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出版者:科學

作者:趙淳生

出品人:

頁數:558

译者:

出版時間:2007-8

價格:98.00元

裝幀:

isbn號碼:9787030197504

叢書系列:

圖書標籤:

• 去
• 超聲電機
• 電機控製
• 振動技術
• 精密驅動
• 微型化
• 傳感器
• 材料學
• 機械工程
• 自動化
• 新型能源

好的，這是一本關於先進材料科學與工程的圖書簡介： --- 《先進材料科學與工程：結構、性能與前沿應用》 本書導讀： 在全球科技飛速發展的今天，新材料的突破性進展已成為推動工業革命和技術創新的核心驅動力。本書《先進材料科學與工程：結構、性能與前沿應用》旨在為材料科學、化學工程、機械製造以及相關領域的科研人員、工程師和高年級本科生提供一部係統、深入且與時俱進的專業參考著作。它不僅詳盡闡述瞭傳統材料體係的深入理解，更聚焦於二十一世紀最具潛力的功能性、結構性及復閤型先進材料的最新進展與工程化挑戰。 第一部分：材料科學基礎的深化與拓展 本書伊始，我們並未停留在基礎的晶體學和熱力學層麵，而是將重點放在“尺度效應”與“界麵/錶麵工程”對材料宏觀性能的決定性影響。 第一章：原子尺度下的結構控製與微觀組織演變 本章深入剖析瞭高熵閤金（HEAs）的構效關係。不同於傳統閤金的單一主元設計，HEAs的復雜高熵狀態如何通過調控局部化學短程有序（CSRO）和位錯纏結機製，實現超高強度、優異的抗輻照能力和極端溫度下的穩定性。討論瞭相分離的動力學控製以及如何通過快速凝固技術（如電弧熔煉與激光選區熔化）來設計特定的微觀結構，例如調幅分解結構（ODS）在提升蠕變性能中的作用。此外，對非晶態金屬（Bulk Metallic Glasses, BMGs）的結構弛豫、過冷液態區塑性行為及其脆性斷裂機製進行瞭詳盡的闡述。 第二章：材料性能的錶徵與計算模擬 本部分強調瞭先進錶徵技術的集成應用。我們詳細介紹瞭原位（In-situ）同步輻射X射綫衍射在實時監測材料動態變形過程中的能力，以及球差校正透射電子顯微鏡（STEM）在原子級缺陷分析中的精確性。重點章節探討瞭計算材料學前沿，包括密度泛函理論（DFT）在預測材料電子結構和反應活性中的應用，以及分子動力學（MD）模擬在模擬高通量篩選和復雜界麵擴散行為中的優勢與局限性。特彆討論瞭機器學習（ML）模型如何加速材料設計空間探索，例如通過構建基於圖神經網絡（GNNs）的晶格結構與性能預測模型。 第二部分：功能性先進材料的突破 本書的核心篇章聚焦於那些因其獨特功能而被賦予“先進”之名的材料體係，它們是下一代電子、能源和傳感技術的基石。 第三章：先進電子與光電功能材料 本章聚焦於二維（2D）材料的工程化。除瞭石墨烯和過渡金屬硫化物（TMDs）的電子遷移率討論外，本書著重分析瞭如何通過垂直堆疊（範德華異質結）構建具有預期帶隙和自鏇電子學特性的新型半導體器件。深入探討瞭鐵電隧道結（FTJs）中電荷遷移和隧道效應的調控，以及它們在非易失性存儲器（NRAM）中的應用潛力。關於光電材料，我們詳細解析瞭鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）中缺陷鈍化技術（如錶麵修飾劑和二維包覆層）如何解決長期穩定性問題，並探討瞭InGaN/GaN異質結在深紫外（DUV）LED製造中的材料缺陷控製策略。 第四章：能源存儲與轉換材料的革命 本部分聚焦於高能量密度和長循環壽命的需求。在電池技術方麵，我們詳細研究瞭固態電解質的研發瓶頸，包括界麵阻抗的降低和鋰枝晶的抑製機製。對鋰硫（Li-S）電池中多硫化物穿梭效應的化學控製策略，例如使用功能化碳骨架和保護層，進行瞭深入的材料體係比較。在催化領域，我們關注單原子催化劑（SACs）的錨定機製和電子結構優化，以實現高選擇性和高活性，特彆是在電催化水分解和二氧化碳還原反應中的應用。 第五章：智能與自適應材料係統 本章涵蓋瞭對外部刺激敏感並能做齣響應的材料。重點分析瞭形狀記憶閤金（SMAs）的熱彈性馬氏體相變動力學，以及如何通過引入孿晶結構來改善其疲勞壽命和工作循環次數。對壓電與熱釋電材料的機電耦閤效應進行瞭詳細的理論推導和工程實踐分析，特彆是在能量收集（Energy Harvesting）器件中的界麵匹配優化。此外，本書還引入瞭自修復高分子復閤材料的設計理念，從微膠囊破裂到血管網絡的構建，詳細討論瞭修復效率與基體材料力學性能的平衡。 第三部分：工程化挑戰與前沿製造 先進材料的價值最終體現在其可靠的工程應用中。本部分著眼於如何將實驗室成果轉化為工業級産品。 第六章：增材製造（Additive Manufacturing）中的材料行為 增材製造，尤其是金屬激光粉末床熔融（LPBF），對材料的凝固過程提齣瞭嚴苛的要求。本章分析瞭高凝固速率下材料的微觀結構演變，如快速凝固導緻的亞結構細化、偏析的形成和殘餘應力的纍積。針對增材製造特有的孔隙缺陷，探討瞭如何通過優化工藝參數（如激光功率、掃描速度和基闆預熱）來控製孔隙率，並介紹瞭後處理技術（如熱等靜壓HIP）對消除內部缺陷和恢復力學性能的重要性。 第七章：復閤材料的界麵調控與壽命預測 本書將復閤材料的重點放在先進界麵設計上。我們探討瞭縴維增強金屬基復閤材料（FRMCs）中金屬間化閤物的控製，以及如何通過化學氣相沉積（CVD）或界麵塗層技術，有效抑製高溫下的反應性脆化。在長縴維增強聚閤物基復閤材料（CFRPs）方麵，重點分析瞭層間剪切強度（ILSS）的提升策略，特彆是通過納米材料（如碳納米管或石墨烯片層）的引入來增強界麵粘結。最後，基於概率論和Weibull分布，建立瞭復閤材料在復雜載荷下的疲勞壽命預測模型。 結論與展望： 《先進材料科學與工程》不僅是一本教科書，更是一份對未來科技藍圖的描繪。它強調瞭跨學科思維的重要性，倡導材料科學傢與工程師緊密閤作，以應對從極端環境適應到功能集成化的多重挑戰。本書為讀者提供瞭堅實的理論基礎，豐富的案例分析，以及對未來材料創新方嚮的深刻洞察。 ---

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這本書的“應用”部分簡直是亮點中的亮點，它將深奧的理論知識迅速落地到瞭工業實踐中，讓人感覺到技術的可觸及性。我特彆欣賞作者在介紹不同類型超聲電機（如壓電陶瓷諧振器、行波型、駐波型等）時，不僅僅是羅列它們的結構，而是深入剖析瞭它們在特定工業場景中的優勢與局限。比如，在微定位和精密儀器領域，書裏詳細分析瞭AMC（主動阻抗匹配控製）和準共振跟蹤技術如何確保納米級的定位精度，這比我之前在其他資料上看到的那些泛泛的介紹要具體得多。最讓我驚喜的是，書中包含瞭一些非常具體的案例研究，涉及到航空航天姿態控製、醫療內窺鏡的柔性操作以及高精度光學元件的對焦係統。這些案例不僅展示瞭超聲電機的小型化、高精度特性，還討論瞭它們在振動抑製、抗電磁乾擾等方麵的獨特優勢，這對於我目前正在負責的對環境適應性要求極高的項目，提供瞭寶貴的參考方嚮和解決思路。

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這本書在材料科學和製造工藝方麵的探討，給我帶來瞭全新的視角。以往我總是關注電機的電氣和機械設計，但這本書讓我深刻認識到，超聲電機的最終性能在很大程度上取決於其“內核”——壓電材料和粘閤技術。作者對PZT、PMN-PT等先進壓電陶瓷的微觀結構、介電常數隨溫度和電場變化的行為進行瞭詳細的描述，並討論瞭這些材料的局限性，比如鐵電疲勞和溫度漂移問題。更讓我受益匪淺的是關於結構件的加工精度和聲阻尼材料的應用部分。書中對比瞭不同的激光加工和精密研磨技術對換能器性能的影響，以及如何利用特定的阻尼層來抑製不需要的諧振模式，從而提高驅動效率和降低噪音。這部分內容極大地拓寬瞭我對超聲電機設計邊界的認識，讓我意識到設計一個高性能電機，必須是多學科交叉的係統工程。

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這本《超聲電機技術與應用》真是讓我大開眼界，尤其是它對驅動原理的深入剖析，簡直是教科書級彆的嚴謹。我過去對超聲波驅動的電機總是停留在“神奇”的層麵，但這本書徹底顛覆瞭我的認知。它沒有迴避那些復雜的數學模型和物理基礎，反而將聲場分布、振動機理以及與轉矩産生的耦閤關係，用極其清晰的圖示和逐步推導的方式呈現齣來。比如，對於行波型與駐波型電機的差異講解，作者不僅給齣瞭理論公式，還結閤實際的幾何結構和邊界條件進行瞭分析，讓我明白瞭為什麼在不同的應用場景下，工程師會選擇特定的結構。書中對壓電陶瓷材料的選型和極化方嚮對性能的影響也有詳盡的論述，這一點對於我後續進行定製化設計至關重要。書中對高頻驅動電路的設計也進行瞭細緻的探討，特彆是如何有效抑製寄生振蕩和優化功率傳輸效率的部分，提供瞭很多實用的電路拓撲和參數選擇建議，這方麵的內容遠超我預期的深度，讓我感覺手邊的這本書不僅僅是理論指導，更像是一本實戰手冊。

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總的來說，這本書是一部具有極高參考價值的綜閤性專著，它在理論深度、應用廣度和工程實踐性之間找到瞭一個絕佳的平衡點。我尤其欣賞它對未來發展趨勢的展望，不僅僅停留在現有技術的修修補補上，而是探討瞭利用新型智能材料（如形狀記憶閤金輔助驅動）和先進的非接觸式驅動技術來突破傳統超聲電機在響應速度和功率密度上的瓶頸。書中對如何進行係統的多物理場耦閤仿真分析也提供瞭指導意見，這對於當前依賴CAE進行優化的研發環境來說，無疑是及時雨。對於從事電機設計、精密驅動控製或者希望將超聲技術應用於高端製造領域的工程師和研究人員而言，這本書絕對是一筆寶貴的財富，它提供的不僅僅是知識，更是一種解決復雜工程問題的思維框架和技術路徑。

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閱讀體驗上，這本書的編排邏輯性和語言的精確性值得稱贊。它並沒有為瞭追求學術前沿而忽略瞭基礎知識的夯實。前半部分對超聲波換能器的工作原理、阻抗匹配理論的鋪墊非常紮實，使得後續章節對復雜控製策略的理解變得水到渠成。作者在闡述復雜的控製算法，比如滑模控製或自適應控製在超聲電機中的應用時，使用瞭清晰的流程圖和性能對比圖錶，極大地降低瞭理解門檻。特彆值得一提的是，書中對電機性能測試與評估的標準也進行瞭規範性的介紹，包括如何準確測量空載轉速、負載特性麯綫以及動態響應時間，這些都是衡量電機設計優劣的關鍵指標，卻常常在普通教材中被一帶而過。這本書的處理方式顯得非常專業和負責任，它教會的不僅僅是如何“做”電機，更是如何“科學地評價”電機。

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