材料的力学性能

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出版者:西北工业大学出版社
作者:郑修麟
出品人:
页数:207
译者:
出版时间:2001-8
价格:19.00元
装帧:
isbn号码:9787561212059
丛书系列:
图书标签:
  • 材料的力学性能
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  • 中国
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  • 力学性能
  • 材料科学
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  • 应力应变
  • 断裂力学
  • 材料强度
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具体描述

深入解析:现代化学工程中的催化剂设计与应用 图书名称:现代化学工程中的催化剂设计与应用 图书简介 本书聚焦于化学工程领域的核心——催化剂科学与技术,旨在为化学工程师、材料科学家以及从事相关工业研发的人员提供一套全面、深入且极具实践指导意义的知识体系。我们不再关注材料本身的宏观力学特性,而是将视角完全转向微观世界中的活性位点、表面反应动力学以及多相催化体系的集成优化。 第一部分:催化科学的理论基石与前沿进展 本书的第一部分奠定坚实的理论基础,深入探讨了催化现象的本质。我们首先回顾了传统的表面化学理论和吸附理论,详细分析了Langmuir、Temkin等经典吸附等温线的物理意义及其在反应速率模型构建中的局限性。随后,本书重点介绍了密度泛函理论(DFT)等第一性原理计算在预测催化剂表面电子结构、过渡态能量和吸附能方面的应用。通过对电子态密度(DOS)和费米能级的精确计算,读者将理解如何从量子力学的角度预测材料对特定反应的活性和选择性。 1.1 催化剂的本质与分类 我们对均相、非均相和酶催化进行了系统性的比较分析,强调了非均相催化剂的结构敏感性与结构非敏感性之间的界限。在非均相催化部分,详细阐述了活性位点(Active Site)的定义,区分了结构活性位点和电子活性位点,并引入了“本征活性”的概念,用以量化不同材料表面在原子尺度上的催化能力。 1.2 反应动力学与反应器工程的耦合 本书强调了从微观机理到宏观反应器设计的桥梁——反应动力学。我们不仅推导了复杂的表面反应机制(如Eley-Rideal机理和Langmuir-Hinshelwood机理),还深入探讨了催化反应中的质量和热量传递限制。特别地,对于多孔催化剂,我们详细分析了内部扩散阻力(Thiele模数)对整体反应速率的影响,并引入了有效因子(Effectiveness Factor)的概念,指导工程师如何设计具有最优孔隙结构和粒径分布的催化剂颗粒。 第二部分:先进催化剂的制备技术与表征手段 本部分是本书的实践核心,详细介绍了当前工业界和实验室中用于制备高性能催化剂的各项先进技术,并与相应的表征方法紧密结合。 2.1 结构导向的催化剂合成 我们超越了传统的沉淀法和浸渍法,重点介绍了软模板法(如介孔二氧化硅MCM-41和SBA-15的合成)、原子层沉积(ALD)在制备单原子催化剂(SACs)中的应用,以及通过精确控制晶型和缺陷工程实现的功能化表面设计。在贵金属催化剂方面,本书详述了纳米颗粒的尺寸控制技术,如种子介导生长法和微乳液法,及其对催化剂分散度和粒径分布的精确调控。 2.2 结构与性能的关联表征 先进的催化剂制备必须依赖先进的表征技术来验证结构-性能的关联。本书系统地介绍了: 高分辨透射电镜(HRTEM)与球差校正TEM: 用于直接观测纳米颗粒的尺寸、晶面取向以及缺陷结构。 X射线吸收谱(XAS,包括XANES和EXAFS): 用于精确确定金属中心的氧化态、配位数和局部几何结构,这是解析单原子和亚纳米团簇结构的关键。 原位/非原位光谱技术: 重点介绍原位傅里叶变换红外光谱(In-situ DRIFTS)和拉曼光谱,它们能够在反应气氛和温度下实时监测吸附物种和反应中间体,直接洞察催化反应机理。 第三部分:催化剂在关键化工过程中的应用与优化 本部分将理论与实践相结合,探讨了催化剂在当前能源、环境和精细化工领域中的实际应用案例。 3.1 能源转化中的催化技术 详细分析了重整制氢(蒸汽甲烷重整SMR和干法重整DRM)催化剂的抗积碳性能优化,以及在费托合成(Fischer-Tropsch Synthesis, FTS)中钴基和铁基催化剂的选择性控制。特别关注了电催化和光催化在二氧化碳还原(CO2RR)和水分解制氢中的最新进展,着重讨论了活性层材料的设计如何影响电荷转移效率和产物分布。 3.2 环境催化与污染控制 本书深入剖析了选择性催化还原(SCR)技术中钒钛基催化剂的失效机理(如硫酸盐中毒),并对比了新型的分子筛(如SSZ-13)在低温SCR中的优势。对于挥发性有机物(VOCs)的催化氧化,我们讨论了负载型贵金属催化剂的表面润湿性与氧化能力之间的平衡。 3.3 过程放大与催化剂失活管理 最后,本书转向工业化生产的挑战。我们详细分析了催化剂失活的三大主要原因:烧结、积炭和中毒,并为每种失活模式提供了工程缓解策略,例如采用高分散性载体或设计具有更高热稳定性的催化剂。此外,本书还讨论了反应器设计(如固定床、流化床、反应精馏)对催化剂性能寿命的连锁影响,指导工程师如何在复杂的工业操作条件下实现催化过程的长期稳定运行和经济性最大化。 通过对这些复杂交叉学科内容的全面覆盖,本书力求成为化学工程领域中,从基础科学理解到工业化实施的催化剂技术手册。

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读后感

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用户评价

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这本书最大的价值在于,它不仅仅是知识的传递,更是思维方式的启迪。它让我不再将材料视为静态的实体,而是能够理解它们是动态的、有生命的。我特别欣赏书中对材料塑性变形机制的深入剖析,比如位错的运动,这让我明白,材料的“变形”并非是随意的,而是遵循着一定的物理规律。它让我能够理解,为何一些材料在受到冲击时能够吸收能量而不断裂,而另一些材料则会瞬间破碎。书中对材料疲劳和蠕变的详细阐述,也让我对材料的“持久性”有了更深刻的认识。我了解到,材料的性能会随着时间的推移而发生变化,而这种变化是工程设计中必须考虑的重要因素。这本书也让我对材料的“选择”有了全新的认识,不再是简单地比较强度,而是要综合考虑材料在各种复杂工况下的综合表现。

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这本书带给我的是一种“看见”的力量。它让我能够超越材料的表面形态,去感知隐藏在其中的内在“骨骼”和“肌肉”。我特别欣赏它对材料脆性断裂的详细解释,以及如何通过材料改性来提高其断裂韧性。书中关于应力集中和裂纹扩展的描述,让我深刻理解了为什么微小的缺陷会对材料的整体性能产生如此巨大的影响。它让我明白,在进行工程设计时,必须时刻关注材料的“弱点”,并采取有效的措施来规避风险。此外,这本书在解释材料的蠕变行为时,也为我打开了新的视角。我了解到,即使材料承受的应力远低于其屈服强度,但在长时间的作用下,仍然会发生不可逆的变形。这对于那些需要长期稳定工作的工程结构来说,是一个至关重要的考量因素。这本书不仅仅是关于材料性能的罗列,更是关于如何理解和驾驭材料,让它们在各种复杂环境中都能发挥出最佳的表现。

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一本真正意义上的“材料的力学性能”读物,应该能点亮我对于物质世界运作方式的认知,让我对那些我们习以为常,却又无时无刻不在承受着各种应力、形变的物体产生全新的理解。我期待的是,它能深入浅出地揭示材料在受到外力作用时,其内部原子、分子之间相互作用所产生的微观机制,并以此为基础,解释宏观上表现出的强度、韧性、硬度、弹性模量等一系列关键力学性能。我希望这本书不仅仅是罗列一堆公式和数据,而是能够构建一个清晰的思维框架,让我能够预测不同材料在特定工况下的表现,并且能够根据实际需求,选择或设计出最优的材料。例如,当我在思考一座桥梁为何能承受数万吨的载荷,或者一架飞机的机翼为何能在高速飞行中保持稳定而不会断裂时,这本书应该能提供我所需的知识。它应该能够解释为何某些金属在加热后会变得更加坚固,而另一些材料则会随着温度升高而性能骤降。我更希望它能触及材料的疲劳、断裂、蠕变等行为,这些都是在实际应用中至关重要且常常令人头疼的问题。了解这些,不仅能满足我的好奇心,更能让我对工程设计、材料选择有了更深刻的认识,甚至可能激发我对材料科学领域进行进一步探索的兴趣。这是一本旨在提供知识深度和应用广度的读物,它应该是我理解世界的一种方式。

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这本书为我打开了理解材料世界的一扇大门,它以一种非常系统且深入的方式,阐述了材料是如何在受到外力作用时展现出其独特的“性格”。我特别喜欢书中对材料疲劳寿命的探讨,它不仅解释了疲劳的发生机制,还提供了延缓疲劳的方法。这让我明白,材料的性能并非一成不变,而是会随着时间的推移和载荷的反复作用而发生变化。书中对断裂力学基本原理的介绍,也让我对材料的脆性断裂有了更清晰的认识。我了解到,材料的韧性并非无限,一旦超过了其断裂韧性阈值,即使是很小的裂纹也可能导致灾难性的失效。这对于我理解工程结构的设计原则,以及材料选择的重要性,都具有重要的指导意义。这本书让我不再仅仅看到材料的表面,而是能够去理解它们内在的“基因”,以及它们如何响应外部的“环境”。

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坦白说,在翻阅这本书之前,我对“材料的力学性能”的理解仅停留在“硬”和“软”这种非常笼统的概念上。然而,这本书彻底颠覆了我的认知。它以一种系统化的方式,将看似杂乱无章的材料性能数据,编织成一张有逻辑、有条理的知识网络。我之所以觉得这本书特别有价值,是因为它不仅仅是知识的传递,更重要的是它教会了我如何去“思考”材料。例如,当它讨论到材料的疲劳极限时,它并没有简单地给出数值,而是详细解释了导致疲劳的原因,以及如何通过优化设计和材料选择来提高其抗疲劳能力。这让我意识到,工程设计是一个不断权衡和优化的过程,而对材料力学性能的深刻理解,是这个过程中不可或缺的一环。书中还穿插了许多真实世界的案例分析,比如在航空航天、汽车制造以及建筑工程等领域,材料的性能是如何直接影响到最终产品的安全性、可靠性和使用寿命的。这些案例让抽象的理论变得生动形象,也让我对材料科学在现代社会中的重要地位有了更直观的认识。

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我一直对那些能够解释“为什么”的书籍情有独钟,而这本书正是这样的典范。它没有简单地告诉我哪些材料的强度最高,而是深入探讨了导致不同材料强度差异的根本原因。我喜欢它在介绍弹性变形时,通过类比弹簧的伸缩来解释原子间键合力的作用,这种直观的解释方式让我立刻就理解了材料的弹性模量是如何形成的。更让我印象深刻的是,书中对于材料在不同温度下的力学行为进行了细致的分析。我了解到,有些材料在高温下会变得更加柔软,而另一些材料则会发生脆性转变,失去原有的韧性。这些信息对于我理解材料在极端环境下的可靠性至关重要。这本书也让我开始重新审视我们日常生活中的许多物品,比如我家的桌椅,它们为何能够承受我们的重量,又为何在长时间使用后会出现形变,这些问题都能在这本书中找到答案。这是一种知识带来的力量,它让我能够更深刻地理解我们所处的世界。

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读完这本书,我感觉自己对身边形形色色的物体都有了新的认识。它以一种非常透彻的方式,揭示了材料背后隐藏的力学奥秘。我特别喜欢书中对材料强度和刚度之间关系的阐述,它让我明白,一个材料的“硬”不一定意味着它就“不易变形”,而“不易变形”也并不等同于“不易断裂”。书中对材料韧性的详细分析,以及如何通过材料的微观结构来调控其韧性,都让我印象深刻。它让我了解到,材料并非是绝对的,而是可以通过各种手段来优化其性能,以满足不同的应用需求。此外,这本书对材料在不同温度下的力学行为进行了深入的探讨,比如高温下的蠕变和低温下的脆性转变,这些信息对于我理解材料在极端环境下的可靠性至关重要。它让我明白,材料的选择和设计,是一个复杂而精密的工程,需要对材料的内在特性有深刻的理解。

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读完这本书,我感觉自己仿佛穿越了一层厚厚的迷雾,看到了材料背后隐藏的奥秘。它不仅仅是关于“材料的力学性能”这个简单词汇的堆砌,而是用一种非常生动且富有启发性的方式,阐述了物质世界如何响应外力的挑战。从微观层面的原子键合、晶格结构,到宏观层面的应力-应变曲线,这本书都进行了令人信服的剖析。我特别喜欢它在解释塑性变形时,用到的那些形象的比喻,比如原子层面的滑移,就像是在无数层精密的积木之间,某一层突然发生了错动。这让我对材料的“韧性”有了更深刻的感悟,它不是简单的“不容易断”,而是材料在承受巨大压力时,能够通过形变来“消化”能量,从而避免瞬间的脆性断裂。此外,书中对断裂韧性的讨论也让我茅塞顿开,原来不是所有材料都能在裂纹出现时都安然无恙,有些材料一旦出现微小的瑕疵,就可能在应力的作用下迅速扩张,最终导致灾难性的后果。这本书让我明白,选择和设计材料,绝不仅仅是看它的强度有多高,更重要的是要理解它在各种复杂载荷下的“生命周期”,包括它何时会屈服,何时会疲劳,以及如何优雅地“结束”自己的使命。这是一种对科学严谨性的赞美,也是一种对材料生命过程的敬畏。

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这本书的语言风格非常独特,它没有采用那种枯燥乏味的教科书式叙述,而是更像一位经验丰富的工程师,在向初学者娓娓道来。我感觉它更侧重于“为什么”而不是“是什么”。例如,在解释弹性模量时,它没有直接给出公式,而是通过描述不同材料内部原子相互作用力的强弱,来解释为何有些材料能承受更大的变形而不产生永久性的变化。它让我明白,力学性能并非是材料固有的、一成不变的属性,而是与材料的微观结构、加工工艺、甚至环境因素息息相关。书中对实验方法和数据解读的介绍也让我受益匪浅,它不仅仅是告诉我材料的性能参数,更是引导我思考这些参数是如何获得的,以及在实际应用中应该如何去理解和应用它们。我印象最深刻的是,书中对于金属材料在不同温度下的性能变化进行了详细的阐述,从高温下的蠕变到低温下的脆性转变,这些都让我对材料的“适应性”有了全新的认识。它就像一个“材料的传记”,讲述了它们如何在各种挑战中展现自己的特质。

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这是一本真正能够点燃我求知欲的读物。它以一种非常严谨且引人入胜的方式,揭示了材料背后深层的科学原理。我喜欢它在阐述材料的屈服强度时,不仅仅是给出数值,而是深入剖析了引起材料屈服的微观机制,比如位错的运动。这让我明白,原来材料的“变形”并非是随机的,而是遵循着特定的物理规律。书中对拉伸试验的详细描述,以及如何从拉伸曲线中提取出关键的力学参数,也让我对实验科学的严谨性有了更深的理解。它不仅仅是告诉我“是什么”,更是教会了我“怎么去发现”。我尤其欣赏书中对不同材料家族的力学性能进行比较分析的部分,比如金属、陶瓷、聚合物以及复合材料,它们各自独特的微观结构是如何决定了它们宏观力学行为的差异。这让我能够更清晰地认识到,在面对不同的应用场景时,应该如何去选择最合适的材料。这本书就像一位循循善诱的老师,引导我一步步走进材料的世界。

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