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出版者:清华大学

作者:赵明

出品人:

页数:360

译者:

出版时间:2001-5-1

价格:29.50

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302044697

丛书系列:

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探寻光影与物质的深层联系：现代材料科学前沿研究 本书导读： 本书汇集了当代材料科学领域最具创新性和影响力的研究成果，深入探讨了从微观结构调控到宏观性能实现的全过程。它并非聚焦于单一技术或应用，而是致力于勾勒出当前材料科学研究的广阔图景及其未来发展方向，特别是在前沿功能材料的设计、合成与应用方面进行了详尽的阐述。全书内容严谨，理论与实验数据并重，旨在为材料学、物理学、化学及相关工程技术领域的科研人员、高级学生以及工业界专业人士提供一份全面而深刻的参考资料。 --- 第一部分：新型电子与光子材料的结构-性能关联 本部分重点剖析了那些具有革命性电子或光子传输特性的新兴材料体系，揭示了其独特的晶格结构、电子能带结构与宏观功能之间的内在联系。 第一章：二维过渡金属硫化物（TMDs）的缺陷工程与载流子调控 二维材料因其原子级别的厚度和优异的量子效应，一直是凝聚态物理和材料科学的热点。本章将深入探讨如何通过精确控制合成过程中的非化学计量或后处理引入点缺陷（如空位、间隙原子或杂原子掺杂），来系统性地调控例如 $ ext{MoS}_2$、$ ext{WSe}_2$ 等TMDs的费米能级、载流子浓度及其迁移率。 晶格畸变与声子散射： 分析不同类型缺陷对材料热导率和声子谱的影响，探讨如何利用缺陷工程优化热管理性能。 界面效应与异质结构建： 详细阐述了如何通过范德华力构建不同层数的垂直或平面异质结，实现电荷分离和光生载流子的有效提取，这对于高效光电器件至关重要。 自旋-轨道耦合的增强策略： 讨论了重原子掺杂或应力工程如何增强二维材料中的自旋-轨道耦合效应，为开发基于自旋电子学的器件（如自旋阀）奠定理论基础。 第二章：钙钛矿材料在高效太阳能转换中的能级匹配与稳定性突破 有机-无机杂化钙钛矿材料因其高光吸收系数和低成本制备潜力，已成为下一代光伏领域的研究焦点。本章聚焦于解决其长期稳定性这一核心挑战，同时优化光电转换效率。 维度工程与结构弛豫： 研究通过引入大有机阳离子或构建低维/二维界面钝化层，来抑制晶格振动和离子迁移，从而提高器件在湿热环境下的稳定性。 缺陷钝化机制的分子动力学模拟： 采用先进的计算模拟方法，揭示了表面和晶界缺陷（如铅碘空位）对非辐射复合的影响，并对比了不同有机胺类钝化剂的有效性。 界面接触电阻与电荷提取： 详述了电荷传输层（HTL/ETL）材料的选择对器件内部电场分布和界面接触电阻的影响，提出通过原子层沉积（ALD）技术制备超薄、高结晶度的界面缓冲层以提升器件性能。 --- 第二部分：先进结构材料的力学、疲劳与损伤容限 本部分关注工程应用中至关重要的结构材料，探讨如何通过微观结构控制来大幅提升其强度、韧性以及在极端载荷下的耐久性。 第三章：高熵合金（HEAs）的微观组织设计与极端环境下的服役性能 高熵合金凭借其固有的高熵稳定性和复杂的晶体结构，展现出远超传统镍基或铝基合金的力学性能。本章着重于如何通过成分设计和热处理工艺来调控其“四高”特性（高强度、高韧性、高抗腐蚀性、高耐磨性）。 相分离与析出强化机制： 深入分析在不同冷却速率下，主体FCC或BCC基体中析出纳米尺度的金属间化合物或富集区（如$sigma$相、$mu$相）对材料屈服强度和加工硬化的贡献。 位错动力学与孪晶诱导塑性（TWIP）： 探讨在低堆垛层错能（SSF）高熵合金中，如何通过应力诱导的孪晶来有效吸收能量和阻碍位错运动，从而实现超高的均匀延伸率。 蠕变与高温断裂韧性： 针对航空航天应用，评估了在高熵合金中引入稀土元素或硼元素对晶界强化的影响，以及其在超高温度下抗蠕变形变的机制。 第四章：复合材料的界面反应与多尺度断裂行为分析 先进复合材料的性能往往受限于纤维与基体之间的界面质量。本章通过多尺度建模和实验验证相结合的方法，解析了界面行为对整体材料失效的影响。 纤维增强复合材料的损伤起始与扩展： 针对碳纤维增强环氧树脂（CFRP）或陶瓷基复合材料（CMC），研究了疲劳载荷下基体开裂、纤维-基体脱粘以及树脂富集区断裂的耦合过程。 界面涂层技术与粘结强度优化： 详细介绍了化学气相沉积（CVD）或溶胶-凝胶法制备的界面改性层（如氮化硅、碳层）如何有效解耦基体和增强相之间的应力集中，从而提升复合材料的层间剪切强度（ILSS）。 自修复与损伤容限： 探讨了在聚合物基体中嵌入微胶囊或血管网络结构，实现材料在微裂纹出现后能通过释放修复剂来恢复性能的策略。 --- 第三部分：生物医学与环境功能材料的界面相互作用 本部分将目光投向材料与生命系统以及自然环境的交汇点，关注材料的生物相容性、可降解性以及污染物吸附与催化能力。 第五章：智能响应性生物医用材料的载药释放与组织再生调控 本章聚焦于设计能够响应外部刺激（如pH值、温度、光照或磁场）的材料体系，用于精准医疗和组织工程。 pH敏感性水凝胶的支化结构设计： 阐述了通过调整聚合物网络中酸性或碱性官能团的密度和空间分布，实现药物在肿瘤微环境（酸性）中快速崩解和释放的机制。 生物活性涂层对干细胞分化的引导： 研究了在钛合金植入物表面修饰特定微纳结构（如沟槽、孔隙）或生长因子，如何通过机械信号或化学信号特异性地诱导干细胞向骨细胞或软骨细胞方向分化。 可控降解生物材料的动力学分析： 对聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）等可吸收聚合物，通过调整分子量和共聚单体比例，精确控制其在体内的水解速率和代谢产物的毒性。 第六章：新型多孔吸附剂在水处理与污染物捕获中的应用 环境材料科学致力于开发高效、可再生的材料以解决水污染和碳捕集问题。 金属有机框架（MOFs）的孔隙工程与选择性吸附： 详细分析了通过后合成修饰（PSM）或选择性配体替换，如何调控MOFs孔径和内表面化学环境，以实现对重金属离子（如铬酸盐、砷酸盐）或特定有机染料分子的高效去除。 光催化材料在有机污染物降解中的机制： 比较了 $ ext{TiO}_2$、氮化碳（$ ext{g-C}_3 ext{N}_4$）等半导体光催化剂在可见光下的载流子分离效率，并讨论了表面缺陷位点在产生高活性氧物种（如$cdot ext{OH}$自由基）中的关键作用。 CO2捕集与资源化利用： 介绍了几种新型胺基功能化固体吸附剂的吸附-脱附循环性能，以及将捕集的 $ ext{CO}_2$ 通过负载型催化剂转化为甲醇或合成气的前景。 --- 总结展望： 本书所涵盖的材料体系和研究方法代表了当前材料科学领域探索物质世界奥秘的主流方向。未来的发展将更加依赖于跨学科的深度融合，特别是计算材料学、人工智能辅助设计以及原位/实时表征技术（如同步辐射、球差校正电镜）的应用，以期加速从“材料发现”到“功能实现”的转化周期。本书力求提供坚实的理论基础和前沿的实验视角，激励读者在这些充满挑战和机遇的领域中进行更深层次的探索。

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