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出版者:

作者:金圣才 编

出品人:

页数:311

译者:

出版时间:2010-3

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787508472669

丛书系列:

图书标签:

• 分析化学
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聚焦前沿，洞悉未来：现代材料科学导论 本书导读 在信息技术、生物医药和能源环保等领域迅猛发展的今天，材料科学作为支撑现代工业和科技进步的基石，其重要性不言而喻。本书《现代材料科学导论》旨在为有志于深入研究材料科学领域的学生、科研人员及工程师提供一个全面、系统且前沿的知识框架。我们摒弃了传统教材中过于侧重基础晶体结构和相图的传统叙事方式，转而将重点放在了功能材料的理性设计、制备新方法及其在尖端技术中的应用。 本书的编写遵循“从原子尺度到宏观性能”的逻辑链条，同时紧密结合当前全球材料学研究的热点与挑战，力求让读者建立起一套面向未来的材料学思维模式。 --- 第一部分：新一代结构与性能的耦合机制 (The New Coupling of Structure and Performance) 本部分将超越传统的晶体学和缺陷理论，着重探讨非平衡态结构对材料功能特性的影响。 第一章：高熵合金的构筑与热力学不稳定性 不同于传统的单主元或二元合金，高熵合金（HEAs）以其复杂的组元体系和独特的晶体结构（如面心立方、体心立方、六方或多相结构）引起了广泛关注。本章详细剖析了高熵效应、拉伸效应和迟滞效应的量化模型。重点探讨了在极端温度和应力条件下，亚稳态高熵相的形成机制、位错运动对熵驱动相变的调控，以及如何通过引入纳米沉淀相来提升其蠕变抗性和韧性。（本章不涉及化学计量比的精确计算或传统的热力学平衡计算，侧重于动力学控制下的结构演变。） 第二章：二维材料的范德华异质结与界面物理 石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）及拓扑绝缘体等二维材料是构建未来微纳器件的核心。本章的核心内容是“界面工程”。我们将深入探讨原子级厚度材料堆叠时产生的层间相互作用（如扭曲角依赖的能带结构调整——莫尔电子学），以及如何利用范德华力构建具有特定光电转换效率的异质结。重点案例分析包括：用于高效催化反应的二维材料/氧化物异质结的电荷转移机制。（本章不涉及任何关于溶液合成法的详细步骤，不讨论传统半导体物理中的掺杂理论。） 第三章：极端环境下的材料响应与损伤模型 针对航空航天和核能领域对材料的严苛要求，本章聚焦于材料在极端条件（如高热流密度、强辐射场、超高压）下的多尺度损伤机制。我们引入了分子动力学（MD）模拟在预测辐照引起的空位团簇迁移和晶格畸变方面的应用，并探讨了如何利用原位同步辐射技术捕捉材料在瞬态载荷下的微结构演化。（本章不涉及任何关于腐蚀动力学或电化学行为的分析。） --- 第二部分：功能化与智能响应材料的设计 (Design of Functional and Smart Responsive Materials) 本部分聚焦于材料如何响应外部刺激（光、电、磁、热），并实现特定的功能输出。 第四章：拓扑绝缘体与马约拉纳费米子的探索 本书将拓扑材料提升到前沿物理学的地位。本章详细介绍了拓扑绝缘体（TIs）的表面态、时间反演对称性保护的狄拉克锥特性。更进一步，我们探讨了如何通过磁性掺杂或界面耦合技术，诱导出非阿贝尔任意子，如马约拉纳零能模，及其在拓扑量子计算中的潜在应用。（本章不涉及传统半导体PN结的原理，不讨论固体物理中的能带隙计算。） 第五章：光电驱动的相变材料与信息存储 讲解如何设计具有快速、可逆光致相变特性的功能材料（如VO2、钙钛矿型材料）。重点分析光激发下的载流子动力学如何触发结构上的相变，从而实现超快光开关或非易失性存储。我们详细阐述了飞秒激光诱导的非热相变机制，以及如何通过纳米结构形貌控制来调控相变温度。（本章不涉及传统的电阻率测量方法，不讨论材料的介电常数。） 第六章：活性有机材料与生物兼容性界面 面向生物电子学和可穿戴设备，本章介绍了具有高柔韧性和可降解性的有机半导体材料。重点讨论了离子凝胶电解质的设计原则，以及有机电化学晶体管（OECTs）中离子传输与电子传输的耦合机制，以实现对生理信号的灵敏探测。同时，涉及了表面亲/疏水性梯度如何调控细胞粘附的生物物理学模型。（本章不涉及任何关于聚合物合成的精细化学反应机理，不讨论高分子材料的热力学平衡转化率。） --- 第三部分：先进制备技术与计算材料学 (Advanced Fabrication and Computational Materials Science) 本部分着眼于如何实现前沿材料的精确构筑，并利用计算工具预测其性能。 第七章：增材制造中的材料行为与冶金学 聚焦于激光选区熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等增材制造技术中出现的独特冶金问题。重点分析了高扫描速度下的快速凝固导致的微观结构非均匀性（如柱状晶生长、孔隙缺陷的形成机制），以及如何通过优化激光功率密度和冷却速率来调控残余应力和微区成分偏析。（本章不涉及传统的铸造工艺，不讨论粉末冶金的烧结过程。） 第八章：密度泛函理论（DFT）在材料设计中的应用 本书将DFT视为一种预测工具而非纯粹的理论推导。本章讲解如何利用DFT计算材料的电子结构、形成焓、缺陷迁移能垒和载流子有效质量。重点演示如何结合高通量计算平台，快速筛选具有特定带隙或催化活性的候选材料，并对比其与实验数据的偏差分析。（本章不涉及薛定谔方程的详细推导，不讨论量子力学的基本假设。） 第九章：机器学习与材料基因组计划 本章介绍了材料科学领域数据驱动的方法论。讨论如何利用高维特征工程（如Mace/Matminer描述符）将原子结构转化为可用于机器学习模型的输入。重点案例包括利用贝叶斯优化寻找最优的催化剂活性位点，以及利用图神经网络（GNN）预测复杂晶体结构的稳定性。（本章不涉及传统的统计学回归分析，不讨论大数据处理的基础算法。） --- 总结与展望 《现代材料科学导论》的目的是引导读者跳出传统材料学的思维定式，理解材料科学是一个高度交叉的学科，其未来发展依赖于对原子尺度精准调控、跨尺度多场耦合理解以及高效的计算筛选。本书所涵盖的知识点均指向当前国际学术界和工业界最为关注的前沿方向，为读者后续的深入研究奠定坚实的基础。

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