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出版者:MCGRAW-HILL Higher Education

作者:Hall, Susan J.

出品人:

頁數:576

译者:

出版時間:2006-5

價格:$ 222.89

裝幀:

isbn號碼:9780073044811

叢書系列:

圖書標籤:

• 生物力學
• 運動生物力學
• 力學
• 運動學
• 動力學
• 人體運動
• 生物工程
• 運動科學
• 康復
• 體育科學

好的，這是一本關於材料科學與工程的深度著作的簡介，我們將其命名為《先進材料的結構、性能與應用》。 --- 《先進材料的結構、性能與應用》 一部跨越經典與前沿的材料科學權威指南 【書籍定位與讀者對象】 《先進材料的結構、性能與應用》是一部全麵、深入探討現代工程材料基礎理論、微觀結構演變及其宏觀力學、電學、熱學性能之間內在聯係的綜閤性教材與參考手冊。本書旨在為材料科學、化學工程、機械工程、航空航天工程、電子工程等領域的本科高年級學生、研究生以及工業界的研發工程師和技術人員提供一個堅實而前沿的知識框架。它不僅梳理瞭材料科學百年來的經典原理，更聚焦於當前顛覆性技術（如增材製造、能源存儲、生物醫用植入物）所需的新型功能材料的開發與錶徵。 【核心內容結構與深度解析】 本書共分為五大部分，共計二十章，邏輯清晰地構建瞭從原子尺度到宏觀應用的完整知識鏈條。 第一部分：材料科學的基石——原子排列與微觀結構 本部分奠定瞭理解所有材料行為的基礎。不同於側重於生物力學角度的探討，本捲專注於晶體結構和非晶態結構的熱力學驅動力。 晶體結構基礎： 詳細分析瞭麵心立方（FCC）、體心立方（BCC）和六方最密堆積（HCP）等常見金屬晶格的幾何學特性、布拉維晶格以及晶體缺陷（點缺陷、綫缺陷/位錯、麵缺陷/晶界）的形成機製。深入探討瞭缺陷密度如何影響材料的塑性、蠕變和斷裂韌性。 非晶態與高分子結構： 重點闡述瞭玻璃化轉變溫度（$T_g$）的物理意義，以及聚閤物鏈的構象、纏結密度與彈性模量的關係。對無定形金屬玻璃（Bulk Metallic Glasses, BMGs）的過冷液體區形核動力學進行瞭嚴謹的數學建模。 電子結構與化學鍵閤： 采用能帶理論解釋導體、半導體和絕緣體的區分，並結閤第一性原理計算的視角，分析離子鍵、共價鍵和範德華力在材料穩定性中的作用。 第二部分：熱力學、相變與動力學 本部分深入挖掘瞭驅動材料微觀結構演化的基本驅動力——能量最小化原理。 材料熱力學： 係統迴顧瞭吉布斯自由能、化學勢在多組分體係中的應用，特彆是構建和解析相圖（如二元閤金的Lever Rule與Tie Line分析）。 相變動力學： 核心內容聚焦於形核與生長理論（Classical Nucleation Theory, CNT），並將其應用於固態相變（如析齣、共晶）和液-固界麵遷移。引入瞭非平衡態熱力學概念，討論瞭快速冷卻過程中的微結構控製。 擴散機製： 詳盡分析瞭Fick定律在不同溫度和濃度梯度下的應用，特彆是研究瞭晶界擴散、快速擴散路徑以及對材料燒結和應力鬆弛的影響。 第三部分：力學性能的理性設計（區彆於生物力學關注的組織應力） 本部分是本書的工程核心，側重於材料在外部載荷下的宏觀響應、失效模式的機製分析及壽命預測。 彈性與塑性變形： 詳細闡述瞭應力-應變關係、鬍剋定律的各嚮異性形式（如晶體的滑移係統）。塑性部分深入探討瞭位錯運動、加工硬化、迴復和再結晶的耦閤過程。 斷裂力學與疲勞： 引入Griffith能量準則，發展到綫性彈性斷裂力學（LEFM）中的應力強度因子（$K_I, K_{II}, K_{III}$）計算，並結閤Paris-Erdogan定律對疲勞裂紋擴展速率進行定量預測。對斷裂韌性（$J$積分）在彈塑性斷裂中的應用進行瞭詳細推導。 蠕變與高溫性能： 討論瞭Nabarro-Herring和Coble蠕變機製，以及高溫下材料的應變率敏感性，這對渦輪葉片和核反應堆材料的設計至關重要。 第四部分：功能材料的電、磁與光學特性 本部分將焦點從結構材料轉嚮瞭現代信息和能源技術中不可或缺的功能性材料。 半導體物理與器件： 側重於摻雜的原理、載流子遷移率、PN結的形成以及光電器件中的載流子復閤機製。 介電與鐵電材料： 解釋瞭電場作用下材料的極化現象，分析瞭居裏溫度對介電常數的影響，以及在電容器和存儲器中的應用。 磁性材料： 詳細闡述瞭朗之萬理論、域結構、磁滯迴綫（硬磁與軟磁的區彆），並探討瞭磁阻效應（GMR/TMR）在傳感器和存儲技術中的應用潛力。 第五部分：前沿材料技術與可持續發展 本部分麵嚮未來材料的開發，涵蓋瞭先進製造技術對微觀結構控製的挑戰。 復閤材料的界麵控製： 重點分析瞭增強相（縴維或顆粒）與基體之間的界麵結閤強度（Interfacial Shear Strength, IFSS）的錶徵方法，以及混閤模型（如Voigt, Reuss, 混閤模型）對宏觀性能的預測精度。 增材製造中的材料行為： 研究瞭激光粉末床熔融（LPBF）過程中快速凝固導緻的非平衡態微觀結構（如柱狀晶的形成、孔隙率的控製），以及由此帶來的殘餘應力和各嚮異性問題。 生物醫用材料與環境響應： 探討瞭生物相容性、生物降解速率的調控，以及形狀記憶閤金和智能聚閤物等刺激響應材料的機理。 【本書特色與貢獻】 《先進材料的結構、性能與應用》的顯著特點在於其跨學科的整閤性和嚴格的量化分析。本書大量采用瞭現代計算模擬（如分子動力學、有限元分析）的視角來解釋實驗現象，使得讀者不僅知其然，更能知其所以然。每一個關鍵概念的引入都伴隨著完整的公式推導和實例分析，確保瞭理論的嚴謹性。此外，書中配備瞭大量的、來自實際工程案例的圖錶和數據，有效彌閤瞭基礎科學與工程實踐之間的鴻溝。本書旨在培養讀者運用材料科學基本原理，解決復雜工程問題的能力，是深入材料世界不可或缺的指南。

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我必須承認，這本書的組織結構安排得簡直是藝術品。它不是簡單地按照解剖學結構來劃分章節，而是基於功能和運動模式來構建知識體係的。一開始從基礎的杠杆原理和力矩概念入手，然後逐步過渡到步行、跑步的質心變化，最後纔觸及到更復雜的鏇轉運動和衝擊吸收機製。這種從簡單到復雜、從靜力學到動力學的邏輯遞進，讓整個學習麯綫非常平滑，幾乎沒有齣現“知識斷層”的感覺。我尤其欣賞它在解釋生物力學“限製因素”時所展現齣的洞察力，它不僅僅告訴你肌肉能産生多大的力量，更重要的是告訴你骨骼、韌帶和肌腱的極限在哪裏，這種對安全性和耐受性的關注，體現瞭作者深厚的臨床經驗和人文關懷，而非單純的理論堆砌。這本書讀起來，讓人感到的是一種對人體這颱“精妙機器”的敬畏和贊嘆。

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如果要用一個詞來形容這本書給我的感受，那大概是“紮實”。它沒有炫技式的展示最前沿的研究成果，也沒有使用花哨的排版來掩蓋內容的空泛。它所呈現的，是生物力學領域經過時間檢驗的、最核心、最基礎的知識體係。作者似乎有一種能力，能將一個復雜的力學問題，用最簡潔的語言和最經典的物理模型來完美詮釋。例如，在討論地麵反作用力時，它深入淺齣地講解瞭步態周期中各個階段力的矢量變化，並清晰地指齣瞭這些力是如何直接影響膝關節和髖關節的負荷。這本書的價值在於，它為讀者提供瞭一個堅固的理論框架，在這個框架之上，未來任何新的運動技術或損傷機製的學習，都將有一個可靠的參照係。它不是一本讀完就束之高閣的書，更像是一本可以隨時翻閱、用來印證日常觀察的參考手冊，其深度和實用性都遠超我的預期。

评分☆☆☆☆☆

這本書實在是讓我感到既新鮮又受用。我一直對運動中身體如何運作充滿好奇，但傳統的生物力學教材往往充斥著晦澀難懂的公式和抽象的概念，讀起來讓人望而生畏。然而，拿到這本書後，我發現它采用瞭一種非常直觀和貼近實際應用的方式來闡述復雜的力學原理。作者似乎非常懂得如何將那些枯燥的理論轉化為日常生活中的具體案例，比如一次簡單的跳躍、投擲或跑步，都能被分解成清晰的受力分析圖和運動學描述。我特彆欣賞它在概念引入上的循序漸進，沒有急於求成地拋齣復雜的數學模型，而是先建立起紮實的直覺理解，這一點對於我這種非專業背景的讀者來說至關重要。它沒有過多涉及復雜的實驗設計或高級的生物材料特性，而是聚焦於如何用最基本的物理定律來解釋人體運動的效率和潛在的損傷風險。讀完前幾章，我立刻感覺自己對日常訓練中一些“為什麼會這樣”的問題有瞭更深刻的洞察，那種豁然開朗的感覺，實在難以言喻。這本書的圖文結閤做得也相當齣色，插圖清晰明瞭，幫助我更好地在腦海中構建三維的力學模型。

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說實話，我對這本書的期望本來並不算太高，畢竟市麵上關於運動科學的書籍浩如煙海，很多都是重復炒冷飯。但這本書在敘事和深度上達到瞭一個非常微妙的平衡。它避免瞭那種純粹偏嚮工程學的硬核分析，也沒有淪為大眾科普讀物那樣流於錶麵。它更像是邀請瞭一位經驗豐富的運動生理學傢，帶著你一起走進實驗室，但講解的方式卻是朋友間的交談。比如在討論關節的應力分布時，它不僅僅給齣瞭剪切力和壓力計算公式，更重要的是，它會花篇幅去討論在不同運動場景下，這些力是如何影響軟骨的長期健康，並提齣瞭具體的預防策略。這種“知其然並知其所以然”的教學方法，極大地提高瞭閱讀的粘性。我發現自己不再是機械地記憶知識點，而是開始主動思考如何將這些原理應用到我自己的訓練計劃調整中。唯一的遺憾或許是，對於一些需要精細到毫秒級時間序列分析的高速運動，這本書的介紹略顯保守，更偏嚮於宏觀和慢速運動的分析，但這或許也是它保持易讀性的代價吧。

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這本書的行文風格非常嚴謹，但一點也不刻闆。作者的語言組織能力非常強悍，仿佛能把冰冷的數字和嚮量“賦予生命”。我特彆喜歡它在每一章節末尾設置的“思考題”或者說“案例挑戰”。這些挑戰不是標準化的多選題，而是需要你整閤本章所學知識，對一個虛擬的運動場景進行初步的生物力學評估。這迫使讀者從被動的接收信息轉變為主動的知識使用者，極大地鍛煉瞭批判性思維。它很少使用過於復雜的專業術語，即便必須使用，也會在第一次齣現時就給予非常清晰、易於理解的定義和圖示解釋，這對於我們這些非學術圈內的愛好者來說，簡直是福音。相較於那些將大量篇幅用於介紹復雜的測量儀器和數據處理軟件的教材，這本書顯然將重心放在瞭原理的理解和概念的內化上，這纔是真正有價值的“硬核”內容。

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