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出版者:第1版 (2005年4月1日)

作者:曹晓明

出品人:

页数:237

译者:

出版时间:2005-4

价格:35.00

装帧:平装

isbn号码:9787502567767

丛书系列:

图书标签:

• 结构材料
• 先进材料
• 材料科学
• 工程材料
• 复合材料
• 金属材料
• 陶瓷材料
• 高分子材料
• 材料工程
• 结构力学

好的，下面为您撰写一本关于“先进结构材料”之外的图书简介，力求详细、专业，不含任何人工智能痕迹。 --- 图书名称：《 微观世界探秘：晶体学与材料科学的交汇点 》 内容简介 引言：探寻物质的本源结构 自人类文明之初，我们对物质构成的奥秘便充满了无尽的好奇。从古代匠人对金属冶炼的经验积累，到近代化学家对元素周期表的构建，再到当代物理学家对原子尺度的精确描摹，我们对物质世界的认知不断深化。然而，要真正理解宏观尺度上材料的性能，必须深入其微观结构——原子排列的几何规律与电子间的相互作用。 《微观世界探秘：晶体学与材料科学的交汇点》正是这样一部致力于探索物质微观世界的深度专著。本书并非聚焦于具体的先进工程应用材料（如复合材料、智能材料或纳米材料的特定配方），而是将笔触深入到支撑所有材料性能的基石：晶体结构、对称性原理及其在材料行为中的基础性作用。 本书旨在为材料科学、物理学、化学以及相关工程领域的研究人员、高级学生和专业人士提供一套系统、严谨且富有洞察力的晶体学理论框架，并阐明这些理论如何指导我们理解和预测材料的宏观力学、电学、磁学及光学特性。 第一部分：晶体学的基本原理与几何基础 本书的开篇，我们将从最基本的几何概念入手，构建理解晶体世界的数学语言。晶体并非简单的原子堆砌，而是具有周期性和平移对称性的三维结构。 1. 晶格与基矢： 我们将详细阐述晶格的概念，区分点阵与晶格，并引入布拉维点阵（Bravais Lattices）的七种晶系和十四种空间点阵。重点解析如何选择合适的晶胞（Primitive Cell与Unit Cell），以及晶胞参数的定义。 2. 晶体结构与原子位置： 晶体结构由晶格和基团（Basis）共同决定。我们将深入探讨不同材料实例中的基团对称性，并解析原子在晶胞内的精确坐标表示法。 3. 空间群理论： 这是晶体学分析的核心。本书将详尽介绍描述晶体三维周期性对称性的190个空间群。我们将分析点群（Point Groups）与晶体学对称操作（如旋转、反射、反演、滑移面和螺旋轴）的数学性质，并展示如何通过实验衍射数据确定材料所属的空间群。对对称性群论的严谨引入，是理解材料各向异性行为的先决条件。 第二部分：倒易空间与衍射物理 宏观材料的结构分析往往依赖于对散射波的测量，这需要引入倒易空间（Reciprocal Space）的概念。 4. 倒易点阵与布里渊区： 倒易点阵是傅里叶变换在晶体结构分析中的应用。本书将详细推导正点阵与其对应倒易点阵之间的关系，并引入布里渊区（Brillouin Zone）的概念，它是描述波函数周期性边界条件的数学工具。 5. X射线、电子与中子衍射原理： 本部分将聚焦于结构表征的实验核心技术。我们将深入探讨劳厄（Laue）方程和布拉格（Bragg）定律的物理意义，分析不同类型的衍射实验（如粉末衍射、单晶衍射）的几何条件和数据采集方法。重点讲解如何利用衍射峰的强度和位置，反演出复杂的晶体结构因子（Structure Factor），从而确定原子占有率和无序性。 第三部分：晶体结构缺陷与局部失真 理想的周期性晶体只存在于理论模型中。所有材料的性能，尤其是力学和电学性能，都受到晶体缺陷的深刻影响。本书将详细剖析这些“不完美”的结构。 6. 晶体缺陷的分类与几何描述： 缺陷被系统地划分为点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）。对于位错，本书将用 Burgers 矢量和滑移面的概念，精确描述其线性和应力场，为后续的塑性变形理论奠定基础。 7. 结构弛豫与局部对称性破坏： 缺陷的存在会引起周围原子位置的局部偏离和电子结构的重构。我们将讨论如何利用计算晶体学方法（如密度泛函理论的局部优化）来预测这些弛豫效应，以及这种局部对称性破坏如何影响材料的介电常数或催化活性位点。 第四部分：对称性与材料宏观性质的关联 晶体学最深刻的价值在于其连接了微观的对称性与宏观的物理效应。 8. 张量分析与材料各向异性： 物理量在晶体中往往表现为张量（如应力、应变、介电常数、导热系数）。本书将回顾二阶和四阶张量的数学表示法，并解释高阶对称性如何限制材料本构方程的自由度。例如，为什么只有具有特定对称性的晶体才会展现出压电效应或热释电效应。 9. 电子结构与能带理论的晶体学基础： 最后，本书将把晶体学与固态物理的前沿相结合。通过布洛赫定理（Bloch Theorem）在周期性势场中的应用，我们将解析能带结构（Band Structure）的形成。晶体点群的对称性直接决定了能带在布里渊区内的简并度和能量梯度，从而解释了材料是导体、半导体还是绝缘体的根本原因。 总结 《微观世界探秘：晶体学与材料科学的交汇点》旨在提供一个坚实的理论基础，让读者能够超越对特定材料配方的记忆，转而理解为何特定的原子排列会产生特定的物理行为。本书的深度和广度，确保了读者能够从原子尺度的对称性原理出发，构建起对材料性能的深刻洞察力。它是一份面向未来的基础研究指南，是连接基础物理学与尖端材料工程的桥梁。 ---

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我原本期待它是一本关于**功能性薄膜**的深度专著，但读完后感觉它更像是一本关于**半导体物理与器件集成**的入门教材，只是材料科学部分被当作了基础铺垫。书的后半部分，关于**光电导材料**和**铁电材料**在传感器中的应用案例非常丰富，特别是详细分析了不同晶向的锆钛酸钡（PZT）薄膜在压电响应中的差异，以及如何通过退火工艺控制其畴结构以优化传感器灵敏度。作者的行文风格非常注重逻辑的严密性，每一个结论都紧密地与量子力学或固体物理原理挂钩，推导过程清晰，几乎没有模糊不清的描述。然而，对于我关注的**纳米尺度摩擦学**问题，比如超薄润滑膜的边界效应和转移膜的稳定性，书中仅用了一章进行了粗略的介绍，很多前沿的原子尺度模拟结果都没有被深入探讨。这使得这本书在基础物理原理的讲解上表现优异，但在特定应用领域（如极端环境下的材料行为）的覆盖面上显得有些薄弱。它是一本优秀的理工科基础读物，但对于专注于某一特定应用领域的资深研究者来说，可能需要配合其他更专业的文献。

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最近入手了一本关于**轻质合金与复合材料**的书，本来是冲着材料力学深入研究去的，结果发现这本书的侧重点完全在我预料之外。它更像是一本面向实际应用和设计工程师的工具手册，而不是学院派的理论深挖。书中花费了大量篇幅讲解了不同制造工艺对材料微观结构和宏观性能的影响，比如增材制造中激光熔池的冷却速率如何决定晶粒尺寸和缺陷分布，这一点对于我目前正在进行的高速列车减重项目非常有启发性。它没有过多纠缠于晶格畸变或位错运动的复杂数学模型，而是用大量的图表和案例研究来直观展示“工艺参数变化 -> 组织结构变化 -> 性能指标波动”这一链条。特别是关于**陶瓷基复合材料（CMC）**在极端热环境下的抗氧化涂层失效分析部分，描述得极为细致，甚至给出了不同热循环次数下涂层裂纹扩展速率的经验公式。不过，作为一名偏爱基础理论的读者，我略感遗憾的是，对于新型**高熵合金**的构效关系，讨论得相对比较表层，很多前沿的计算模拟结果和热力学驱动力的推导都只是点到为止，显得有些意犹自尽。总体来说，对于工程应用层面来说，这是一本实战性极强的参考书，尤其适合需要快速将材料知识转化为具体设计方案的工程师。

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这本书的阅读体验可以说是“**震撼与迷茫并存**”。它似乎更侧重于**生物医用材料**的范畴，特别是组织工程支架的构建与降解动力学。作者采用了一种非常宏大的叙事方式，从细胞外基质的自然结构出发，层层递进地探讨了仿生设计的复杂性。我花了整整一个下午才啃完关于**可降解聚合物**（如PLLA、PCL）在体内水解动力学模型的部分，书中详细对比了酸催化、酯交换等不同降解机制在不同pH值环境下的反应速率常数，这些公式的推导过程极其严谨，代入感很强。但问题在于，对于非生物学背景的读者来说，书中穿插的大量生物化学名词和细胞信号通路描述，如果没有相关的背景知识支撑，读起来会非常吃力，感觉就像是硬生生地被拉进了一个全新的学科领域。例如，关于**药物控释系统**的章节，它不仅讲解了扩散机制，还引入了渗透压变化对释放速率的影响，这种跨学科的深度融合是令人印象深刻的，但同时也增加了阅读的门槛。如果能有一个针对材料学读者的“生物学基础速查表”作为附录，或许能极大改善阅读流畅性。这本书的价值在于拓宽了材料科学的边界，但也要求读者具备极强的跨学科学习能力。

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这本教材在**高分子材料的流变学**方面的讲解堪称教科书级别的经典，结构清晰，深度适中，非常适合高年级本科生或初入职场的研发人员。作者对**粘弹性本构模型**的介绍极为详尽，从Maxwell、Voigt模型到更复杂的Kelvin-Voigt广义模型，每一步的推导都辅以清晰的物理图像，确保读者能够理解应力松弛和蠕变过程的本征机制。特别是对于**熔体挤出**过程中的非牛顿流动行为分析，书中通过引入剪切速率依赖的粘度函数，成功地解释了“倍线效应”等实际生产中的难题，这部分内容是我当前工作中急需的理论支撑。不过，有一个方面我感到非常困惑，那就是**高分子材料的表征技术**部分相对薄弱。例如，对于凝胶渗透色谱（GPC）测定分子量分布的描述非常简单，没有深入讲解如何处理多分散性指数（PDI）对最终性能的影响，更没有涉及广角X射线散射（WAXS）在结晶度分析中的应用细节。在注重性能精确控制的今天，缺失了对先进表征手段的系统性阐述，使得这本书在“从分子到性能”的链条上留下了一个明显的断点。它在理论构建上无可挑剔，但在实验验证和表征深度上有所欠缺。

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这本书的特点是**极强的历史感和材料哲学探讨**。它不是一本教你如何“做”材料的书，而是一本引导你思考“为何是这些材料”的书。作者花费了大量篇幅追溯了**传统金属材料**（如青铜、钢铁）从冶炼技术萌芽到工业革命期间的演变历程，并将其与当时的社会结构、军事需求、能源获取方式紧密联系起来。这种社会科学与材料科学的结合方式非常新颖。例如，书中分析了19世纪末期合金成分的优化，并非完全是基于实验室数据，而更多是受到矿源可得性和冶金工人经验的制约。这种叙事手法让人在阅读中能感受到材料发展背后的“人”的因素。然而，书中对现代**智能材料**（如形状记忆合金或电磁流变液）的讨论，内容相对陈旧，引用的数据大多停留在上世纪九十年代的水平，缺乏对近十五年来的计算材料学突破的关注。因此，虽然其对经典材料的历史梳理非常深刻，但它在材料科学的“未来”展望方面显得后劲不足，更像是一部扎实的“材料史诗”而非“材料前沿指引”。

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