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出版者:

作者:王喜萍

出品人:

页数:344

译者:

出版时间:2006-2

价格:29.30元

装帧:

isbn号码:9787109106376

丛书系列:

图书标签:

• 食品分析
• 食品化学
• 食品安全
• 检测技术
• 质量控制
• 仪器分析
• 食品成分
• 营养学
• 食品标准
• 实验方法

深入探索：现代材料科学的前沿与挑战 书籍名称：《现代材料科学前沿》 内容简介： 本书旨在为材料科学领域的科研人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，探讨当前材料科学领域最活跃、最具颠覆性的研究方向、核心理论基础以及亟待解决的工程挑战。我们避免对传统无机化学、基础物理或常规金属学进行冗余的综述，而是将焦点完全聚焦于二十一世纪以来，由跨学科融合驱动的新兴材料体系与尖端制备技术。 第一部分：跨界融合驱动的新型功能材料体系 本部分着重阐述那些突破传统材料分类界限，并在特定功能领域展现出革命性潜力的材料家族。 第一章：拓扑材料的量子几何学 本章详细剖析了拓扑绝缘体、拓扑半金属以及拓扑超导体背后的复杂能带结构理论。我们将深入探讨狄拉克锥、韦伊点和外尔点的物理意义，并介绍如何通过晶格工程和表面修饰来精确调控其拓扑性质。重点案例研究将涵盖基于二维过渡金属硫化物（TMDs）的拓扑量子器件设计，以及如何利用磁场诱导的量子霍尔效应实现低能耗电子传输。讨论将延伸至拓扑材料在自旋电子学和量子计算中的应用前景，特别是拓扑量子比特的实现路径与稳定性问题。 第二章：智能与自适应材料的动态响应 本章聚焦于那些能够根据环境变化（如温度、光照、电场、机械应力或化学信号）主动改变其结构或功能的新一代智能材料。内容涵盖形状记忆合金（SMA）的复杂相变动力学、磁流变（MR）和电流变（ER）流体的非牛顿行为建模，以及光热响应型高分子凝胶的溶胀-收缩机制。我们特别关注于四维打印（4D Printing）技术，探讨如何设计具有时间维度响应特性的预应力结构，以及这些材料在软体机器人、自修复涂层和可穿戴医疗设备中的实际部署案例。 第三章：二维材料的垂直异质结与界面物理 本书将“石墨烯”视为起点，但重点在于更广泛的范畴——包括氮化硼（h-BN）、过渡金属二硫化物（MoS2, WSe2）以及黑磷（BP）等。核心内容在于范德华异质结（vdW Heterostructures）的构筑原理。我们将详细分析通过精确堆叠不同二维材料所产生的层间电荷转移、激子束缚能的调控以及扭曲双层石墨烯（TBG）中莫尔（Moiré）超晶格的奇特电子行为，包括其超导性和关联电子效应。界面工程的精确度，如原子层沉积（ALD）对界面缺陷的控制，是本章的关键讨论点。 第二部分：颠覆性的制备与表征前沿技术 材料的性能往往受限于制备工艺的精度和表征手段的分辨率。本部分着重介绍如何利用最新的物理和化学工具，实现对材料结构和性能的原子级操控。 第四章：高通量计算与机器学习辅助材料发现 传统“试错法”在复杂高熵合金和新型催化剂的筛选中已显不足。本章详细介绍了密度泛函理论（DFT）在预测材料基态性质中的局限与突破。核心内容聚焦于计算材料学如何与大数据科学相结合：如何构建准确的“结构-性质”数据库，以及如何应用高斯过程回归（GPR）和深度学习神经网络加速新型催化剂活性位点、电池电解质稳定性的筛选，从而显著缩短材料的研发周期。 第五章：原位/动态表征技术：洞察过程中的材料 静态的结构分析无法揭示材料在真实工作条件下（如反应、加热、应力作用下）的演化机理。本章详细介绍了同步辐射光源和球差校正透射电镜（STEM）在动态研究中的应用。我们将重点讨论如何结合原位X射线吸收谱（XAS/XANES）来追踪催化剂表面的电子态变化，以及如何利用原位拉曼光谱监测锂离子电池充放电过程中固态电解质界面（SEI）膜的形成与演变。强调“时空分辨率”的提升对理解反应机理的决定性作用。 第六章：原子层沉积（ALD）与精确形貌控制 ALD作为一种薄膜生长技术，其优越的保形性和厚度可控性使其成为纳米器件制造的核心。本章不仅复述了ALD的基本循环，更深入探讨了等离子体增强ALD（PEALD）在低温下沉积高品质金属氧化物薄膜的优势，以及如何利用空间ALD实现超高通量、连续的薄膜制造。此外，我们探讨了ALD在构筑多层功能梯度膜、高介电常数栅氧化层以及核壳结构纳米颗粒中的精确形貌控制策略。 第三部分：面向能源、信息与生命科学的工程挑战 本部分将前沿材料科学的理论与实际工程需求相结合，探讨当前阻碍技术突破的关键瓶颈。 第七章：下一代储能系统的界面物理与稳定性 针对锂离子电池的能量密度瓶颈，本章转向固态电池、钠离子电池和金属空气电池。重点分析固态电解质/电极界面的电化学阻抗和锂枝晶生长机制。内容涵盖如何通过表面涂层技术（如ALD）钝化活性锂金属表面，以及如何设计具有高离子电导率、但在宽电压窗口内化学性质稳定的新型硫化物和氧化物基固态电解质。 第八章：低维光电器件的激子工程 本章聚焦于高效率、低成本光电器件的设计，如钙钛矿太阳能电池和量子点发光二极管（QLED）。我们将深入研究激子动力学——如何通过控制材料尺寸、表面钝化和内建电场来延长激子寿命、提高分离效率。对卤化物钙钛矿的离子迁移率和长期环境稳定性的讨论，将结合先进的微区分析技术，探讨抑制降解路径的化学策略。 第九章：生物界面材料的智能响应与集成 本章探讨材料科学如何服务于生物医学工程。内容包括生物活性涂层的设计，特别是如何利用表面等离子体共振（SPR）或光热效应实现对癌细胞的精准消融。重点讨论可降解生物电极和神经接口材料的开发，如何通过优化材料的机械柔顺性（模量匹配）和生物相容性，来减少长期植入后的组织排异反应和信号衰减问题。 《现代材料科学前沿》力求提供一个技术密集、理论扎实且富有批判性思维的平台，引导读者跨越传统学科壁垒，迎接材料科学领域下一轮技术浪潮的挑战。本书的价值在于其对“正在发生”的研究的深入剖析，而非对已成定论基础知识的简单重复。

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