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页数:120

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出版时间:2008-6

价格:20.00元

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isbn号码:9787306030788

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现代材料科学导论 作者： 张伟 教授, 李明 博士 出版社： 科学技术出版社 出版日期： 2023年10月 --- 内容概要 《现代材料科学导论》旨在为材料科学领域的新手提供一个全面而深入的知识框架。本书系统地介绍了构成现代工程和技术基础的各类材料的结构、性能、制备以及应用。它不仅仅是简单地罗列材料的特性，更侧重于从微观结构层面理解材料宏观性能的形成机制，从而指导材料的设计与选择。 全书共分十五章，结构紧凑，逻辑清晰。前三章主要聚焦于材料科学的基础理论，包括原子结构、晶体结构、晶体缺陷及其对材料性能的初始影响。随后，本书将视角转向四大类主要工程材料：金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。对于每类材料，作者都详细阐述了其独特的微观结构特征、典型的力学、热学、电学和光学性能，以及主流的制备工艺。 特别值得一提的是，本书在“功能材料”部分进行了深度拓展，涵盖了半导体材料、磁性材料、压电材料和智能材料等前沿领域，这些内容对于理解当前信息技术和能源技术的发展至关重要。 章节详细介绍 第一部分：材料科学基础 (Ch. 1 - Ch. 3) 第1章：材料科学概论与原子结构 本章首先界定了材料科学的范畴及其在现代工程中的核心地位。接着，深入探讨了原子结构的基础，包括量子力学对电子排布的描述，化学键的类型（离子键、共价键、金属键、范德华力）及其对材料宏观性质的决定性影响。重点分析了电负性和有效核电荷如何调控材料的结合强度与导电性。 第2章：晶体结构与晶体学 详细介绍了理想晶体结构，包括体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方密堆积（HCP）等基本晶格类型。通过布拉维点阵的概念，阐明了晶体结构的对称性。引入了密堆积指数、晶面指数（密勒指数）和晶向指数的计算方法，这些工具是后续分析材料塑性和断裂行为的基础。本章还涵盖了非晶态材料的结构特征，与晶态材料进行对比。 第3章：晶体缺陷与扩散 本章是连接微观结构与宏观性能的关键。系统分类和描述了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。重点分析了位错如何实现金属的塑性变形，并引入了位错的运动学原理。此外，详细讨论了原子扩散的机理（间隙扩散与格点扩散），以及扩散在热处理、渗碳等过程中的重要性，并给出了菲克定律的应用实例。 第二部分：四大类工程材料 (Ch. 4 - Ch. 8) 第4章：金属材料 金属材料是机械工程的基石。本章深入解析了纯金属和合金的相图（单相区、共晶、共析等），并重点讲解了铁碳合金（钢和铸铁）的热处理工艺，如退火、正火、淬火和回火，及其对强度和韧性的影响。对于非铁合金，如铝合金和铜合金，分析了固溶强化、晶界强化和沉淀强化的机制。 第5章：陶瓷材料 陶瓷材料以其优异的耐高温性、耐磨性和电绝缘性著称。本章区分了氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。着重讨论了陶瓷材料的离子性和共价键特性如何导致其脆性断裂行为，并引入了断裂韧性的概念。制备方面，重点介绍了粉末冶金和烧结过程，以及晶界在提升陶瓷性能中的作用。 第6章：高分子材料 本章聚焦于有机高分子，包括热塑性塑料、热固性塑料和弹性体。详细解释了分子量、分子量分布、链结构（线性、支化、交联）对聚合物力学性能的影响。讨论了玻璃化转变温度 ($T_g$) 和熔点 ($T_m$) 的测量方法及其工程意义。高分子材料的蠕变和应力松弛现象也得到了深入分析。 第7章：复合材料 复合材料通过结合不同材料的优点来克服单一材料的局限性。本章主要分类介绍纤维增强复合材料（如玻璃纤维、碳纤维）和颗粒增强复合材料。重点分析了界面对载荷传递效率的关键作用，并介绍了连续纤维和不连续纤维增强体系的力学分析模型。 第8章：材料的变形与断裂 本章将结构与性能的联系推向高潮。详细讨论了弹性变形（胡克定律）和塑性变形（位错滑移与孪生）。在断裂方面，区分了韧性断裂和脆性断裂，介绍了断裂韧性指标 $K_{IC}$ 和疲劳（高周疲劳、低周疲劳）的概念，并展示了 S-N 曲线的应用。 第三部分：功能材料与前沿领域 (Ch. 9 - Ch. 15) 第9章：半导体材料与器件基础 本书为电子工程背景的读者提供了必要的材料学基础。详细阐述了本征半导体、N型和P型掺杂，以及PN结的形成和特性。讨论了硅基半导体的制备技术（如CZ法）和薄膜沉积技术。 第10章：磁性材料 本章介绍了铁磁性、反铁磁性和抗铁磁性的微观起源（交换作用）。讲解了磁畴结构、磁滞回线参数（矫顽力、剩磁）的测量与调控。对比了软磁材料（如铁氧体）和硬磁材料（如NdFeB永磁体）的制备与应用。 第11章：电介质与电化学材料 关注材料的介电响应，包括极化机制和介电常数。深入探讨了电容器、压电材料（如PZT）的工作原理及其在传感器和执行器中的应用。 第12章：光学材料 讨论了光与物质的相互作用，包括光的吸收、发射和散射。介绍了透明陶瓷、光纤材料以及非线性光学材料的基本特性。 第13章：环境与能源材料 这一章关注材料在可持续发展中的作用。重点介绍了太阳能电池材料（光伏效应）、燃料电池电极材料以及储能材料（锂离子电池正负极材料）的性能要求和挑战。 第14章：材料的腐蚀与防护 腐蚀是工程中的主要失效模式之一。本章阐述了电化学腐蚀的原理，区分了均匀腐蚀和局部腐蚀（点蚀、应力腐蚀）。详细介绍了阴极保护、涂层技术和缓蚀剂的应用。 第15章：计算材料学与材料基因组计划 本章展望了材料科学的未来发展方向。介绍了密度泛函理论（DFT）在预测材料性能中的应用，以及高通量计算和数据挖掘在加速新材料发现中的作用。 --- 本书特色 1. 结构化教学设计： 每章后附有“关键概念回顾”和“工程应用案例分析”，以巩固理论知识并展示其实际价值。 2. 性能与结构联动： 始终强调“结构决定性能”的主线，帮助读者建立从原子尺度到宏观行为的完整认知链条。 3. 前沿技术覆盖： 紧跟半导体、新能源和智能材料的最新研究进展，确保内容与时俱进。 4. 深度分析而非罗列： 书中包含大量的公式推导和机理分析，而非仅仅停留在材料参数的简单对比上。 本书非常适合作为大学本科生（材料科学、机械工程、化学工程、电子工程等专业）的教材，同时也是相关领域工程师和研究人员进行跨学科学习的理想参考书。

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这本书的价值，远超出了其作为一本“学习工具书”的定位。它更像是一部浓缩了数十年行业智慧的精粹集。我尤其欣赏其中对“工艺优化”那一块的探讨。它没有给出标准化的、一成不变的解决方案，而是引导读者去理解在特定约束条件下（如成本、安全、环境影响等）如何进行动态决策。书中穿插的许多‘经验之谈’和‘陷阱警示’，是那些只看理论手册绝对学不到的宝贵财富。这些内容往往以小标题或侧边栏的形式出现，看似不起眼，却往往是解决实际工程事故或提升效率的关键所在。比如，关于设备选型时对材质腐蚀性的长期预测分析，其深度远超一般大学教材的肤浅介绍。这让我意识到，真正的工程能力，不仅仅是掌握公式，更在于对不确定性和风险的敬畏与掌控。这本书为我构建了一个成熟工程师的思维模型，教会我如何以一种系统性的、负责任的态度去面对复杂的工程问题。

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不得不提的是，这本书在语言风格上的处理，简直是教科书写作的一个典范——精确而不失生动，严谨而不呆板。很多技术书籍读起来都像是在啃干面包，味同嚼蜡，让人昏昏欲睡。但这本书的作者显然对文字有着高超的驾驭能力。他们的遣词造句既保证了化工术语的专业准确性，又在描述复杂现象时，运用了非常精炼且富有画面感的语言。例如，在描述流体在复杂管道网络中流动时的阻力变化时，那种‘层层叠压、步步为营’的文字描述，让原本枯燥的能量守恒方程变得有血有肉。读起来非常顺畅，即使面对一些前沿或跨学科的内容，也能迅速抓住核心要义。这种流畅的阅读体验，极大地降低了学习的心理门槛，让我感觉自己不是在被动接受知识灌输，而是在与一位高明的导师进行深入的对话。这对于需要长时间保持专注力的读者来说，无疑是一个巨大的加分项。

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这套书的装帧实在称得上是业界良心，从纸张的选择到印刷的精细度，都透着一股沉稳和专业的气息。我尤其欣赏它在内容组织上的那种匠心独运。它不像某些教科书那样，把知识点堆砌得毫无章法，让人望而生畏。相反，这里的编排逻辑性极强，仿佛有一位经验丰富的老教授，耐心地引导你一步步深入。每一个章节的过渡都处理得非常自然，让你在不知不觉中就完成了从基础概念到复杂应用的跨越。特别是那些案例分析的部分，选取得非常巧妙，既贴合实际工业生产中的常见难题，又不会因为过于专业化而让初学者感到无从下手。书中的图示和流程图，线条清晰，注释详尽，即便是那些抽象的物理化学过程，也能通过这些直观的表达变得清晰明了。我可以毫不夸张地说，光是翻阅这本书，就已经是一种学习的过程，它构建了一个非常扎实的知识框架，让我对整个化工领域的宏观图景有了更深刻的理解。这种用心做出来的书，绝对是值得放在案头时常翻阅的宝典，而不是束之高阁的摆设。

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从排版和索引设计的角度来看，这本书的设计团队显然也投入了巨大的心血，体现了对读者使用习惯的深刻洞察。书本的开本适中，既方便携带，又保证了图表的展示空间足够。更让人称道的是它的索引系统——不仅有详尽的术语索引，居然还设置了“关键公式/定理索引”以及“典型实验方法索引”。这意味着，如果我需要快速回顾某一特定概念或公式的应用场景，我不需要翻遍整本书，只需要查阅对应的索引条目，就能迅速定位到相关的理论阐述和例题解析。这种极高的可检索性，在需要快速查阅资料或复习重点时，展现出无与伦比的效率优势。这种对细节的极致关注，真正体现了出版方对学术严谨性和读者体验的双重承诺。可以说，这本书在硬件和软件（内容和设计）两方面都达到了极高的水准，完全称得上是化工领域内一本值得珍藏的里程碑式的著作。

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阅读这本教材的体验，简直就像是进行了一次高质量的思维体操。它的深度和广度都达到了一个令人惊叹的平衡点。我过去在自学相关领域时，经常遇到那种“知其然，而不知其所以然”的困境，总觉得理论和实际操作之间隔着一层看不透的迷雾。然而，这本书巧妙地利用了大量的对比论证和类比推理，将那些晦涩难懂的数学模型和热力学定律，转化成了可以触摸、可以感知的工程实在。比如，在讲解反应动力学那一章，作者没有简单地罗列公式，而是通过历史上的几次关键实验突破作为引子，让你明白这些公式是如何在解决实际瓶颈中被‘打磨’出来的。这种叙事方式，极大地激发了我的学习兴趣，让我不再仅仅是为了应付考试而死记硬背，而是真正地想去探究其背后的科学原理。更难能可贵的是，它对不同工艺路线的优缺点进行了深入的批判性分析，而不是简单地歌颂某种技术，这种严谨的科学态度，是任何一个有志于工程研究的人都应该学习的。

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