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出版者:高等教育

作者:陳培裏

出品人:

頁數:311

译者:

出版時間:2007-5

價格:27.10元

裝幀:

isbn號碼:9787040207538

叢書系列:

圖書標籤:

• 工程材料
• 熱加工
• 材料科學
• 機械工程
• 金屬材料
• 塑性變形
• 熱處理
• 材料工藝
• 製造工程
• 金屬成形

現代材料科學與應用前沿 本書聚焦於麵嚮21世紀的先進材料體係、設計理念以及在尖端工程領域中的實際應用，力求為讀者提供一個全麵而深入的視角，超越傳統材料學科的範疇，深入探索功能化、智能化和可持續發展的新方嚮。 --- 第一部分：功能導嚮型材料的突破與機製解析 第一章：量子點與納米結構光電材料 本章深入探討瞭基於半導體納米晶體（量子點，QD）的最新進展，重點分析其尺寸依賴性的光物理和光化學性質。我們將詳細介紹如何通過精確控製量子點的尺寸和錶麵配體，實現從可見光到近紅外波段的高效光緻發光（PL）和電緻發光（EL）。內容涵蓋量子點在高效太陽能電池（如鈣鈦礦量子點電池）、下一代顯示技術（QLEDs）以及生物醫學成像中的熒光探針應用中的核心科學原理和工程挑戰。 1.1 尺寸效應與能級調控： 深入解析量子限域效應，探討不同維度納米結構（0D, 1D, 2D）的能帶結構差異。 1.2 錶麵化學與穩定性： 研究配體工程對載流子分離效率、界麵鈍化和長期環境穩定性的影響。 1.3 應用實例： 重點分析高色純度顯示屏的製造工藝以及QD在催化反應中的光敏化作用。 第二章：智能響應性高分子與超材料 本章著重介紹那些能夠對外部刺激（如溫度、pH值、電場、磁場或特定化學物質）做齣可逆響應的智能材料。內容包括形狀記憶聚閤物（SMPs）、自修復高分子網絡、以及用於軟體機器人的電活性聚閤物（EAPs）。此外，我們將探討超材料（Metamaterials）的概念，特彆是負摺射率材料、聲學超材料在電磁波和聲波調控中的顛覆性潛力。 2.1 刺激-響應機製： 分析高分子網絡結構變化如何轉化為宏觀性能變化（如體積收縮、導電性突變）。 2.2 自修復機理： 區分基於分子間作用力、動態共價鍵和微膠囊破裂的自修復策略，並評估其在結構健康監測中的實用性。 2.3 超材料的設計原理： 討論基於等效介電常數和磁導率的單元結構設計，以及在隱身技術和超透鏡中的基礎應用。 第三章：生物相容性與再生醫學材料 本章聚焦於材料科學與生命科學的交叉領域，探討用於植入、藥物遞送和組織工程的先進生物材料。內容側重於材料的生物活性、降解動力學以及與活體環境的分子層麵的相互作用。 3.1 生物活性塗層與界麵工程： 研究如何通過錶麵修飾誘導特定細胞的粘附、增殖或分化，例如骨組織工程中的生物活性陶瓷塗層。 3.2 可注射與原位固化水凝膠： 詳細介紹用於3D生物打印和微創手術的智能水凝膠基質，包括其流變學特性和機械性能的調節。 3.3 可控藥物釋放係統： 分析載藥納米粒子的封裝技術、pH/酶響應性釋放機製，以及如何實現長效、靶嚮的藥物遞送。 --- 第二部分：先進計算與材料基因組學 第四章：高通量計算與材料預測 本章介紹如何利用高性能計算（HPC）和機器學習（ML）加速新材料的發現與優化過程，這是當前材料研究範式轉變的核心。我們將詳細闡述計算材料學的基本工具及其在篩選候選材料中的應用。 4.1 密度泛函理論（DFT）的應用： 討論DFT在計算材料基本電子結構、晶格常數、缺陷能和反應能壘中的精確性和局限性。 4.2 機器學習在材料信息學中的整閤： 探討如何構建和訓練基於結構-性能關係（QSPR/QSAR）的模型，用於預測未知化閤物的性質，加速高熵閤金或復雜陶瓷的篩選。 4.3 數據庫與數據挖掘： 分析Materials Project、OQMD等大型材料數據庫的結構，以及如何利用數據挖掘技術識彆潛在的、具有突破性潛力的材料結構。 第五章：原位錶徵技術與動態過程觀測 超越靜態的微觀結構分析，本章專注於那些能夠在材料服役狀態下（高溫、高應力、反應氣氛中）進行實時觀測的技術，以捕獲動態演變過程。 5.1 同步輻射光源的應用： 介紹高能X射綫衍射（XRD）、吸收譜（XAS）和散射技術（SAXS/WAXS）在監測相變、晶粒生長和應力分布方麵的優勢。 5.2 電子顯微鏡的動態模式： 重點討論原位TEM/STEM對納米尺度下晶界遷移、析齣相形成和電化學反應過程的實時捕捉能力。 5.3 聚焦離子束（FIB）在樣品製備中的高級應用： 探討如何利用FIB-SEM結閤，製備齣能承受極端條件的原位樣品杆，從而實現對真實服役環境的模擬測試。 --- 第三部分：極端環境下的高性能結構材料 第六章：高熵閤金與多主元係統 本章深入探討瞭突破傳統單/雙組元閤金限製的高熵閤金（HEAs）領域。分析HEA體係中固溶強化、遲滯的相變行為以及“高熵效應”、“遲滯效應”等獨特現象的微觀根源。 6.1 HEAs的設計規則與閤成策略： 討論粘度比、電負性等參數對形成單一BCC/FCC固溶體的指導意義，以及快速凝固技術在製備非平衡態閤金中的作用。 6.2 極端溫度下的力學行為： 考察其在高溫蠕變抗性和低溫韌性方麵的錶現，特彆關注其位錯運動機製的改變。 6.3 界麵工程在復閤材料中的應用： 探討如何將HEAs作為增強相或界麵層，以提高金屬基復閤材料的界麵結閤強度和抗熱震性。 第七章：增材製造（AM）過程中的材料控製 本章不關注傳統的鑄造或塑性加工，而是聚焦於增材製造（如SLM/EBM）過程本身如何成為一種“材料設計工具”，以及由此帶來的特殊材料組織結構。 7.1 增材製造中的快速凝固效應： 分析高掃描速度和快速冷卻速率如何導緻微觀組織細化、形成非平衡相以及齣現馬氏體擴散。 7.2 殘餘應力與微觀裂紋的控製： 討論熱循環導緻的殘餘應力如何影響最終部件的疲勞壽命，以及通過優化工藝參數（如激光功率、掃描策略）進行應力梯度調控的方法。 7.3 異質結構和梯度材料的製造： 闡述如何通過改變送粉組分或激光功率實現材料成分和性能的漸變，製造齣具有獨特界麵性能的梯度功能結構。 --- 第四部分：可持續發展與能源轉換材料 第八章：先進陶瓷與耐火材料的壽命設計 本章探討高技術陶瓷在苛刻工業環境下的應用，重點關注其抗熱震、抗化學腐蝕能力，以及如何通過微結構設計延長其使用壽命。 8.1 陶瓷的斷裂韌性提升策略： 深入分析縴維增韌、裂紋偏轉、裂紋橋接等機製，以及如何設計高韌性陶瓷基復閤材料（CMCs）。 8.2 固態電解質與電池界麵： 聚焦於固態鋰離子電池中關鍵的陶瓷電解質材料（如LLZO），討論其離子電導率、界麵阻抗問題及與電極的接觸優化。 8.3 錶麵塗層與抗氧化/腐蝕： 研究用於燃氣輪機葉片的先進熱障塗層（TBCs）的失效模式（如硫化、相變），以及如何設計具有自修復功能的保護塗層。 第九章：碳捕集與催化材料的能效優化 本章關注材料如何在應對氣候變化和提高能源轉換效率中發揮關鍵作用，特彆是多孔材料的設計。 9.1 金屬有機框架（MOFs）和共價有機框架（COFs）： 闡述這些晶態多孔材料的構築基元、孔徑調控以及在氣體吸附、分離（如CO2捕集）中的高選擇性機製。 9.2 燃料電池中的電催化劑： 分析鉑族金屬替代品的開發，重點研究非貴金屬基催化劑（如氮化碳材料、單原子催化劑）在氧還原反應（ORR）中的活性位點設計和穩定性提升。 9.3 熱電材料與溫差發電： 探討如何通過引入點缺陷、納米結構或復閤化策略，同時優化塞貝剋係數（S）、電導率（σ）和熱導率（κ），以提高材料的無量綱優值（ZT）。 --- 總結： 本書旨在構建一個跨越傳統材料邊界的知識體係，強調材料的設計應是功能導嚮的、計算輔助的、並且是可持續的。它要求讀者具備紮實的物理化學基礎，並對前沿的計算和錶徵手段有深入的理解，以期在下一代工程挑戰中設計齣具有突破性的材料解決方案。

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這本書在理論深度上遠超我的預期，尤其是在涉及計算模擬和先進錶徵技術的部分，展現齣瞭極強的時代感。我驚喜地發現，其中對原位（*in-situ*）錶徵技術在研究材料塑性變形過程中的應用進行瞭詳盡的闡述，提到瞭同步輻射X射綫衍射等前沿工具如何幫助科學傢捕捉到材料在極端載荷下的瞬態行為。這錶明作者團隊的研究視角非常前沿，緊跟國際材料科學界的研究熱點。更難能可貴的是，它並沒有停留在理論介紹，而是深入探討瞭這些先進錶徵手段在解決實際製造缺陷，比如焊接裂紋的萌生機製分析中的實際操作流程和數據解讀方法。這種理論與前沿實驗技術緊密結閤的深度，對於有誌於從事研發工作的讀者來說，無疑是一筆寶貴的財富，它提供瞭一種更深層次去理解和操控材料行為的視角。

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初翻閱這本書時，我最大的感受是其內容的廣博度和邏輯的嚴密性。它不像某些教材那樣將知識點零散地堆砌，而是構建瞭一個非常清晰的知識體係框架。開篇對材料基本屬性的界定，便為後續的閤金相圖分析、熱力學基礎等內容打下瞭堅實的地基。作者在闡述高熵閤金的復雜性時，沒有使用過於晦澀難懂的數學推導，而是巧妙地結閤瞭大量的實際工程案例和對比分析，使得即便是初學者也能快速把握核心原理。例如，在討論特定熱處理工藝對金屬性能影響時，書中穿插瞭多條不同溫度和時間麯綫的對比圖，直觀地展示瞭“時間-溫度-組織-性能”之間的復雜耦閤關係。這種循序漸進、層層遞進的敘述方式，極大地降低瞭自學的門檻，讓人感覺每攻剋一個章節，都像是攀上瞭一個新的颱階，視野隨之開闊，對材料科學的全貌有瞭更宏觀的認識。

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這本書的裝幀設計真是讓人眼前一亮，封麵選用瞭深邃的寶石藍，配上銀色的燙金書名，散發齣一種古典與現代交織的質感。觸感上，紙張的厚實度恰到好處，翻頁時沒有廉價的沙沙聲，而是帶來一種沉穩的滿足感。我尤其欣賞內頁的排版，字體大小適中，行距和字距都經過精心調整，長時間閱讀下來眼睛不會感到疲勞。圖片和圖錶的清晰度令人稱贊，即便是涉及復雜的微觀結構示意圖，細節也縴毫畢現，這對於理解抽象的材料學概念至關重要。裝訂方麵，它采用瞭精裝工藝，即便是經常翻閱和攜帶，書脊也沒有齣現鬆動或開裂的跡象，體現瞭齣版方在工藝上的用心。總的來說，這本書不僅僅是一本知識載體，它本身就是一件值得收藏的工藝品，讓人在閱讀之餘，也能享受到視覺和觸覺上的愉悅體驗。這種對細節的極緻追求，也暗示瞭內容本身的嚴謹性，讓人對接下來的學習充滿期待。

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要說這本書的實用價值，那真是無可挑剔，它真正做到瞭“學以緻用”。書的最後一部分專門闢齣大量篇幅，係統地梳理瞭不同工業標準（如ASTM、ISO）中對幾種關鍵結構鋼和特種閤金的性能要求和驗收標準。這部分內容對於工程技術人員來說簡直是“工具書”級彆的存在，它不僅告訴我們材料“應該是什麼樣”，更告訴我們實際生産中“必須達到什麼標準”。我尤其欣賞其中關於失效分析的案例集閤，書中詳盡地展示瞭疲勞斷口、蠕變斷口和應力腐蝕斷口的典型形態，並配有高倍顯微照片，清晰地指齣瞭導緻失效的微觀機製。這種對“如何避免災難性失效”的關注，使得這本書的價值超越瞭純粹的學術探討，直接轉化為瞭保障工程安全的實用手冊，讓人感覺手中握著的不僅僅是知識，更是一份沉甸甸的工程責任感。

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閱讀體驗方麵，這本書的語言風格顯得非常沉穩老練，帶著一種資深教授娓娓道來的親切感，而非冷冰冰的教科書腔調。作者擅長使用類比和反問來引導讀者的思考，比如在介紹晶界擴散機製時，他將其比喻為高速公路上的“交通瓶頸”，這個形象的比喻立刻讓復雜的原子遷移過程變得具體可感。此外，書中大量的“思考題”並非簡單的知識點復述，而是具有高度開放性的工程難題，它們往往需要讀者綜閤運用前幾個章節學到的不同知識模塊纔能給齣閤理解釋。這種設計有效地鍛煉瞭讀者的批判性思維和綜閤分析能力，讓人感覺自己不再是被動接受知識的容器，而是一個主動探究問題的研究者。這種互動的學習模式，極大地提升瞭閱讀的參與感和知識的留存率。

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現在在看第二遍！對專業知識要求很高！

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08.3

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