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出版者:第1版 (2003年1月1日)

作者:

出品人:

页数:163 页

译者:

出版时间:2003年1月1日

价格:18.0

装帧:平装

isbn号码:9787502545864

丛书系列:

图书标签:

• 天然高分子
• 材料改性
• 生物材料
• 高分子化学
• 高分子物理
• 应用研究
• 绿色材料
• 可再生资源
• 聚合物科学
• 材料科学

《材料科学前沿：先进复合材料的设计与性能调控》 本书深入探讨了当前材料科学领域最富活力的前沿分支——先进复合材料。不同于单一材料的局限性，复合材料通过巧妙地组合两种或多种不同性质的组分，能够实现性能上的突破和优化，满足日益严苛的应用需求。本书旨在系统性地梳理先进复合材料的设计理念、制备工艺、微观结构与宏观性能之间的复杂关系，并着重介绍如何通过精细化的调控手段，赋予材料前所未有的功能特性。 第一篇：设计理念与策略 本篇首先从材料科学的基本原理出发，阐述了设计高性能复合材料的普适性框架。我们将深入剖析不同类型增强体（如纤维、颗粒、片状材料）与基体材料（如聚合物、陶瓷、金属）之间的相互作用机制，以及这些相互作用如何影响复合材料的整体性能。重点将放在“仿生设计”的理念上，借鉴自然界中高效结构的设计智慧，例如模仿木材的层状结构、骨骼的梯度设计等，以期开发出轻质高强、韧性优异的仿生复合材料。此外，还将探讨“多功能集成”的设计思路，如何在单一复合材料体系中同时实现结构承载、导电、导热、吸波、生物相容等多种功能，为解决复杂工程问题提供创新的材料解决方案。 第二篇：制备工艺与微观结构控制 先进复合材料的性能很大程度上取决于其内部的微观结构，而微观结构的形成又与制备工艺息息相关。本篇将详细介绍当前主流的先进复合材料制备技术，包括但不限于： 树脂传递模塑（RTM）和真空辅助树脂传递模塑（VARTM）： 针对纤维增强复合材料（FRP）的成型，着重分析模具设计、纤维铺层、树脂渗透行为以及固化过程对孔隙率、纤维含量和界面性能的影响。 熔融共混和溶液共混： 适用于聚合物基复合材料的制备，深入讨论了不同相容性组分在混合过程中的分散行为、结晶动力学以及由此形成的微观形貌，并介绍如何通过加入相容剂、增容剂等手段优化界面。 粉末冶金和烧结： 针对金属基和陶瓷基复合材料，详细阐述了粉末制备、压制成型、高温烧结等关键环节，重点关注颗粒间的致密化过程、第二相的分布以及晶界行为对材料性能的影响。 3D打印与增材制造： 作为新兴的制造技术，本书将重点介绍其在复合材料领域的应用，包括不同打印方式（如FDM、SLA、SLS）如何构建复杂结构的复合材料，以及打印参数对层间结合、孔隙控制和各向异性性能的调控。 在微观结构控制方面，我们将着重讨论如何通过精确控制相分布、界面形貌、晶粒尺寸、孔隙率以及缺陷密度等，从而实现对材料宏观力学、热学、电学等性能的精准调控。 第三篇：性能调控与先进表征技术 本篇是本书的核心内容之一，将聚焦于如何通过多尺度的性能调控手段，揭示先进复合材料的性能表现。我们将从以下几个方面展开： 力学性能调控： 深入分析增强体类型、含量、取向、尺寸分布以及基体性能如何影响复合材料的强度、刚度、韧性、疲劳寿命和蠕变行为。着重介绍增强体-基体界面设计在提高断裂韧性和抗疲劳性能中的关键作用，以及如何通过引入纳米材料、构建梯度结构等策略实现超高性能。 热学性能调控： 探讨增强体和基体的导热系数、比热容、热膨胀系数等如何共同决定复合材料的热传导和热稳定性。介绍如何通过选择高导热性增强体、优化界面热阻等方法，开发具有优异导热或隔热性能的复合材料，满足电子器件散热、能源储存等领域的应用需求。 电学与磁学性能调控： 聚焦于导电、绝缘、介电、压电、铁电以及吸波等电磁性能的调控。介绍如何通过引入导电填料（如碳纳米管、石墨烯、金属颗粒）制备导电复合材料，以及如何通过优化填料网络结构、基体介电性能等实现对导电性能的精确控制。同时，还将探讨如何设计具有特定介电常数和损耗的复合材料，用于电容器、传感器等领域。 其他功能性能调控： 拓展至生物相容性、阻燃性、自修复性、形状记忆性等功能性能的开发。例如，介绍如何通过引入生物活性因子或优化材料表面形貌来提高生物相容性，如何通过添加阻燃剂或形成炭层来提升阻燃性能，以及如何设计具备响应性材料基元以实现自修复或形状记忆功能。 为了准确理解和评价这些性能，本篇还将系统介绍先进的材料表征技术，包括但不限于：扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱、差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）以及各种力学性能测试设备。重点将放在如何利用这些技术深入探究材料的微观结构、界面特征、相变行为以及性能衰减机制。 第四篇：应用领域与发展趋势 本书的最后一篇将结合前几篇的理论与技术，重点阐述先进复合材料在各个关键领域的应用实例，并展望未来的发展趋势。 航空航天领域： 介绍轻质高强复合材料在飞机结构、发动机部件、航天器壳体中的应用，以及其在提升燃油效率、提高载荷能力方面的重要贡献。 汽车工业： 探讨复合材料在车身轻量化、结构强度提升、碰撞安全性能改善以及新能源汽车电池包防护等方面的应用。 能源领域： 聚焦于复合材料在风力涡轮机叶片、太阳能电池组件、储能器件（如锂离子电池隔膜、超级电容器电极）中的应用，以及其在提高能源转化效率和可靠性方面的作用。 生物医学领域： 介绍生物相容性复合材料在人工骨骼、牙科修复材料、药物缓释载体、组织工程支架等方面的应用，以及其在促进人体健康方面的潜力。 电子信息领域： 探讨导电、导热、吸波复合材料在电磁屏蔽、散热材料、天线罩、微波器件等方面的应用。 其他新兴应用： 简要介绍复合材料在体育用品、建筑工程、海洋工程等领域的最新进展。 最后，我们将对先进复合材料的未来发展趋势进行预测，包括但不限于：智能化复合材料（如自传感、自修复、自适应）、功能梯度复合材料、多尺度增强复合材料、可持续复合材料（如生物基复合材料、可回收复合材料）以及纳米结构复合材料的深入开发。本书旨在为材料科学家、工程师以及相关领域的科研人员提供一个全面、深入的学习平台，激发创新思维，推动先进复合材料技术的进一步发展。

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翻开这本书的目录，我原本期待的是一幅关于纤维素、淀粉、蛋白质等自然界赐予我们的宝藏如何被赋予新功能的应用图景，然而，里面充斥着大量关于热塑性弹性体（TPEs）和高性能工程塑料的案例分析。特别是关于动态硫化和物理交联网络的构建部分，其详尽程度令人咋舌，涉及到了嵌段共聚物相分离行为的精确预测模型。书中花了大量篇幅讨论如何利用相容性参数和界面张力来设计具有优异回弹性和耐疲劳性的材料，这显然是面向汽车部件、医疗器械外壳等高标准应用的。我记得其中一个案例，详细描述了如何通过精确控制嵌段比例，制备出能在超低温环境下保持稳定弹性的新型热塑性聚氨酯（TPU），数据图表之密集，公式推导之繁复，足见作者在材料物理化学层面的深厚功底。但对于我关心的，比如如何利用酶催化技术对淀粉进行选择性酯化，以提高其在水中的稳定性，这些“绿色化学”的实践内容，却显得轻描淡写，仿佛只是点缀，而不是核心。整本书的基调，更像是为石油化工行业培养新一代的配方工程师，而非关注生物质资源的循环利用。

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这本书的语言风格极其严谨和学术化，每一个论点都建立在扎实的实验数据和严密的数学模型之上，让人不得不佩服作者在理论构建上的功力。它深入探讨了聚合物的流变学特性，特别是熔融态下长链分子间的缠结和松弛时间的量化分析。书中引入了多个经典和新兴的流变学模型，比如Croce-Maffettone模型在预测高剪切速率下聚合物加工行为时的适用性，以及如何利用动态机械分析（DMA）数据反推出玻璃化转变温度区域内的分子链段运动机制。这种对材料“内在运动”的深层挖掘，确实拓宽了我对高分子物理的理解边界。然而，这种过度的理论倾向，也导致了内容上的实用性偏弱。例如，在讨论“应用”时，更多的是停留在理论上“可以”实现某种功能，而不是具体描述在工业生产线上，如何通过调整挤出机温度、螺杆转速等工艺参数，来稳定地实现这些理论设定的微观结构。如果能有更多关于反应挤出、在线表征等工程化技术的案例，哪怕是关于非天然材料的，可能都会让这本书更具操作性。

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这本书的标题是《天然高分子材料改性与应用》，但我发现它更多地聚焦于合成高分子材料的微观结构与宏观性能之间的复杂关系，这一点确实让我这个研究合成聚合物的门外汉感到有些吃力。它深入探讨了自由基聚合、缩聚反应等经典合成方法在控制分子量分布和支化程度上的精妙调控技术。书中详尽地列举了不同引发剂体系对聚合物拓扑结构的影响，比如使用可逆失活自由基聚合（RDRP）技术如何实现窄分子量分布和复杂链结构的设计。这种对合成化学底层逻辑的剖析，无疑对于高分子合成领域的专业人士是极有价值的，他们可以从中找到优化现有聚合工艺的理论基础。然而，对于我这个期待了解生物可降解塑料或纤维素衍生物的读者来说，书中关于这些天然材料的改性实例少得可怜，更多的是关于聚乙烯、聚丙烯等石油基产品的结构工程。特别是关于活性位点调控和后聚合修饰的章节，其深度已经远远超出了我对“天然”材料改性的基本认知范围，更像是一本高级有机合成的教科书。我理解科学的深度需要保持一致性，但标题与内容侧重点的偏差，确实让我在查找特定应用信息时颇费周折。

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从排版和图示上看，这本书的专业性毋庸置疑，所有的化学结构式和晶体结构图都清晰无误，显示出极高的制图标准。它在材料的力学性能测试方法论上，做了非常细致的梳理，包括拉伸、压缩、蠕变和疲劳测试的标准流程及数据解析技巧。其中关于多尺度力学性能的分析，从纳米尺度的分子链间作用力到宏观尺度的断裂韧性，提供了一个完整的分析框架。然而，当翻到“应用”章节时，这种系统性并未得到延续。关于“应用”的描述往往过于概括，缺少具体的产品迭代故事线。例如，提到某种改性聚合物可以用于生产高性能涂层，但没有具体阐述这种涂层在耐候性、附着力或防腐蚀性上，相较于传统涂层，究竟提升了多少百分比，以及实现这种提升背后的分子机理是如何被“天然高分子改性”所影响的。这本书更像是“如何设计高性能合成高分子”的详尽指南，而“天然高分子材料”似乎只是一个被放在了不太重要的脚注位置的概念。

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我必须承认，这本书的参考文献列表令人印象深刻，汇集了过去二十年高分子科学领域最前沿的期刊文章，对于追溯某个特定改性机理的起源非常有帮助。从这个角度看，它确实是一本优秀的学术综述工具书，能够帮助研究者快速定位研究热点。书中对于“超分子自组装”在材料强化中的应用，进行了非常深入的探讨，特别是在非共价键相互作用（氢键、π-π堆积）如何驱动纳米尺度的结构形成方面，提供了大量的计算模拟结果佐证。但令人费解的是，如此强调高精尖的分子设计，在处理“天然”材料时，却显得有些力不从心。例如，讨论到天然纤维素的表面能改性时，内容基本停留在最基础的硅烷偶联剂接枝的层面，对当前热门的生物相容性界面修饰策略，如生物活性分子的原位固定化，几乎没有提及。这就好像作者在描述宏伟的摩天大楼设计图时，却只提供了最简单的砖块堆砌方法，完全脱节于天然材料领域正在发生的深刻变革。

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