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《生物医学超声学(套装上下册)》分为上、下两册，上册系统地介绍了生物医学超声学的基础理论和关键技术，包括生物医学超声的物理基础、换能器、信号与信道特性，以及超声测量与成像的理论、系统和关键技术等；下册主要介绍超声造影成像、超声弹性成像、超声图像处理、超声生物效应、治疗超声、医学超声波微器件，以及其他生物医学超声技术的基本理论、方法及应用。全书共分为14章，每章后均配有习题和参考文献供读者练习、进一步阅读和思考。通过学习《生物医学超声学(套装上下册)》，读者能够对生物医学超声学的理论和方法有较全面的理解和掌握，并能够开阔视野进而提高自己的业务水平。
《生物医学超声学(套装上下册)》可作为高等院校生物医学工程及相关专业高年级本科生和研究生教材，也可供相关专业的研究人员和工程技术人员参考。
现代材料科学与工程导论 第一章：材料的结构与性能基础 本章旨在为读者构建一个坚实的材料科学基础，深入探讨材料的微观结构如何决定其宏观性能。我们将从原子尺度入手，详细剖析晶体结构、晶格缺陷（如点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷）的形成机制及其对材料力学性能的显著影响。 1.1 晶体结构与晶体学基础 晶体结构分类： 介绍常见的晶体结构，包括体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方最密堆积（HCP）结构。通过密堆积系数和配位数的概念，解释不同结构在原子排列上的差异。 晶体学基础： 详细阐述晶面、晶向的表示方法（Miller指数系统），并讨论如何利用这些工具分析材料的择优取向（织构）和多晶体的晶界结构。 1.2 电子结构与能带理论 量子力学基础回顾： 简要回顾薛定谔方程在周期性势场中的应用，引入布洛赫定理。 能带结构形成： 解释自由电子模型如何演变为能带结构。区分导体、半导体和绝缘体的导带、价带和禁带宽度之间的关系，为后续理解电子材料奠定基础。 费米能级与电子输运： 深入探讨费米能级在不同温度下的变化，并将其与材料的导电性、热电性能联系起来。 1.3 晶体缺陷的热力学与动力学 缺陷的形成能： 利用热力学方法计算本征缺陷（如空位、间隙原子）的平衡浓度，讨论温度如何影响缺陷浓度。 缺陷的迁移与交互作用： 分析点缺陷在晶格中的扩散机制（如沙宾机制、间隙扩散），并研究位错如何通过攀移和滑移进行运动，解释加工硬化、蠕变等现象的微观机理。 --- 第二章：金属材料的相变与力学行为 本章聚焦于金属材料的微观组织演变及其力学响应，这是工程结构设计中最为核心的内容之一。 2.1 相图解析与热处理基础 二元相图分析： 详细讲解杠杆定律在处理液-固平衡、固溶体形成及共晶反应中的应用。重点分析铁-碳合金相图（Fe-Fe3C），这是理解钢铁材料的基础。 相变动力学： 介绍成核理论（均匀成核与非均匀成核）和长大理论，阐述扩散控制相变过程的演化。 钢铁的热处理工艺： 深入探讨退火、正火、淬火和回火的目的与效果。分析不同冷却速率对马氏体、贝氏体转变的影响，并解释回火过程中的析出和软化现象。 2.2 机械性能测试与本构关系 拉伸与压缩试验： 详述屈服强度、抗拉强度、延展性（断裂伸长率和面积变化率）的测量方法，并讲解应力-应变曲线的物理意义。 硬度测试： 介绍布氏、洛氏、维氏硬度测试的原理和适用范围，探讨硬度与抗拉强度的经验关系。 蠕变与疲劳： 阐明高温下材料的蠕变行为（初稳态、稳态、加速态），并系统介绍疲劳断裂的S-N曲线、疲劳极限及低周/高周疲劳的差异。 2.3 塑性变形与强化机制 位错运动与加工： 详细分析位错的滑移、交滑移和缠结，解释加工硬化（冷作强化）的本质。 晶粒细化强化： 深入探讨Hall-Petch关系，说明晶界对位错运动的阻碍作用。 固溶强化与沉淀强化： 解释溶质原子对位错线的钉扎效应，并系统介绍沉淀物（如第二相颗粒）对位错运动的阻碍机制（Orowan绕越、剪切）。 --- 第三章：陶瓷与聚合物材料的特性 本章拓展了对非金属材料的认识，涵盖了陶瓷和聚合物两大类关键工程材料。 3.1 陶瓷材料的结构与断裂特性 陶瓷的化学键合： 强调陶瓷材料中离子键和共价键的强结合特性，解释其高硬度、高熔点和化学惰性的来源。 晶体化学与电荷平衡： 讨论肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷在离子陶瓷中的形成，以及化学计量与晶格缺陷对电学性质的影响。 陶瓷的脆性与增韧： 深入分析陶瓷的断裂韧性远低于金属的原因（缺乏有效塑性变形）。重点介绍先进的增韧技术，如裂纹偏转、裂纹桥接和纤维增强技术。 3.2 聚合物的分子结构与粘弹性 聚合物的结构特征： 区分线型、支化型、交联型聚合物。讲解聚合度、分子量分布（多分散性指数）对材料性能的影响。 构象与构型： 详细分析聚合物链的柔性、构象异构（顺式/反式）和立体异构对玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）的调控作用。 粘弹性理论： 引入粘弹性本构关系，解释聚合物在不同时间尺度和温度下表现出的松弛、蠕变和应力松弛现象。使用Voigt模型和Maxwell模型描述其动态力学响应。 3.3 聚合物的加工与老化 加工方法概述： 简述注塑、挤出、吹塑等常见成型工艺。 老化与降解： 分析热氧化老化、光降解和机械降解的机理，探讨稳定剂和抗氧化剂在延长聚合物使用寿命中的作用。 --- 第四章：复合材料的界面与性能设计 本章聚焦于复合材料的设计理念，强调组分间的协同效应和界面行为的重要性。 4.1 复合材料的分类与增强机制 纤维增强复合材料（FRC）： 详细分析短纤维、连续纤维的铺层对性能的贡献。引入“有效模量”的概念，计算各向同性与正交异性复合材料的纵向和横向模量。 颗粒增强复合材料（PRC）： 讨论晶体和非晶体颗粒对基体的强化作用。 结构复合材料： 分析夹层结构（如蜂窝夹芯板）在提高比强度和比刚度方面的优势。 4.2 关键的界面科学 界面/相界： 强调界面是复合材料中应力传递和失效的薄弱环节。 界面结合强度： 讨论化学键合、机械互锁和扩散连接对界面剪切强度的影响。介绍硅烷偶联剂在玻璃纤维/聚合物体系中的作用机理。 界面失效模式： 分析基体开裂、纤维拔出（Pull-out）和界面脱粘等不同失效模式，并解释如何通过优化界面设计来提高材料的韧性。 4.3 复合材料的力学性能预测 经典板壳理论： 介绍Tsai-Pagano模型和Voigt/Reuss模型在预测层合板宏观力学性能中的应用。 损伤容限与断裂行为： 讨论复合材料的非线性响应，分析分层（Delamination）和纤维/基体断裂的相互作用，以及纤维断裂累积过程（Damage Accumulation）。 --- 第五章：功能材料的原理与应用 本章概述了具有特定电、磁、光或热学功能的材料体系，这是现代工程技术发展的关键驱动力。 5.1 导电与半导体材料 半导体物理： 深入讲解掺杂（N型与P型）对载流子浓度的控制。分析PN结的形成及其在二极管、晶体管中的应用基础。 超导现象： 介绍BCS理论（适用于传统超导体）和第二类超导体的宏观特性，探讨高温超导材料（如铜氧化物）的研究进展及其在储能和输电中的潜力。 5.2 磁性材料的微观磁畴理论 磁性分类： 区分抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。 磁化过程： 解释磁畴壁的运动和磁畴的转动如何导致宏观磁滞现象。分析硬磁材料（高矫顽力）和软磁材料（低矫顽力）的设计原理。 现代磁性应用： 介绍巨磁阻效应（GMR）在数据存储技术中的应用。 5.3 光学与压电材料 光学材料： 讨论光在介质中的吸收、发射和散射机制。介绍发光二极管（LED）和激光二极管中的能带间跃迁过程。 压电效应： 解释非中心对称晶体结构如何在外加应力下产生电荷（正压电）或在外加电场下发生形变（逆压电）。分析压电陶瓷（如PZT）在传感器和执行器中的应用。 --- 第六章：材料的腐蚀、失效分析与可持续性 本章关注材料在实际服役环境中的长期可靠性，以及应对环境挑战的工程策略。 6.1 金属的腐蚀与防护 电化学腐蚀原理： 详细阐述电化学腐蚀的阳极反应和阴极反应，区分均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）。 腐蚀防护技术： 探讨牺牲阳极保护法、外加电流法（阴极保护），以及缓蚀剂的作用机理和保护涂层的选择与失效分析。 6.2 失效分析的基本方法 断口学基础： 教授如何通过宏观和微观（SEM/TEM）观察断口形貌来判断材料的断裂模式（韧性、脆性、疲劳、蠕变）。 无损检测（NDT）： 简述超声波探伤、射线探伤和涡流探伤在早期缺陷识别中的应用原理，强调其在保障结构安全中的重要性。 6.3 材料的可持续性与循环经济 生命周期评估（LCA）： 介绍如何从原材料获取到最终处置对材料的环境影响进行量化评估。 材料的回收与再利用： 讨论金属、聚合物和陶瓷回收过程中的技术挑战和工艺优化，引导读者树立绿色材料工程的理念。
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