，例如塑料在紫外线照射下会变脆，橡胶会老化失去弹性。理解这些过程，有助于我们选择更耐用的材料，并采取有效的防护措施。 第六章：魔法的转化——材料的加工与改性 材料的价值不仅在于其固有的属性，更在于我们如何通过加工和改性来赋予其特定的功能。《材料的魔法》将在这一章揭示材料加工的奇妙之处。您将了解到，通过加热、冷却、加压、变形等手段，我们可以改变材料的微观结构，从而实现性能的飞跃。 例如，热处理技术，如退火、淬火、回火，是如何通过控制原子在晶格中的重新排列来提高金属的强度或韧性的。塑性加工，如锻造、轧制、拉拔，又是如何将块状材料塑造成我们所需的各种形状。我们还将介绍合金化的概念，通过将两种或多种金属（或金属与非金属）熔合在一起，可以获得比单一金属更优异的性能，例如铜和锌混合形成的黄铜，比纯铜更坚固且易于加工。 第七章：新时代的宠儿——高分子、陶瓷、复合材料与纳米材料 随着科学技术的飞速发展，人类创造出了一系列令人惊叹的新型材料，它们正在深刻地改变着我们的生活。在本章，我们将走进新材料的世界。 您将了解到，高分子材料，也就是我们常说的塑料和橡胶，因其质轻、易加工、可塑性强等特点，在各个领域得到了广泛应用。我们将探讨不同高分子结构的差异如何导致其性质的多样性。 陶瓷材料，曾被认为只能制作餐具和瓦片，如今已成为高温工程、电子器件和医疗领域的关键材料。我们将揭示陶瓷材料的高强度、耐高温和优异的绝缘性是如何实现的。 复合材料，顾名思义，是将两种或多种不同性质的材料结合在一起，以达到单独材料无法实现的最优性能。例如，碳纤维增强复合材料，兼具轻质和高强度的特点，被广泛应用于航空航天和汽车制造。 最后，我们将探索令人着迷的纳米材料。在纳米尺度下，材料会展现出许多宏观尺度下不具备的独特性能。您将了解到，纳米材料在催化、医药、电子等领域的巨大潜力。 结语 《材料的魔法：从微观到宏观的奇妙旅程》已经接近尾声。我们希望通过这场深入浅出的探索，您已经对构成我们世界的物质有了更深层次的理解。从最基本的原子排列，到它们所展现出的千变万化的宏观性质，再到它们如何被加工利用，以及不断涌现的新型材料，材料科学的魅力无处不在。 本书的目标并非让您成为材料学的专家，而是激发您对身边物质的好奇心，培养您用科学的视角去观察和思考。下一次，当您拿起一杯水，触碰一块金属，或是使用一件塑料制品时，愿您能从中看到更深层面的科学原理，感受到材料科学的强大力量。这个世界充满了材料的魔法，而您，已经掌握了开启这段魔法之旅的钥匙。

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我必须得说，这本书在细节的打磨上达到了令人发指的程度，这绝非一般科普读物能比拟的。它不像那些浮光掠影的介绍，而是深入到了工艺参数的“红线”地带。举个例子，在讲解催化剂的选择性时，作者引用了几个具体的案例，详细对比了不同金属催化剂在同一反应中对副产物生成率的影响，并配有详尽的图表数据来支撑论点。这些数据之详实，已经接近于专业研究报告的水平了。更让我惊叹的是，作者在讨论环境影响和安全生产这一模块时，展现出的责任感和深度。他没有停留在“要环保”这种口号式的呼吁上，而是具体分析了“三废”处理的技术瓶颈，比如高级氧化技术在去除难降解有机污染物方面的局限性，以及如何通过绿色化学的十二项原则来优化合成路径，从源头上减少污染物的产生。这种脚踏实地的讨论，体现了作者对当代化工行业所面临的现实挑战有着深刻的洞察力，让人读完后感到一种沉甸甸的现实感和紧迫感。

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这本书的语言风格是一种非常独特的混合体，它时而像是一位经验丰富的老教授在娓娓道来，充满了学术的严谨性；但更多的时候，它又像是一位充满激情的工程师在分享他的“实战心得”，充满了鲜活的案例和生动的比喻。我最欣赏的是它对“失败”和“不确定性”的坦诚。很多教科书总是呈现出一个完美运行的理想状态，而这本书则大胆地揭示了工业生产中的“灰色地带”。比如在描述设备腐蚀的章节，作者详细分析了酸性环境、应力集中点以及流速对材料寿命的复合影响，甚至还配上了几张实际设备腐蚀断裂的微观照片，那种金属表面如同被“啃噬”的纹理，视觉冲击力极强。通过这些真实的“事故案例”，作者反复强调了工程设计中安全系数的极端重要性。这种不回避问题、直面挑战的写作态度，让读者在学习知识的同时，也建立起了一种对未知风险的敬畏心，这对于任何一个未来想要从事相关行业的人来说，都是比单纯的知识点更宝贵的东西。

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这本书的封面设计实在太引人注目了，那种深沉的蓝色调配上烫金的标题，立刻就给人一种严谨而专业的印象。我原本以为这会是一本晦涩难懂的专业教材，毕竟“化工”两个字听起来就带着一丝高冷的距离感。然而，当我翻开第一章时，那种感觉立刻消散了。作者的叙事方式非常平易近人，他没有一上来就抛出复杂的反应方程式或者热力学定律，而是从我们日常生活中随处可见的材料——比如我们穿的尼龙衣物，喝的瓶装水，甚至早上刷牙用的牙膏——是如何诞生的讲起。这种“从身边到理论”的引导方式，极大地降低了阅读的门槛。我记得有一段描述了塑料的聚合过程，作者用了一个非常生动的比喻，将高分子链的形成比作串珠子，一下子就让抽象的化学结构变得具象化了。我尤其欣赏它在历史脉络上的梳理，它不仅仅是知识的堆砌，更像是一部工业文明的编年史，让你明白那些伟大的化学家是如何在关键的历史节点上，用他们的智慧推动了人类社会的面貌。读完这部分，我感觉自己不再是旁观者，而是参与了这场波澜壮阔的工业革命的见证者。

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这本书的结构安排堪称教科书级别的典范，层次分明，逻辑推进得极其自然流畅，仿佛是数学家在构建一个精密的证明体系。每一章节的过渡都处理得恰到好处，前一章的结论往往会自然地引出下一章需要探讨的新问题，形成一种环环相扣的阅读体验。特别是关于单元操作的论述部分，作者的处理方式显得尤为高明。他没有将蒸馏、萃取、过滤这些操作孤立地讲解，而是将它们置于一个完整的工艺流程图下进行剖析。我清晰地记住了书中用彩色的流程图解析的那个“假想的”化工厂模型，从原料的进入到最终产品的产出，每一步骤的功能和依据的热力学原理都被标注得清清楚楚。这种宏观与微观相结合的视角，让那些原本枯燥的工程参数（比如操作温度、压力）立刻有了实际的意义。它训练的不是死记硬背，而是一种系统性的工程思维，教会读者如何用“流程化”的眼光去看待复杂的问题。对于我这种非科班出身的读者来说，这种清晰的框架感，是理解整个化工体系的定海神针。

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总的来说，这是一部极具价值的入门级参考书，它成功地架设了一座坚实的桥梁，连接了基础科学的抽象概念与复杂工业应用的现实世界。我原以为它会侧重于宏大的历史叙事或纯粹的理论推导，但实际阅读体验是：它在宏大叙事和微观细节之间找到了一个近乎完美的平衡点。书中对新材料领域的引入也做得非常出色，比如对纳米材料在催化和分离技术中的新兴应用的探讨，虽然篇幅不长，但点出了未来化工技术的发展方向，激发了我的探索欲。更难能可贵的是，作者在讨论技术进步的同时，始终保持着一种人文关怀的视角。他不断提醒读者，化学的进步最终是为了提升人类的生活质量，这种对技术伦理的关注，使得这本书超越了一般的专业书籍范畴，具备了一种更广阔的社会视野。它不仅仅教会了你“如何做”，更引导你去思考“为什么做”以及“应该如何更好地做”。

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