本书内容涵盖冶金、材料类本科学生学习传输原理所需的相关基本知识。全书共分为三篇，系统地介绍了由三种传输现象单独或综合构成的动量、热量和质量传递过程的基本原理及其在冶金中的应用。书中有不少例题，每章之后附有必要的习题。常用基本参数列于书后附录中。
本书适于冶金、材料类专业本科生使用，也可供相关学科研究生和工程技术人员参考。
《现代材料科学导论》 内容概要： 《现代材料科学导论》是一本旨在为读者构建全面、深入的材料科学基础知识体系的著作。本书聚焦于材料的结构、性能、加工与应用之间的深刻联系，并着力于展现新材料、新技术在现代科技和社会发展中的关键作用。全书共分为十五章，内容涵盖了从原子层面的微观结构到宏观宏观应用，力求做到概念清晰、逻辑严谨、图文并茂，适合材料科学相关专业的本科生、研究生，以及对材料科学感兴趣的工程师、研究人员和业外读者。 第一章：材料科学的基石——原子与分子 本章首先回顾了原子结构的基本概念，包括原子核、电子、能级以及量子力学的基本原理，为理解材料的微观结构奠定基础。接着，深入探讨了化学键的类型（离子键、共价键、金属键、范德华力），并详细阐述了不同化学键对材料宏观性能的影响，例如，离子键的强极性与陶瓷材料的脆性，共价键的饱和性与半导体材料的导电性，金属键的自由电子与金属的导电导热性。此外，本章还介绍了分子间作用力，如氢键、偶极-偶极作用等，并解释了它们在聚合物材料、生物材料等领域的重要性。通过本章的学习，读者将能够理解材料的宏观性质根源于其内部的原子和分子排列方式以及它们之间的相互作用。 第二章：晶体结构与缺陷 晶体结构是理解绝大多数固态材料性能的基础。本章详细介绍了晶体的基本概念，包括晶格、基元、晶胞等，并系统讲解了常见的晶体结构，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）、六方密堆积（HCP）以及离子晶体的结构类型（如NaCl型、CsCl型）。通过对这些结构的深入理解，读者可以预测材料在特定压力和温度下的相变行为。此外，本章还重点关注晶体缺陷，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、层错）。对这些缺陷的认识至关重要，因为它们是影响材料强度、塑性、扩散以及电学、光学性能的关键因素。例如，位错的存在大大降低了金属的屈服强度，但也是实现塑性变形的必要条件。 第三章：非晶态材料与准晶体 与具有长程有序的晶体结构不同，非晶态材料（如玻璃、非晶合金）在原子排列上缺乏周期性。本章探讨了非晶态材料的形成机理，如快速冷却、合金化等，并分析了它们的结构特点，如短程有序和长程无序。重点讨论了非晶态材料在力学、磁学、光学等方面的独特性能，如高强度、高韧性、优异的磁导率等。同时，本章也介绍了准晶体，一种介于晶体和非晶体之间的具有奇异对称性的材料，并讨论了它们在催化、光学涂层等领域的潜在应用。 第四章：材料的力学性能 材料的力学性能是衡量其承载能力和变形行为的关键指标。本章系统介绍了材料在受力时的各种响应，包括弹性、塑性、韧性、脆性、疲劳、蠕变等。通过对应力-应变曲线的分析，读者将理解材料的屈服强度、抗拉强度、断裂韧性等重要参数。本章还将深入探讨影响材料力学性能的微观机制，如位错运动、晶界滑移、相变强化等。此外，还将介绍不同的材料测试方法，如拉伸试验、硬度试验、冲击试验等，并讨论如何根据实际应用需求选择合适的材料。 第五章：材料的热学性能 材料的热学性能决定了其在不同温度环境下的行为。本章主要介绍了材料的比热容、热导率、热膨胀系数等基本概念，并探讨了影响这些参数的微观因素。例如，自由电子对金属的热导率有显著贡献，晶格振动（声子）在绝缘体和半导体中扮演更重要的角色。本章还将讨论材料在高温下的热稳定性、热应力以及热循环对材料性能的影响。此外，还将介绍用于测量和控制材料热学性能的技术，如热分析仪、热障涂层等。 第六章：材料的电学性能 电学性能是许多电子器件和能源设备的核心。本章从能带理论出发，将材料分为导体、半导体和绝缘体，并详细阐述了不同材料的导电机制。重点介绍了半导体材料的掺杂、载流子输运以及PN结的形成原理，为理解半导体器件的工作奠定了基础。此外，本章还讨论了超导材料的临界温度、临界磁场等特性，以及铁电材料、压电材料等功能材料的电学特性及其应用。 第七章：材料的磁学性能 磁学性能决定了材料在磁场中的响应方式。本章系统介绍了磁性材料的分类，包括抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。详细讲解了磁畴、磁化、矫顽力、磁导率等基本概念。重点分析了铁磁材料的磁畴结构、磁畴壁运动以及磁滞回线，并介绍了软磁材料和硬磁材料的特点及应用。此外，本章还将涉及磁记录介质、永磁材料、磁致伸缩材料等。 第八章：材料的光学性能 光学性能是指材料与光相互作用的能力。本章介绍了光的吸收、反射、折射、透射、散射等基本现象，并分析了不同材料的光学性质。重点探讨了半导体材料的带隙与发光、光电导效应，以及光学材料（如透镜、光纤）的折射率、色散等特性。此外，本章还将介绍金属的光泽、绝缘体的透明性以及各种染料和颜料的发色机理。 第九章：金属材料 金属及其合金是人类使用最广泛的材料之一。本章首先介绍了金属的原子结构和晶体结构特点，并深入分析了金属的强度、塑性、韧性、硬度、导电导热性等力学和物理性能。重点讲解了合金的形成原理、相图的解读以及固溶强化、沉淀强化、晶粒细化等强化机制。此外，本章还将介绍常见的金属材料，如钢铁、铝合金、铜合金、钛合金等，以及它们在航空航天、汽车、建筑等领域的广泛应用。 第十章：陶瓷材料 陶瓷材料以其高强度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在现代工业中扮演着越来越重要的角色。本章介绍了陶瓷材料的化学组成、晶体结构特点，以及它们的力学性能（如高硬度、脆性）、热学性能（如耐高温、低导热性）和电学性能。重点讲解了陶瓷材料的制备工艺，如粉体制备、成型、烧结等，以及它们在耐火材料、电子陶瓷、生物陶瓷等领域的应用。 第十一章：高分子材料 高分子材料（塑料、橡胶、纤维）因其轻质、易加工、性能可调等特点，已渗透到我们生活的方方面面。本章介绍了高分子的链结构、聚集态结构以及大分子链的运动。重点讲解了高分子材料的力学性能（如弹性、韧性）、热学性能（如玻璃化转变温度、熔点）和老化性能。此外，本章还将介绍常见的合成高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、尼龙等，以及它们在包装、纺织、汽车、电子等领域的广泛应用。 第十二章：复合材料 复合材料是将两种或两种以上不同材料的优点结合而成的性能优异的新型材料。本章介绍了复合材料的基本概念、分类（如纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料）以及增强相与基体相之间的界面效应。重点分析了纤维增强聚合物基复合材料（如碳纤维增强聚合物），以及它们的轻质高强特性。此外，本章还将讨论金属基复合材料、陶瓷基复合材料以及在航空航天、体育器材等领域的应用。 第十三章：纳米材料 纳米材料是指尺寸在1-100纳米范围内的材料。本章介绍了纳米材料的独特量子尺寸效应和表面效应，以及由此带来的特殊物理、化学性能。重点讲解了纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米薄膜等结构，以及它们的制备方法（如自上而下法、自下而上法）。此外，本章还将介绍纳米材料在催化、医药、电子、能源等领域的广阔应用前景。 第十四章：生物材料 生物材料是指能够与生物组织或体液相互作用，用于修复、替换或增强生物组织功能的材料。本章介绍了生物材料的基本要求（如生物相容性、力学相容性），以及不同种类的生物材料，如金属生物材料、陶瓷生物材料、高分子生物材料和复合生物材料。重点讲解了其在人工关节、牙科材料、药物缓释系统、组织工程支架等方面的应用。 第十五章：材料的制备与加工 材料的性能很大程度上取决于其制备和加工过程。本章介绍了各种先进的材料制备与加工技术，包括金属的铸造、锻造、轧制、焊接；陶瓷的粉末冶金、注塑成型、3D打印；高分子的挤出、注塑、吹塑；以及薄膜制备技术（如PVD、CVD）、表面处理技术等。本章强调了工艺参数对材料微观结构和宏观性能的影响，并探讨了绿色制造和可持续发展理念在材料加工中的应用。 本书通过系统讲解材料的微观结构、性能与加工之间的相互关系，旨在培养读者运用材料科学的知识分析和解决实际问题的能力，为推动新材料的研发和应用贡献力量。
