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出版者:高等教育出版社（蓝色畅想）

作者:陈笃

出品人:

页数:126

译者:

出版时间:2005-5

价格:13.90元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040160963

丛书系列:

图书标签:

• 塑性力学
• 材料力学
• 固体力学
• 金属塑性
• 力学
• 工程
• 高等教育
• 教材
• 理论
• 塑性变形

《材料科学与工程前沿探索》 图书简介 作者： 华东理工大学材料科学与工程学院 联合研究组 出版社： 科学技术出版社 出版年份： 2024年 --- 导言：迈向材料科学的深远视野 《材料科学与工程前沿探索》旨在为材料科学、化学工程、物理学以及相关工程领域的本科高年级学生、研究生及专业研究人员提供一个全面、深入且富有启发性的视野，聚焦于当前该领域最激动人心、最具变革潜力的研究方向。本书超越了传统材料学的教科书范畴，它侧重于揭示新材料的发现、设计、表征以及其在极端条件和复杂系统中的应用潜力。我们致力于构建一个跨学科的知识桥梁，将基础科学原理与前沿工程应用紧密结合，引导读者理解材料行为的深层机制，并激发创新思维。 本书的结构设计考虑了知识的递进性与广度。我们首先从原子尺度和电子结构的角度出发，探讨量子力学如何指导新材料的设计，随后逐步扩展到宏观尺度的性能调控、先进的制备技术，直至最终材料在能源、环境、生物医学和智能系统中的集成应用。 --- 第一部分：基础理论的革新与深化 (Quantum & Computational Materials) 本部分着重于现代计算科学和量子理论在材料研究中的核心作用。我们不再仅仅依赖经验或试错法，而是通过强大的计算工具，从第一性原理出发预测和筛选具有特定功能的材料。 第一章：第一性原理计算与材料结构预测 详细阐述了密度泛函理论（DFT）在预测晶体结构、电子能带结构、缺陷形成能和相变等方面的应用。内容包括赝势的选择、收敛性测试的实践，以及如何利用高通量计算平台（如Materials Project）加速材料筛选过程。特别关注了如何处理复杂的氧化物和低维材料体系中的关联效应。 第二章：机器学习与材料信息学 系统介绍了数据驱动方法在材料科学中的应用。涵盖了机器学习模型（如神经网络、高斯过程回归）在预测材料性能、反向设计材料结构方面的原理和案例。重点分析了数据挖掘、特征工程（Descriptor Engineering）在构建高效预测模型中的挑战与机遇，并探讨了知识图谱在材料研发知识积累中的潜力。 第三章：超快光谱与实时动力学研究 聚焦于使用飞秒和阿秒激光技术对材料在光激发下的超快动力学行为进行实时观测。讨论了瞬态吸收光谱（TA S）、时间分辨X射线衍射（TR-XRD）在理解光电转换机制、载流子弛豫路径以及激发态相变中的关键作用。这部分内容为理解光催化和光电子器件的效率极限提供了实验基础。 --- 第二部分：前沿材料的构筑与功能化 (Advanced Synthesis & Nanostructures) 本部分深入探讨了当前最具活力的几类新型结构材料的制备技术和独特的性能表现，强调了结构对功能的决定性影响。 第四章：二维材料的异质结构工程 全面回顾了石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）以及MXenes等二维（2D）材料的最新进展。重点解析了范德华异质结（van der Waals Heterostructures）的构筑原理，及其在创造具有新颖电子学特性（如单层拓扑绝缘体、可调谐带隙）方面的潜力。探讨了原子层沉积（ALD）和分子束外延（MBE）在精确控制界面结构中的应用。 第五章：高熵合金（HEAs）的复杂构效关系 本章深入分析了高熵合金的概念、形成准则及其在极端环境下的优异力学性能。不仅限于面心立方（FCC）和体心立方（BCC）体系，还涵盖了新型的脆性相、界面效应以及高温蠕变行为。探讨了如何利用热力学模拟辅助设计具有特定微观结构的超塑性或超高强度HEAs。 第六章：活性材料的界面化学与结构稳定化 面向能源存储领域（如锂离子电池、固态电池），本章聚焦于活性材料（如正负极）在充放电循环中面临的界面副反应、体积变化和结构降解问题。详细讨论了表面涂层技术、添加剂工程以及电解质设计如何通过稳定固态电解质界面（SEI）或固态电解质界面（SSEI）来显著提升循环寿命和安全性。 --- 第三部分：功能集成与系统应用 (Integration & Frontier Applications) 本部分将目光投向材料如何与工程系统深度耦合，实现前所未有的功能集成。 第七章：智能响应与自适应材料系统 探讨了具有环境感知和主动响应能力的“智能”材料。内容涵盖形状记忆合金、电活性聚合物（EAPs）、以及磁致伸缩材料在软体机器人、传感器和高效驱动器中的应用。重点分析了如何通过多尺度耦合模型来设计其响应阈值和速度。 第八章：多孔介质的传输动力学与催化性能 聚焦于多孔材料（如金属有机框架MOFs、多孔碳、沸石）在气体分离、碳捕获和多相催化中的应用。详细阐述了孔道结构、比表面积与分子筛分效应的精确调控。对反应物/产物的扩散机制和催化活性中心的局域环境进行了深入的动力学分析。 第九章：生物相容性材料与组织工程支架 本章探讨了先进材料在生物医学领域的交叉应用。内容包括可降解生物材料的分子设计、生物活性涂层技术，以及3D/4D生物打印技术在构建具有精确生物力学和细胞招募能力的组织工程支架中的应用。关注材料的免疫原性和长期体内稳定性。 --- 结语：展望材料科学的未来挑战 本书的最后将对当前材料研究面临的重大科学挑战进行梳理，包括极端环境下的材料可靠性、可持续性材料的开发（如循环经济中的材料设计）、以及通用人工智能在材料发现流程中的最终融合。我们鼓励读者将所学的前沿知识应用于解决迫在眉睫的全球性工程难题。 《材料科学与工程前沿探索》不仅仅是一本知识汇编，更是一份激发下一代材料科学家和工程师对未来充满信心的路线图。 关键词： 材料信息学、第一性原理、二维异质结、高熵合金、超快动力学、界面工程、智能材料、生物打印。

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最让我印象深刻的是作者在讨论数值实现方法时的那股“务实”精神。在理论探讨达到高潮之后，本书并没有止步于纯粹的数学推导，而是笔锋一转，非常务实地探讨了如何将这些复杂的本构模型转化为计算机可以执行的算法。这部分内容写得非常具体，涉及到离散化的选择、迭代收敛准则的设置，甚至是对特定数值积分方法的优缺点进行了深入的对比分析。这种对工程实践细节的关注，使得这本书的价值远远超越了一本纯理论著作的范畴。它清晰地指明了，再完美的理论模型，如果无法高效、稳定地在有限元软件中实现，其学术价值和工程价值都会大打折扣。我感觉自己读的不仅仅是力学，更是一本关于如何“应用”这些力学的实操手册，它真正搭建起了理论世界与工程实践之间的坚实桥梁。

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这本书的封面设计非常朴实，没有花哨的图案，黑白相间的字体给人一种严谨、专业的印象。当我翻开第一页时，我就知道这不是一本轻松的读物，它更像是一份精心编排的学术报告，每一个公式、每一个定义都经过了深思熟虑。作者在开篇部分就花了大量的篇幅来铺陈背景知识，从材料的微观结构到宏观力学行为的过渡，逻辑链条清晰可见，仿佛在带领读者走过一条蜿蜒却清晰的知识长廊。我尤其欣赏它在概念引入时的克制，没有急于展示复杂的分析技巧，而是先将基础理论打磨得滴水不漏。对于那些初次接触这个领域的读者来说，这种循序渐进的方式无疑是极大的福音，它没有让那些抽象的力学概念成为难以逾越的鸿沟，而是巧妙地用图示和直观的类比将它们固定在读者的脑海中。然而，也正因为这种严谨，初学者可能会觉得进展稍慢，需要极大的耐心去消化每一个细枝末节。

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坦白说，这本书的排版和图示部分，可以说是它的一个“小小的遗憾”。虽然文字内容无可指摘，逻辑严密到令人敬佩，但视觉体验上确实略显陈旧。图表的绘制风格停留在上个世纪的风格，线条的粗细和标注的密度，使得一些复杂的应力分布图和相场图显得有些拥挤和晦涩。有那么几次，我不得不暂停阅读，对照着其他参考资料，才能完全解析出图中所表达的深层含义。这无疑拖慢了我的阅读进度，也让我在试图快速浏览关键信息时感到吃力。如果能对图示进行现代化和清晰化的处理，例如采用更现代的配色方案或者三维可视化技术来展示复杂的几何构型和变形模式，我相信这本书的易读性和吸引力会得到极大的提升。毕竟，在如此高深的学科中，清晰的视觉辅助是帮助大脑处理抽象概念的有效桥梁。

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这本书的论述风格简直像一位技艺精湛的钟表匠，对每一个力学模型的构建都展现出令人咋舌的精确性与细致入微的考量。它不像某些教材那样热衷于堆砌大量的案例来分散读者的注意力，而是将重点聚焦于理论框架的深度挖掘。对于那些已经有一定基础，希望深入理解材料响应本质的工程师或研究人员而言，这本书无疑是如获至宝。它对本构关系的推导过程，简直是一场数学和物理的完美交响乐，每一步的转换都遵循着最严格的数学逻辑，让人在跟随推导的过程中，不仅知其然，更知其所以然。特别是关于应变率相关性描述的那几章节，作者似乎倾尽毕生心力，构建了一个极具洞察力的分析视角，成功地将时间依赖性的复杂性纳入了一个相对优雅的数学框架内。读完这部分内容，我感觉自己对材料在动态载荷下的行为模式有了一种全新的、更具穿透力的理解。

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本书的章节安排体现了一种非常独特的、甚至可以说是“反直觉”的结构。它并没有按照传统的教材顺序，例如先介绍线弹性，再过渡到非线性，而是采取了一种更侧重于物理现象的分类方式。比如，它将大变形问题和接触问题放在了相对靠前的位置进行讨论，这使得初学者在面对真实工程问题时，可能会感到理论支撑略显不足，因为基础的本构理论还没有被完全系统地建立起来。不过，对于那些经验丰富的从业者来说，这种安排反而提供了一种快速切入实际复杂场景的可能性——直接从他们最关心的工程挑战入手，然后反向追溯所需的理论工具。这种“问题驱动”的叙事风格，虽然牺牲了一定的传统逻辑连贯性，却极大地增强了内容的前沿性和实用导向，它更像是一部高级工程师的参考手册，而非入门教学指南。

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