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出版者:中國水利水電齣版社

作者:李於善

出品人:

頁數:264

译者:

出版時間:2007-8

價格:35.0

裝幀:平裝

isbn號碼:9787508448282

叢書系列:

圖書標籤:

• 無機化學
• 化學實驗
• 實驗教學
• 高等教育
• 大學教材
• 化學專業
• 實驗指導
• 教學參考
• 分析化學
• 理學

《現代材料科學導論》 內容概要： 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代材料科學領域概覽，重點關注新材料的結構、性能、製備及其在工程和技術中的應用。全書內容涵蓋瞭從微觀尺度的原子排列到宏觀尺度的材料行為，力求構建一個將基礎科學原理與實際工程應用緊密結閤的知識體係。 第一部分：材料科學基礎 第一章：材料的分類與基礎結構 本章首先界定瞭材料科學的範疇，並詳細闡述瞭材料的五大基本類彆：金屬材料、陶瓷材料、聚閤物材料、復閤材料以及新興的功能材料（如半導體和智能材料）。隨後，深入探討瞭晶體結構的基礎，包括晶格常數、密堆積結構（FCC, BCC, HCP）的幾何意義及其對材料力學性能的初步影響。非晶態結構和缺陷理論是本章的重點，對位錯、點缺陷、綫缺陷和平麵缺陷的類型、形成機製及其在材料塑性變形和導電性中的核心作用進行瞭詳盡的分析。通過引入布拉維格子和晶體學符號（如Miller指數），讀者將掌握描述晶體結構的基本語言。 第二章：材料的熱力學與相圖 本章聚焦於材料體係的穩定性與相變規律。從熱力學基本定律齣發，引入吉布斯自由能（G）的概念，闡明瞭平衡態的判據。詳細講解瞭單組分和多組分體係的相圖分析方法，重點剖析瞭二元閤金係統的凝固過程，如共晶反應、共熔反應和固溶體形成。對非平衡態熱力學在材料加工中的重要性進行瞭討論，特彆是快速凝固技術如何利用非平衡條件獲得具有獨特性能的新組織。費雪和夏普的無標度擴散定律在解釋晶界遷移和晶粒長大方麵的應用是本章的實踐部分。 第三章：材料動力學與擴散 材料的性能往往依賴於其在一定溫度下發生反應或重排的速率。本章係統介紹瞭固態擴散的基本機製，包括空位機製、間隙機製和塞勒機製，並定量分析瞭Fick第一定律和第二定律在描述擴散通量和濃度梯度演變中的應用。阿倫尼烏斯方程被用來量化擴散係數與溫度的關係。此外，本章還涉及瞭擴散在材料退火、燒結和滲碳等熱處理過程中的核心作用，並引入瞭非均勻體係中的擴散，如電遷移（Electromigration）現象及其在微電子器件中的可靠性問題。 第二部分：結構與性能的關係 第四章：金屬材料的力學性能 本章是關於金屬結構與宏觀力學響應的橋梁。詳細介紹瞭拉伸、壓縮、彎麯、扭轉等基本靜載荷試驗，並對屈服強度、抗拉強度、延展性（斷裂韌性KIC）和硬度等關鍵指標進行瞭精確的定義和測量方法解析。重點探討瞭位錯運動與加工硬化、冷變形的機製。隨後，深入分析瞭金屬的蠕變（Creep）行為，包括穩態和瞬態蠕變，以及時間-溫度參數法（如Larson-Miller參數）在預測高溫結構壽命中的應用。疲勞是本章的另一核心內容，涉及S-N麯綫的繪製、疲勞裂紋的萌生與擴展，以及Miner綫性纍積損傷理論的應用。 第五章：陶瓷與玻璃材料 陶瓷材料因其高硬度、高熔點和優異的耐化學腐蝕性而廣泛應用於極端環境。本章首先討論瞭離子鍵和共價鍵在陶瓷結構中的主導作用，以及其電子結構如何決定其電學和光學特性。重點分析瞭陶瓷材料的脆性斷裂機製，並對比瞭金屬材料的韌性斷裂，闡述瞭維氏硬度與斷裂韌性測試（如SEVNB法）在評估陶瓷性能中的重要性。玻璃材料部分，則關注瞭玻璃化轉變溫度（Tg）的概念、粘滯流變行為以及玻璃的結構模型（如連接數理論）。燒結是陶瓷製備的關鍵，本章對液相燒結和固相燒結的驅動力和機理進行瞭詳細建模。 第六章：聚閤物科學與工程 本章係統介紹瞭聚閤物的微觀結構（鏈的構象、分子量分布）如何決定其宏觀性能。講解瞭加成聚閤、縮聚、開環聚閤等主要閤成方法。在性能方麵，重點分析瞭聚閤物的粘彈性行為，通過蠕變柔量和應力鬆弛麯綫來描述其時間依賴性響應。利用DSC（差示掃描量熱法）和TGA（熱重分析）來確定聚閤物的玻璃化轉變和熔點。此外，本章還探討瞭交聯度和結晶度對聚閤物機械性能、溶解性和阻隔性能的顯著影響，並引入瞭工程塑料、熱固性樹脂和彈性體的應用實例。 第三部分：功能材料與新興領域 第七章：半導體材料的物理基礎 本章從能帶理論齣發，解釋瞭導體、絕緣體和半導體的本質區彆。詳細闡述瞭本徵半導體和摻雜半導體的載流子濃度、遷移率以及費米能級的移動。分彆介紹瞭N型和P型摻雜的原理和效果。隨後，深入探討瞭PN結的形成、空間電荷區、內建電勢以及其在二極管和晶體管工作中的基礎作用。矽（Si）和砷化鎵（GaAs）的晶體生長技術（如CZ法、外延生長）作為關鍵的製備工藝被重點介紹。 第八章：復閤材料的設計與性能 復閤材料是通過結閤兩種或多種不同材料的優點而獲得特定性能的係統。本章將復閤材料分為增強相和基體兩部分進行分析。重點討論瞭縴維增強復閤材料（如碳縴維增強環氧樹脂）的各嚮異性力學行為，基於混閤律的強度和模量預測模型。對於顆粒增強和層狀復閤材料，本章分析瞭界麵結閤強度對整體性能的決定性影響。此外，還介紹瞭智能復閤材料（如形狀記憶閤金復閤材料）的發展前景。 第九章：磁性與電學功能材料 本章圍繞材料的電磁響應展開。在磁性材料部分，闡述瞭磁疇、磁化強度、磁滯迴綫（Hysteresis Loop）的物理意義，區分瞭順磁性、抗磁性和鐵磁性。深入分析瞭軟磁材料（如坡莫閤金）和硬磁材料（如釹鐵硼）的微觀結構與宏觀磁性能的調控。在電學功能材料方麵，詳細介紹瞭鐵電體（如鈦酸鋇）的基本原理、極化現象及其在存儲器件中的應用。此外，本章還涵蓋瞭超導材料的低溫特性和BCS理論的初步介紹，以及壓電材料在傳感器和執行器中的應用原理。 總結與展望 本書的最後部分將材料科學置於更廣闊的工程背景下，討論瞭材料的腐蝕與防護機製（電化學腐蝕、應力腐蝕開裂），以及先進的無損檢測技術（如超聲波探傷、X射綫衍射）。展望部分，將目光投嚮納米材料、生物相容性材料和能源存儲材料（如電池電極材料）的前沿研究方嚮，強調瞭計算材料學（如第一性原理計算）在加速新材料發現中的關鍵作用。本書旨在培養讀者從原子尺度到宏觀尺度理解和設計材料的能力。

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這本《無機化學實驗》的裝幀設計著實讓人眼前一亮，封麵采用瞭啞光紙張，觸感溫潤，中央的圖案是幾個晶體結構的抽象化圖形，綫條簡潔卻蘊含著深刻的化學美學。我尤其欣賞它在章節排布上的匠心獨運，它不是那種教科書式的死闆羅列，而是更像一本精心策劃的實驗手冊，每一步驟的描述都力求清晰易懂，配圖的質量也相當高，很多微觀操作的示意圖，即使用肉眼觀察也難以捕捉到的細節，在這裏通過精細的插畫得以展現。特彆是對於一些基礎操作，比如滴定管的清洗、天平的校準，作者並沒有簡單地一帶而過，而是用瞭一種近乎手把手的語氣，細緻到連滴定管要懸掛在多高的位置纔能確保讀數準確，都做瞭詳細的說明，這對於初次接觸實驗的同學來說，無疑是一劑強心針。而且，書中對於安全部分的強調也十分到位，不僅僅是列齣“注意通風”、“佩戴護目鏡”這樣的通用口號，而是深入到特定試劑的毒性等級、接觸後的急救措施，甚至連廢液分類處理的規範都納入其中，體現瞭編者對實驗安全的極端重視，這種嚴謹的態度，讓我在翻閱時就感受到瞭專業與可靠。

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這本書在輔助資源方麵的設計也做得非常到位，雖然我手頭拿的是紙質版，但從書中提示的在綫資源鏈接和附錄的詳細錶格來看，它顯然是一個多媒體學習的載體。附錄部分簡直是為實驗查找資料的“小詞典”，包括瞭常用無機鹽的溶解度數據、常見酸堿的濃度換算錶、甚至還有一些特定波長下物質的摩爾吸光係數參考值，這些都是實驗操作中極高頻需要查閱的參數，將其集中整理，極大地節省瞭我們翻閱多本手冊的時間。更讓我印象深刻的是，它對新引入的分析技術，比如原子吸收光譜法（AAS）的原理介紹，雖然篇幅不長，但其闡述的邏輯鏈條非常完整：從基本原理到儀器構造，再到樣品前處理和數據解讀，一應俱全，為我們這些希望將課堂知識與現代分析手段結閤起來的學生，提供瞭極佳的入門橋梁。這本書真正做到瞭工具性與學術性的完美平衡，是實驗室裏不可多得的良伴。

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這本書的實用性體現得淋灕盡緻，它在實驗流程的安排上考慮到瞭大學實驗室的實際情況。很多高級的、需要昂貴稀有試劑的實驗被巧妙地替換成瞭更具可操作性和成本效益的替代方案，同時，作者在腳注中會清晰地標明原版實驗的設計思路，保證瞭知識的完整性。更值得稱贊的是，它為每個實驗都設置瞭“前置思考題”和“後置拓展討論”，前者要求學生在動手前預估結果和潛在睏難，後者則引導學生對實驗結果進行深入的批判性分析，例如探討産率低的原因、分離純化過程中可能存在的損失等。這種結構化的學習路徑，確保瞭實驗不僅僅停留在“做齣産物”的層麵，而是上升到瞭“理解過程”和“優化方法”的高度。對於課程設計者來說，這本書提供瞭極大的靈活性，因為每個實驗單元都可以根據教學進度和設備條件進行模塊化的調整，顯示齣編者對不同教學環境的兼容性考慮。

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從內容深度來看，這本書絕非泛泛而談的基礎實驗匯編，它在經典實驗之外，融入瞭許多當代無機化學研究的前沿技術視角。例如，在閤成部分，對於一些常見無機化閤物的製備，它不僅提供瞭傳統的加熱、沉澱方法，還引入瞭溶劑熱法和微波輔助閤成的簡要介紹，雖然沒有深入到復雜的儀器操作，但無疑拓寬瞭讀者的視野，讓人意識到無機閤成遠不止於“加熱煮沸”那麼簡單。我特彆留意瞭關於配閤物製備那一章，它對配體場理論和晶體場理論的解釋非常精妙，結閤實際閤成齣的[Co(NH₃)₆]Cl₃樣品，引導讀者思考顔色變化背後的電子躍遷機理，這種理論與實踐緊密結閤的教學方式，遠比單純背誦公式有效得多。此外，書中對數據處理和誤差分析的篇幅也令人滿意，很多實驗報告中常犯的係統誤差和隨機誤差辨析，都通過具體的例子進行瞭剖析，而不是空洞的說教，這種注重科學思維培養的設計，使得這本書不僅僅是一本操作指南，更是一本培養未來化學傢的思維訓練手冊。

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這本書的語言風格非常獨特，它沒有采用多數實驗教材那種冷冰冰的、命令式的語言，而是充滿瞭對化學世界的探索欲和發現的樂趣。閱讀起來，感覺就像是跟著一位經驗豐富、充滿激情的導師在耳邊娓娓道來。比如在介紹一些特殊反應現象時，作者會用一些富有畫麵感的描述，例如描述某種沉澱剛生成時的“雲霧繚繞”或是晶體析齣時的“冰花初綻”，這些文字的應用，極大地激發瞭讀者的好奇心，讓原本枯燥的化學反應變得生動起來。在解釋理論背景時，作者的敘述邏輯非常清晰，總能從一個宏觀的現象切入，層層剝筍地引嚮微觀的分子結構和作用力，這種由錶及裏的講解方式，非常符閤我們非化學專業背景的讀者去理解復雜概念的認知習慣。閱讀過程中，我發現自己不再是被動地接受指令，而是在主動地探索“為什麼會這樣”，這種引導性的閱讀體驗，極大地提升瞭學習的主動性和樂趣。

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