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出版者:Springer Verlag

作者:Hartsuijker, C./ Welleman, J. w.

出品人:

頁數:896

译者:

出版時間:2006-6

價格:$ 101.64

裝幀:HRD

isbn號碼:9781402041235

叢書系列:

圖書標籤:

• 工程力學
• 力學
• 工程
• 物理學
• 大學教材
• 高等教育
• 靜力學
• 動力學
• 材料力學
• 結構力學

現代材料科學進展：從基礎理論到前沿應用 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，探索現代材料科學領域的最新發展、核心理論及其在各個工程和科技領域中的前沿應用。 本書聚焦於材料的微觀結構、宏觀性能之間的內在聯係，並著重介紹如何通過材料設計和製備工藝的創新來突破現有技術的瓶頸。 --- 第一部分：材料科學基礎與前沿理論 本部分奠定瞭理解現代材料行為的理論基石，並引入瞭驅動當前材料科學革命的幾個關鍵概念。 第一章：晶體結構與缺陷工程 本章詳細闡述瞭固體材料的晶體學基礎，從布拉維點陣到密堆積結構，並深入分析瞭不同晶體缺陷（點缺陷、綫缺陷、麵缺陷和體缺陷）對材料力學、電學和熱學性能的決定性影響。重點討論瞭非平衡態缺陷的調控技術，例如通過快速凝固或輻照誘導的亞穩態結構，及其在提高材料硬度和韌性方麵的潛力。我們探討瞭位錯理論的最新發展，包括高熵閤金中復雜位錯網絡的形成與運動機製，以及如何利用這些機製實現超高強度與良好塑性的協同優化。 第二章：熱力學與相圖的現代詮釋 材料的穩定性和相變行為是其應用潛力的核心。本章超越瞭傳統的吉布斯自由能概念，引入瞭統計力學在材料係統中的應用，特彆是濛特卡洛模擬和分子動力學方法在預測復雜多組分體係相圖中的作用。我們詳細分析瞭非理想溶液的熱力學處理，如亞穩態的識彆與穩定化，以及相變動力學（形核與長大理論）在快速冷卻或高壓條件下如何被重塑。特彆關注瞭梯度材料和多相復閤材料中的界麵熱力學效應。 第三章：量子力學與材料性質的預測 本部分是理解材料本徵性質的關鍵。我們聚焦於第一性原理計算（如密度泛函理論，DFT）在預測電子結構、能帶結構、缺陷形成能和化學鍵閤方麵的強大能力。詳細闡述瞭如何利用這些計算工具來設計具有特定電子、光學和磁學特性的新型功能材料，如拓撲絕緣體和二維材料。此外，本章還探討瞭從頭算方法在模擬原子尺度反應、催化劑錶麵吸附動力學中的應用。 --- 第二部分：先進功能材料的創新與製備 本部分著眼於當前科研和工業界最關注的一類具有特定宏觀功能的材料，以及實現這些功能所需的先進製造技術。 第四章：高熵與多主元閤金的復雜性 傳統閤金設計依賴於主元素和少量添加劑的模式，而高熵閤金（HEAs）的齣現徹底改變瞭這一範式。本章深入探討瞭HEAs的“高熵效應”和“遲滯效應”，以及如何通過組元數量和比例的組閤來獲得麵心立方（FCC）、體心立方（BCC）或有序化閤物等結構。重點剖析瞭HEAs在極端溫度（高溫蠕變和低溫韌性）下的獨特性能錶現，並介紹瞭增材製造（3D打印）技術在製備成分均勻、組織受控的復雜HEAs部件中的優勢與挑戰。 第五章：能源存儲與轉換材料 本章聚焦於可持續能源領域的核心材料。對於電池技術，我們詳述瞭固態電解質的離子導電機製、界麵阻抗問題，以及矽基負極材料的體積膨脹控製策略。在光伏領域，重點分析瞭鈣鈦礦材料的缺陷鈍化技術，以解決其長期穩定性和濕度敏感性問題。此外，本章還介紹瞭用於高效電催化和燃料電池的納米結構催化劑的設計原則，特彆是單原子催化劑的構築方法。 第六章：智能與自適應材料係統 本章關注那些能夠對外界刺激（如溫度、應力、電場、光照）做齣響應並改變其自身性質的材料。詳細討論瞭形狀記憶閤金（SMAs）和壓電/電活性聚閤物的工作機理，以及如何利用微流控技術精確控製這些智能材料的微結構以優化響應速度和循環穩定性。特彆探討瞭自修復材料的動態共價鍵網絡設計和微膠囊破裂釋放修復劑的機製，以延長結構件的使用壽命。 --- 第三部分：先進錶徵技術與計算模擬的融閤 要理解和設計新材料，必須依賴於精確的錶徵手段和可靠的預測模型。本部分介紹瞭當前最尖端的實驗技術及其與計算科學的深度結閤。 第七章：原子尺度成像與譜學分析 本章詳細介紹瞭球差校正透射電子顯微鏡（STEM/TEM）在實現原子級分辨率成像和元素空間分布分析中的最新進展，特彆是高角度環形暗場（HAADF）和環形明場（ADF）成像的定量分析。同時，重點介紹瞭同步輻射光源技術在原位（in-situ）X射綫吸收譜（XAS）和散射（XRS）中的應用，使我們能夠在真實工作條件下（如電化學循環中）實時監測材料的結構演變和化學態變化。 第八章：計算材料學與材料基因組計劃 本章探討瞭如何利用高通量計算（High-Throughput Computing）和機器學習（ML）來加速新材料的發現流程。詳細介紹瞭如何構建和訓練機器學習模型，利用現有的材料數據庫（如Materials Project）來預測新的穩定相、優化閤金成分，或建立性能-結構關係。討論瞭貝葉斯優化在尋找最佳工藝參數方麵的應用，以及如何確保計算預測結果能夠被實驗可靠地驗證。 第九章：界麵與錶麵的控製工程 材料的性能往往受限於其界麵和錶麵。本章深入研究瞭薄膜沉積技術（如原子層沉積ALD和脈衝激光沉積PLD）對界麵能、應力匹配和異質結形成的影響。討論瞭錶麵能對納米粒子形貌控製的重要性，以及如何利用等離子體增強技術在分子層麵調控材料錶麵化學活性，以優化其在催化、傳感器和生物醫學植入物中的性能。 --- 結語：麵嚮未來的多尺度材料設計範式 本書的最終目標是引導讀者建立一種多尺度、跨學科的材料設計思維。從量子力學的基本方程齣發，通過分子動力學模擬過渡到微觀結構演化，最終通過先進製造技術實現宏觀工程應用。本書不僅是理論的匯編，更是對如何利用跨越多個數量級（從皮米到米）的知識體係來解決21世紀工程挑戰的係統性探討。 本書適閤於材料科學、化學工程、機械工程、物理學及相關領域的本科高年級學生、研究生以及緻力於材料創新和工藝優化的專業工程師和研究人員閱讀。

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