功能高分子

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出版者:科学出版社
作者:潘才元
出品人:
页数:372
译者:
出版时间:2008-3
价格:50.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787030173034
丛书系列:现代化学基础丛书
图书标签:
  • 12
  • 高分子化学
  • 功能材料
  • 聚合物
  • 材料科学
  • 化学
  • 高分子物理
  • 生物材料
  • 智能材料
  • 纳米材料
  • 应用化学
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具体描述

《功能高分子》内容简介:功能高分子是高分子学科中的一个重要分支,它强调的是高分子的功能。《功能高分子》论述了功能高分子的各个领域,包括高分子催化剂;吸附分离功能高分子;高分子分离功能膜;高分子试剂;生物医用高分子;光敏高分子;液晶高分子和能量转换高分子等的制备、表征、功能和应用。对功能高分子的设计思想和研究课题作了探讨。《功能高分子》比较系统地论述了功能高分子的基础理论知识,同时也介绍了最新研究成果。

现代计算科学前沿:算法、架构与应用深度解析 本书旨在为读者提供一个全面、深入且前沿的计算科学图景,聚焦于支撑现代信息技术革命的核心理论、硬件架构与应用实践。内容横跨经典计算范式到新兴量子计算的转化,强调理论的严谨性与工程实践的紧密结合。 --- 第一部分:计算理论的基石与拓展 本部分系统梳理了计算科学的理论基础,并探讨了当前模型在面对复杂问题时的局限与突破方向。 第一章 复杂性理论的新视角 深入剖析了经典复杂度类 P、NP、co-NP 及随机化复杂度类(如 BPP、RP、ZPP)的精确边界。重点讨论了 $ ext{P} eq ext{NP}$ 问题的最新进展,特别是基于交互式证明系统(IP=PSPACE)和近似算法对不可解性的量化研究。讨论了参数化复杂性理论(Fixed-Parameter Tractability, FPT),如何通过识别问题的“困难核”来处理现实世界中那些本质上为 NP-hard 的优化问题。书中对指数时间假设(ETH)和 W 阶层进行了详尽的分析,为读者理解算法效率的理论上限提供了坚实的数学框架。 第二章 算法设计与分析的现代工具 除了对排序、图论算法(如最大流、最小割、匹配)的经典回顾外,本章侧重于现代算法设计范式。详细阐述了在线算法(Online Algorithms)在资源受限和信息不完全环境下的性能边界,特别是针对缓存友好性和竞争比(Competitive Ratio)的分析方法。引入了对数几率分析(LDP)在数据隐私保护中的应用,并探讨了基于概率方法的算法构造,如辛辛那提引理在组合优化中的应用。此外,对概率分析在随机图和随机结构上的应用进行了深入探讨,包括马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)方法在复杂分布采样中的收敛性分析。 第三章 可计算性与不可判定性边界 重新审视了图灵机模型及其变体(如带非确定性的图灵机、随机图灵机)。重点讨论了停机问题、判定性问题的不可解性证明,并将其推广到更抽象的系统,如 λ-演算和递归函数理论中。详细分析了 Rice 定理及其在程序分析中的实际意义——任何关于程序非平凡语法的判定问题都是不可判定的。本章旨在清晰界定当前计算机系统理论上能做什么与不能做什么的根本界限。 --- 第二部分:计算架构的演进与优化 本部分将视角从抽象的算法转向具体的硬件实现,探讨了如何设计更高效、更强大的计算平台来承载日益增长的计算需求。 第四章 处理器微架构的深度优化 详尽解析了现代乱序执行(Out-of-Order Execution, OoOE)处理器的设计细节,包括指令预取、分支预测单元(如 TAGE 预测器)的结构与准确性,以及写后备缓冲区(Reorder Buffer, ROB)的管理策略。本章深入分析了内存访问延迟对整体性能的瓶颈作用,并详细介绍了缓存层次结构(L1, L2, L3)的设计哲学、伪共享问题(False Sharing)的规避方法,以及硬件预取器如何通过模式识别来减少内存延迟。 第五章 并行计算模型与加速器设计 系统比较了数据并行(SIMD/SIMT)与任务并行模型。重点解析了通用图形处理器(GPGPU)的 SIMT 架构,包括线程束(Warp/Wavefront)的调度机制、内存合并(Memory Coalescing)对带宽效率的关键影响,以及如何设计高效的并行内核来最大化流处理器(Streaming Multiprocessor, SM)的利用率。此外,探讨了众核系统(Many-Core Systems)中的片上网络(Network-on-Chip, NoC)拓扑结构,如 Mesh 和 Torus 结构,及其在降低通信延迟方面的优势与挑战。 第六章 内存与存储系统的革命 超越传统的冯·诺依曼瓶颈,本章聚焦于新型存储技术的集成。详细分析了非易失性内存(NVM)技术,如相变内存(PCM)和电阻式随机存取内存(RRAM)的读写特性、耐久性问题,以及如何通过存储器持久性编程(Transactional Memory)来保证数据一致性。探讨了“近存计算”(Processing-In-Memory, PIM)的最新研究,包括如何在存储单元内部执行简单的算术和逻辑运算,以根本上消除数据搬运的开销。 --- 第三部分:面向前沿领域的计算应用 本部分将理论与架构知识应用于当前最具影响力的计算领域,展示前沿算法如何驱动实际创新。 第七章 高性能科学计算与数值方法 重点介绍了求解偏微分方程(PDEs)的高效数值方法。深入讲解了有限元方法(FEM)和有限体积方法(FVM)在处理复杂几何和边界条件时的适用性。针对大规模稀疏线性系统的求解,详细分析了预条件共轭梯度法(PCG)和多重网格方法(Multigrid Methods)的收敛加速机制。本章还包含了高性能计算(HPC)中的并行编程模型,如 MPI 和 OpenMP 的混合编程范式及其性能调优策略。 第八章 机器学习的底层优化与部署 本章不侧重于高层应用,而是深入到深度学习模型的底层执行效率。分析了卷积神经网络(CNNs)和 Transformer 模型的计算图表示(如 ONNX),以及如何将其映射到异构硬件上进行高效推理和训练。探讨了量化技术(如 INT8、FP16)对模型大小和延迟的优化效果,以及在边缘设备上实现模型剪枝(Pruning)和知识蒸馏(Knowledge Distillation)的工程实践。特别关注了梯度计算的流水线化与通信负载平衡在分布式训练中的重要性。 第九章 量子计算的理论基础与工程挑战 作为对经典计算的展望,本章介绍了量子信息论的核心概念,如量子比特(Qubit)、叠加态和量子纠缠。详细解释了量子门集、量子电路模型,并对 Shor 算法和 Grover 算法的原理进行了细致的数学推导。更重要的是,本章探讨了当前 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)时代的挑战,包括退相干时间、量子纠错码(如表面码)的编码效率,以及如何设计混合经典-量子算法(如 VQE、QAOA)来解决现有超越性问题。 --- 读者对象: 本书适合具有扎实微积分、线性代数和离散数学基础的计算机科学、电子工程、物理学及相关专业的本科高年级学生、研究生以及在高性能计算、芯片设计和算法优化领域工作的工程师与研究人员。 核心价值: 提供超越表面概念的深度理解,连接理论抽象与工程实现之间的桥梁,使读者能够设计、分析并优化下一代计算系统。

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读后感

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用户评价

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这本书为我打开了一个全新的视角,让我看到了高分子材料领域令人惊叹的创造力和无限的可能性。在我过去的概念里,高分子材料似乎就是一些普通的塑料、橡胶,或者是一些稍微好一点的工程塑料,但这本书彻底颠覆了我的认知。它不仅仅是介绍了各种各样“有名有姓”的功能高分子,更重要的是,它深入浅出地揭示了“功能”是如何在高分子材料的分子设计、聚合过程以及宏观结构中得以实现的。我尤其对书中关于“智能响应性高分子”的论述印象深刻。它不仅仅停留在描述这些材料在温度、pH、光照等外界刺激下会发生形变或改变颜色,而是深入到高分子链上的敏感基团如何捕捉这些信号,以及这些信号如何通过分子链的构象变化或分子间相互作用,最终转化为宏观的性能变化。这种对“因”与“果”的细致梳理,让我深刻理解了高分子材料的“智能”并非神秘莫测,而是源于对分子结构的精妙设计和对物理化学原理的深刻理解。书中还列举了许多前沿的应用案例,例如用于药物控释的生物可降解高分子、用于能源储存和转化的导电高分子、以及用于信息存储和传感的高分子薄膜等等。这些例子让我看到了高分子材料在现代科技发展中的核心地位,也让我对材料科学的未来充满了好奇和期待。它不仅仅是一本书,更像是一次深度探索,让我对高分子材料的理解进入了一个全新的境界,也激发了我进一步学习和研究的兴趣。

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这本书确实打开了我对材料科学领域一个全新的认知维度。在我翻阅它之前,我对“功能高分子”这个概念的理解,停留在一些非常表层、甚至有些模糊的认知上,觉得大概就是那些拥有特殊用途的高分子材料,例如导电的、发光的等等。但这本书用一种极为系统、详实且引人入胜的方式,将这个庞大的学科体系展现在我面前。它不仅仅罗列了各种各样的功能高分子,更深入地探讨了它们如何实现其“功能”。从分子设计、聚合过程控制,到宏观性能的调控,每一个环节都被剖析得淋漓尽致。我尤其惊叹于作者在阐述高分子结构与性能之间关系时的严谨与细腻,那种将微观世界中的原子排列、链段运动与宏观应用中的物理、化学特性巧妙关联起来的叙事能力,让我仿佛置身于一个精密运转的科学实验室。例如,书中对于智能响应高分子的论述,不仅仅是简单介绍它们在温度、pH、光照等刺激下的形变,而是深入到高分子链上的敏感基团如何捕捉这些信号,以及这些信号如何通过分子内或分子间的相互作用,最终触发宏观的形变或性能改变。这种追根溯源式的讲解,让我深刻理解了“功能”并非凭空而来,而是源于对分子结构的精巧设计和对高分子物理化学原理的深刻洞察。而且,书中还提及了许多前沿的研究方向和潜在的应用前景,这让我感受到了材料科学领域蓬勃发展的生命力,也激发了我对未来科技发展的无限遐想。它并非一本枯燥的技术手册,更像是一场关于物质奥秘的探索之旅,让我沉醉其中,久久不能自拔,对材料科学的兴趣也因此被点燃得更加旺盛。

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在我看来,这本书不仅仅是一本关于“功能高分子”的教材,更像是一次对材料科学前沿的深度探索。我之前对高分子材料的理解,主要停留在一些常见的应用层面,例如各种塑料制品的耐用性、弹性或者透明度,但从未想过高分子材料还能承载如此多精巧的“功能”。这本书以一种极为清晰且逻辑严密的叙述方式,将这些“功能”的来源和实现机制一一展现出来。我特别欣赏书中对于“响应性高分子”的讲解。它不仅仅是简单介绍这些材料如何对外部刺激做出反应,例如温度、pH、光照、电场、磁场等,更重要的是,它深入剖析了高分子链上特定官能团如何感知这些刺激,以及这些刺激如何通过分子链的构象变化、链段运动,甚至化学键的断裂或形成,最终转化为宏观的性能变化,比如形变、颜色变化、药物释放、信号传递等。这种从微观分子机制到宏观功能实现的链式逻辑,让我对材料的设计和制造有了全新的认识。书中还列举了大量令人振奋的实际应用案例,例如用于智能药物控释的生物可降解高分子、用于高效能量转换和储存的导电高分子、以及用于环境保护的污染物吸附材料等等。这些案例让我深刻体会到,高分子材料不仅仅是工业生产中的基础材料,更是解决当今社会面临的能源、环境、健康等重大挑战的关键力量。这本书让我对高分子材料的理解,从“是什么”提升到了“为什么”和“怎么做”,极大地激发了我进一步学习和探索的兴趣。

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阅读这本书的过程,就像是在探索一个充满奇思妙想的材料世界。我原本对“功能高分子”的认知仅限于一些非常基础的概念,比如导电性、发光性这些,觉得它们是技术发展的某个亮点,但并不知道“亮点”是如何形成的。这本书以一种非常系统且深入的方式,将这一切都剖析开来。它不是一本简单罗列材料的目录,而是从分子设计、聚合过程、结构形成到最终宏观性能的每一个环节都做了详尽的阐释。我尤其对书中关于“形状记忆高分子”的讲解感到震撼。书中详细解释了如何通过设计特殊的分子链结构和交联网络,使高分子材料在受到某种特定刺激(如温度、光照)后能够记住并恢复到预设的形状。这不仅仅是形态上的改变,更是高分子链段运动和能量储存与释放的微观过程的体现。这种从分子尺度到宏观形变的逻辑关联,让我看到了材料科学家们如何利用物质的内在属性创造出令人惊叹的功能。此外,书中还涉及了许多前沿的、与我们生活息息相关的应用,比如用于可穿戴电子设备的柔性传感器、用于环境监测的智能薄膜、以及用于食品包装的抗菌高分子等等。这些案例让我深刻认识到,功能高分子材料不仅是实验室里的研究对象,更是推动社会进步和改善生活质量的重要力量。这本书让我对高分子材料的认知从“是什么”提升到了“为什么”和“怎么做”,激发了我对这个领域的浓厚兴趣。

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读完这本“功能高分子”,我最大的感受就是它彻底颠覆了我过去对高分子材料的刻板印象。我总觉得高分子就是塑料、橡胶这些日常生活中常见的材料,可能在某些方面性能好一点,但并没有什么特别“神奇”的地方。然而,这本书让我看到了高分子材料的无限可能性和令人惊叹的创造力。它不是简单地堆砌各种高分子材料的例子,而是通过深入浅出的讲解,揭示了“功能”是如何在高分子材料的分子链设计、结构形成以及与外界环境的互动中孕育出来的。比如,书中对生物医用高分子的介绍,让我大开眼界。那些能够模拟人体组织、缓慢释放药物、甚至能够诱导细胞生长的生物相容性高分子,其精妙的分子结构设计和功能实现方式,简直是工程学与生物学的完美结合。我记得书中详细阐述了如何通过改变高分子的化学组成、侧链结构、分子量分布以及网络交联密度,来控制其降解速率、药物释放曲线以及与生物体的相互作用。这不仅仅是理论上的探讨,更是通过大量实验数据和案例支撑,让这些复杂的技术原理变得触手可及。我尤其印象深刻的是对“仿生高分子”的介绍,那些模仿自然界生物材料(如蜘蛛丝、珍珠母)结构和功能的材料,其在力学性能、自修复能力等方面的表现,已经远远超出了我们对传统高分子的认知。这本书让我明白,高分子材料的未来,不仅仅在于性能的提升,更在于功能的拓展和智能化,这是一种从基础科学到应用技术,再到未来展望的全面而深刻的解读,让我对这个领域充满了敬畏和好奇。

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这本书为我打开了一个前所未有的视角,让我看到了高分子材料远不止于我们日常生活中所见的那些普通的塑料和橡胶。在我阅读之前,“功能高分子”对我来说是一个相对模糊的概念,大概就是指那些具有特殊用途的材料,比如导电的、发光的等等。但这本书以极其系统和深入的方式,将这个庞大的领域及其背后的科学原理展现在我面前。它不仅仅是简单地列举各种功能高分子,更重要的是,它详细阐述了这些功能是如何通过精巧的分子设计、精确的聚合控制以及特定的材料加工工艺来实现的。我特别着迷于书中关于“生物医用高分子”的章节。书中详细介绍了如何通过调整高分子的化学组成、分子量、链结构以及交联密度,来控制其生物相容性、降解速率、药物释放曲线以及与生物组织的相互作用。例如,书中对用于组织工程的生物支架材料的讨论,让我了解到如何设计具有特定孔隙结构和表面形貌的高分子,以引导细胞生长和组织再生。这种对材料性能与生物学效应之间关系的深入解析,让我对高分子材料在医疗健康领域的应用潜力有了全新的认识。此外,书中还涉及了许多其他前沿领域,如用于能源储存的电解质材料、用于环境治理的吸附材料、以及用于信息存储的分子开关材料等等。这些丰富的案例和深入的讲解,让我深刻体会到高分子材料在现代科技发展中的核心地位,也激发了我对未来材料科学研究的浓厚兴趣。

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从一个普通读者的角度来看,这本书所展现出的深度和广度确实令人印象深刻。我之前对“功能高分子”的理解,更多的是停留在一些新闻报道或者科普文章里提及的“新型材料”,比如可以发光的聚合物、能够吸附污染物的材料等等,总觉得它们距离我的生活比较遥远,或者只是一种抽象的概念。但这本书以一种极其清晰且逻辑严谨的方式,将这些“功能”的来源和实现机制一一展现在我面前,让我对高分子材料的认识从“是什么”提升到了“为什么”和“怎么做”。书中对于高分子合成方法与功能实现之间关系的论述,尤其让我觉得受益匪浅。它不仅仅是介绍几种常用的聚合技术,而是深入到每一种聚合方式如何精确控制高分子的分子量、分子量分布、链结构(如规整度、共聚序列)以及三维形貌,进而影响最终材料的宏观性能。例如,书中关于可控/“活性”聚合的讲解,让我理解了如何通过精确的引发、增长和终止过程,来构建具有复杂结构(如嵌段共聚物、星形聚合物)的高分子,而这些精细的结构正是赋予材料特定功能的关键。我记得其中一个章节详细介绍了如何通过调控聚合物链上的特定官能团,实现对外部刺激(如光、电、磁场、生物分子)的响应,从而产生形变、颜色变化、信号传递等功能。这种从分子设计到宏观表现的完整链条式解读,让我看到了材料科学家们在创造具有“智慧”的材料方面所付出的努力和取得的成就,也让我意识到,我们所见的许多“黑科技”背后,都有着高分子科学的强大支撑。

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我以前总是觉得,高分子材料就是那些无处不在的塑料、橡胶,它们在性能上或许有差异,但本质上并没有什么特别“神奇”之处。然而,翻阅了这本书之后,我才真正认识到“功能高分子”这个领域蕴含着多么巨大的能量和潜力。它不仅仅是介绍了一些稀奇古怪的高分子材料,更是深入地阐释了这些“功能”是如何从分子设计、聚合控制,到最终的宏观结构和性能调控中一步步实现的。我印象特别深刻的是书中关于“刺激响应性高分子”的详细论述。它不仅仅是列举了哪些高分子对温度、pH、光照、电场等外界刺激会产生反应,更重要的是,它深入分析了高分子链上特定的官能团如何感知这些刺激,以及这些感知如何通过分子链的构象变化、链段运动或者化学键的断裂/形成,最终导致宏观形变、颜色变化、药物释放或者信号传递等功能。这种对“刺激-响应-机制”的层层剖析,让我看到了材料科学的精妙之处。书中还列举了许多激动人心的应用案例,比如用于靶向药物递送的智能微球、用于伤口愈合的生物活性敷料、以及用于环境修复的高效吸附材料等等。这些例子不仅仅是技术展示,更是让我看到了高分子材料如何解决现实世界中的问题,如何改善人类的生活。这本书让我对高分子材料的理解进入了一个全新的维度,从简单的应用认知,升华为对科学原理的深刻理解,也让我对这个领域的研究方向充满了好奇。

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我一直以为高分子材料就是那些我们日常生活中常见的塑料、橡胶,或者是一些在特定场合使用的特种材料,比如耐高温的、耐腐蚀的。但读了这本书之后,我才真正意识到“功能高分子”的含义是如此之广阔,而且其背后的科学原理是如此的精妙。这本书并没有让我感觉枯燥乏味,反而让我对材料科学产生了极大的兴趣。它不仅仅是罗列各种功能高分子材料的种类和用途,更重要的是,它深入浅出地阐释了这些功能是如何通过精巧的分子设计、聚合方法和材料加工工艺来实现的。我特别喜欢书中关于“自修复高分子”的章节。书中详细介绍了如何通过在聚合物网络中引入可逆的化学键(如氢键、动态共价键、金属配位键),使得材料在受损后能够通过这些化学键的重新形成来恢复其结构和性能。这种分子层面的“自愈合”机制,让我觉得非常神奇,也让我看到了高分子材料在提升产品耐用性和可靠性方面的巨大潜力。此外,书中还探讨了许多与生物医学、环境保护、能源技术等领域紧密相关的功能高分子,例如用于组织工程的生物支架材料、用于水污染治理的高吸附性高分子、以及用于太阳能电池和锂电池的高分子电解质等。这些案例让我深刻体会到,高分子材料已经渗透到我们生活的方方面面,并且在解决当今社会面临的重大挑战方面发挥着越来越重要的作用。这本书的叙述方式非常生动,它不是简单地堆砌技术术语,而是通过清晰的逻辑和丰富的案例,将复杂的科学原理变得易于理解。

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这本书彻底改变了我对高分子材料的看法,让我认识到它们远不止是简单的塑料和橡胶,而是蕴含着无限创造力和应用潜力的科学领域。在我看来,之前我对“功能高分子”的理解非常有限,仅仅停留在一些具象化的概念上,比如能发光的、能导电的,但并不知道这些“功能”是如何实现的。而这本书,以一种极其严谨且富有启发性的方式,将分子设计、聚合过程、结构控制与宏观性能之间的内在联系一一揭示。我尤其被书中关于“自组装高分子”的论述所吸引。它详细阐释了如何通过控制高分子链的组成、序列和形貌,使其在特定条件下能够自发地形成有序的微观或纳米结构,例如胶束、囊泡、纳米纤维等。这些自组装结构不仅赋予了材料独特的物理化学性质,更重要的是,它们可以作为载体,用于药物递送、传感、催化等多种功能。这种从分子间的弱相互作用出发,最终形成具有复杂形貌和特定功能的材料的思路,让我觉得非常神奇。书中还列举了许多前沿的应用实例,比如用于高密度信息存储的分子机器、用于柔性电子器件的导电聚合物、以及用于环境修复的高效吸附材料等。这些例子让我深刻认识到,高分子科学是推动现代科技进步的重要基石,也让我对未来材料的发展充满了期待。这本书不仅拓宽了我的知识视野,更重要的是,它点燃了我对材料科学的浓厚兴趣,让我想要深入了解更多。

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