Humanbiotechnology As Social Challenge pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Ashgate Pub Co

作者:Knoepffler, Nikolaus (EDT)/ Schipanski, Dagmar (EDT)/ Sorgner, Stefan Lorenz (EDT)

出品人:

页数:173

译者:

出版时间:

价格:1588.23元

装帧:HRD

isbn号码:9780754657552

丛书系列:

图书标签:

• 生物技术
• 社会挑战
• 人文主义
• 伦理学
• 科学社会学
• 技术评估
• 公共政策
• 生物伦理
• 未来学
• 科技与社会

《新材料的未来：从纳米技术到生物制造的革命》 内容简介 本书深入探讨了当代科学技术最前沿的交叉领域——新材料的研发、应用及其对人类社会产生的深远影响。我们正处于一个材料科学的黄金时代，从微观尺度的量子效应到宏观尺度的结构工程，材料的创新正以前所未有的速度重塑着工业、医学、能源和信息技术。本书旨在提供一个全面而深入的视角，剖析支撑未来技术进步的核心材料体系，并审视其在社会、经济和伦理层面带来的复杂挑战与机遇。 第一部分：纳米尺度的无限潜能 本部分聚焦于材料科学中最具革命性的领域之一：纳米技术。纳米材料因其独特的尺寸效应，展现出与块体材料截然不同的物理、化学和光学性质。 1.1 碳基纳米结构：石墨烯及其衍生物的崛起 我们首先详细阐述了石墨烯——这种仅有一个原子厚度的二维材料——如何彻底颠覆了材料学的传统认知。书中不仅分析了石墨烯卓越的导电性、机械强度和热传导性能，更着重探讨了其实际应用潜力。从超灵敏传感器到下一代柔性电子设备，石墨烯的批量生产和功能化是当前工业界面临的关键瓶颈。此外，书中还涵盖了富勒烯和碳纳米管的最新研究进展，特别是它们在催化剂和能量存储方面的应用，强调了如何通过精确控制碳结构来调控材料性能。 1.2 量子点与先进光学材料 量子点（Quantum Dots, QDs）作为半导体纳米晶体，因其尺寸依赖的光谱可调谐性，在显示技术和生物成像领域掀起了一场革命。本书深入解析了量子点的合成方法（如湿化学法）及其尺寸与发光波长之间的精确关系。我们探讨了它们在QLED显示屏中如何实现更高的色域和效率，以及在癌症诊断和靶向药物递送中作为高效荧光探针的潜力。同时，对钙钛矿纳米材料在高效太阳能电池中的研究现状及其长期稳定性的挑战进行了批判性分析。 1.3 智能与响应性纳米材料 材料不再是被动的结构单元，而是能够对环境刺激做出反应的“智能体”。本章介绍了形状记忆聚合物、自修复材料以及磁控或光控的纳米复合材料。例如，探讨了如何利用温敏水凝胶在特定温度下释放药物，实现精准的医疗干预。自修复材料的研究被视为延长产品寿命、减少维护成本的关键，书中详细描述了微胶囊破裂-聚合反应修复机制的工程实现。 第二部分：前沿结构材料与能源转型 材料是实现全球能源转型和基础设施现代化的基石。本部分关注那些驱动重工业和可持续发展变革的核心结构与功能材料。 2.1 高性能金属与合金设计 传统金属材料正通过先进的冶金技术向更高强度、更轻重量和更强抗腐蚀性迈进。本书详细介绍了增材制造（3D打印）技术如何改变了金属部件的制造范式，使得复杂几何结构和梯度材料成为可能。重点分析了高熵合金（HEAs）的研究前沿，这些合金因其结构上的高无序性，展现出在极端温度和高应力环境下的优异性能，对航空航天和核能领域具有决定性意义。 2.2 新型储能材料的突破 面对气候变化的挑战，高效的能量存储是关键。本书对下一代电池技术进行了深入剖析，重点关注固态电解质在锂离子电池安全性和能量密度提升中的作用。此外，对钠离子电池、镁电池等后锂离子技术的潜力和商业化障碍进行了客观评估。在电化学领域，超级电容器和燃料电池所需的催化剂材料（如非贵金属催化剂）的研发进展，构成了本章的核心内容。 2.3 结构复合材料的轻量化革命 先进复合材料，特别是碳纤维增强聚合物（CFRP）和陶瓷基复合材料（CMCs），是实现交通工具轻量化的主要驱动力。书中详细对比了不同纤维增强体系的力学性能、成本效益和回收处理的挑战。特别关注了热塑性复合材料在航空内饰和汽车结构件中的应用，它们因易于热塑成型和回收而被视为比热固性树脂更有前景的未来方向。 第三部分：生物界面与可持续制造 材料科学正与生命科学和环境科学深度融合，催生出全新的技术领域和可持续发展路径。 3.1 生物相容性与植入式材料 医学领域对材料的需求日益复杂化，要求材料不仅具备机械稳定性，还要能与复杂的生物环境和平共处，甚至诱导特定的生物反应。本章涵盖了生物活性玻璃、可降解聚合物（如PLA、PCL）在骨组织工程和药物缓释系统中的应用。深入探讨了表面工程技术，如何通过图案化或功能化涂层来控制细胞粘附、增殖和分化，以优化医疗植入物的长期成功率。 3.2 绿色化学与循环经济中的材料 追求可持续性是当代材料研究不可回避的责任。本书批判性地考察了材料的整个生命周期——从原材料获取到最终处置。重点介绍了利用生物质或废弃物作为原料合成新型聚合物和燃料的技术（生物基材料）。同时，深入分析了关键稀有元素（如稀土元素）的回收技术，以及开发具有内在可回收性的新型聚合物设计策略，旨在构建闭环的材料经济系统。 3.3 增材制造（AM）对材料分散与定制化的影响 增材制造不仅仅是一种制造方法，它本质上是一种材料沉积和组织控制的技术。本书阐述了如何通过精确控制沉积路径和能量输入（如激光或电子束），来“打印”出具有特定微观结构的梯度功能材料，这是传统减材制造无法企及的。这种能力极大地推动了按需制造和高度定制化产品的可行性。 结论：材料创新的社会责任 本书最后总结道，新材料的快速发展带来了巨大的社会福祉潜力，但也伴随着显著的监管和伦理考量。材料的生命周期环境影响评估（LCA）必须成为研发初期就必须纳入的环节。材料科学的未来要求研究人员、工程师、政策制定者和公众之间进行更紧密的对话，确保技术进步以负责任和公平的方式服务于全人类的福祉。本书旨在为政策制定者、资深科研人员以及对未来技术充满热情的读者，提供一个认识和驾驭这场材料革命的必备指南。

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