3D Images of Materials Structures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ohser, Joachim/ Schladitz, Katja

出品人:

页数:341

译者:

出版时间:2009-11

价格:1649.00元

装帧:

isbn号码:9783527312030

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
• 3D图像
• 结构分析
• 材料结构
• 图像处理
• 科学计算
• 可视化
• 材料表征
• 数字图像
• 微观结构

《材料科学前沿探索：从微观结构到宏观性能》 内容简介 本书是一部聚焦于现代材料科学前沿领域，深入剖析材料微观结构、组织演变及其与宏观物理、化学、力学性能之间复杂关系的学术专著。本书旨在为材料科学家、工程师、研究生以及相关领域的科研人员提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识框架，帮助读者理解和掌握驱动现代先进材料性能的关键科学原理。 第一部分：材料结构的多尺度表征与理论基础 本书伊始，系统回顾了材料科学的核心理论基石，重点阐述了原子、电子结构如何决定材料的本征性质。 第一章：晶体结构与缺陷工程 本章详细阐述了晶体学的基本概念，包括点阵、倒易点阵、布拉维晶格以及晶体对称性。重点讨论了晶体结构对机械性能、电学性质和热学行为的直接影响。随后，深入分析了材料中的各类晶体缺陷——点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）——及其在材料塑性变形、扩散、强化和失效机制中的核心作用。本章还介绍了利用缺陷工程调控材料性能的最新策略，如氧化物中的氧空位调控和半导体中的掺杂优化。 第二章：电子结构与能带理论的深化应用 本章从量子力学的角度深入探讨了固体的电子结构。详细解释了紧束缚近似、近自由电子理论和费米能级概念。重点讨论了不同类型材料（导体、半导体、绝缘体）的能带结构特征及其对电荷输运、光吸收与发射的决定性影响。此外，引入了密度泛函理论（DFT）等计算方法在预测新型材料电子特性方面的应用，展示了理论计算如何指导材料设计。 第三章：微观组织演变与热力学驱动力 本章关注材料在制备和服役过程中微观组织（如相、晶粒、析出物）的形成、长大与转变动力学。详细阐述了相图理论、吉布斯自由能、形核与长大机制（包括奥氏体转变、固溶体析出、共晶/共析反应）。特别强调了非平衡热力学在快速凝固、非晶形成以及高熵合金等复杂体系中的指导意义。本章通过大量的动力学模型（如阿伦尼乌斯方程、相场模型）来描述组织演变的速率和路径依赖性。 第二部分：先进功能材料的构筑与性能调控 本部分将理论知识应用于当前最活跃的研究领域，探讨如何通过精细控制材料的微观结构来实现特定的宏观功能。 第四章：高性能结构材料的力学行为与设计 本章聚焦于航空航天、能源等领域对高强度、高韧性、耐高温材料的需求。深入分析了位错-晶界交互作用、第二相强化机制（如沉淀强化、弥散强化）和晶粒尺寸效应对材料强度的影响（Hall-Petch关系及其失效边界）。详细讨论了增材制造（AM）材料特有的快速凝固组织、残余应力控制以及各向异性力学性能的表征与预测。此外，还涵盖了蠕变、疲劳和断裂韧性的多尺度模型构建。 第五章：能源转换与储存材料的界面科学 本章聚焦于电池、燃料电池和光伏器件中的关键材料。强调了材料界面（固-固、固-液、固-气）对电化学性能的决定性作用。详细分析了锂离子电池正负极材料的结构稳定性、离子扩散机制（以Fick定律和Nernst-Einstein关系为基础）以及电极/电解质界面的阻抗谱分析。对于催化剂材料，本章深入探讨了活性位点的设计、表面重构与电子结构对催化效率（如析氢反应、氧还原反应）的影响。 第六章：磁性与铁电材料的功能调控 本章探讨了基于电子自旋和电极化行为的功能材料。详细阐述了铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性的起源（交换作用、磁晶各向异性）。重点解析了磁性纳米粒子（如巨磁阻效应、隧穿磁阻效应）的尺寸依赖性。在铁电和压电材料方面，本章关注了极化畴的形成、驱动与反转机制，以及利用应力/电场耦合效应实现传感和驱动功能的设计原理。 第七章：软物质与生物相容性材料 本章拓展了材料科学的范畴，涵盖了聚合物、液晶、水凝胶等软物质。讨论了高分子链的构象统计、玻璃化转变、粘弹性行为及其对加工性能的影响。在生物材料方面，重点关注了材料表面能、润湿性、蛋白质吸附与细胞粘附的分子机制，以及如何通过调控材料的降解速率和生物活性因子释放来优化组织工程支架的性能。 第三部分：先进表征技术与计算模拟的融合 本书的最后一部分强调了现代科学研究中实验观察与理论预测相结合的重要性。 第八章：电子显微学的高级应用与像差校正 本章不再停留在基础的SEM/TEM成像，而是深入探讨了高分辨透射电镜（HRTEM）在原子尺度成像中的最新进展，尤其是像差校正技术（如球差校正、能量过滤）如何揭示亚纳米尺度的结构特征。重点介绍了同步辐射光源下的X射线吸收精细结构（XAFS）和X射线衍射（XRD）在探测局部结构和短程有序性方面的优势。同时，讨论了原位/非原位（In-situ/Operando）表征技术在实时观察材料相变和服役行为中的应用。 第九章：计算材料学的多尺度建模方法 本章系统梳理了从量子尺度到工程尺度的计算方法体系。详细介绍了第一性原理计算（DFT）在预测电子结构、晶格动力学和缺陷形成能中的应用。随后，阐述了介观尺度的分子动力学模拟（MD）在模拟扩散、界面动力学和热输运方面的能力。最后，讨论了有限元分析（FEA）等宏观模型在预测复杂构件的应力分布和失效行为中的集成应用，强调了“计算-实验”闭环反馈机制的构建。 总结与展望 全书以严谨的科学逻辑和丰富的案例分析，构建了一幅材料科学从微观到宏观、从基础到应用的完整图景。本书不仅是对现有知识体系的梳理，更是对未来材料设计范式的探索，特别是在智能化、自修复和极端环境适应性材料等方向上提出了明确的研究方向和挑战。 目标读者 材料科学、物理学、化学、化学工程、机械工程等专业的本科高年级学生、研究生、博士后研究人员以及从事材料研发的专业工程师。

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