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出版者:MCGRAW-HILL Higher Education

作者:Hall, Susan J.

出品人:

页数:576

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 222.89

装帧:

isbn号码:9780073044811

丛书系列:

图书标签:

• 生物力学
• 运动生物力学
• 力学
• 运动学
• 动力学
• 人体运动
• 生物工程
• 运动科学
• 康复
• 体育科学

好的，这是一本关于材料科学与工程的深度著作的简介，我们将其命名为《先进材料的结构、性能与应用》。 --- 《先进材料的结构、性能与应用》 一部跨越经典与前沿的材料科学权威指南 【书籍定位与读者对象】 《先进材料的结构、性能与应用》是一部全面、深入探讨现代工程材料基础理论、微观结构演变及其宏观力学、电学、热学性能之间内在联系的综合性教材与参考手册。本书旨在为材料科学、化学工程、机械工程、航空航天工程、电子工程等领域的本科高年级学生、研究生以及工业界的研发工程师和技术人员提供一个坚实而前沿的知识框架。它不仅梳理了材料科学百年来的经典原理，更聚焦于当前颠覆性技术（如增材制造、能源存储、生物医用植入物）所需的新型功能材料的开发与表征。 【核心内容结构与深度解析】 本书共分为五大部分，共计二十章，逻辑清晰地构建了从原子尺度到宏观应用的完整知识链条。 第一部分：材料科学的基石——原子排列与微观结构 本部分奠定了理解所有材料行为的基础。不同于侧重于生物力学角度的探讨，本卷专注于晶体结构和非晶态结构的热力学驱动力。 晶体结构基础： 详细分析了面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方最密堆积（HCP）等常见金属晶格的几何学特性、布拉维晶格以及晶体缺陷（点缺陷、线缺陷/位错、面缺陷/晶界）的形成机制。深入探讨了缺陷密度如何影响材料的塑性、蠕变和断裂韧性。 非晶态与高分子结构： 重点阐述了玻璃化转变温度（$T_g$）的物理意义，以及聚合物链的构象、缠结密度与弹性模量的关系。对无定形金属玻璃（Bulk Metallic Glasses, BMGs）的过冷液体区形核动力学进行了严谨的数学建模。 电子结构与化学键合： 采用能带理论解释导体、半导体和绝缘体的区分，并结合第一性原理计算的视角，分析离子键、共价键和范德华力在材料稳定性中的作用。 第二部分：热力学、相变与动力学 本部分深入挖掘了驱动材料微观结构演化的基本驱动力——能量最小化原理。 材料热力学： 系统回顾了吉布斯自由能、化学势在多组分体系中的应用，特别是构建和解析相图（如二元合金的Lever Rule与Tie Line分析）。 相变动力学： 核心内容聚焦于形核与生长理论（Classical Nucleation Theory, CNT），并将其应用于固态相变（如析出、共晶）和液-固界面迁移。引入了非平衡态热力学概念，讨论了快速冷却过程中的微结构控制。 扩散机制： 详尽分析了Fick定律在不同温度和浓度梯度下的应用，特别是研究了晶界扩散、快速扩散路径以及对材料烧结和应力松弛的影响。 第三部分：力学性能的理性设计（区别于生物力学关注的组织应力） 本部分是本书的工程核心，侧重于材料在外部载荷下的宏观响应、失效模式的机制分析及寿命预测。 弹性与塑性变形： 详细阐述了应力-应变关系、胡克定律的各向异性形式（如晶体的滑移系统）。塑性部分深入探讨了位错运动、加工硬化、回复和再结晶的耦合过程。 断裂力学与疲劳： 引入Griffith能量准则，发展到线性弹性断裂力学（LEFM）中的应力强度因子（$K_I, K_{II}, K_{III}$）计算，并结合Paris-Erdogan定律对疲劳裂纹扩展速率进行定量预测。对断裂韧性（$J$积分）在弹塑性断裂中的应用进行了详细推导。 蠕变与高温性能： 讨论了Nabarro-Herring和Coble蠕变机制，以及高温下材料的应变率敏感性，这对涡轮叶片和核反应堆材料的设计至关重要。 第四部分：功能材料的电、磁与光学特性 本部分将焦点从结构材料转向了现代信息和能源技术中不可或缺的功能性材料。 半导体物理与器件： 侧重于掺杂的原理、载流子迁移率、PN结的形成以及光电器件中的载流子复合机制。 介电与铁电材料： 解释了电场作用下材料的极化现象，分析了居里温度对介电常数的影响，以及在电容器和存储器中的应用。 磁性材料： 详细阐述了朗之万理论、域结构、磁滞回线（硬磁与软磁的区别），并探讨了磁阻效应（GMR/TMR）在传感器和存储技术中的应用潜力。 第五部分：前沿材料技术与可持续发展 本部分面向未来材料的开发，涵盖了先进制造技术对微观结构控制的挑战。 复合材料的界面控制： 重点分析了增强相（纤维或颗粒）与基体之间的界面结合强度（Interfacial Shear Strength, IFSS）的表征方法，以及混合模型（如Voigt, Reuss, 混合模型）对宏观性能的预测精度。 增材制造中的材料行为： 研究了激光粉末床熔融（LPBF）过程中快速凝固导致的非平衡态微观结构（如柱状晶的形成、孔隙率的控制），以及由此带来的残余应力和各向异性问题。 生物医用材料与环境响应： 探讨了生物相容性、生物降解速率的调控，以及形状记忆合金和智能聚合物等刺激响应材料的机理。 【本书特色与贡献】 《先进材料的结构、性能与应用》的显著特点在于其跨学科的整合性和严格的量化分析。本书大量采用了现代计算模拟（如分子动力学、有限元分析）的视角来解释实验现象，使得读者不仅知其然，更能知其所以然。每一个关键概念的引入都伴随着完整的公式推导和实例分析，确保了理论的严谨性。此外，书中配备了大量的、来自实际工程案例的图表和数据，有效弥合了基础科学与工程实践之间的鸿沟。本书旨在培养读者运用材料科学基本原理，解决复杂工程问题的能力，是深入材料世界不可或缺的指南。

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