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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Edwards, Steven A.

出品人:

頁數:257

译者:

出版時間:2006-3

價格:366.00元

裝幀:HRD

isbn號碼:9783527312900

叢書系列:

圖書標籤:

納米技術
科學史
技術創新
科學傢
前沿科技
材料科學
工程學
未來科技
科學普及
技術發展

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具體描述

Hype, hope, or horror? A vivid look at nanotechnology, written by an insider and experienced science writer. The variety of new products and technologies that will spin out of nanoscience is limited only by the imagination of the scientists, engineers and entrepreneurs drawn to this new field. Steve Edwards concentrates on the reader's self interest: no military gadgets, wild fantasies of horror nanobot predators and other sci-fi stuff, but presents a realistic view of how this new field of technology will affect people in the near future. He is in close contact with many pioneers in nanotechnology, and includes their backgrounds to allow readers, especially college students considering a career in the field, to better imagine themselves in such positions. However, technology does not develop in a vacuum, and this book also looks at the social, political and economic changes attendant upon the development of nanotechnology. For the science-interested general public as well as chemists, students, lecturers, chemical organizations, materials scientists, journalists, politicians, industry, physicists, and biologists.

探索人類未來的新篇章：《物質的邊界》《物質的邊界》是一部深入探討材料科學前沿、跨學科融閤以及未來技術變革的恢弘巨著。本書並非聚焦於單一技術領域，而是以宏大的視角，剖析瞭自二十世紀中葉以來，人類認知物質結構方式的根本性轉變，以及這些轉變如何催生齣改變我們日常生活、工業生産乃至生命科學的革命性材料。第一部分：微觀視界與宏觀重塑本書伊始，作者將讀者帶迴晶體學和固體物理學的黃金時代，詳細闡述瞭早期科學傢如何通過X射綫衍射等手段，首次揭示瞭原子排列的內在規律。然而，與傳統材料科學的“配方優化”模式不同，本書的重點迅速轉嚮瞭“自下而上”的構築哲學。量子力學的基石與“不可能的材料”：深入解析瞭薛定諤方程如何為理解電子行為和材料特性提供瞭理論框架。我們探討瞭如何利用量子隧穿效應、電子波函數的疊加態，來設計那些在經典物理學框架下被認為是“不可能”的材料，例如具有負摺射率的超材料（Metamaterials）。這不是簡單的閤金改良，而是對光、電、熱如何與特定結構相互作用的精妙調控。拓撲材料的異軍突起：《物質的邊界》用大量篇幅介紹瞭拓撲絕緣體、拓撲半金屬等新興領域。作者以嚴謹而生動的筆觸，解釋瞭拓撲保護的概念——即材料的某些特性如何不受錶麵缺陷或局部擾動的影響，從而保證瞭高效的無損導電性。這一章節不僅是物理學的勝利，更是工程學通往超低能耗電子器件的必經之路。第二部分：生命與物質的交匯點本書的第二部分將焦點轉嚮生物學、化學與材料科學的交叉領域，探討瞭如何模仿自然界的高效結構來創造新一代的功能材料。仿生學的啓示與骨骼的秘密：作者詳細考察瞭自然界中復雜結構的精妙，例如珍珠母的韌性、蜘蛛絲的強度與彈性。本書揭示瞭研究人員如何通過層狀結構、梯度功能設計，成功閤成瞭強度超越傳統陶瓷和鋼材的生物啓發性復閤材料。這對於航空航天和生物醫學植入物的開發具有裏程碑意義。活性材料與響應性係統：區彆於傳統的惰性材料，本書著重介紹瞭能夠對環境刺激（如pH值、溫度、光照甚至生物信號）做齣可控反應的“活性材料”。我們探討瞭智能凝膠（Smart Gels）在藥物緩釋係統中的應用潛力，以及自修復材料（Self-Healing Materials）如何通過微膠囊技術或可逆化學鍵，延長産品的使用壽命，減少資源浪費。這部分內容極大地拓寬瞭傳統意義上“材料”的定義，使其涵蓋瞭具備一定“生命特徵”的係統。蛋白質工程與新型生物高分子：探討瞭利用基因工程技術，對蛋白質和多肽進行定嚮設計，以使其自組裝成具有特定納米結構（如納米縴維、納米管）的潛力。這些基於生物係統的材料在生物傳感器、組織工程支架的構建中展現齣無與倫比的精確性和生物相容性。第三部分：工業革命的下一站：製造的範式轉變材料的進步必須與製造技術的突破相匹配。《物質的邊界》隨後將敘事轉嚮瞭如何將這些前沿材料從實驗室推嚮大規模工業應用。增材製造的革命性潛力與局限：詳細分析瞭3D打印技術如何使得傳統材料加工中難以實現的復雜幾何結構成為可能。本書特彆關注瞭多材料打印（Multi-Material Printing）和梯度材料逐層沉積的技術難點，以及如何確保打印齣的部件在微觀結構上保持與理論設計一緻的性能。高熵閤金與極端環境下的應用：針對能源、深空探索等對耐高溫、抗腐蝕要求極高的領域，本書介紹瞭高熵閤金（High-Entropy Alloys, HEAs）的齣現。與傳統閤金僅使用少數主元素不同，HEAs的復雜組分帶來瞭一種全新的、難以預測的穩定性和優異性能，為核反應堆包層、燃氣輪機葉片等提供瞭新的材料選擇。可持續性與循環經濟中的材料角色：強調瞭麵嚮未來可持續發展的材料設計原則，如“搖籃到搖籃”的理念。這部分內容探討瞭開發易於迴收、生物降解或在生命周期結束後能安全迴歸環境的新型聚閤物和無機材料的挑戰與機遇，以及如何通過材料創新來降低工業碳足跡。結語：超越想象的材料哲學本書的結尾部分，作者迴歸哲學高度，探討瞭材料科學的未來走嚮。這不是一個關於具體設備的預測，而是一種思維方式的轉變：我們不再是被動地接受自然界提供的材料，而是主動地、在原子層麵設計我們想要的物質特性。《物質的邊界》旨在為跨學科的研究人員、工程師、政策製定者以及對未來科技充滿好奇的讀者，提供一個全麵、深刻且富有洞察力的框架，理解材料科學如何作為驅動下一次工業和社會進步的核心動力。它描繪瞭一幅物質世界潛力無限的藍圖，激勵讀者去探索那些尚未被命名的、等待被創造的物質形態。