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出版者:

作者:孫秀平 編

出品人:

頁數:241

译者:

出版時間:2010-1

價格:25.00元

裝幀:

isbn號碼:9787564029197

叢書系列:

圖書標籤:

• 大學物理
• 物理實驗
• 實驗教程
• 高等教育
• 理工科
• 物理學
• 教學參考
• 實驗指導
• 本科
• 大學教材

深度解析現代材料科學前沿：從微觀結構到宏觀性能的調控 本書簡介 本書深入探討瞭現代材料科學領域的核心概念、最新進展以及前沿研究方嚮，旨在為材料學、物理學、化學、工程學等相關專業的學生、研究人員和工業界專業人士提供一份全麵且具有高度實踐指導意義的參考指南。我們摒棄瞭基礎物理實驗的常規操作流程，將重點聚焦於那些驅動材料性能飛躍的深層科學原理與尖端技術應用。 本書的架構圍繞“結構-性能-應用”這一材料科學的永恒主綫展開，但其內容深度和廣度遠超基礎教學材料的範疇，直擊當前科研熱點與産業化瓶頸。 --- 第一部分：先進錶徵技術與數據驅動的材料設計 本部分徹底革新瞭傳統觀察手段，聚焦於如何通過高精度、多尺度的錶徵技術來揭示材料的內在奧秘，並利用大數據和人工智能（AI）賦能材料發現。 第一章：超高分辨率成像與光譜學 球差校正電子顯微鏡（Aberration-Corrected TEM/STEM）： 詳細解析如何利用次埃級的空間分辨率直接觀察晶體缺陷、原子尺度的界麵結構以及納米顆粒的精確構型。重點闡述同步輻射光源在X射綫吸收精細結構（XAFS/NEXAFS）中的應用，用於確定局域電子態和化學價態的精確信息。 多模態耦閤分析： 探討原位（in-situ）和動態（operando）錶徵技術，例如在應力、溫度梯度或電化學循環條件下對材料進行實時監測，捕獲瞬態結構變化，揭示性能退化的根本原因。 錶麵敏感分析： 深入講解尖端的錶麵分析方法，如二維非彈性隧道譜（2D-NETS）、二次離子質譜（SIMS）的高通量深度剖析，以及聚焦離子束（FIB）輔助的樣品製備與三維重構技術。 第二章：計算材料學與高通量篩選 密度泛函理論（DFT）的高級應用： 不僅限於計算形成能，更側重於預測復雜閤金體係的相圖、計算電子帶結構中的拓撲性質，以及模擬界麵反應動力學。重點介紹如何通過功能化泛函和後DFT修正方法來剋服計算瓶頸。 機器學習（ML）在材料信息學中的整閤： 闡述如何構建和訓練基於化學指紋（Descriptors）的材料數據庫。討論深度學習模型在預測材料閤成參數、逆嚮設計目標性能（如特定催化活性或熱膨脹係數）中的前沿應用。 分子動力學（MD）模擬的尺度拓展： 介紹從第一性原理MD到粗粒化MD（CGMD）的銜接策略，用於模擬高分子結晶過程、離子液體傳輸機製及大尺度疲勞斷裂的演化路徑。 --- 第二部分：功能材料的能帶工程與量子調控 本部分超越瞭傳統的熱力學範疇，聚焦於通過精細調控材料的電子結構和量子態來實現對能量轉換、信息存儲和光電器件性能的顛覆性提升。 第三章：拓撲材料與低維電子係統 拓撲絕緣體與半金屬： 深入剖析狄拉剋錐和外爾點在材料中的物理意義。重點討論如何通過錶麵晶格畸變或摻雜策略來調控拓撲保護的錶麵態，及其在低能耗電子學中的潛力。 二維材料的異質結構建： 探討範德華異質結（vdW Heterostructures）的精確堆疊技術，如何利用能帶失配（Band Mismatch）設計具有特定光吸收窗口或單嚮電荷傳輸特性的新型器件結構。 自鏇電子學的新機遇： 聚焦於非磁性材料中的強自鏇軌道耦閤效應，以及如何利用 Rashba 效應或山度關斯效應（Shockley-Kittel Effect）實現電場對自鏇的有效操控。 第四章：先進能源轉換材料的界麵化學 固態電解質與界麵阻抗： 針對下一代固態電池，詳述固-固界麵處的化學勢不匹配和空間電荷層效應如何導緻界麵電阻的急劇增加。探討原子層沉積（ALD）技術在構建穩定、高導電性界麵緩衝層中的作用。 光催化劑的設計原理： 不僅關注帶隙寬度，更深入到載流子分離效率和錶麵活性位點的設計。討論如何通過錶麵等離激元增強效應（SPR）來拓寬可見光吸收範圍，以及貴金屬納米顆粒在光生電子捕獲中的作用機製。 熱電材料的塞貝剋係數優化： 闡述如何通過“晶格玻璃化”策略（如引入點缺陷或納米析齣相）來大幅降低晶格熱導率，同時保持高電子遷移率，以期獲得更高的熱電優值（ZT）。 --- 第三部分：極端環境下的結構完整性與自適應材料 本部分關注材料在極端載荷、高溫、腐蝕和復雜應力場中的長期服役行為，並探索如何設計具有自我修復或環境響應能力的智能結構。 第五章：多尺度斷裂力學與疲勞損傷演化 韌性各嚮異性與裂紋尖端塑性區： 引入高級本構模型來描述含第二相顆粒復閤材料中的裂紋偏轉和橋接機製。詳細分析斷裂韌性的分子動力學模擬結果與宏觀測量數據的關聯。 高周疲勞（HCF）的臨界斷裂標準： 探討應力集中點周圍的微觀塑性纍積過程，以及如何利用超聲疲勞測試揭示材料在小應變幅值下的損傷纍積規律。 增材製造（AM）材料的殘餘應力與缺陷： 針對激光熔融過程中的快速凝固特性，解析其導緻的非平衡相變和顯著的內應力分布，這些因素如何成為熱裂紋或早期疲勞失效的萌芽點。 第六章：響應性與自適應高分子復閤材料 形狀記憶聚閤物（SMPs）的驅動機製： 深入解析其固態相變的熱力學和動力學過程，探討如何通過交聯密度和網絡拓撲結構來精確控製迴復溫度和速率。 自修復機製的化學實現： 介紹基於微膠囊破裂/釋放、或可逆共價鍵（如Diels-Alder反應）的本徵修復策略。重點分析修復效率的量化評估方法（如多次斷裂-修復循環測試）。 智能傳感與結構健康監測（SHM）： 討論如何將導電填料（如石墨烯片層或碳納米管）引入聚閤物基體，構建壓阻或電容式傳感器網絡，實時監測復閤材料內部的微裂紋擴展和損傷區域的定位。 --- 本書的每一章都輔以深入的理論推導、關鍵的實驗驗證案例分析（而非基礎操作步驟），並要求讀者對前沿文獻進行批判性閱讀和整閤，以期培養讀者麵嚮未來材料挑戰的創新思維和解決復雜工程問題的能力。

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