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出版者:

作者:Budinski, Kenneth G.; Budinski, Michael K.

出品人:

页数:818

译者:

出版时间:

价格:235.00

装帧:

isbn号码:9780130305336

丛书系列:

图书标签:

• 工程材料
• 材料科学
• 材料工程
• 金属材料
• 非金属材料
• 聚合物
• 陶瓷
• 复合材料
• 材料性能
• 材料应用

深入探索：材料科学的广阔天地（非《工程材料》简介） 主题：现代材料学的核心原理、前沿应用与未来趋势 引言：超越基础，洞察未来 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的材料科学概览，其视野超越了传统工程材料的范畴，直指当代科学研究与工业创新的前沿。我们聚焦于材料的本征特性、结构-性能关系、先进的制备技术以及在极端环境下的行为表现。本书将材料学视为一门跨学科的桥梁学科，连接着量子力学、热力学、固态物理以及具体的工程应用，致力于培养读者对新材料的发现、设计和定制的能力。 第一部分：原子尺度下的实在（Foundations at the Atomic Scale） 本部分将材料的本质回归到其最基础的构成层面——原子和电子。我们不会停留在晶体结构的基础介绍，而是深入探讨电子结构与材料宏观性能的决定性关联。 第一章：电子理论与能带结构的高级解析 本章详述了固体中电子的量子行为。我们将使用严谨的费米气体模型和布洛赫定理来解释金属、半导体和绝缘体的差异。重点将放在狄拉克锥（Dirac Cones）的物理意义，特别是在二维材料如石墨烯中的体现，以及如何通过掺杂和应变工程来精确调控材料的费米能级和导电特性。我们将深入分析电子-声子散射机制，以及它如何影响材料的高温导热和超导电性。 第二章：晶体缺陷的统计热力学与动力学 晶体缺陷不再被视为理想结构的偏差，而是功能和性能的载体。本章侧重于点缺陷（空位、间隙原子）的形成能和迁移能的计算方法，引入了缺陷工程的概念。讨论了位错的运动学，如何通过控制位错密度和交互作用来强化或软化材料，尤其是金属和陶瓷。同时，探讨了晶界扩散的非线性模型及其在微纳尺度器件中的影响。 第三部分：功能导向的结构设计（Function-Driven Structural Design） 本部分的核心在于如何基于特定的功能需求（如光、电、磁、热）来设计材料的微观结构，从而实现前所未有的性能组合。 第三章：智能与响应性材料 本章聚焦于那些能够对外部刺激（温度、电场、磁场、应力）做出可逆响应的材料。详述形状记忆合金（SMA）的马氏体相变机制，以及如何通过晶体学控制其应变恢复的效率和速度。深入分析压电、热释电和焦电材料的本构方程，并探讨它们在能量收集和高精度传感器中的最新应用，例如钙钛矿结构的优化策略。 第四章：先进光电子材料的能带工程 本章专注于半导体和光学材料的设计。我们着重探讨量子点（Quantum Dots）的尺寸量子效应，以及如何通过精确控制其粒径来调节发射波长，实现全彩显示。讨论了有机发光二极管（OLED）中激子动力学和界面钝化技术，以及如何利用拓扑绝缘体的表面态来实现低能耗的电子传输。此外，对新型太阳能电池材料，如钙钛矿和量子点太阳能电池的效率极限和长期稳定性挑战进行了深入剖析。 第五章：磁性材料与信息存储的未来 本章深入探讨磁性材料的微观磁矩排列、磁各向异性和畴壁动力学。内容涵盖巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR）的物理基础及其在自旋电子学（Spintronics）中的应用。重点分析了斯格明子（Skyrmions）作为信息载体的潜力，探讨了如何通过手性相互作用稳定和操控这些拓扑磁结构，以实现超高密度、低功耗的存储设备。 第三部分：极端环境下的材料行为与制备（Processing and Performance Under Extreme Conditions） 材料的实用性往往取决于其在非理想环境下的可靠性。本部分着重于极端环境下的材料失效机制和尖端制造技术。 第六章：高温、高辐照与腐蚀的界面科学 本章分析了材料在极端热力学条件下的演化。重点关注蠕变（Creep）的微观机理，区分晶内滑动和晶界滑移对高温承载能力的影响。在核能和航空领域，我们详细探讨了辐照损伤，包括空泡的成核、长大和对材料脆化的影响，以及如何通过合金化来增强抗辐照性能。此外，对复杂多相体系中的电化学腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）的动力学模型进行了深入的介绍。 第七章：增材制造（3D打印）中的微结构控制 本章将增材制造视为一种强大的结构控制工具，而非简单的成型工艺。我们不只是描述打印过程，而是剖析激光熔融池中的快速凝固动力学如何导致非平衡态微结构的形成，例如枝晶尺寸的细化和新相的析出。探讨了如何通过多参数的激光扫描策略来控制熔池的冷却速率和温度梯度，从而实现梯度功能材料（GFM）的直接制造，优化部件的残余应力和疲劳寿命。 第八章：纳米结构材料的尺度效应与设计 本章聚焦于材料尺寸进入纳米量级时，经典理论失效的原因。讨论了表面能对热力学稳定性的主导作用，以及在纳米晶体中，晶界体积比的增加如何导致强度和延展性的矛盾统一（如Hall-Petch关系的失效与反转）。详细分析了机械合金化和化学气相沉积（CVD）在制备高纯度、低缺陷的纳米粉末和薄膜中的关键技术控制点。 结论：跨越学科的材料设计哲学 本书最后总结了材料科学的最新范式转变——从“发现材料”到“设计材料”的转变。强调高通量计算（DFT、MD模拟）与实验验证相结合的循环迭代方法，是未来材料创新的核心驱动力。培养读者运用多尺度模拟工具来预测新结构的行为，实现对未来能源、信息技术和生物医学领域突破性进展的贡献。 本书内容结构严谨，理论深度足够，兼具对新兴材料与制造技术的广泛覆盖，适合高年级本科生、研究生以及致力于材料工程领域研发的专业人士阅读。

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这本书最令我惊喜的地方在于，它不仅仅提供信息，更激发思考。作者在讲解每一个材料种类时，都会引发一些关于“如果……会怎样？”的问题，或者提出一些尚未解决的技术难题。这让我觉得，这本书不是一个终点，而是一个起点，它鼓励我去探索、去质疑、去创新。我印象最深的是关于复合材料的部分，作者在分析了各种纤维和基体材料的优势后，并没有止步于此，而是深入探讨了如何优化界面设计，以达到最佳的协同效应。他还提到了当前复合材料在回收和寿命预测方面存在的挑战，并展望了未来的研究方向。这种前瞻性的视角，让我觉得这本书的价值远远超出了当下，它为我打开了一扇通往未来的窗户。我不仅学到了很多关于材料的知识，更重要的是，它培养了我解决复杂工程问题的能力和对科学研究的热情。我开始意识到，工程材料不仅仅是科学技术的载体，更是人类不断突破极限、创造更美好未来的重要驱动力。

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这本书给我的感觉就像是跟着一位经验丰富的工程师进行了一次深度访谈，虽然我们并没有真正面对面交流，但作者的文字却充满了亲切感和权威性。我特别欣赏他对于材料“生命周期”的探讨，不仅仅关注材料的性能，更深入地挖掘了材料从原材料采集、生产制造、使用维护，到最终回收或处理的全过程。这让我意识到，我们在选择材料时，不仅仅要考虑当下的需求，更要对环境和社会的长远影响有所顾虑。书中对可持续材料和绿色工程的介绍，尤其让我印象深刻。作者并非空泛地强调环保的重要性，而是列举了许多具体的技术和实践，比如生物基塑料的研发、循环经济在材料领域的应用等，这些都为我打开了新的思路。我之前很少会去思考一件产品最终的归宿，但读完这本书，我开始重新审视我身边的物品，思考它们是如何被制造出来的，以及它们在被淘汰后会去向何方。这种对材料背后伦理和社会责任的强调，让这本书的价值超越了纯粹的技术层面，上升到了人文关怀的高度。它不仅仅教给我“是什么”和“怎么做”，更让我思考“为什么”和“应该怎么做”。

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这本书真的让我大开眼界，虽然我对工程材料这个领域算是个门外汉，但读完之后，我感觉自己像是被灌输了大量关于这个世界的知识。它不像我之前看过的那些枯燥的教科书，里面充满了各种生动有趣的案例和清晰的图解，即使是复杂的理论，也能被讲解得通俗易懂。我尤其喜欢其中关于材料选择的部分，作者似乎总能预见到我可能会遇到的问题，然后提前给出非常实用的建议。例如，在讨论哪种合金最适合制造航空发动机叶片时，不仅仅是罗列出各种材料的性能参数，而是详细阐述了为什么在高温高压环境下，只有特定的材料组合才能满足严苛的要求，甚至还提到了制造过程中可能遇到的挑战和解决方案。这种深入浅出的讲解方式，让我觉得自己不仅仅是在被动地接受信息，而是在主动地探索和学习。我甚至发现，我之前对很多日常用品的理解也因此得到了颠覆。比如，我一直以为不锈钢都是一样的，但这本书让我了解到，原来不同牌号的不锈钢在性能和用途上有着天壤之别，有些甚至可以在极端环境下保持稳定性。这种对细节的关注，以及将理论与实际应用紧密结合的能力，是我在这本书中最大的收获。它不仅仅是一本关于材料的书，更像是一扇窗，让我得以窥见工程师们在设计和制造过程中所付出的智慧和努力。

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这本书的叙事方式非常吸引人，它没有采用那种枯燥的、按部就班的讲解模式，而是像一个经验丰富的向导，带领我穿越材料科学的迷人世界。作者善于运用类比和故事，将那些听起来高深的理论变得生动有趣。比如，在解释金属晶体结构时，他会用积木搭建的比喻；在讲述材料的疲劳失效时，他会引用桥梁倒塌的真实案例，并分析失效的原因。这种讲解方式让我不再感到学习的压力，反而充满了探索的乐趣。我尤其喜欢书中对于不同材料特性的对比分析，它不仅仅列出了各项指标，更深入地剖析了这些指标背后的物理和化学原理，以及它们如何影响材料的最终性能。例如，在讨论陶瓷材料的脆性时，作者详细解释了其微观结构上的缺陷是如何导致应力集中的，并且给出了提高其韧性的方法。这种循序渐进、由浅入深的讲解，让我对材料的理解更加透彻，也能够更好地判断哪种材料适用于何种场合。我甚至觉得自己已经能够开始独立思考一些材料选择的问题了。

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阅读这本书的过程，对我来说更像是一次思维的“淬炼”和“塑形”。作者以一种非常独特的方式，将材料科学的抽象概念与宏观工程的实际应用巧妙地融合在一起。我之前以为工程材料就是一堆冰冷的化学公式和物理定律，但这本书完全颠覆了我的认知。它让我看到了材料是如何成为现代文明的基石，从摩天大楼的钢筋水泥，到智能手机的芯片，再到飞机的蒙皮，每一个伟大的工程背后，都离不开对材料性能的深刻理解和精准运用。书中对各种新材料的介绍，比如纳米材料、智能材料等，更是让我惊叹不已。作者用生动的语言描绘了这些材料在未来可能带来的革命性变革，例如，纳米材料在医疗领域的应用，能够实现精准靶向治疗；智能材料则可以根据环境变化自动调整自身性能，应用前景广阔。我甚至觉得，这本书让我对“可能性”的定义都发生了改变。它不仅仅是知识的传递，更是一种对未来的展望和对创新的激励。每一次翻阅，我都能从中汲取新的灵感，让我对工程技术以及人类的创造力有了更深的敬畏。

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