传感器敏感功能材料及应用

传感器敏感功能材料及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:化学工业出版社
作者:倪星元
出品人:
页数:219
译者:
出版时间:2005-4
价格:38.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787502567446
丛书系列:
图书标签:
  • 传感器
  • 敏感材料
  • 功能材料
  • 材料科学
  • 物理学
  • 化学
  • 应用研究
  • 纳米材料
  • 电子技术
  • 检测技术
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具体描述

本书从材料的基本结构出发,较详细地介绍了作为敏感材料的特殊的电学、磁学、力学、热学、光学、声学及其他化学和生物功能特性,并根据相关的特性分别介绍了热敏、光敏、光导纤维、磁敏、气敏、湿敏、力敏、离子选择和生物传感器的材料选择、传感特性以及主要的应用。

  本书系统性强,技术内容先进,可作为应用电子工程、材料工程、电气工程、自动控制、机电一体化、计算机及应用等专业学生的教材,也可作为相关专业工程技术人员的参考资料。

《跨界创新:现代制造中的先进材料与工艺解析》 内容提要: 本书深入探讨了在当前工业4.0时代背景下,先进材料在现代制造业中的关键作用及其相关的制造工艺革新。全书围绕“功能集成”与“性能优化”两大核心理念展开,旨在为工程师、材料科学家和技术决策者提供一个全面、深入的视角,理解如何利用新材料驱动传统制造流程的转型升级。 第一部分:新一代结构材料的突破与应用 本部分聚焦于提升机械性能、减轻重量和增强极端环境适应性的结构材料。 第一章:轻量化合金的迭代与增材制造的融合 本章详述了航空航天、汽车工业对轻量化材料的迫切需求。重点分析了新一代高熵合金(HEA)的微观结构调控,及其在高温、高应力环境下的服役性能。详细介绍了定向凝固技术在单晶涡轮叶片制造中的应用,以及如何通过精确控制晶界结构来提高材料的蠕变抗力。同时,探讨了选择性激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)等增材制造技术在复杂结构件制造中的优势与挑战,特别是材料的残余应力控制和致密度提升策略。对比了传统锻造与增材制造在航空发动机核心部件制造中的成本效益分析。 第二章:复合材料的界面工程与多尺度设计 本章深入研究了高性能纤维增强复合材料(如碳纤维/环氧树脂、陶瓷基复合材料C/SiC)的设计原理。重点阐述了界面(纤维与基体之间的粘合层)在传递载荷和提高断裂韧性中的决定性作用。通过分子动力学模拟,分析了不同偶联剂对界面化学键合强度的影响。随后,详细介绍了预浸料的制备工艺、铺放自动化技术(如自动纤维铺放AFP),以及热压罐固化过程中的温度梯度与压力控制,以确保复合材料内部无缺陷的层合结构。此外,探讨了自修复复合材料的概念,即通过嵌入微胶囊或形状记忆聚合物,实现对微裂纹的即时修补。 第二部分:功能性与智能材料驱动的系统升级 本部分侧重于材料如何赋予设备“智能”和“响应性”,超越传统的承载功能。 第三章:智能响应性材料与传感执行一体化 本章全面剖析了压电材料(如PZT陶瓷、PMN-PT单晶)在主动振动控制和超声换能器中的应用。从材料的本构方程出发,解释了如何通过电场激励实现精确的形变输出。重点分析了磁致伸缩材料(如Terfenol-D)在高精度定位和水声技术中的优势,及其与永磁体的耦合设计。此外,探讨了形状记忆合金(SMA)在无源或主动驱动器中的应用,特别是疲劳寿命的预测模型和热循环过程中的相变动力学。 第四章:先进涂层技术与表面功能化 本章聚焦于如何通过薄膜技术,为基体材料赋予耐磨、耐腐蚀或特定的光学电学功能。详细阐述了物理气相沉积(PVD,如磁控溅射)和化学气相沉积(CVD)在制备类金刚石碳膜(DLC)和超硬氮化物涂层(如TiAlN)中的工艺参数优化。探讨了激光熔覆技术在实现厚层、梯度功能涂层方面的独特优势,并分析了涂层与基体之间的粘附强度测试方法(如欧式划痕试验)。在功能性涂层方面,介绍了选择性吸收或发射红外辐射的热控涂层,及其在卫星姿态控制中的应用。 第三部分:先进制造工艺的数字化与集成 本部分将材料科学与现代制造技术相结合,探讨如何实现高精度、高效率的生产。 第五章:增材制造过程中的材料行为与质量控制 本章从更深层次探讨增材制造(AM)中的材料科学问题。深入分析了金属粉末的球形度、粒径分布对粉末床的堆积密度和熔池动力学的影响。重点剖析了激光与粉末相互作用产生的等离子体效应、热梯度以及快速凝固过程中出现的枝晶生长与偏析现象。提出了基于原位监测技术(如高速红外热像仪和光谱分析)对打印过程中的缺陷(如气孔、未熔合)进行实时反馈与修正的闭环控制系统。讨论了后处理技术,特别是热等静压(HIP)对消除内部孔隙、优化微观结构和提高疲劳性能的必要性。 第六章:微纳尺度制造与材料的界面调控 本章关注精细制造领域,涉及微流控芯片、微机电系统(MEMS)的制造。详细介绍了光刻技术(如深紫外光刻)的工艺流程,以及电子束光刻在制备亚微米级结构时的分辨率限制。探讨了干法刻蚀技术(如反应离子刻蚀RIE)中,等离子体中离子能量与反应性自由基的平衡,以实现高深宽比和侧壁的垂直度控制。同时,介绍了利用自组装技术,如胶体晶体制备和DNA折纸术,在构建具有周期性纳米结构功能表面的潜力。 第七章:可持续制造中的材料循环与资源效率 本章着眼于面向未来的可持续发展目标。分析了关键战略金属(如稀土、贵金属)在电子产品和新能源器件中的消耗现状。重点探讨了湿法冶金和火法冶金在回收高性能永磁材料和锂离子电池中的新工艺进展。提出了“产品全生命周期评估”(LCA)在材料选择和工艺路线设计中的重要性,旨在最小化整个制造链中的能耗和环境负荷。讨论了生物基和可降解高分子材料在包装和一次性消费品领域替代传统石化产品的技术路线图。 结语:面向未来的材料-工艺协同设计 总结了材料性能、制造工艺与最终产品功能之间的内在联系。强调了跨学科合作在解决复杂工程问题中的核心价值,并对未来十年在极端环境材料、自适应系统材料以及数字化孪生在材料设计中的应用前景进行了展望。 适用对象: 机械工程、材料科学、航空航天工程、电子信息工程、工业设计等相关专业的本科生、研究生及一线工程技术人员。

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读后感

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用户评价

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这本书的装帧和封面设计给我留下了非常深刻的印象,那种低调的深蓝色调,配上简洁有力的白色字体,立刻就让人感受到一股严谨而专业的学术气息。我特别喜欢封面上那张抽象的微观结构图,虽然我不是材料学领域的专业人士,但那种复杂而有序的美感确实吸引了我。刚拿到手的时候,我主要是出于好奇,想了解一下这个听起来有些“高深”的领域到底在讲述什么。翻开目录,我发现内容涵盖了从基础的材料物理化学到具体的器件应用,这让我意识到这本书的深度和广度都非常可观。虽然我更侧重于信息技术和算法方面,但这本关于材料的书籍,在某些章节中对新型功能材料的特性描述,尤其是它们如何与电、光、热等物理场发生相互作用的讲解,给我提供了一种全新的视角去思考我日常工作中遇到的性能瓶颈问题。比如,书中对某些特定晶格缺陷如何影响载流子迁移率的细致分析,让我对半导体器件的性能优化有了更深层次的理解,虽然它没有直接讨论芯片制造工艺,但这种对“本源”的探究,无疑是建立更优应用系统的基石。整体而言,这是一本非常扎实的基础性读物,适合对材料科学有一定兴趣,并希望从底层原理上理解现代电子和光学设备运作机制的读者。

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这本书的图表制作质量,老实说,相当地令人赞叹。在那些探讨光谱响应和能带结构的章节中,作者提供的对比图和示意图清晰度极高,即便是打印出来的黑白版本,那些复杂的曲线和能级划分也依然一目了然。我特别欣赏作者在解释材料的“选择性”时所采用的可视化手段。例如,在解释某种特定气体分子如何与半导体表面受体位点发生吸附,并导致电阻发生剧烈变化的机制时,作者绘制的分子-表面相互作用模型,非常直观地展示了空间位阻和电子云重叠对反应活性的影响。这种对“看不见”的微观过程的有效呈现,极大地降低了理解复杂表面化学反应的门槛。如果说这本书有什么可以改进的地方,那可能是在某些关键的实验数据展示上,作者过多地依赖于直接引用他人文献中的图表,而缺乏自己团队或原创性的、更具说服力的、能体现新材料独特性能的直接实验数据截图。这使得在阅读到某些创新点时,感觉还是隔着一层“二手信息”,少了一份直接的冲击力和说服力。

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这本书的行文风格极其严谨,几乎每一句话都充满了精确的科学术语和量化的数据支撑,这对于我这种习惯了快速阅读和信息提炼的读者来说,初期确实带来了一些挑战。我花了相当长的时间去消化第一章关于晶体结构和缺陷理论的部分,它没有采用那种引导性的、循序渐进的叙述方式,而是直接切入了核心的物理模型和数学推导。我感觉作者似乎默认读者已经具备了扎实的物理化学背景,所以很多基础概念的铺垫被省略了,直接聚焦于“敏感”这一核心特性是如何通过材料本身的结构设计来实现的。例如,书中对压电效应和热释电效应的阐述,不仅仅是罗列公式,而是深入探讨了温度梯度或机械应力如何引起材料内部偶极矩的重新排列,并量化了这种变化对宏观电信号的影响。这对我启发很大的一点是,它让我意识到,很多我们习以为常的“传感器”的灵敏度,并非靠软件算法堆叠出来的,而是根植于材料在特定环境刺激下的固有物理响应。尽管阅读过程需要不断地查阅参考资料来确认那些复杂的希腊字母符号和张量表示,但一旦理解了某个关键的本征机制,那种豁然开朗的感觉是任何肤浅的科普读物都无法比拟的。

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这本书给我带来的最大收获,是一种跨学科的思维激发,它让我开始重新审视“材料选择”在任何工程系统设计中的核心地位。我之前总是在既定的材料框架内寻求算法上的优化,但这本书让我意识到,真正颠覆性的进步往往来源于对材料本征性质的深度挖掘和利用。书中有一段论述,是关于如何设计一种材料,使其在特定频率范围内的介电常数能够被极微小的环境湿度变化所调制,这种对“极端敏感性”的追求,与我日常工作中对“高信噪比”的追求有着异曲同工之妙。它让我明白,提高信噪比的终极方法,是找到一个对目标信号变化极其敏感、而对干扰信号完全不敏感的媒介。虽然全书充斥着大量的专业名词和复杂的物理化学公式,但作者最终想传达的核心理念——即通过精确的原子尺度调控来实现宏观功能的定制化——是具有极强普适性的。这本书更像是一本“材料思维的训练手册”,它教会你如何从物质的本质出发去定义和解决问题,而不是仅仅停留在表象的信号处理层面。

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我购买这本书的初衷,其实是希望找到一些关于柔性电子和可穿戴设备中新型电化学传感器件的最新进展。然而,这本书的侧重点似乎更偏向于传统的固态薄膜和陶瓷基材料体系,对于近些年兴起的有机半导体和水凝胶基功能材料的讨论篇幅相对较少,或者说,涉及的深度不如对无机晶体材料那么详尽。比如,书中用了大量篇幅介绍了基于钛酸钡等铁电材料在温度传感方面的优势和局限性,以及如何通过掺杂来调控居里点,这部分内容非常经典且具有参考价值,但对于我关注的那些需要高生物相容性和大形变能力的柔性传感器件,它提供的直接指导信息并不多。虽然在最后几章中提到了复合材料的概念,试图将无机物的优异性能与有机物的柔韧性结合起来,但讨论也多停留在理论建模阶段,缺少实际的制备工艺细节和长期的稳定性数据。所以,如果你是专注于前沿生物电子接口技术的研究者,这本书可能更像是一部提供坚实理论基础的“奠基石”,而非直接指导最新应用开发的“操作手册”。

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