高分子化学

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出版者:哈尔滨工业大学出版社
作者:王久芬 编
出品人:
页数:338
译者:
出版时间:2004-7
价格:28.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787560320212
丛书系列:
图书标签:
  • 高分子化学
  • 聚合物
  • 材料科学
  • 化学
  • 高分子材料
  • 有机化学
  • 高分子物理
  • 高分子合成
  • 应用化学
  • 化学工程
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具体描述

深入探索:新材料科学的宏伟蓝图 图书名称:《新材料的崛起与未来:从原子尺度到宏观应用》 内容简介: 本书并非聚焦于传统的高分子化学领域,而是将视野投向更广阔、更具颠覆性的新材料科学前沿。我们旨在构建一个跨学科的知识体系,系统性地梳理和阐述近年来在材料设计、合成、表征以及功能化方面取得的革命性进展。全书结构严谨,逻辑清晰,力求为读者提供一个既有深度又具前瞻性的材料学全景图。 第一部分:基础范式的重塑——超越经典化学键的束缚 本部分着重探讨材料科学的基础理论和设计哲学如何在新兴技术驱动下发生深刻变革。我们首先回顾了经典固态物理和化学键理论在解释复杂体系时的局限性,随后引入了基于第一性原理计算和人工智能辅助设计(Materials Informatics)的新范式。 量子计算与材料模拟: 详细阐述了密度泛函理论(DFT)在预测新材料电子结构和反应活性中的应用,并深入剖析了机器学习算法如何加速高通量筛选过程,预测材料的热力学稳定性和动力学行为。这不仅仅是计算方法的介绍,更是对“虚拟材料发现”这一新兴研究方向的深刻解读。 拓扑材料的拓扑不变量: 探讨了拓扑绝缘体、拓扑半金属等奇异材料的独特电子特性。重点分析了这些材料中“拓扑保护”的表面态和边界态,这些特性赋予了它们在低能耗电子学和量子计算领域无可比拟的潜力。我们将解释如何通过晶格结构设计来调控材料的拓扑性质,例如通过时间反演对称性或空间反演对称性的破缺。 缺陷工程与晶格畸变: 传统材料学往往将晶体缺陷视为需要消除的障碍。然而,本书强调了“可控缺陷工程”作为功能化材料的关键手段。我们将详细分析点缺陷(如空位、间隙原子)、位错和晶界如何精确调控材料的电学、光学和机械性能。例如,在半导体材料中,精确引入特定杂质原子以调控载流子浓度,以及在催化剂中,利用晶界作为活性位点的策略。 第二部分:功能化平台的革新——从二维到多孔结构 本部分聚焦于那些因其独特维度或超高比表面积而展现出革命性潜能的结构。这些材料平台为能源存储、环境治理和生物医学应用提供了全新的载体。 二维材料的家族扩展与异质结构建: 聚焦于石墨烯、过渡金属硫化物(TMDs)之外的新兴二维材料,如MXenes(氮化物/碳化物)和黑磷。重点阐述了通过范德华力堆叠不同二维层,构建具有明确界面能和电荷转移效应的“异质结”技术。我们将深入分析这些异质结在高效光电转换和超快电子传输中的作用机制。 金属有机框架(MOFs)与共价有机框架(COFs)的孔隙调控: MOFs和COFs作为一类高度可设计的晶态多孔材料,其应用潜力依赖于对孔径、孔道化学环境的精确控制。本书将详细介绍合成策略,如溶剂热法、机械化学法,以及如何通过选择不同的有机配体和金属节点,实现孔隙的“客体选择性”。在应用层面,重点分析其在气体分离(如碳捕集)和药物缓释系统中的性能优化。 超材料与负折射率特性: 探讨了通过亚波长尺度的结构设计来操控电磁波的现象——超材料。我们将介绍负介电常数和负磁导率的实现途径,以及如何利用这些特性设计出超薄透镜、隐身器件和高效天线。这部分内容侧重于结构单元(Meta-atoms)的设计原理及其对宏观电磁响应的影响。 第三部分:智能与响应性材料——与环境的动态交互 本部分关注那些能够对外部刺激(如光、热、电、磁、化学信号)做出可逆、可控响应的新型材料系统。 刺激响应性聚合物网络(智能凝胶): 虽然本书避开了传统高分子化学的叙述,但我们在此深入探讨了基于复杂交联网络或嵌段共聚物的智能材料。重点在于如何利用pH值、温度或特定离子浓度触发高分子链段的构象变化,从而实现体积突变、离子传输速率的调控,或用于软体机器人驱动。 光致变色与光力耦合材料: 介绍基于光敏分子开关(如偶氮苯、螺吡喃)的材料系统。阐述了如何通过光照实现材料的宏观形变(光力学)或颜色/电学性质的瞬时翻转,这些技术在信息存储和可重构光学器件方面具有重要意义。 自修复材料的分子机制: 探讨了实现材料自修复功能所需的动态化学键,如可逆的 Diels-Alder 反应、氢键网络或离子键。我们将分析修复效率与材料的微观结构(如修复剂的封装与释放)之间的定量关系。 第四部分:跨界融合与未来展望——材料的系统集成 最后一部分将视角拉回到系统层面,讨论新材料如何与其他学科技术集成,形成解决重大工程挑战的综合性方案。 生物电子学界面: 讨论柔性电子器件如何与生物组织兼容,特别是导电聚合物和纳米线阵列在神经接口和可穿戴生物传感器中的应用。关键挑战在于生物相容性、长期稳定性和信号传输效率。 可持续性与循环经济: 聚焦于环境友好型材料的开发,包括可生物降解的工程塑料(尽管不深入高分子合成,但关注其降解机理和性能要求)、以及基于二氧化碳捕获和转化的新型催化材料体系。 材料基因组计划(MGI)的实施路径: 总结了如何整合实验数据、计算模拟和自动化高通量实验平台,加速新材料的发现和优化过程,为未来材料科学研究指明方向。 本书适合材料科学、物理学、化学工程、电子工程等领域的本科高年级学生、研究生以及致力于材料创新的科研人员和工程师阅读。它提供了一个超越单一材料体系限制的广阔视角,展示了材料科学如何驱动21世纪的技术革命。

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用户评价

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这本书的封面设计就相当有吸引力,简洁的字体搭配深邃的蓝色背景,仿佛蕴含着物质世界的无穷奥秘。初次翻阅,我立刻被其严谨的逻辑结构和清晰的叙述方式所吸引。作者对于高分子材料的基本概念,如单体、聚合反应、高分子链结构等,都进行了细致入微的阐述,并且循序渐进,确保读者能够逐步理解复杂的原理。其中关于自由基聚合的机理分析,简直是一场精彩纷呈的化学反应“演示”,每一个步骤的能量变化、中间产物的稳定性都讲解得十分透彻。我尤其欣赏作者在介绍不同聚合方法时,对于各自优缺点和适用范围的对比分析,这使得我不仅知其然,更知其所以然,能够更好地根据实际需求选择合适的合成策略。此外,书中对于各种表征手段的介绍,如GPC、DSC、TGA等,也让我对如何“认识”一个高分子材料有了更直观的了解,它们就像是帮助我们“看清”高分子世界的透镜,让原本肉眼不可见的结构和性质变得清晰可见。这本书不仅仅是知识的堆砌,更是一种思维方式的引导,教会我如何用化学的语言去观察和理解物质世界的演变。

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对于高分子材料的力学性能,这本书的解读堪称教科书级别。作者从分子链的相互作用力出发,层层递进地解释了弹性模量、屈服强度、断裂伸长率等关键力学参数的微观起源。我特别欣赏书中关于“应力-应变曲线”的分析,每一个阶段的含义,以及不同高分子材料在这条曲线上的差异,都讲解得非常到位。读到关于“应变硬化”和“应变软化”的机理,我感觉自己对高分子材料在受力时的“韧性”和“脆性”有了更深刻的理解。书中还详细介绍了各种增强填料(如碳纤维、玻璃纤维)如何通过影响高分子基体的结构和界面相互作用来提高复合材料的力学性能,这让我对“强强联合”的魅力有了更直观的认识。这本书不仅仅是告诉了我结果,更是教会了我如何通过理解“原因”来预测和调控材料的力学行为,这种能力对于任何一个想要在高分子领域有所作为的人来说,都是至关重要的。

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我对书中关于高分子老化和降解机理的章节印象尤为深刻。作者并没有回避高分子材料在实际应用中不可避免的老化问题,而是从分子结构的角度,深入分析了光、热、氧、水等因素对高分子链造成的损伤。我非常喜欢书中关于“自由基链式反应”在光氧化和热氧化过程中的作用的讲解,作者通过清晰的反应式和机理图,揭示了这些看似缓慢但却具有破坏性的过程是如何发生的。读到关于“抗氧化剂”和“紫外线吸收剂”等稳定剂如何在高分子材料中发挥作用,我感觉自己掌握了延缓材料“衰老”的关键技术。书中还讨论了生物降解高分子材料的设计原理,以及如何通过控制分子结构来影响降解速率,这为可持续材料的发展提供了重要的理论指导。这本书让我认识到,了解高分子的“脆弱性”与了解其“强大”同样重要。

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我尤其赞赏书中关于高分子热性能的章节。作者以严谨的科学态度,深入剖析了高分子材料在热作用下的各种变化,从玻璃化转变温度(Tg)到熔点(Tm),再到热分解温度,每一个参数的测定和意义都进行了详细的阐述。我非常喜欢书中关于差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TGA)的讲解,这些分析手段就像是揭示高分子材料“热秘密”的钥匙,让我能够通过实验数据来了解材料的内在热稳定性、相变行为以及潜在的化学反应。读到关于“结晶”和“非晶”区域在热性能中的作用,我感觉自己对高分子材料的“内在秩序”有了更深的理解,这种内在的秩序性如何影响其宏观热表现,是这本书给我的重要启示。此外,书中还讨论了热膨胀、导热性等与热性能密切相关的性质,为理解高分子材料在各种热环境下的表现提供了坚实的基础。

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本书在讲解高分子材料的流变行为时,展现了其深刻的洞察力。作者并没有将流变学仅仅看作是一堆复杂的数学公式,而是将其与高分子链的动态行为紧密联系起来。我非常喜欢书中对“剪切黏度”和“拉伸黏度”的详细分析,以及它们在高分子加工过程中的重要作用。读到关于“魏森伯格效应”的描述,我仿佛看到了高分子溶液在拉伸作用下,分子链如何相互排斥、形成“隆起”的奇妙场景。书中还讨论了各种流变模型,如牛顿流体、幂律流体、老化流体等,并分析了它们在高分子体系中的适用性,这让我对如何描述和预测高分子材料的流动行为有了更全面的认识。这本书的价值在于,它能够帮助我理解为什么有些高分子溶液在受到剪切时会变得更稀,而在拉伸时会表现出更大的阻力,这种对“为什么”的探究,是科学研究的灵魂所在。

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这本书在阐述高分子加工过程中遇到的问题及其解决策略方面,表现得尤为出色。作者并没有回避在高分子加工中常常出现的诸如“剪切稀化”、“应力松弛”等复杂现象,而是将其背后的分子运动机制解释得清晰明了。我非常喜欢书中关于“熔融挤出”和“注塑成型”等经典加工工艺的介绍,作者不仅讲解了工艺流程,更深入分析了温度、压力、剪切速率等关键参数对最终产品性能的影响。读到关于“制品缺陷”的产生原因分析,例如“翘曲”、“缩孔”等,并且能从中找到与高分子链结构和加工过程的对应关系,这让我感觉自己像一个侦探,能够通过分析现象来追溯问题的根源。这本书的价值在于,它不仅教我如何“合成”高分子,更教我如何将这些“原料”转化为实用的产品,这种“从微观到宏观,从理论到实践”的全方位知识体系,是我非常看重的。

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本书对高分子在溶液中的行为进行了非常详尽的阐释,这对于理解高分子分散体系和溶液加工至关重要。作者从溶剂对高分子溶解性的影响,到高分子在不同溶剂中形成的“卷曲”或“伸展”状态,都进行了细致的分析。我非常喜欢书中关于“Flory-Huggins溶液理论”的讲解,虽然理论本身颇具深度,但作者通过清晰的图示和例子,将抽象的相互作用能和熵变化转化为了易于理解的分子行为。读到关于“临界溶解温度”和“临界胶束温度”的概念,我感觉自己对高分子在溶液中的“亲密”或“疏远”关系有了更直观的认知。书中还讨论了高分子电解质的性质,以及它们在水溶液中如何通过静电相互作用影响体系的黏度和结构,这让我对“荷电”在高分子世界中的魔力有了更深的体会。

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本书对于高分子材料的合成方法进行了极其全面的介绍,涵盖了从经典的自由基聚合到近年来的原子转移自由基聚合(ATRP)、可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)等可控聚合技术。作者不仅仅是列举了各种聚合方法,更重要的是深入分析了每种方法背后的机理、催化剂的作用、反应条件的控制以及对产物分子量、分子量分布和微观结构的影响。我非常喜欢书中关于ATRP和RAFT聚合的讲解,这些可控聚合技术赋予了我们前所未有的能力,可以精确地设计和合成具有特定结构和性能的高分子。读到关于“嵌段共聚物”和“星形高分子”等复杂结构高分子的合成方法,我感觉自己像一个分子建筑师,可以按照自己的意愿来“搭建”高分子世界。这本书为我打开了一扇通往精确分子设计和高性能材料合成的大门。

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我对书中关于高分子共聚物的介绍部分尤为着迷。作者没有简单地罗列不同类型的共聚物,而是深入探讨了共聚物结构对材料性能的决定性影响。从嵌段共聚物独特的“微相分离”现象,到交替共聚物特殊的电子或光学性质,再到无规共聚物在特定性能上的优化,书中都进行了非常细致的分析。我特别欣赏作者在讲解这些内容时,总是会引用大量的实验数据和研究案例,这让抽象的理论变得更加具体可信。读到关于“自组装”在高分子材料设计中的应用,我更是感到眼前一亮,原来这些长链分子之间,竟然存在着如此精巧的“合作”机制,能够自发地形成有序的纳米结构,这为新材料的开发提供了无限可能。书中对不同共聚单体选择如何影响宏观性能的分析,也让我对材料设计的“艺术性”有了更深的体会。这部分内容让我明白,高分子材料的性能并非是凭空产生的,而是其分子结构和组成精妙平衡的结果。

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这本书给我最深刻的印象是它对高分子链构象的详尽描绘。作者以生动的笔触,将那些肉眼无法捕捉的高分子链的运动和排列方式,用文字和图示相结合的方式呈现出来。读到关于高分子链的缠绕、滑动以及在不同条件下的形变,我仿佛置身于一个微观的分子世界,亲眼目睹着这些长链分子如何在你追我赶、相互缠绕中构成宏观材料的各种形态。特别是关于高分子链的可及体积和排除体积的概念,以及它们如何影响溶液的黏度和高分子在固态下的运动,作者的解释可以说是鞭辟入里。我特别喜欢书中关于“玻璃化转变”的章节,它不仅仅是定义了一个概念,更是通过深入浅出的方式,解释了高分子材料在不同温度下的力学性能变化,以及这种变化的微观本质。这种将理论知识与实际应用紧密结合的叙述方式,极大地增强了我的学习兴趣和理解深度。读完这部分,我感觉自己对高分子的“弹性”和“韧性”有了更深层次的认识,不再仅仅是停留在感官的体验上,而是有了更扎实的理论基础。

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