具体描述
该书给出了过程监控的理论的背景和实用技术。而对的读者对象是过程、化工和控制专业的高年级学生、研究生和已工作的工程师。
该书最明显的特点，是把过程监控的数据驱动方法、解析方法和基于知识的方法有机地融合在一起进行了系统的论述。为了对各种方法进行分析比较，书中还给出了大量的简单例子和一个大型工业设备仿真器。每章之后都有作业题，便于读者加深对各种故障检测与诊断方法的理解，并用有利于自学。
现代材料科学前沿：从微观结构到宏观性能的调控 内容简介 本书聚焦于现代材料科学领域的前沿进展，深入剖析了材料的微观结构特征、制备工艺、性能表征及其在关键工程应用中的潜力。全书结构严谨，内容详实，旨在为材料科学、物理学、化学工程以及相关交叉学科的研究人员和高级学生提供一份全面而深入的参考资料。 本书摒弃了对传统材料的泛泛而谈，而是将重点放在先进功能材料和极端环境材料的创新性研究上。全书共分为七大部分，共计二十章，内容涵盖了从基础理论到尖端应用的多个维度。 第一部分：先进结构材料的界面工程与力学行为 本部分重点探讨了如何通过精确控制材料内部的界面结构来优化其宏观力学性能。 第一章：高熵合金的相分离与孪晶诱导塑性（TWIP）效应 详细阐述了高熵合金（HEAs）复杂多主元体系下的相图构建方法，特别是如何通过调控成分梯度和热处理路径，诱导形成纳米尺度的析出相或堆垛层错结构。内容包括使用同步辐射X射线散射技术对高温变形过程中亚结构演变的实时监测，以及基于密度泛函理论（DFT）计算预测不同晶界能对材料韧脆转变的影响机制。特别关注了在超低温和超高应变率下的本构关系构建。 第二章：复合材料的增材制造与损伤演化模拟 本章深入研究了利用激光熔融或电子束熔化技术制备的金属基和陶瓷基复合材料。讨论了纤维/基体界面结合的调控策略，特别是针对碳纳米管或石墨烯增强体系，如何解决分散均匀性和界面反应性问题。力学分析部分侧重于三维有限元模型（FEM）在预测层状结构失效、纤维拔出和基体开裂过程中的应用，并引入了基于离散元法（DEM）的颗粒流动模拟，以优化粉末床的致密化过程。 第二部分：能源转换与存储材料的电化学特性 本部分着眼于下一代能源器件对材料提出的严苛要求，特别是涉及到离子传输和界面反应动力学。 第三章：固态电解质的离子导电性机制与界面阻抗 深入分析了氧化物和硫化物固态电解质的晶格结构缺陷对锂离子或钠离子迁移率的影响。内容包括利用中子衍射技术确定扩散路径的能量势垒，并采用交流阻抗谱（EIS）技术对固-固界面处的空间电荷层和电荷转移阻抗进行精确分离。重点讨论了如何通过薄膜沉积技术实现界面处的稳定化涂层，以抑制枝晶生长。 第四章：光催化材料的表面活性位点调控 本章聚焦于新型二维过渡金属硫化物（TMDs）和钙钛矿材料在光催化析氢和二氧化碳还原中的应用。详述了原子层沉积（ALD）技术如何精确控制材料的厚度和表面官能团，从而优化电荷分离效率。引入了原位光谱技术（如表面等离子体共振增强拉曼光谱）来识别光照条件下催化剂表面的瞬态中间产物，为提高量子产率提供理论支撑。 第三部分：智能传感与信息存储材料 本部分关注材料的电学、磁学和光学响应特性，以及它们在信息技术中的应用。 第五章：铁电薄膜的非线性介电响应与自旋电子学 探讨了基于HfO2掺杂的超薄铁电薄膜在存储器件中的应用。内容包括如何通过施加高斯场来调控铁电畴的成核与生长，以及如何利用原子力显微镜（AFM）的开场电势成像技术（KPFM）实时监测畴壁运动。磁性方面，详细分析了磁性隧道结（MTJ）中自旋转移矩（STT）和自旋轨道矩（SOT）的效率提升策略，特别是针对铥系和铱系磁性材料的界面耦合研究。 第六章：形状记忆合金的相变动力学与超弹性恢复 深入研究了镍钛（NiTi）基及铁镍锰（FeNiMn）基形状记忆合金（SMA）的马氏体相变过程。本章侧重于非晶态和纳米晶态SMA的制备及其优异的阻尼特性。通过差示扫描量热法（DSC）和动态力学分析（DMA），量化了过冷奥氏体区和中间相（如R相）对热循环稳定性的影响，并讨论了如何利用应力诱导马氏体相变实现高精度修复。 第四部分：极端环境下的材料失效物理 本部分转向材料在高温、高辐照或强腐蚀环境下服役时的可靠性问题。 第七章：高温合金的气膜冷却与热腐蚀机制 聚焦于航空发动机涡轮叶片材料。详细分析了通过气膜冷却孔洞周围的湍流混合层导致的局部过热和热腐蚀过程。引入了计算流体力学（CFD）与相场模型（Phase-Field）耦合的方法，模拟高温下氧化物膜的生长、剥落和基体孔隙率的演化。重点讨论了铂族金属（PGMs）涂层对硫化和钒酸盐腐蚀的抑制作用。 第八章：核反应堆材料的辐照损伤与肿胀控制 本章深入探讨了中子辐照对奥氏体不锈钢和新型低活化铁素体/马氏体钢的微观结构影响。内容包括利用离子束模拟技术加速辐照过程，并通过透射电子显微镜（TEM）分析了空位团簇、间隙原子团和辐照诱发析出相（如$sigma$相）的形成。着重分析了微结构异质性（如晶界、位错线）对氦气聚集和辐照脆化行为的调控作用。 第五部分：生物医用材料的生物相容性与降解动力学 本部分关注材料与活体环境的相互作用，特别是用于植入和药物递送的材料设计。 第九章：可吸收金属植入物的降解速率控制 研究了镁合金和锌基合金在生理环境中的腐蚀行为。通过电化学极化曲线和电化学阻抗谱，精确测量了合金在不同pH值和氯离子浓度下的腐蚀电流密度。本章详细介绍了通过表面磷酸化或氧化物层包覆技术，实现降解速率从数月到数年的精确调控，以匹配骨组织再生的时间尺度。 第十章：仿生涂层与细胞黏附的分子动力学模拟 探讨了如何设计模仿天然细胞外基质（ECM）的材料表面，以促进特定细胞（如成骨细胞或神经元）的附着与分化。内容包括利用分子动力学（MD）模拟，分析蛋白质（如纤连蛋白）在不同表面粗糙度和表面电荷密度下的构象变化，以及由此决定的细胞铺展行为。 第六部分：先进计算材料学与数据驱动设计 本部分涵盖了利用大数据和人工智能方法加速新材料发现的过程。 第十一章：材料基因组计划中的高通量计算筛选 系统介绍了高通量计算（HTC）平台在预测材料性质中的流程，包括自动化结构弛豫、性质计算和数据存储标准（NOMAD/Materials Project）。重点阐述了贝叶斯优化和遗传算法在缩小候选材料空间，锁定特定性能窗口（如高硬度或特定带隙）中的应用。 第十二章：机器学习在微结构-性能关联中的应用 本章讨论了如何利用深度学习模型（如卷积神经网络 CNN）从高分辨率微观图像中自动提取特征（如晶粒尺寸、缺陷密度），并将其与宏观力学测试数据进行关联。内容包括使用可解释性AI（XAI）方法，识别出模型决策的关键微观结构参数，从而指导实验设计。 第七部分：表征技术的突破与新方法 本部分专门介绍用于深入理解材料行为的尖端表征技术。 第十三章：球差校正电镜在原子尺度分析中的应用 深入讲解了球差校正透射电子显微镜（STEM）在分析轻元素材料和界面结构中的极限分辨率和定量分析能力。内容包括利用高角度环形暗场（HAADF）成像确定亚单位尺度的掺杂原子位置，以及通过电子能量损失谱（EELS）对价态和化学键合进行纳米区域映射。 第十四章：同步辐射技术在原位/非原位表征中的进展 详细介绍了同步辐射光源在材料科学研究中的最新应用，包括高压下的晶体结构演化、高温熔体结构的原位X射线吸收近边结构（XANES）分析，以及在磁场下对磁性薄膜的磁圆二色性（XMCD）测量，以揭示动态过程中的电子结构变化。 结论 全书通过对材料科学多个交叉领域的深度挖掘和前沿技术的引入，构建了一个从原子尺度到宏观应用、从实验观测到理论预测的完整知识体系，为推动功能材料和结构材料的下一代创新提供了坚实的理论基础和实践指导。本书的深度和广度，超越了对单一材料体系的描述，更侧重于跨学科的科学方法论和先进的表征手段。
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