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出版者:Academic Pr

作者:Schatten, Gerald P. (EDT)

出品人:

页数:353

译者:

出版时间:

价格:149.95

装帧:HRD

isbn号码:9780121531676

丛书系列:

图书标签:

• Developmental Biology
• Embryology
• Molecular Biology
• Genetics
• Cell Biology
• Animal Development
• Model Organisms
• Signaling Pathways
• Evolutionary Developmental Biology
• Stem Cells

《现代材料科学前沿：从纳米结构到宏观性能的深度探索》 内容简介 本书旨在为材料科学领域的研究人员、工程师及高年级本科生提供一个全面且深入的视角，聚焦于当前最具活力的研究方向和技术突破。我们不再局限于传统材料学的范畴，而是将目光投向原子尺度、界面行为以及材料在极端条件下的响应，探索如何通过精确调控微观结构来实现宏观性能的革命性飞跃。 本书结构分为七个主要部分，每一部分都代表了当代材料科学中一个至关重要的研究前沿。 --- 第一部分：纳米尺度结构与量子效应调控 本部分深入探讨了在纳米尺度下，材料所展现出的独特量子尺寸效应和表面现象。我们详细分析了二维（2D）材料，如石墨烯的更高阶衍生物（过渡金属硫化物、拓扑绝缘体）的电子结构设计与电子传输机制。特别关注了缺陷工程在调控2D材料导电性、催化活性和光电响应中的核心作用，并讨论了如何利用边缘效应和晶格应变来实现功能定制。 此外，我们对量子点（QDs）的合成方法学进行了详尽的评述，从传统的热解法到更具控制性的微流控技术。重点讨论了表面配体化学对量子点发光效率、稳定性和生物相容性的关键影响，并展望了其在下一代显示技术和生物成像中的应用潜力。我们运用第一性原理计算和密度泛函理论（DFT）方法，解析了纳米颗粒的电子能带结构与激子动力学，为理性设计高性能纳米器件提供了理论基础。 --- 第二部分：先进能源存储与转换材料 本部分聚焦于解决全球能源挑战的关键材料科学进展。在电池技术方面，我们对固态电解质的离子传导机制进行了深入剖析，对比了氧化物、硫化物和聚合物基固态电解质的优势与瓶颈。对高镍正极材料（如NMC和 NCA）在循环过程中的结构衰变、相变行为以及表面修饰策略进行了详尽的讨论，以期提升能量密度和循环寿命。 在催化领域，我们重点探讨了单原子催化剂（SACs）的设计原理与合成挑战。通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和X射线吸收谱（XAS）等先进表征技术，揭示了活性位点的结构演变与选择性催化反应机理，尤其是在析氢反应（HER）和氧还原反应（ORR）中的应用。我们还分析了光催化剂（如铋系化合物、碳氮化物）对太阳能到化学燃料转化的效率瓶颈与结构优化方向。 --- 第三部分：智能响应与自适应功能材料 这一章节关注那些能够感知环境变化（如温度、应力、光照、电场）并作出可逆响应的活性材料。我们详细阐述了形状记忆合金（SMAs）的热弹性马氏体相变动力学，以及如何通过微织构和晶界工程来优化其应力诱导相变的可逆性。 在磁性材料方面，我们深入研究了马格尼托电阻（MR）效应的最新进展，包括巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）器件的结构设计，以及斯格明子（Skyrmions）作为信息载体的潜力。同时，对电活性聚合物（EAPs）的机电耦合机理进行了分析，探讨了它们在软体机器人和人机接口技术中的应用前景。 --- 第四部分：生物医学界面与组织工程材料 本部分探讨了材料科学如何深度融入生命科学和医学领域。我们详细考察了生物相容性和生物活性材料的设计原则。重点讨论了可降解高分子（如PLGA、聚己内酯）的体内水解动力学、降解产物的毒性评估，以及如何通过精确控制降解速率来匹配组织修复的时间尺度。 在药物递送系统方面，我们分析了pH敏感、酶响应性智能纳米载体的构建策略，并结合计算模拟，预测了药物在复杂生物环境中的释放动力学。此外，对骨组织工程中仿生无机/有机复合支架的梯度设计、孔隙结构对细胞粘附、增殖和分化的影响机制进行了系统性的讨论。 --- 第五部分：高熵合金与极端环境材料 随着航空航天和核工业对材料性能要求的不断提升，本部分聚焦于能够承受极端温度、高辐照剂量和强腐蚀环境的新型合金体系。高熵合金（HEAs）作为核心内容，我们阐述了其“等原子比”或“近等原子比”设计理念，深入分析了面心立方（FCC）、体心立方（BCC）以及复杂晶体结构（如Laves相）的形成规则。我们通过实验和计算模拟相结合的方法，研究了高温蠕变行为、辐照损伤的抗性机制，以及微观结构（如析出相、孪晶界）在稳定性能中的作用。 此外，我们探讨了陶瓷基复合材料（CMCs）在超高温热防护系统中的应用，特别是纤维/基体界面处的化学兼容性及其对断裂韧性的影响。 --- 第六部分：计算材料学与数据驱动的发现 本部分强调了先进计算工具在加速材料发现中的核心地位。我们详细介绍了机器学习（ML）和人工智能（AI）在材料性能预测、高通量筛选和逆向设计中的应用框架。内容涵盖了如何构建高质量的材料数据库、特征工程（Descriptor Selection），以及使用深度学习模型来预测晶体结构稳定性、催化活性位点。 我们还对分子动力学模拟（MD）在理解复杂界面扩散、位错运动和聚合物缠结等动态过程中的应用进行了深入的阐述，并讨论了如何将先进的表征数据（如同步辐射衍射图谱）直接融入计算模型中，以实现“实验-模拟”的闭环验证。 --- 第七部分：增材制造（3D打印）中的材料科学挑战 本部分关注增材制造过程中，材料从粉末/丝材到最终致密部件的复杂物理和化学转变。我们分析了选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）工艺中，高冷却速率导致的微观结构演变，如亚结构（sub-grain）的形成、残余应力的分布及其对疲劳性能的影响。 特别地，我们探讨了各向异性问题——由于熔池的层层堆积特性，材料在不同方向上表现出性能差异。本书提出了梯度材料设计和多参数工艺优化策略，以有效控制打印过程中的熔池对流、凝固速率和气孔率，从而制造出具有定制化力学和功能性能的复杂结构。 --- 本书特色： 本书汇集了跨学科的最新研究成果，理论深度与工程应用紧密结合，通过大量详实的图表和案例分析，展现了材料科学领域蓬勃发展的面貌，是理解和推动下一代材料创新的必备参考书。

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