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頁數:388

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出版時間:2009-9

價格:37.50元

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isbn號碼:9787811177664

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現代材料科學與工程基礎：探究物質的宏觀與微觀世界 本書簡介 《現代材料科學與工程基礎》是一部全麵、深入的教科書，旨在為材料科學、化學工程、物理學以及相關工程領域的學生和研究人員提供堅實的理論基礎和前沿的應用視角。本書摒棄瞭傳統材料學科的局限性，以跨學科的視野，係統闡述瞭從原子尺度到宏觀性能的材料設計、製備、錶徵與應用的全過程。全書內容緊密結閤當前科技發展的熱點，如新能源技術、生物醫學工程、信息技術等，力求展現材料科學作為現代工業基石的廣闊前景。 --- 第一部分：材料的微觀結構與熱力學基礎 (The Microstructure and Thermodynamic Foundation) 本部分著重於建立理解材料行為的底層邏輯，從最基本的物質構成和能量角度切入。 第一章：物質的原子尺度與鍵閤理論 本章深入探討瞭固體材料的原子排列規律，包括晶體結構的基本概念，如晶胞、晶係、晶格點陣等。詳細分析瞭不同類型的化學鍵（離子鍵、共價鍵、金屬鍵、範德華力和氫鍵）的本質及其對材料宏觀性質的影響。特彆引入瞭電子結構理論（如能帶理論的簡化模型），解釋瞭導體、半導體和絕緣體之間區分的物理根源，為後續的電學性能討論奠定瞭基礎。 第二章：晶體缺陷與非晶態結構 材料的宏觀性能往往由其微觀缺陷所決定。本章係統分類和描述瞭點缺陷（空位、間隙原子、取代原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界、孿晶界）。對位錯的類型（刃型、螺型、混閤型）及其在塑性變形中的運動機製進行瞭詳盡的幾何分析和力學解釋。同時，對比瞭晶態與非晶態材料（如玻璃、高分子）在結構上的根本差異，以及非晶態材料的短程有序特性。 第三章：材料的熱力學基礎 本章側重於熱力學在材料科學中的應用。內容涵蓋瞭吉布斯自由能、相平衡的判斷標準以及化學勢的概念。重點討論瞭相圖的繪製與解讀，包括單組分、二元及簡單三元係統的相圖分析方法，例如杠杆原理和冷卻麯綫的分析。此外，引入瞭熱力學在擴散過程中的驅動力，為後續的材料動力學和熱處理過程的理解做鋪墊。 第四章：材料的動力學過程 材料的結構和性能並非一成不變，而是受時間影響的。本章聚焦於擴散現象，詳細闡述瞭菲剋第一和第二定律，並分析瞭擴散係數的溫度依賴性（阿倫尼烏斯關係）。此外，本章還探討瞭形核與長大理論在相變過程中的應用，特彆是貝拉尼尼生長模型在描述晶粒生長和沉澱形成中的作用。 --- 第二部分：結構與性能的耦閤 (Coupling of Structure and Properties) 本部分是本書的核心，將微觀結構與材料的機械、電學、熱學和光學性能緊密聯係起來進行分析。 第五章：力學性能與變形機理 本章係統介紹瞭材料的力學性能測試方法（拉伸、壓縮、彎麯、衝擊和硬度測試）。深入分析瞭彈性形變（鬍剋定律與楊氏模量）、粘彈性行為（蠕變與應力鬆弛）和塑性形變（位錯運動、加工硬化）。針對脆性材料，討論瞭斷裂力學的基礎（應力強度因子、斷裂韌性$K_{IC}$）以及疲勞斷裂的機製和壽命預測模型。 第六章：電學與磁學性能 本章詳細闡述瞭電子在固體中的傳輸機製。對於導體，分析瞭電阻率與晶格振動、雜質散射的關係。對於半導體，深入探討瞭本徵半導體、N型和P型摻雜半導體的載流子濃度、遷移率和費米能級的概念，以及PN結的形成。在磁學方麵，講解瞭磁疇、磁化過程（可逆與不可逆過程），分類介紹瞭鐵磁性、反鐵磁性和抗磁性的微觀根源。 第七章：熱學與光學性能 本章探討瞭材料如何響應熱刺激和光輻射。熱學性能部分側重於熱導率的微觀機製（聲子輸運），以及熱膨脹係數的測定與應用。光學性能部分，聚焦於光的吸收、反射和透射過程，根據能帶結構解釋瞭透明材料、顔色形成以及光電效應的基本原理。 第八章：功能材料概述 本章作為過渡，簡要介紹瞭當代工程中不可或缺的功能材料類彆，如壓電材料、熱電材料和形狀記憶閤金（SMA）。重點在於闡明這些材料獨特性能背後的結構特徵（如晶格畸變、非中心對稱性）。 --- 第三部分：材料的製備、加工與應用 (Fabrication, Processing, and Applications) 本部分將理論知識應用於實際的材料工程實踐中，探討如何通過控製工藝來定製材料的性能。 第九章：材料的製備技術 本章涵蓋瞭現代材料製備的主流方法，強調工藝對最終結構的影響。對於金屬材料，介紹熔煉、鑄造（凝固過程控製）和粉末冶金技術。對於陶瓷材料，側重於粉體製備（如溶膠-凝膠法）和燒結過程（緻密化機理）。對於聚閤物，講解聚閤反應與鏈結構控製。 第十章：材料的加工與熱處理 本章重點分析瞭通過外部乾預改變材料微觀結構和性能的熱力學和動力學手段。對金屬的熱處理（退火、正火、淬火與迴火）進行瞭詳細的微觀機製剖析。對半導體材料的摻雜、離子注入和薄膜沉積技術（CVD, PVD）進行瞭介紹，強調瞭薄膜應力控製的重要性。 第十一章：先進材料與前沿應用 本章麵嚮未來，介紹瞭幾類代錶性的先進材料係統： 1. 復閤材料： 分子、縴維增強和顆粒增強復閤材料的性能預測（混閤律、逆混閤律）及其界麵效應。 2. 生物醫用材料： 組織相容性、生物降解性以及與活體係統的相互作用。 3. 納米材料： 尺寸效應、量子限域效應及其在催化、儲能方麵的潛力。 第十二章：材料的錶徵技術 材料科學的研究離不開先進的錶徵手段。本章不側重於具體的實驗操作流程，而是側重於不同技術所揭示的結構信息： 顯微分析： 掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）的成像原理與衍射分析。 晶體結構分析： X射綫衍射（XRD）在晶體結構確定和殘餘應力分析中的應用。 光譜分析： 能量色散X射綫譜（EDS）和電子能量損失譜（EELS）在元素分析和價態判斷中的作用。 --- 全書結構清晰，邏輯嚴密，力求在嚴謹的物理化學基礎之上，構建起一座連接微觀世界與宏觀工程應用的橋梁。它不僅是專業課程的理想教材，也是從事材料研發工作的工程師和科研人員的重要參考工具書。

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