具体描述
好的，这是一本关于现代材料科学与工程应用的图书简介，旨在为材料学、化学工程、机械工程及相关领域的研究人员、工程师和高年级学生提供全面而深入的视角。 现代材料科学与工程应用：从微观结构到宏观性能的精细调控 图书核心聚焦： 本书摒弃了传统材料学教材中对基础晶体结构和热力学原理的冗长复述，转而专注于先进材料的设计原理、制备工艺的革新，以及材料性能如何通过精确控制微观结构得到功能化实现。它旨在搭建一座连接基础理论与尖端工程实践的桥梁，特别是关注新一代功能材料、复合材料以及可持续发展材料体系。 第一部分：新一代材料的设计哲学与计算预测 (The Philosophy of Next-Gen Material Design and Computational Prediction) 本部分深入探讨了现代材料研发范式的转变，即从传统的“试错法”转向基于第一性原理和数据驱动的“理性设计”。 第一章：材料基因组计划（MGI）与高通量计算 本章详细介绍了如何利用密度泛函理论（DFT）、分子动力学（MD）模拟以及蒙特卡洛方法（MC）来预测新型合金、陶瓷和聚合物的稳定性、相变行为和电子结构。重点阐述了如何建立和利用材料数据库（如 Materials Project）来加速新材料的筛选过程，并讨论了机器学习在预测材料性能和优化合成路线中的最新进展。 第二章：晶格工程与缺陷化学的精确控制 超越简单的晶格常数讨论，本章聚焦于通过应变工程（Strain Engineering）和相界面工程来调控材料的本征性质。详细分析了点缺陷（空位、间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）的浓度、空间分布及其对导电性、塑性和催化活性的决定性影响。对于半导体和能源材料，缺陷的“掺杂”与“本征缺陷工程”被作为核心设计工具进行深入剖析。 第三章：多尺度建模与跨尺度关联 材料的性能往往是跨越数个数量级尺度的复杂耦合现象。本章系统介绍了从原子尺度（第一性原理）到介观尺度（相场法 PFM）再到宏观尺度（有限元分析 FEA）的耦合建模技术。关键在于如何建立有效的“尺度映射”模型，例如如何将晶界能的原子模拟结果，输入到描述宏观晶粒生长和力学性能的连续介质模型中。 第二部分：先进功能材料的精密合成与结构演化 (Precision Synthesis and Structural Evolution of Advanced Functional Materials) 本部分着眼于实现理论设计成果的关键技术——如何“制造”出具有特定结构的材料。 第四章：原子层沉积（ALD）与超薄膜的界面控制 ALD 技术被提升到界面工程的层面进行讨论。不仅仅是介绍其自限制性反应，更深入探讨了如何利用ALD精确控制多层异质结（Superlattices）的层间应力、缺陷传递以及磁性或电子耦合。重点分析了在二维材料（如过渡金属硫化物 TMDs）界面引入ALD生长薄层以实现电荷转移和能级调控的应用实例。 第五章：增材制造（AM）中的材料科学挑战 聚焦于激光选区熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等金属增材制造过程中的特有冶金问题。探讨了快速凝固过程中形成的非平衡态微观结构（如细小的胞状/树枝状结构）、残余应力、孔隙率控制以及如何通过热处理后处理来优化其局域各向异性（Anisotropy）和疲劳性能。 第六章：智能高分子与活性复合体系的自组装 本章专门针对具有响应性（如热、光、电响应）的聚合物体系和生物相容性材料。详细阐述了嵌段共聚物（Block Copolymers）的微相分离机制、动态共价键化学（如点击化学）在构建自修复材料中的应用，以及如何通过调控界面张力和表面能来实现材料的“自驱动”功能化。 第三部分：性能表征的前沿技术与性能-结构关联 (Frontier Characterization Techniques and Performance-Structure Correlation) 本部分强调先进的同步辐射、电子显微镜技术，及其如何揭示复杂材料体系中的动态过程和微观机制。 第七章：同步辐射光源下的原位（In-Situ）表征 详细介绍了利用高能X射线衍射（XRD）、吸收谱（XAS）和光电子能谱（XPS）在受控环境（高温、高压、电化学循环）下对材料进行实时监测的技术。特别关注如何利用高空间分辨的X射线成像技术追踪电池正极材料在充放电循环过程中的相分离和体积膨胀行为。 第八章：透射电子显微镜（TEM）在原子尺度成像中的突破 重点介绍了球差校正TEM（Aberration-Corrected STEM）在分辨轻元素、观察晶格畸变和分析表面吸附物方面的能力。讨论了电子能量损失谱（EELS）如何提供局域的化学态、价态和轨道填充信息，以及如何结合机器学习算法来自动化高通量STEM图像的分析。 第九章：多物理场耦合下的性能测试与寿命预测 本章将测试从单一维度拓展到多物理场耦合环境。讨论了在辐射、腐蚀与机械载荷同时作用下的材料降解机理，以及如何利用加速老化测试（Accelerated Testing）和可靠性工程方法，基于已建立的结构-性能模型，对复杂服役环境中的材料寿命进行更准确的预测和寿命延伸设计。 目标读者与价值： 本书的结构设计旨在引导读者超越对材料属性的简单记忆，而是深入理解为什么某种材料会表现出特定性能，以及如何通过工程手段去系统地调控这种性能。它强调跨学科知识的融合，特别是计算科学、精密制造与先进表征手段的协同作用，是材料科学与工程领域追求创新和解决复杂工程问题的研究人员和工程师的必备参考书。
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