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出版者:

作者:李炳瑞

出品人:

页数:407

译者:

出版时间:2004-6

价格:32.60元

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isbn号码:9787040138429

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现代材料科学基础：从原子尺度到宏观性能 本书内容简介 《现代材料科学基础：从原子尺度到宏观性能》是一本全面深入探讨材料科学核心原理与前沿应用的教材与专著。本书旨在为学习者和研究人员提供一个坚实的知识框架，理解材料的微观结构如何决定其宏观物理、化学及机械性能，并在此基础上探索新材料的理性设计与制备。 本书的结构经过精心设计，从最基础的原子和电子结构入手，逐步过渡到晶体学、缺陷工程，再延伸至热力学、动力学在材料行为中的作用，最终聚焦于功能材料和结构材料的特定应用。全书共分为六大部分，二十余个章节，力求覆盖当代材料科学的广阔图景。 --- 第一部分：材料的微观世界——原子结构与键合（Microcosm of Materials: Atomic Structure and Bonding） 本部分奠定了理解所有材料性质的基石。我们首先从量子力学的基本原理出发，解释原子轨道、电子排布以及周期性对材料电学、磁学和化学性质的根本影响。 原子键合理论是本部分的核心。详细阐述了离子键、共价键、金属键以及范德华力等不同类型键的本质及其对材料宏观特性的制约。例如，强烈的共价键如何导致高硬度和高熔点，而自由电子气的存在如何赋予金属优异的导电性。此外，还深入探讨了分子间作用力在聚合物和软物质科学中的关键地位。 晶体结构与几何学是材料科学的另一关键支柱。本书详细介绍了晶体学的基本概念，包括晶格、晶胞、晶向和晶面。通过讲解密堆积结构（如面心立方FCC、体心立方BCC和六方最密堆积HCP），读者将能够准确描述金属、陶瓷等晶体材料的理想结构。运用指数系统（如Miller指数）分析晶面间的关系，为后续的形貌控制和性能优化打下基础。 --- 第二部分：缺陷的艺术——结构不完美性与性能调控（The Art of Imperfection: Defects and Property Modulation） 完美的晶体在自然界中几乎不存在，材料的性能往往由其内部的缺陷所主导。本部分聚焦于材料中的各种结构缺陷及其对材料力学、扩散和电学行为的决定性影响。 点缺陷的分析是本部分的基础，包括空位、间隙原子和取代原子。针对离子晶体，深入讨论了化学计量缺陷和弗伦克尔/肖特基缺陷，并阐述了这些缺陷如何影响陶瓷的电导率和烧结行为。对于半导体材料，点缺陷的引入（掺杂）被视为实现功能性的核心手段。 线缺陷（位错）是理解金属塑性变形机制的关键。本书详尽分析了刃型位错和螺型位错的几何结构、应力场分布，并系统阐述了位错的运动、交互作用（如缠结、攀移和交滑移）如何决定材料的屈服强度、加工硬化率和蠕变行为。通过位错理论，读者可以深入理解加工硬化、固溶强化、沉淀强化等强化机制的微观根源。 面缺陷与体缺陷，如晶界、层错、孪晶界以及孔洞和夹杂物，在材料性能中扮演着重要角色。晶界不仅是杂质偏聚的场所，也是晶粒细化强化和电学性能（如晶界电阻）的关键因素。 --- 第三部分：材料的热力学与动力学基础（Thermodynamics and Kinetics of Materials） 材料的相变和微观结构演变过程由热力学驱动，并受动力学速率的控制。本部分将材料科学与经典物理化学原理相结合。 材料热力学关注体系的稳定性和相平衡。内容涵盖吉布斯自由能、相图的构建与解析（如二元合金相图、三元系截面图），以及相变潜热与驱动力的关系。重点分析了亚稳相的形成条件、形核理论（如经典形核理论）以及扩散在稳定化过程中的作用。 材料动力学则关注过程的速率。扩散是材料科学中最普遍的动力学过程之一，本书详细介绍了菲克定律，对比了晶内（置换/间隙扩散）和晶界扩散的机制与活化能。此外，还探讨了相变动力学，包括相变界面的移动速度和生长机制，这对热处理工艺的设计至关重要。 --- 第四部分：结构材料的力学行为与设计（Mechanical Behavior and Design of Structural Materials） 本部分聚焦于工程应用中最核心的力学性能，以及如何通过微观结构设计来优化这些性能。 弹性、粘弹性与粘塑性：详细分析了材料在不同应力状态下的响应。重点在于弹性模量、泊松比的各向异性讨论，以及粘弹性材料（如聚合物）的松弛和蠕变现象。 断裂力学基础：介绍了线弹性断裂力学（Griffith裂纹理论、应力强度因子K）和弹塑性断裂力学（J积分、裂纹尖端张量场）。理解裂纹的萌生、扩展和韧性机制，是保证结构安全的关键。 疲劳与蠕变：疲劳是结构失效的主要原因之一。本书剖析了低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的S-N曲线、Paris定律，并探讨了微观结构（如晶粒尺寸、内应力）对疲劳寿命的影响。蠕变则从扩散和位错运动的角度解释了高温下的应变累积。 --- 第五部分：功能材料的物理特性与调控（Physical Properties and Control of Functional Materials） 本部分深入探讨了材料的电子结构如何转化为特定的物理功能，是现代高技术领域的基础。 电子与电学性能：基于能带理论（区分导体、半导体和绝缘体），深入分析了本征半导体和掺杂半导体的载流子浓度、迁移率和费米能级的位置。讨论了PN结、晶体管的工作原理，以及铁电体、压电体的介电响应。 磁性材料：阐述了磁矩的来源、交换作用，并分类讨论了顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。重点解析了磁畴结构、磁滞回线以及磁记录材料的设计原理。 光学与热学性能：分析了光与物质的相互作用（吸收、发射、散射）。重点介绍介电常数、折射率的温度和频率依赖性，以及在光电器件（如LED、太阳能电池）中的应用。同时，热导率的微观机制（声子输运）也得到了详尽的讨论。 --- 第六部分：材料的制备、加工与先进技术（Processing, Fabrication, and Advanced Techniques） 本部分关注如何将理论知识转化为实际可用的材料产品，强调“组织-性能-加工”之间的内在联系。 基础制备技术：系统介绍了金属的凝固与铸造、陶瓷的粉末冶金、聚合物的聚合与成型。强调了冷却速率和气氛控制对最终晶体结构和缺陷分布的决定性影响。 微观结构演化与热处理：深入探讨了固态相变（如析出、再结晶、晶粒长大）的动力学过程，以及热处理（退火、正火、淬火、时效）对材料性能的精细调控。 表面工程与薄膜技术：介绍了物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等技术在制备高性能涂层和功能薄膜中的应用，并讨论了表面改性技术（如渗碳、离子注入）对材料耐磨性和抗腐蚀性的提升。 表征方法：本书穿插并专章介绍了理解材料所需的核心实验技术，包括X射线衍射（XRD）用于晶体结构和残余应力分析、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）用于微观形貌和晶体缺陷的成像，以及力学测试、热分析技术等。 --- 《现代材料科学基础：从原子尺度到宏观性能》力求在广度和深度上达到平衡，使读者不仅掌握材料科学的基本定律，还能具备分析和解决实际工程问题的能力。本书的每一章都配有丰富的习题和案例分析，旨在培养读者运用跨学科知识进行材料创新的思维模式。

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这本书的语言风格非常独特，它不像传统教材那样板着面孔，而是带有一种引导者循循善诱的亲切感。作者似乎深谙如何与一个求知若渴的心灵对话。在处理一些非常前沿或者需要高度抽象思维的部分时，他总能适时地停下来，用一种非常接地气的方式进行总结和提问，仿佛在和我进行一场私密的学术交流。例如，在介绍范德华力和氢键这些相对微妙的相互作用时，作者用了许多生活中的例子来类比，使得这些看不见摸不着的力，变得可以感知、可以理解。我尤其欣赏它在引用文献和前沿进展方面的平衡感——既保持了学术的权威性，又没有让读者感到信息过载。整本书读下来，我没有感到任何“被灌输”的疲惫感，更多的是一种被点燃的、想要继续探索的内在驱动力。这本书的价值，远超其作为一本专业书籍的定位，它更像是一把钥匙，为我打开了一扇通往更深层科学理解的大门。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，那种深邃的蓝色调和抽象的几何图形，仿佛在向我诉说着物质世界深处的奥秘。我是一个对宇宙万物本源充满好奇心的人，所以毫不犹豫地把它带回了家。刚翻开第一页，我就被作者那种近乎诗意的笔触所吸引。他没有急于抛出枯燥的公式和定义，而是像一位引人入胜的向导，首先带我们进入了一个宏观的视角，去思考原子和分子是如何构建出我们所见的一切壮丽景象。那种描述，既有科学的严谨性，又充满了人文关怀，让我感觉自己不是在阅读一本教材，而是在进行一次深层次的哲学思考。尤其是在讲解晶体结构的部分，作者似乎用了非常巧妙的比喻，把那些复杂的空间排列关系描绘得生动立体，即便是初次接触这个领域的读者，也能迅速抓住核心概念，而不是被那些密密麻麻的图表所淹没。我特别欣赏它在逻辑组织上的流畅性，知识点之间的过渡自然得如同呼吸一般，让人在不知不觉中，就已经踏入了更深一层的理解。这本书无疑是为那些渴望在知识的海洋中，寻求美感与深度并存的探索者准备的。

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这本书的排版和插图质量，简直可以用“艺术品”来形容。在当今这个充斥着快速消费信息的时代，能够看到如此用心打磨的学术著作，实属难得。打开书本，首先映入眼帘的就是那些高清、色彩精准的分子结构图和电子云分布图。它们不仅仅是工具性的说明，更是视觉上的享受。很多化学书的图例总是模糊不清，或者颜色失真，但这本则完全避免了这些问题。更绝妙的是，作者巧妙地将一些关键概念嵌入到了图示的注解中，让你在欣赏视觉美感的同时，自然而然地吸收了知识。例如，在讲解手性分子和对映异构体时，书中的三维模型展示得极其清晰，即便是对空间想象力不太自信的人，也能通过书中的引导，轻松分辨出左手性和右手性的细微差别。这种对细节的极致追求，体现了作者对读者体验的尊重。可以说，它不仅仅是一本知识的载体，更是一次高质量的阅读体验的呈现。

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说实话，我拿起这本书是带着一丝忐忑的，毕竟“结构化学”这个名字听起来就透着一股学术的冷峻。我原本以为会是一本充满艰涩理论和难以理解的数学推导的工具书，但事实却大大出乎我的意料。这本书的叙事方式简直是教科书级别的典范——它做到了将复杂性“消化”成易于接受的形式。它的章节安排极具匠心，从基础的量子力学概念入手，逐步过渡到分子轨道理论，每一步都搭建得异常扎实，没有丝毫的跳跃感。我尤其喜欢其中穿插的那些历史回顾，作者会提及那些伟大的科学家是如何一步步揭开物质结构的面纱，这种“人与科学共同成长”的叙事，极大地增强了阅读的代入感和亲切感。它不仅仅告诉你“是什么”，更深入地探讨了“为什么会是这样”，这种对原理的深挖，让我对化学键的本质有了全新的认识。读完关于对称性和群论基础的那几章后，我感觉自己看世界的角度都发生了一些微妙的变化，仿佛能透过日常的表象，看到背后隐藏的秩序和规律。对于想要真正掌握这门学科精髓的人来说，这本书的深度和广度是无可挑剔的。

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我必须承认，我花了比预期更长的时间来消化这本书的内容，但这并非因为内容晦涩，而是因为它引发了我太多的思考和联想。这本书的厉害之处在于，它总能将抽象的理论与实际应用紧密地结合起来。它不会满足于告诉你一个分子结构长什么样，而是会紧接着探讨“这种结构对材料性能有什么影响？”或者“这种构象是如何决定反应活性的？”。我记得有几章专门讨论了固体物理中的能带理论，作者处理得非常精妙，没有直接跳入半导体物理的复杂细节，而是先从化学键的角度构建了一个直观的模型，让我们理解电子是如何在周期性结构中“流动”的。这种层层递进、由微观到宏观的论述方式，极大地拓展了我对化学学科边界的认知。它成功地打破了传统学科划分的壁垒，让我看到了化学、物理乃至材料科学之间那层薄薄的、却又至关重要的联系。读完后，我感觉自己的知识结构被重塑了，思维也变得更加系统和立体。

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其实还没上课。。。

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ppt做得不错

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不愧是基于教学经验的教材，难点、疑点都抓得很准。

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ppt做得不错

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多媒体光盘很好，ppt版很实用，图片精美。