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出版者:高等教育出版社

作者:崔恩选 编

出品人:

页数:313

译者:

出版时间:2009-2

价格:21.40元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040028676

丛书系列:

图书标签:

• 化学工艺
• 化学工程
• 化工原理
• 化学工艺
• 工业化学
• 过程工程
• 反应工程
• 分离工程
• 化工设备
• 传热传质
• 化工安全

聚焦新能源、新材料与生物技术：当代科技前沿探索 图书简介 本书旨在为读者提供一个广阔的视角，深入探索当前科技领域中最具活力和前瞻性的几个方向：新能源技术、先进材料科学以及前沿生物技术。我们力求通过详实的数据、前沿的研究成果和深刻的行业洞察，构建一个多学科交叉融合的知识体系，以期激发创新思维，并为相关领域的专业人士和决策者提供有价值的参考。全书结构清晰，内容覆盖面广，侧重于技术原理、工程应用及其对社会经济的深远影响。 --- 第一部分：驱动未来的能源变革——新能源技术深度解析 能源是社会发展和工业进步的基石。随着全球对气候变化问题的日益关注和化石燃料储备的限制，新能源技术的研发与商业化已成为当今世界科技竞争的焦点。本部分将系统性地阐述当前主流和新兴的能源技术，着重分析其技术瓶颈、经济可行性及大规模应用的路径。 第一章：太阳能转换效率的飞跃 本章将详细介绍光伏（Photovoltaic, PV）技术的最新进展。我们不仅回顾了晶体硅太阳能电池的结构优化与制程革新，如PERC、TOPCon和异质结（HJT）技术的效率边界探索，更将重点聚焦于下一代薄膜太阳能电池，特别是钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）。钙钛矿材料因其优异的光吸收特性和低成本制备潜力，被视为颠覆传统光伏产业的关键技术。本章将深入剖析其稳定性问题（如湿气、光照和热稳定性）的解决策略，包括钝化层设计、界面工程以及先进封装技术。同时，讨论叠层结构（Tandem Cells）如何突破单结电池的肖克利-奎伊瑟极限（Shockley-Queisser Limit），实现理论效率的进一步提升。 第二章：储能系统的关键角色——电化学储能技术 新能源的间歇性对电网的稳定提出了严峻挑战，高效、长寿命的储能技术成为解决此问题的核心。本章将全面对比锂离子电池（Li-ion Batteries）在能量密度、功率密度和安全性上的最新突破。特别关注固态电池（Solid-State Batteries）的研发进展，包括不同固态电解质（如聚合物、氧化物和硫化物）的离子电导率、界面阻抗及实际循环性能。此外，我们还将探讨新兴的非锂离子电池技术，如钠离子电池（Na-ion）、锌基电池（Zinc-based batteries）以及液流电池（Flow Batteries）在电网级大规模储能应用中的独特优势与工程化挑战。对电池管理系统（BMS）中先进的算法优化，如状态估计（SoC, SoH）和热管理策略，也将进行细致的阐述。 第三章：氢能——终极零碳载体 氢气被视为未来能源系统的核心载体之一。本章分析了制氢技术的多样性与可持续性。在低碳制氢方面，重点讨论了高效电解水技术（PEM、AEM、SOEC）的催化剂创新，特别是如何减少对贵金属（如铱、铂）的依赖。在储运方面，深入探讨了物理储氢（高压气态、深冷液态）的技术限制，并详细评估了化学储氢（如液态有机氢载体LOHCs、金属氢化物）在提高能量密度和安全系数方面的潜力。最后，对氢燃料电池（Fuel Cells）的性能衰减机理和耐久性提升进行了工程学分析。 --- 第二部分：材料魔方——先进功能材料的构建与应用 材料是所有工程技术的基础。本部分聚焦于那些具备独特物理、化学或生物学特性的新型功能材料，它们正在重塑电子、机械和环境科学的面貌。 第四章：纳米结构与量子效应材料 纳米技术使得材料性质可以从原子尺度上被精确调控。本章探讨了二维材料（2D Materials），如石墨烯、二硫化钼（MoS2）及其衍生物的制备工艺（如化学气相沉积CVD和液相剥离），以及它们在超高速晶体管、柔性电子器件中的应用潜力。深入解析了量子点（Quantum Dots, QDs）在光电转换和生物成像领域的突破，特别关注其尺寸依赖性光学性质的精确控制及其在Mini/Micro-LED显示技术中的商业化路径。 第五章：高熵合金与智能结构材料 传统合金设计依赖少数主元素，而高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）通过等原子比或接近等原子比的五种或更多主元素组合，展现出极高的热稳定性、抗辐照性和机械韧性。本章将从计算热力学和相场模拟的角度，解析HEAs的“高熵效应”、“迟滞效应”和“不相容性效应”如何稳定面心立方（FCC）或体心立方（BCC）结构。此外，还将介绍形状记忆合金（SMA）和压电陶瓷等智能材料在自适应结构和精密驱动器中的最新进展。 第六章：可持续性的基石——绿色聚合物与复合材料 面对环境挑战，开发可降解、生物相容性高的新型聚合物成为必然趋势。本章详述了聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等生物基和生物降解塑料的聚合机制和性能改良技术，包括共聚改性和纳米填料增强。在复合材料领域，重点关注碳纤维增强复合材料（CFRP）的疲劳损伤监测技术以及纤维与基体界面结合强度的调控策略，以满足航空航天和汽车轻量化的严苛要求。 --- 第三部分：生命科学的工程化——前沿生物技术与合成生物学 生物技术正从基础研究走向大规模工程应用，合成生物学更是将生命系统视为可编程的“生物工厂”。本部分侧重于工程思维在生命科学领域的应用与突破。 第七章：基因编辑工具的迭代与精准医疗 CRISPR-Cas系统是现代生物技术的核心驱动力。本章将详述CRISPR系统的基本机制，并深入对比CRISPR-Cas9、Cas12a以及更精密的碱基编辑（Base Editing）和先导编辑（Prime Editing）技术。讨论其在体外（Ex Vivo）和体内（In Vivo）基因治疗中的递送系统（如腺相关病毒AAV和脂质纳米颗粒LNP）的优化，以及如何通过计算生物学方法预测脱靶效应，实现基因编辑的精确性和安全性。 第八章：合成生物学与工业生物制造 合成生物学的目标是设计和构建新的生物部件、设备和系统。本章阐述了代谢工程在微生物细胞工厂构建中的应用，如何通过系统性地调控代谢流，实现高价值化学品（如生物燃料、医药中间体和特种食品添加剂）的高效、低成本生物制造。重点分析了基因线路设计中的“正反馈”、“振荡器”等模块化设计原理，以及自动化高通量筛选平台（如流式细胞术和微流控芯片）在加速“设计-构建-测试-学习”（DBTL）循环中的关键作用。 第九章：生物医学工程的前沿交叉 本章探讨了工程学原理在解决复杂生物医学问题中的应用。内容包括再生医学中的组织工程支架（Scaffolds）设计，重点关注生物打印（Bioprinting）技术中的材料选择、打印分辨率与细胞存活率的平衡。此外，详细介绍了下一代生物传感器和可穿戴设备的开发，特别是基于微流控芯片的即时诊断（Point-of-Care Testing, POCT）技术，及其在传染病监测和慢性病管理中的变革潜力。 --- 总结与展望 本书的每一部分都紧密围绕“技术突破”与“工程实现”这一核心主线展开。我们相信，未来的科技进步将越来越依赖于跨学科知识的深度整合。理解新能源的物理化学、掌握新材料的微观结构、并能够运用工程学原理改造生命系统，是面向未来挑战的关键能力。本书为读者提供了进入这些前沿领域的坚实知识基础和前瞻性视野。

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这本书简直是为初学者量身定做的，那种娓娓道来的讲解方式，让人完全没有压力。我记得我刚开始接触这个领域的时候，那些复杂的公式和晦涩的理论总是让我望而却步，但这本书的作者似乎深谙此道，他总能用最生活化的例子来阐述那些看似高深的化学反应过程。比如，书中对**反应器设计**的介绍，不是上来就抛出那些复杂的偏微分方程，而是先从一个简单的搅拌釜开始，一步步拆解其中的传热、传质问题，让人能很直观地理解“为什么”要这样设计。尤其让我印象深刻的是关于**分离过程**的章节，作者没有陷入于罗列各种分离技术的细节中，而是将重点放在了不同工艺选择背后的经济性和可行性分析上，这对于我们这些未来想从事实际生产管理的人来说，简直是宝贵的经验。读完这部分，我感觉自己对整个化工厂的脉络都有了一个更清晰的认识，不再是孤立地看一个单元操作，而是能从全局的角度去思考如何实现高效、环保的生产。整本书的排版也做得很好，图文并茂，关键的公式和图表都有详细的注释，即便不参考其他任何资料，也能顺畅地进行学习和理解。

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我必须承认，这本书的**逻辑构建**是极其严谨和令人信服的。它不是按部就班地介绍每一个操作单元，而是从**物料平衡和能量平衡**这两个最基本的守恒定律出发，层层递进，构建起整个工艺流程的骨架。我个人特别喜欢它处理**热力学基础**的方式，它没有把这部分写成枯燥的数学推导，而是将其巧妙地融入到**热交换网络**的设计优化中。作者通过一个虚拟的合成氨装置为例，展示了如何利用辛勤（Pinch）分析法来最大限度地回收余热，这不仅是理论的展示，更是一堂生动的成本控制课。此外，对于**过程控制**这块内容，这本书的处理方式也非常高明，它没有堆砌复杂的PID参数调节，而是着重于阐述“为什么要控制”以及“控制的目的是什么”，即如何保证产品质量的稳定性和操作的安全性。每当我觉得自己要被复杂的流程图绕晕时，翻到后面的总结部分，作者总能用几句话将复杂性提炼回最核心的原则，这种“收放自如”的叙述节奏，极大地增强了阅读的流畅性和知识的留存率。

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这本书的**语言风格**非常注重实际操作的落地性，几乎读起来不像一本纯粹的学术著作，更像是经验丰富的老工程师在手把手地带徒弟。比如在介绍**设备选型与放大**时，它没有使用大而空的规范描述，而是具体到不同材质（如哈氏合金、不锈钢）在特定腐蚀环境下寿命的对比，以及检修便利性的考量。这种“细节决定成败”的理念贯穿始终，让人在阅读时时刻保持着一种“如果我要建一个工厂，我会怎么做”的实战心态。尤其欣赏它在处理**经济性评估**时的坦诚态度，书中明确指出了在不同市场环境下，某些高精尖技术可能因为初始投资过高而被迫放弃，从而选择更成熟、风险更低的方案。这种对商业现实的尊重，使得这本书不仅仅是知识的传授，更是一种**职业素养的培养**。它教会我，一个好的工艺设计，永远是技术可行性、经济合理性和环境友好性的最优平衡点，而不是单纯追求技术上的完美无瑕。

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这本书的**前瞻性**在同行中是比较突出的，尤其是它对新兴技术趋势的把握非常到位。在讨论**反应动力学**时，它没有停留在经典的阿伦尼乌斯模型上，而是花费了相当的篇幅去探讨了**催化剂设计**的最新进展，特别是对纳米材料在提高选择性方面应用的论述，虽然部分内容偏向研究前沿，但对于我们这些需要规划未来工厂技术升级的人来说，无疑提供了极具价值的参考方向。另一个让我眼前一亮的方面是其对**过程模拟软件**应用的探讨。它没有简单地罗列哪个软件的功能，而是深入分析了不同模型在描述非理想体系时的局限性和优势，比如在处理高压气液平衡时，不同方程组的选择对最终结果的偏差有多大。这种对工具本质的剖析，远比停留在“如何操作软件”的层面要深刻得多。总而言之，它成功地在“工业实践”和“前沿科研”之间架起了一座坚实的桥梁，使得读者在学习传统工艺的同时，也能保持对行业未来发展的敏感度。

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坦率地说，对于一个有一定基础的工程师来说，这本书在深度上可能略显“保守”，但它提供的**系统性视角**却是其他专业书籍难以比拟的。我更看重的是它如何将**单元操作**这个看似松散的知识点串联起来，形成一个完整的工艺链条。举个例子，书中在讨论**流体力学**在管道设计中的应用时，它并没有止步于计算雷诺数和摩擦系数，而是紧接着分析了泵选型和管路布置对**能耗**的直接影响，这种跨领域的关联性思考，是很多只专注于某一技术细节的教材所欠缺的。更值得称道的是，作者在涉及**安全与环保**的章节中，融入了大量的案例分析。这些案例不是那种教科书式的“完美错误”，而是贴近实际工厂中可能遇到的连锁反应和应急处理流程，这让我深刻体会到，在化学工艺中，“安全”从来都不是一个附加项，而是与设计本身融为一体的核心要素。这本书的价值在于它教我们如何成为一个“全能”的工艺工程师，而不是一个只会套公式的计算员。

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