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出版者:

作者:Taillefert, Martial (EDT)/ Rozan, Tim F. (EDT)

出品人:

页数:428

译者:

出版时间:2002-3

价格:$ 313.01

装帧:

isbn号码:9780841237742

丛书系列:

图书标签:

• Electrochemistry
• Environmental Science
• Environmental Chemistry
• Water Treatment
• Wastewater Treatment
• Corrosion
• Sensors
• Energy
• Pollution Control
• Electrocatalysis

书籍名称：Advanced Materials Science and Engineering: From Fundamentals to Frontiers --- 内容提要： 《先进材料科学与工程：从基础到前沿》是一部全面深入探讨现代材料科学与工程核心原理、前沿技术和未来发展方向的权威著作。本书旨在为材料学、化学工程、机械工程及相关交叉学科的研究人员、工程师和高年级本科生提供一个坚实而前沿的知识框架。全书结构严谨，内容涵盖了从基础的晶体结构、缺陷理论到尖端的纳米材料设计、功能化以及智能材料的开发与应用。 本书的叙事逻辑遵循“理论基础—结构-性能关系—制备与表征—工程应用”的经典材料科学研究范式，同时紧密结合当前工业界和学术界最关注的热点领域，如可持续材料、能源存储与转换中的关键材料、以及生物相容性材料等。 --- 第一部分：材料科学的基石与结构（Foundations and Structure） 第一章：材料科学概论与基本概念 本章首先界定了材料科学在现代技术体系中的核心地位，并回顾了其历史演变。重点阐述了材料的四大基本分类（金属、陶瓷、聚合物、复合材料）的宏观特性与潜在应用场景。引入了“结构-性能-加工-应用”的材料设计哲学，强调在原子尺度理解材料行为的重要性。 第二章：晶体结构与缺陷工程 深入解析了晶体学的基本原理，包括布拉维格子、晶体结构表示法（如Miller指数）以及密堆积的几何学。本章核心内容聚焦于材料中的缺陷——点缺陷、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）。详细讨论了缺陷如何主导材料的力学性能（如塑性、硬度）和传输性能（如电导率、扩散）。特别阐述了通过热处理和塑性形变来控制和利用缺陷的工程技术。 第三章：热力学与相图解析 材料的稳定性和相变行为是工程应用的关键。本章详细阐述了材料的热力学基础，包括吉布斯自由能、化学势及热力学平衡条件。重点讲解了二元和三元相图的构建、解读与应用，例如固溶体、共晶反应和共析反应。分析了相变动力学对最终材料微观结构和宏观性能的影响。 第四章：化学键与电子结构 从量子力学角度审视材料的本征特性。本章深入探讨了不同类型的化学键（离子键、共价键、金属键、范德华力）的形成机制及其对材料电学、光学和机械性能的决定性影响。阐述了能带理论、费米能级以及半导体中载流子行为的基础知识，为理解后续的功能材料奠定理论基础。 --- 第二部分：性能与加工：从微观到宏观（Performance and Processing） 第五章：力学性能的本构关系与测试 本章聚焦于材料对外部机械载荷的响应。详细介绍了弹性、粘弹性、粘塑性行为的本构方程。深入讨论了拉伸、压缩、弯曲、蠕变和疲劳等关键力学性能的测试方法与标准。对断裂力学理论进行了详尽的阐述，包括应力强度因子、裂纹扩展的临界条件，以及韧性与脆性断裂机制的区分。 第六章：传输现象与扩散动力学 探讨了材料中热量、电荷和质量（原子）的传输过程。系统阐述了傅里叶定律、欧姆定律和菲克扩散定律，并结合非平衡态热力学观点分析了耦合效应，如热电效应和电扩散现象。重点分析了扩散在固态反应、薄膜生长和材料退化中的作用机制。 第七章：先进材料加工技术 本部分关注如何将理论设计转化为实际产品。详细介绍了几种核心加工方法： 1. 塑性加工与成形技术： 轧制、锻造、挤压中的微观结构演变。 2. 粉末冶金与增材制造（3D打印）： 从原料粉末制备到烧结/熔融过程中的致密度控制与缺陷抑制。 3. 薄膜沉积技术： 物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）在高功能涂层和电子器件制造中的应用。 第八章：材料的表征技术 阐述了现代材料科学研究中不可或缺的表征工具。对电子显微镜（SEM/TEM）、X射线衍射（XRD）、光谱学（如拉曼、红外）和表面分析技术（如XPS, Auger）的工作原理、数据解析方法及其在微结构鉴定、晶相分析和元素分布确定中的应用进行了细致的讲解。 --- 第三部分：前沿材料与工程应用（Frontier Materials and Applications） 第九章：功能性金属与高熵合金 超越传统合金范畴，本章探讨了在极端环境下展现优异性能的新型金属材料。重点介绍超高强度钢、形状记忆合金（SMA）及其在阻尼和传感器中的应用。深入解析了高熵合金（HEA）的设计原理，即基于高熵效应、迟滞效应等，以实现独特的力学和耐腐蚀性能。 第十章：先进陶瓷与复合材料 讨论了工程陶瓷（如氮化硅、碳化钨）在耐磨、耐高温方面的优势。重点分析了陶瓷基复合材料（CMC）和金属基复合材料（MMC）的界面设计，包括纤维增强机制和基体选择对整体性能的协同增强作用。讨论了陶瓷的电介质特性及其在电容器中的应用。 第十一章：聚合物科学与软物质工程 系统回顾了聚合物的微观结构（链构型、分子量分布）如何影响其粘弹性和加工性能。本章扩展到功能化聚合物，包括导电聚合物、生物可降解聚合物，以及如何通过交联和嵌段共聚来精确调控其机械和阻隔性能。 第十二章：纳米材料与界面效应 纳米尺度材料是当前研究的核心。本章详细介绍了零维（量子点）、一维（纳米线/管）和二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的独特量子限域效应。重点分析了表面能、尺寸效应和界面化学在催化、传感器和光电器件中的关键作用。 第十三章：可持续性与循环经济中的材料选择 面对全球环境挑战，本章探讨了材料生命周期评估（LCA）方法论。讨论了轻量化设计以实现交通工具能效提升、新型催化剂在污染物去除中的作用，以及从废弃物中回收关键金属和稀土元素的先进分离技术。 第十四章：智能与自适应材料 展望未来，本章聚焦于能够响应外部刺激（光、热、电场、磁场）并改变自身性能的材料系统。内容包括压电材料、磁致伸缩材料、以及具有自修复能力的聚合物和复合结构，探讨其在先进传感、驱动和无损检测中的潜力。 --- 本书特点： 理论深度与广度兼顾： 深度解析了材料学的核心物理和化学原理，并扩展至最新的跨学科研究热点。 工程应用导向： 每部分内容均紧密联系实际的工程挑战和解决方案，注重“为什么材料是这样的”到“我们如何利用它”。 图表丰富，逻辑清晰： 包含大量示意图、相图和实验数据分析，便于读者理解复杂的微结构-性能关联。 面向未来： 大量篇幅致力于新型功能材料和可持续材料的最新进展，为科研工作者提供灵感。

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作为一名对可持续发展和绿色化学抱有强烈热情的读者，我必须说，这本《环境电化学》在“绿色驱动”这一理念的贯彻上做得非常出色。它没有将电化学视为一种“万能药”，而是非常审慎地评估了其在整个生命周期中的环境足迹。我欣赏作者对“电能来源”的追问——如果电能是来自化石燃料，那么电化学技术的环境效益又该如何计算？这种深刻的反思，使得整本书的论述更加严谨和负责任。在能源节约型技术方面，比如电化学脱盐和电化学中和技术，书中对膜技术的结合应用进行了前瞻性的讨论，展示了如何通过精巧的电化学设计，最大限度地减少化学药剂的使用和废弃物产生。更重要的是，书中对新兴的电化学生物传感器在环境监测中的应用给予了足够的篇幅，这连接了“治理”与“预防”两个环节，形成了一个完整的环境管理闭环。这不仅仅是一本技术手册，更是一本引领行业走向更清洁、更智能未来的宣言书。

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这本书在学术深度上达到了一个令人惊叹的高度，尤其是在前沿的理论探索方面。我读到关于“电化学界面上的量子效应如何影响污染物吸附和转化”的那几节时，感觉像是进入了一个全新的研究领域。作者敢于挑战传统的热力学框架，引入了更精细的动力学模型来解释那些在常规电化学测试中看似“异常”的现象。例如，书中对电化学二氧化碳还原（CO2RR）在复杂电解质中的选择性调控机制的分析，不仅涉及了双电层结构的变化，还引入了溶剂化效应和离子特异性吸附的复杂相互作用，其引用的文献资料之新、分析之深，足以让高年级的博士生都感到醍醐灌顶。对于我这个习惯于使用经典理论解决问题的读者来说，这本书提供了一套全新的、更具解释力的分析工具。它敦促我跳出既有的思维定势，去探索那些隐藏在宏观电化学行为背后的微观物理化学机制。这本书无疑是领域内的一个里程碑式的作品，它定义了未来十年环境电化学研究的方向和深度。

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这本关于环境电化学的专著简直是为我量身定制的！我一直对如何利用电化学方法来解决环境污染问题深感兴趣，但市面上很多书籍要么过于理论化，让我望而却步，要么就是过于应用导向，缺乏必要的理论深度。这本书的作者显然在把握平衡点上下了大功夫。从基础的电化学原理讲起，他们没有满足于蜻蜓点水的介绍，而是深入探讨了电极/溶液界面现象在污染物迁移和转化中的关键作用。比如，关于电催化还原有机污染物的那几个章节，简直是教科书级别的阐述。作者不仅清晰地解释了反应机理，还配上了大量精美的循环伏安图和阻抗谱分析实例，让我这个电化学背景稍显薄弱的读者也能迅速跟上思路。特别值得称赞的是，书中对不同电极材料（如石墨烯复合材料、金属氧化物等）在实际水处理系统中的表现进行了详尽的对比和评估，这对于我们设计和优化实验方案提供了极大的帮助。我甚至发现了一些关于新型电化学反应器设计的新思路，这本书绝不仅仅是一本参考书，更像是一位经验丰富的前辈在手把手地教你如何将理论知识转化为实用的环境治理技术。读完前三章，我已经迫不及待地想重新审视我手头正在进行的一个关于重金属电化学去除的项目了。

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这本书的实用性强到令人发指，简直就是为一线工程师准备的“工具箱”。我不是一个纯粹的学术研究者，更多是在工业废水处理领域摸爬滚打的工程师。过去，我们在面对那些顽固性的、生物难降解的有机污染物时，常常束手无策，依赖于高能耗、高药剂消耗的传统高级氧化技术。这本书像是给我打开了一扇窗——电化学的高级氧化技术（如芬顿反应的电化学活化、直接或间接氧化）的章节写得极其详尽。作者不仅提供了详细的反应器设计图纸（虽然是概念性的，但指导性极强），还列举了不同电流密度、pH值、电极间距对污染物降解率的影响曲线。最让我眼前一亮的是，书中专门用一章的篇幅讨论了“现场模拟与放大化过程中的工程挑战”。这部分内容直接解决了我们在项目实施阶段最头疼的问题，比如电极结垢、电流分布不均等实际故障的排查和预防策略。这本书不玩虚的，它给出了清晰的、可量化的指标和操作指南，让我们可以将实验室的成功经验，更可靠地平移到兆吨级的工业应用中去。

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初次翻开这本厚重的《环境电化学》，我本以为会面对一堆晦涩难懂的公式和抽象的概念，毕竟“电化学”这个词本身就带有一种高深莫测的色彩。然而，作者高超的叙事技巧彻底颠覆了我的认知。这本书的叙述风格极其流畅和富有逻辑性，它成功地将复杂的电化学过程“翻译”成了清晰、直观的环境科学语言。我尤其欣赏作者在探讨电化学氧化还原过程时，对于环境背景的强调。他们不仅仅是罗列反应方程式，而是会深入分析在真实水体（比如含有高盐度或复杂有机物的河流、地下水）中，这些反应的效率和选择性会受到哪些现实因素的影响。书中对“能源效率”和“二次污染控制”的讨论，充分体现了作者将环境工程伦理融入技术分析的深刻见解。我记得有一段文字专门论述了电化学修复土壤时，如何平衡修复速度与对有益微生物群落的潜在影响，这种多维度考量，在其他同类书籍中是极其罕见的。这让我意识到，环境电化学远不止是简单的“通电分解”，而是一门精密的、需要高度系统化思维的交叉学科。它为我提供了一个全新的视角去审视环境工程的未来走向。

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