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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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