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出版者:中国劳动社会保障出版社

作者:张金凤

出品人:

页数:154

译者:

出版时间:2006-7

价格:18.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787504557179

丛书系列:

图书标签:

• 机械工程
• 材料科学
• 工程材料
• 金属材料
• 非金属材料
• 材料力学
• 材料选择
• 机械设计
• 材料性能
• 工程技术

深入探索：现代化学与材料科学的交汇点——《元素之舞与结构之谜》 图书定位： 本书旨在为高等院校化学、材料科学、物理学以及相关工程领域的研究生和高年级本科生提供一本全面、深入且富有洞察力的教材与参考书。它不专注于传统的宏观力学性能或单一合金体系，而是将焦点放在材料的微观结构、化学键合、表面现象以及前沿功能性材料的构筑原理上。 核心主题与内容概述： 《元素之舞与结构之谜》分为五个主要部分，层层递进，构建起现代材料化学的理论框架和实践应用。 第一部分：原子尺度下的化学键合与晶体学基础 本部分是理解所有材料性能的基石。我们首先摒弃对传统“金属、陶瓷、高分子”的简单分类，转而从量子化学的角度审视原子间的相互作用。 电子结构与能带理论的深化： 详细阐述周期性势场中电子的行为，超越简单的能带图描述，深入探讨狄拉克方程在重元素体系中的相对论效应，以及如何通过第一性原理计算（如密度泛函理论，DFT）精确预测晶体结构和电子特性。重点讨论$d$电子和$f$电子的轨道杂化如何决定过渡金属和稀土材料的磁学与光学性质。 非晶态与准晶体的结构解析： 传统材料学多关注完美晶体，本书则将大量篇幅献给非晶态结构（如玻璃、无序聚合物）。引入拓扑描述、弛豫动力学以及径向分布函数（RDF）的精确解析方法，特别是结合先进的X射线吸收谱（XAS）和中微子散射技术来重构短程和中程有序结构。对准晶体的五重对称性及其独特的电子结构提供详尽的理论支撑。 晶体缺陷的化学热力学： 详细分析点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）的形成能、迁移能及其在扩散过程中的作用。引入化学非化学计量学的概念，解释如何通过精确控制气氛（氧分压、气相等）来调控氧化物和半导体中的固有缺陷浓度，从而实现对导电性、离子迁移率的精确控制。 第二部分：功能性材料的界面与表面化学 材料的许多关键功能性（催化、传感、腐蚀防护）都发生在界面或表面。本部分聚焦于原子层面的控制。 异质结的电子结构调控： 深入探讨不同材料接触时产生的能带弯曲、肖特基势垒的形成机理。重点分析二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）异质结的堆叠方式（扭转角依赖性）如何影响电荷转移和激子行为，为设计高效光电器件提供理论基础。 催化活性位点的分子设计： 从表面吸附理论（Langmuir, Temkin等模型）出发，结合超高真空（UHV）技术下的表面敏感技术（如STM, XPS），分析单原子催化剂（SACs）和纳米颗粒催化剂的结构敏感性。讨论如何利用配体效应和几何约束来精准调控活性中心的电子态。 腐蚀与钝化层的化学动力学： 将腐蚀过程视为复杂的电化学反应网络。分析不同离子在金属/氧化物界面上的动力学迁移路径，研究表面氧化层的自修复机制，并探讨如何利用分子自组装技术（SAMs）构建高性能的分子屏障层。 第三部分：先进高分子与软物质的构象动力学 本部分着眼于具有复杂拓扑结构和时间依赖性行为的有机和无机高分子体系。 聚合物链的统计力学： 介绍高分子链的理想链模型、醉汉行走模型及更精细的排除体积理论（Flory-Huggins理论）。重点分析高分子溶液中相分离的临界点预测，以及在剪切流场下聚合物网络的流变学响应。 超分子组装与自修复材料： 聚焦于非共价键（氢键、$pi-pi$堆积、范德华力）驱动的有序结构形成。详细解析动态共价键化学（如Diels-Alder反应）在构建具有自修复、形状记忆功能的“活”材料中的应用，讨论其熵驱动的组装与解组装平衡。 生物启发材料的界面识别： 研究仿生矿化过程，即软模板（如蛋白质）如何诱导无机晶体的特定生长形态。分析生物高分子（如DNA、多肽）在构建纳米电子器件中的分子识别与定向组装潜力。 第四部分：能源转换材料的电化学热力学 本部分专注于与电荷存储和转化相关的材料体系，强调电化学界面反应的机理。 固态电解质的离子传输机制： 深入研究玻璃态和晶态固态电解质中锂离子或钠离子的跳跃模型（Goodenough-Ladd模型、通道模型）。讨论晶格振动（声子）对离子迁移率的激活能影响，以及如何通过掺杂诱导空位通道来优化电导率。 光电化学中的载流子分离与传输： 针对钙钛矿、染料敏化电池等，详细分析光吸收后激子在材料内部和电极界面上的分离效率。重点讨论界面处的电荷转移阻抗谱（EIS）解析方法，以区分表面反应速率和体相传输限制。 电极材料的相变与体积效应： 分析高容量电极材料（如硅基、硫基）在充放电循环中发生的复杂相变（如合金化、嵌层反应），以及由此导致的体积膨胀和机械应力累积，探讨如何通过纳米结构设计和表面包覆来稳定这些动态过程。 第五部分：计算化学工具箱与材料模拟的前沿 本书的最后一部分提供了连接理论与实验的桥梁，聚焦于计算模拟技术。 从量子到介观尺度的多尺度模拟： 介绍分子动力学（MD）、蒙特卡洛（MC）模拟在材料体系中的应用边界。讨论如何使用耦合的（Coupled）方法，如将DFT计算的力场参数输入到MD模拟中，以预测复杂体系（如高分子熔融或晶体生长）的动态行为。 机器学习在材料筛选中的应用： 阐述如何利用高通量计算数据构建材料特征数据库，并应用回归模型和神经网络来预测未知化合物的特定性能（如带隙、催化活性）。重点讨论“主动学习”策略在优化计算资源分配中的作用。 总结： 《元素之舞与结构之谜》致力于打破传统学科壁垒，将化学的深刻原理、物理学的严谨分析与材料科学的前沿应用融为一体。它要求读者不仅要理解材料的宏观性质，更要深入理解原子层面的电子态、化学键的断裂与形成，以及这些微观事件如何以复杂且可预测的方式集体涌现出材料的功能。本书为培养下一代能够设计而非仅仅发现材料的创新型科学家和工程师奠定坚实的理论基础。

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这本书无疑是一部令人印象深刻的著作，它以其广博的知识和精辟的见解，为我打开了机械工程材料领域的一扇新大门。作者在探讨材料的轻量化和高性能化趋势时，展现出了前瞻性的视野。他对各种先进材料，如铝合金、镁合金、钛合金、先进复合材料等的介绍，以及它们在航空航天、汽车、新能源等领域的应用，都给我留下了深刻的印象。例如，书中详细介绍了铝合金在汽车制造中的应用，分析了其低密度、高强度、良好的导热性和加工性等特点，以及如何通过合金化和热处理来进一步提升其性能。此外，作者还对这些先进材料的制备工艺、性能测试以及成本效益进行了全面的评估，为读者提供了宝贵的参考信息。

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这是一本值得反复阅读和深入钻研的宝藏。作者在描述材料的连接技术时，其专业度和深度令人赞叹。他详细介绍了各种连接方法，如螺纹连接、铆接、焊接、粘接等，并对不同连接方式的适用范围、优缺点以及对材料性能的影响进行了深入的分析。例如，在讲解焊接时，书中不仅阐述了不同焊接方法的原理，还讨论了焊接过程中可能出现的缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等，以及如何通过优化焊接工艺和选择合适的焊材来避免这些缺陷。此外，作者还对粘接技术的应用进行了介绍，包括各种粘合剂的种类、性能特点以及粘接工艺，并分析了粘接在某些特殊应用场景下的优势，如轻量化、应力分散等。这些内容对于理解和掌握机械产品的组装和制造技术具有极高的指导价值。

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这部作品无疑是一部极具洞察力的学术专著，它以严谨的逻辑和深邃的理论，为读者构建了一个关于机械工程材料的宏大知识体系。作者在材料的微观结构与其宏观性能之间的关系上，展现出了非凡的驾驭能力。我特别欣赏书中对材料失效机制的分析，各种疲劳、断裂、腐蚀的机理，以及如何通过材料选择、设计和处理来避免这些失效，都写得非常具体和深入。例如，在讲解疲劳断裂时，作者不仅详细阐述了裂纹的产生和扩展过程，还通过大量的实验数据和图表，展示了不同应力循环次数、应力幅值对材料寿命的影响，并提供了多种提高材料抗疲劳性能的方法，如表面处理、残余应力控制等，这些内容对于我理解材料在实际服役中的可靠性至关重要。另外，书中对材料在不同温度下的性能表现也进行了详细的探讨，包括高温蠕变、低温脆性等问题，以及如何选择合适的材料来应对这些挑战。对各种合金在不同热处理状态下的组织和性能变化，更是进行了系统性的梳理，从退火、淬火到回火，每一种热处理工艺对材料性能的影响，都分析得头头是道，让我对如何通过热处理来优化材料性能有了更清晰的认识。作者还引用了大量的国际标准和规范，使得书中的内容更具权威性和实用性，对于需要进行实际工程设计和材料选型的读者来说，无疑是一份宝贵的参考资料。

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从一个读者的角度，我认为这本书具有非常高的阅读价值，它将复杂的材料科学知识转化为易于理解和掌握的内容。作者在讲解材料的耐磨性时，不仅介绍了各种耐磨材料的种类和性能特点，还深入探讨了磨损的机理，以及如何通过材料选择和表面处理来提高材料的耐磨性。例如，书中对硬质合金、陶瓷、工程塑料等耐磨材料在各种工况下的应用进行了详细的介绍，并分析了它们各自的优缺点。同时，作者还阐述了摩擦学在机械设计中的重要性，以及如何通过优化接触表面的材料和设计来减少磨损、提高效率。我尤其对书中关于摩擦学材料的介绍非常感兴趣，它让我明白，不仅仅是材料本身的性能，材料之间的相互作用，也对机械系统的运行产生着至关重要的影响。

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坦白说，这本书完全超出了我的预期，它不仅仅是一本教材，更像是一位经验丰富的导师，在细心地引导着我探索机械工程材料的奥秘。作者在对不同材料的选用原则和标准进行阐述时，展现出了极强的系统性和条理性。他会从工程需求出发，分析需要考虑的各种因素，如载荷条件、工作环境、使用寿命、成本效益等，然后根据这些因素来推荐合适的材料。这种“从应用出发”的讲解方式，让我能够更直观地理解材料的意义和价值。我对书中关于疲劳失效和断裂力学的讨论印象尤为深刻，作者通过大量实例，生动地展示了材料在不同应力状态下的行为，以及失效的根本原因。比如，在分析飞机结构件的疲劳失效时，书中详细介绍了裂纹萌生、扩展直至最终断裂的全过程，并强调了无损检测技术在预防失效中的重要性。同时，书中也探讨了如何通过材料设计和工艺优化来提高材料的抗疲劳性能和断裂韧性，这些内容对于提升机械产品的安全性和可靠性具有指导意义。

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这本书的内容非常丰富，涵盖了机械工程材料的各个方面，从基础的金属材料到先进的非金属材料，都有详尽的介绍。我尤其喜欢书中对材料的表征方法和测试技术部分的讲解。各种显微镜技术，如光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM），以及X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDS）等，其原理、操作和结果解读，都被作者阐述得非常清晰。这些技术能够帮助我们深入了解材料的微观结构，从而解释其宏观性能。例如，SEM能够提供材料表面的形貌信息，而EDS则可以分析材料的元素组成，这些信息对于材料的失效分析和质量控制至关重要。书中还对材料的力学性能测试，如拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、硬度试验、冲击试验等，进行了详细的介绍，包括试验原理、试样制备、试验步骤以及数据处理和分析方法。通过这些测试，我们可以获得材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、硬度值、冲击韧性等关键参数，这些参数是进行工程设计和材料选择的重要依据。

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我必须说，这本书提供了一种全新的视角来审视我们日常接触到的各种机械零件和设备。作者在讲解材料的性能时，不仅仅局限于数据和理论，更注重将这些知识与实际应用场景紧密结合。例如，在介绍各种金属材料的强度和韧性时，书中就详细对比了不同钢种在制造轴承、齿轮、发动机部件时的优劣势，以及它们各自的加工工艺和成本考量。这让我明白，材料的选择并非仅仅是性能的堆砌，而是需要在性能、成本、加工性以及可靠性等多个维度进行综合权衡。我对书中关于复合材料的部分尤为着迷，尤其是碳纤维增强聚合物（CFRP）和玻璃纤维增强聚合物（GFRP）的介绍。作者详细阐述了这些材料的纤维增强机制、基体材料的选择、以及各种成型工艺，比如铺层、模压、缠绕等，并深入分析了它们在航空航天、汽车制造、体育器材等领域的广泛应用，以及它们相较于传统金属材料所带来的轻量化和高性能优势。读到这里，我仿佛看到了未来制造业的发展方向。书中对摩擦学材料的介绍也让我印象深刻，各种耐磨材料、润滑材料的性能特点和应用，让我对机械设备的运转效率和寿命有了更深的理解。

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这是一本非常具有启发性的读物，它让我对“材料”这个词有了更深刻的认识。作者不仅在理论上构建了坚实的基础，更在实际应用层面提供了丰富的案例，让学习过程充满乐趣。我特别赞赏书中对材料的腐蚀与防护部分的细致讲解。金属在各种环境下的腐蚀机理，如电化学腐蚀、高温氧化等，都得到了深入的剖析，并且作者还提供了多种有效的防护措施，如缓蚀剂、表面涂层、电化学保护等。这些知识对于延长机械设备的寿命，提高其可靠性具有非常重要的意义。例如，在介绍海洋工程装备的腐蚀防护时，书中详细阐述了海水对不同金属材料的腐蚀特性，以及如何通过选择耐腐蚀合金、采用阴极保护等手段来抵抗海洋环境的侵蚀。另外，书中对焊接材料和焊接工艺的介绍也让我受益匪浅。不同种类的焊接方法，如电弧焊、电阻焊、激光焊等，以及相应的焊接材料，如焊条、焊丝、焊剂等，其原理、特点和适用范围，都被清晰地梳理。理解焊接过程对材料性能的影响，以及如何通过优化焊接工艺来保证接头的质量，对于机械制造来说至关重要。

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在我看来，这是一本能够真正解决实际问题的参考书，它将抽象的材料科学理论转化为可操作的工程指南。作者在处理材料的性能与加工性之间的关系时，表现出了极高的专业水准。他不仅阐述了不同材料的加工方法，如切削加工、塑性加工、成形工艺等，还分析了加工过程中材料性能的变化以及如何通过工艺优化来获得理想的加工结果。例如，在讲解金属切削加工时，书中详细介绍了刀具材料的选择、切削参数的设定、切削液的使用等，以及这些因素对加工精度、表面粗糙度、刀具寿命的影响。还深入分析了热塑性加工，如锻造、轧制、挤压等，这些工艺如何改变金属的晶粒组织和力学性能，以及如何通过控制加工温度和变形量来获得高性能的金属制品。书中对材料的疲劳和断裂力学的交叉讲解，也让我受益匪浅。理解材料在循环载荷下的行为，以及其断裂的机制，对于设计能够承受长期应力的机械部件至关重要。

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一本让人爱不释手的力作！从翻开第一页起，我就被深深吸引住了。作者以极其生动和易懂的语言，将那些原本枯燥乏味的材料科学原理娓娓道来。我之前对机械工程材料的认知，充其量停留在“金属就是金属，塑料就是塑料”这样的粗浅阶段。但这本书彻底改变了我的看法。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一场奇妙的探索之旅，带领我深入了解了各种材料的内在世界。比如，书中对不同金属合金的微观结构进行了详尽的描述，从晶格结构到位错运动，再到各种强化机制，都解释得鞭辟入里。我尤其对书中关于陶瓷材料的部分印象深刻，它打破了我对陶瓷“易碎”的刻板印象，详细介绍了陶瓷的晶体结构、化学键合方式以及它们在高温、高压等极端环境下的优异表现，尤其是那些高性能工程陶瓷，其在航空航天、核能等领域的应用前景，让我大开眼界。作者在阐述过程中，还穿插了大量的历史典故和实际应用案例，让抽象的理论变得鲜活起来。例如，讲述钢铁发展史的部分，从早期炼铁技术到现代精密合金制造，每一个阶段的进步都与材料科学的突破息息相关，读来令人感慨万千。而且，书中对高分子材料的讲解也同样精彩，各种聚合物的合成方法、结构特性、以及它们如何通过共混、改性等手段获得更优异的性能，都得到了详实的介绍。我之前一直对塑料制品的强度和耐久性有些疑虑，但读完这部分内容后，我才明白原来通过科学的设计和加工，塑料能够承担如此重要的角色。总而言之，这是一本集科学性、趣味性和实用性于一体的优秀著作，无论你是机械工程领域的初学者，还是资深的工程师，都能从中获益匪浅。

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