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出版者:山东教育出版社

作者:赵高潮

出品人:

页数:181 页

译者:

出版时间:2001年1月1日

价格:5.7

装帧:平装

isbn号码:9787532831098

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 力学
• 平衡
• 物体
• 平装
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• 科学

深入探索流体力学与材料科学的交汇点：《界面张力与材料的微观结构》 简介 书籍核心主题： 本书聚焦于流体力学、表面科学以及材料工程学交叉领域的前沿课题——界面张力在复杂材料系统中的作用及其对宏观性能的影响。我们不再将界面视为一个简单的二维边界，而是将其视为一个具有丰富物理化学性质的“活性层”，深刻影响着物质的聚集、分离、润湿性、以及最终的结构稳定性。 第一部分：界面物理学的基石 本书伊始，建立起理解界面现象所需的坚实理论基础。 第一章：经典表面热力学回顾与修正 本章将从吉布斯吸附等温线出发，系统回顾经典热力学对界面现象的描述。重点在于引入现代对“表面摩尔量”和“过量量”的精确定义，特别是在多组分、多相体系中，如何准确量化界面上的浓度梯度和能量梯度。我们将深入探讨范德华力（Van der Waals forces）在不同介质中如何通过柯西（Casimir）效应和伦敦弥散力得到修正，并讨论这些修正项对计算界面能的实际影响。此外，对柯努森（Kossel）与弗瑞德尔（Frank-van der Merwe）的晶体生长理论进行回顾，并将其与液-固界面能联系起来，为后续讨论薄膜生长奠定基础。 第二章：流体力学中的非牛顿界面 传统的界面问题常基于牛顿流体的假设，但许多实际应用（如高分子溶液、胶体悬浮液）涉及非牛顿行为。本章将详细分析界面剪切应力如何影响非牛顿流体的流变学特性。我们将引入复杂流体的本构方程（如幂律模型、宾汉塑性模型）与界面曲率（Laplace-Young方程的推广形式）的耦合机制。讨论内容包括：界面上的粘弹性效应、马克斯韦流体在动态接触角测量中的滞后现象，以及如何利用剪切速率的梯度来控制液滴在固体表面的铺展动力学。 第二部分：界面结构的微观表征与调控 本部分将视角转向原子尺度和纳米尺度，探讨如何利用先进的分析技术揭示界面结构，并据此设计新型材料。 第三章：散射技术在界面结构分析中的应用 界面结构，尤其是液晶、聚合物层或电化学双电层，其电子密度和原子排列具有极强的空间异质性。本章将侧重于同步辐射X射线散射（X-ray Scattering）技术，包括小角X射线散射（SAXS）和广角X射线散射（WAXS）在研究界面厚度和层间距上的应用。特别地，我们将探讨中子反射（Neutron Reflectometry, NR）如何利用氘代技术区分界面两侧的分子层，以及如何通过原子力显微镜（AFM）的局部接触角测量（Force Spectroscopy）来解析固体表面粗糙度与化学势的相互作用。 第四章：界面活性的分子动力学模拟 计算方法是理解动态界面的关键。本章将介绍如何利用分子动力学（MD）模拟来捕捉界面区域的分子排列、扩散系数和局部温度梯度。重点讨论如何精确设置系统的边界条件和势函数（特别是长程相互作用的截断处理）。内容包括：模拟不同溶剂分子穿过脂质双层膜的渗透过程、金属熔池与氧化物衬底之间的原子重构动力学，以及如何通过模拟来预测材料在极端条件（高压、高温）下的界面稳定性。 第三部分：界面现象在工程应用中的体现 本部分将理论和表征方法应用于解决具体的工程挑战，涵盖材料制造、能源存储和生物医学领域。 第五章：润湿性与自修复材料设计 接触角是衡量润湿性的宏观指标，但其背后的驱动力是亚微米级的表面能不匹配。本章将深入剖析Cassie-Baxter和Wenzel状态的能垒分析，并重点介绍“超浸润性”和“超疏水性”材料的结构设计原理（如仿荷叶结构）。随后，我们将转向材料的自修复功能，探讨通过引入封装的修复剂微胶囊，如何利用界面张力梯度或固化过程中的体积收缩应力来触发微胶囊的破裂与修复液的释放，从而实现材料的自我愈合。 第六章：电化学界面与能量存储 在锂离子电池、燃料电池和超级电容器中，电极/电解液界面是决定器件性能的关键瓶颈。本章将聚焦于固态电解质界面（SEI）的形成与演化。我们将分析充放电过程中界面阻抗的动态变化，讨论界面电荷转移速率的限制因素。特别探讨在固态电池中，如何通过优化电极材料的形貌和涂层技术，降低界面上的欧姆极化和浓差极化，从而实现高功率密度和长循环寿命。 第七章：颗粒分散、稳定与胶体动力学 本书最后一部分关注多相悬浮体系，如乳液、泡沫和粉末冶金中的烧结过程。我们将讨论DLVO理论的局限性，并引入XDLVO理论来解释高离子强度下胶体粒子的稳定性。重点分析表面活性剂（Surfactants）在降低界面能的同时，如何通过空间位阻效应（Steric Stabilization）来防止颗粒团聚。在粉末冶金中，我们将论述高界面能如何驱动烧结过程中的晶界迁移和孔隙的演化，以及通过引入液相烧结的助剂来调控界面扩散路径，以获得更高密度的最终产品。 总结与展望 《界面张力与材料的微观结构》不仅是一本基础理论的深度梳理，更是一本面向前沿工程应用的工具书。它强调，理解和控制物质的界面行为，是突破传统材料性能瓶颈、实现功能器件革新的核心钥匙。本书旨在为材料科学家、化学工程师和物理学家提供一套统一的框架，以应对日益复杂的界面现象带来的挑战。

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说实话，我买这本书是抱着一种试试看的心态，因为市面上关于“平衡”主题的书籍实在太多，大多是千篇一律的公式堆砌，让人望而却步。然而，这本书的深度和广度完全超出了我的预期。它不仅仅停留在宏观的静力学层面，更深入探讨了微观层面的稳定性问题。我印象最深的是关于“拓扑稳定态”的讨论，虽然涉及到一些高阶的数学工具，但作者巧妙地用“滚球模型”进行了类比，将抽象的能量势阱具象化了。这种处理方式极大地降低了理解难度，同时也保留了理论的严谨性。更让我惊喜的是，书中还拓展到了材料科学的范畴，探讨了晶格结构在热力学平衡下的排列方式，这部分内容让我得以将平日里接触的材料失效案例，用更深层次的物理原理来解读。作者的视野非常开阔，他似乎在试图建立一个统一的框架，连接经典力学与现代物理学中的稳定概念。书中的习题设置也十分巧妙，它们大多不是标准答案式的计算题，而是需要读者进行批判性思考和多维度分析的开放式问题，极大地激发了我的探索欲。

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这本书的装帧设计，坦白说，略显朴素，内页的纸张选择也偏向于哑光，但这恰恰营造出一种沉静、专注的阅读氛围，非常适合需要长时间集中注意力的理论学习。它的内容结构安排得极其有条理，从最基础的力的平衡条件出发，逐步过渡到更复杂的力矩平衡，再到涉及流体静力学的浮力问题。我特别注意到作者在引入矢量概念时，所采用的图形化解释方法，他没有直接跳到矩阵运算，而是通过三维坐标系下的投影和分量来展示力的合成与分解，这种可视化教学法对于初学者来说，无疑是铺设了一条平坦的道路。有一处关于“弹性平衡”的章节，作者引用了胡克定律的历史发展脉络，并详细分析了在材料形变达到极限时，偏离线性关系的复杂情况，这为理解结构工程中的安全裕度提供了坚实的理论基础。整本书的行文风格非常冷静克制，没有冗余的辞藻，每一个句子都似乎经过了精确的斟酌，直指核心。

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这本新近入手的书，书脊的字体设计得颇具匠心，那种带着微微磨损质感的排版，让人立刻联想到那些陈旧的、被无数次翻阅过的经典力学教材。初翻开来，映入眼帘的不是复杂的公式推导，而是一系列精美的示意图，线条流畅且逻辑清晰，仿佛在无声地诉说着力的相互作用。我特别欣赏作者在处理基础概念时的那种耐心和细致，例如对“质心”概念的阐述，他没有急于抛出数学定义，而是先用生活中的例子，比如一个不均匀的木块如何找到它的“重心点”，逐步引导读者建立直观的理解。这种循序渐进的方式，对于我这种并非专业物理背景的读者来说，简直是福音。而且，书中的文字叙述充满了人文关怀，偶尔会穿插一些历史典故，比如伽利略在比萨斜塔实验中的思考过程，这使得原本枯燥的物理学习过程，变得像是在与一位博学的朋友交谈。我尤其喜欢其中关于转动惯量那一章，作者用一种近乎诗意的语言描述了“刚体”的概念，那种不受形变影响的理想化模型，在读者的脑海中构建了一个完美的、可以进行精确计算的虚拟世界。读完前几章，我感觉自己对身边看似静止的物体，都有了一种全新的、充满内在张力的认识。

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我最近一直在研究结构动力学，而这本书恰好提供了一个绝佳的理论铺垫。它对于“力矩平衡”的阐述，超越了我们中学物理所学的简单二维平面分析。作者用了一种非常精妙的“虚功原理”来处理多约束系统的平衡态，这对于理解复杂机械系统的静力平衡至关重要。书中详尽地分析了不同类型的约束反力，例如铰接约束和滑动约束，它们对系统平衡方程的贡献有何不同。此外，书中对于“重力场中的平衡”这一主题进行了深入挖掘，特别是对于地球自转带来的科里奥利力对宏观物体平衡状态的微小扰动进行了探讨，虽然只是作为补充说明，但这种对细节的关注，体现了作者极高的学术素养。阅读过程中，我多次暂停下来，拿起手边的铅笔在草稿纸上跟随作者的推导进行验算，发现其逻辑链条无懈可击，是一部非常值得信赖的参考书。

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这本书的特点在于它对“平衡”概念的哲学性探讨，这部分内容让我印象深刻，也让我对物理学的认知有了新的提升。作者没有将平衡仅仅视为一个数学上的解，而是将其置于一个更广阔的系统背景下考察。例如，在讨论热力学平衡时，书中引入了“熵增”的概念，解释了为什么一个孤立系统会自发地趋向于一个宏观上看似静止，但微观上却充满随机涨落的状态。这种由宏观静止到微观永动的辩证关系，被作者描述得淋漓尽致。在某一章的末尾，作者甚至探讨了在量子尺度下，粒子间相互作用力的“暂态平衡”，这极大地拓宽了传统力学领域的边界。全书的阅读体验是极其充实的，它不仅教授了知识，更重要的是，它塑造了一种严谨而又富有想象力的科学思维方式。这本书的价值，远超其作为一本物理教材的范畴，更像是一部关于“稳定与变化”的哲学思辨录。

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