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出版者:

作者:Summerlin, Lee R./ Ealy, James L., Jr.

出品人:

頁數:200

译者:

出版時間:1988-5

價格:$ 55.31

裝幀:

isbn號碼:9780841214811

叢書系列:

圖書標籤:

• 化學演示
• 化學實驗
• 科學教育
• 實驗教學
• 化學教學
• 演示實驗
• STEM教育
• 趣味化學
• 化學原理
• 實驗安全

探索未知的領域：現代材料科學的宏偉藍圖 一本關於二十一世紀材料科學前沿進展的權威著作 作者： [此處可填寫真實作者姓名或虛構的資深學者名稱] 齣版社： [此處可填寫真實或虛構的知名學術齣版社] 頁數： 約 1200 頁（精裝，配有大量高清圖錶與實驗數據） 定價： [請根據書籍的厚度和內容價值自行設定] --- 內容簡介： 《探索未知的領域：現代材料科學的宏偉藍圖》並非一本關於基礎化學反應或標準實驗室操作的指南。它是一部深刻而前瞻性的專著，緻力於剖析自本世紀初以來，材料科學領域取得的突破性進展及其對人類文明産生的深遠影響。本書聚焦於跨學科的融閤，如何將量子力學、納米技術、計算模擬與工程應用無縫銜接，從而開創材料設計與製造的新紀元。 本書結構嚴謹，分為六大部分，每一部分都深入探討瞭一個當前研究最為活躍、最具顛覆性的材料子領域。 第一部分：量子材料與拓撲物理的交匯點 本部分著重探討瞭材料的宏觀性能如何由其微觀的、基於量子力學的行為所決定。我們不再滿足於對經典材料的優化，而是緻力於設計具有特定電子結構的物質。 電子結構工程： 深入分析瞭能帶理論的局限性，並介紹瞭密度泛函理論（DFT）在預測新穎電子相變中的應用。重點討論瞭如何通過應變工程（Strain Engineering）和摻雜策略來調控材料的導電性、磁性和光學響應。 拓撲材料的發現與應用： 詳細闡述瞭拓撲絕緣體、拓撲半金屬等概念的物理基礎。本書展示瞭這些材料在保護信息傳輸、實現低能耗電子器件方麵的巨大潛力，並分析瞭室溫下實現拓撲相變的理論挑戰。 激子的操控與利用： 探討瞭在二維材料（如過渡金屬硫化物）中，激子（電子-空穴對）的穩定化與長壽命化技術。這為開發下一代光電器件和量子信息處理單元提供瞭新的思路。 第二部分：納米尺度下的結構革命與自組裝 材料性能的終極控製權在於原子排列。本部分將讀者的視野聚焦於十億分之一米尺度，研究如何通過精確控製形貌和尺寸來解鎖新的物理化學特性。 復雜納米結構的精確閤成： 區彆於傳統的自下而上或自上而下的方法，本書詳細介紹瞭一種基於場誘導的定嚮自組裝技術，用於製造具有周期性超晶格結構的新型復閤材料。 低維材料的異質結： 深入研究瞭原子級厚度的二維材料（如石墨烯、h-BN、二硫化鉬）在垂直堆疊時形成的異質結的界麵物理學。重點分析瞭範德華力（van der Waals force）在穩定這些復雜結構中的作用，及其在超快光電轉換中的應用。 活性納米顆粒的錶麵化學： 探討瞭在催化、生物傳感領域中，納米顆粒的錶麵配體工程（Ligand Engineering）如何影響其活性位點的暴露和穩定性，特彆關注瞭非貴金屬催化劑在苛刻環境下的性能提升策略。 第三部分：智能與響應性材料係統的崛起 現代工程不再需要靜態的材料；我們需要能夠感知環境、做齣反應並自我修復的物質。本部分聚焦於那些具有“生命力”的材料係統。 多刺激響應聚閤物網絡： 詳細描述瞭如何設計能夠對溫度、pH值、光照甚至電場做齣精確、可逆響應的高分子水凝膠。應用案例涵蓋瞭精確藥物輸送係統、軟體機器人驅動器。 應力誘導的相變材料： 深入分析瞭形狀記憶閤金（SMA）和應力誘導孿晶的機理，特彆關注瞭新型鎳鈦鋯閤金的開發，以拓寬其在航空航天和微機電係統（MEMS）中的應用範圍。 自修復材料的分子設計： 探討瞭基於休眠反應物（Dormant Reagents）和動態共價鍵（Dynamic Covalent Bonds）的材料自修復機製。本書提供瞭一套量化的模型，用於預測修復效率與損傷程度之間的關係。 第四部分：高通量計算與材料基因組計劃（MGI） 材料研發的速度瓶頸在於實驗探索的低效率。本部分闡述瞭如何利用強大的計算能力和大數據來指導發現和優化過程。 基於機器學習的材料預測： 介紹瞭如何構建包含數百萬種材料結構和性能數據的數據庫（Materials Genome Database），並利用高斯過程迴歸（GPR）和深度神經網絡（DNN）來預測具有特定目標屬性的未知化閤物。 動力學模擬的突破： 探討瞭從第一性原理計算到粗粒化（Coarse-Graining）模型的尺度銜接技術，使得對復雜界麵擴散和宏觀材料疲勞過程的模擬成為可能。 自動化實驗平颱（Autonomous Labs）： 描述瞭集成機器人、高通量篩選和在綫數據分析的“自驅動”材料閤成係統，極大加速瞭新型電池電解質和催化劑的篩選速度。 第五部分：能源存儲與轉換的材料前沿 能源挑戰是當代科學的核心議題。本書將大量篇幅獻給那些有望徹底改變我們獲取、儲存和使用能源的材料技術。 固態電解質的設計與界麵穩定化： 聚焦於下一代全固態鋰離子電池的關鍵挑戰——界麵阻抗。本書詳細分析瞭陶瓷-聚閤物復閤電解質的微觀結構控製技術，以及如何通過原位錶徵技術監測固-固界麵的演變。 光催化製氫的效率瓶頸： 探討瞭半導體光陽極材料（如氮化碳、鈣鈦礦）在可見光驅動下分解水製氫的量子效率限製。分析瞭錶麵缺陷工程在提升電荷分離效率方麵的作用。 先進熱電材料的塞貝剋係數優化： 闡述瞭如何通過“晶格玻璃化”（Phonon Glass, Electron Crystal, PGEC）策略，在保持高導電性的同時有效散射晶格聲子，從而提高熱電材料的綜閤性能因子（ZT）。 第六部分：極端環境下的結構完整性與可持續性 材料的可靠性需要在極端溫度、高輻射或腐蝕性介質中得到保證。本部分探討瞭應對這些挑戰的先進材料體係。 增材製造（3D打印）的材料挑戰： 詳細分析瞭選擇性激光熔化（SLM）和定嚮能量沉積（DED）過程中，快速冷卻導緻的微觀組織缺陷（如枝晶生長、孔隙率）對疲勞壽命的影響，並提齣瞭通過過程參數優化實現晶粒細化的新方法。 耐極端溫度的陶瓷基復閤材料（CMCs）： 重點討論瞭SiC/SiC縴維增強復閤材料在超高溫燃氣輪機中的應用，特彆是針對裂紋擴展的增韌機製和抗氧化塗層技術。 循環經濟與材料迴收： 探討瞭如何從原子層麵設計易於解聚或可逆鍵閤的“可循環”高分子，以及針對稀有金屬（如鈷、鎳）的高效濕法冶金和電化學迴收工藝，實現閉環材料係統。 --- 讀者對象： 本書麵嚮材料科學、化學工程、物理學及相關領域的高年級本科生、研究生、研究人員以及工業界的研發工程師。它要求讀者具備紮實的物理化學和固體物理基礎。 本書的獨特價值： 本書的核心價值在於其前瞻性和跨界性。它不僅係統梳理瞭當前的研究熱點，更重要的是，它構建瞭一個將基礎科學發現與實際工程應用緊密聯係起來的理論框架，為未來十年材料科學的研究方嚮提供瞭清晰的導航圖。全書語言精確、論證嚴密，是理解和推動下一代材料革命的不可或缺的參考工具。

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