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《现代材料科学进展》 内容简介 本书深入探讨了当代材料科学领域的最新研究热点、前沿技术及其在各个工业和高科技领域的广泛应用。全书结构严谨，内容涵盖从基础理论到前沿应用的广阔范围，旨在为材料科学、化学工程、物理学以及相关交叉学科的研究人员、高级工程师和研究生提供一份详尽、具有前瞻性的参考资料。 第一部分：先进结构材料的构筑与性能调控 本部分聚焦于新一代高性能结构材料的设计、合成与微观结构控制。 第一章：新型高熵合金的相稳定性与塑性机制 详细分析了高熵合金（HEAs）中原子无序度对晶体结构稳定性的影响。重点阐述了“高熵效应”、“迟滞效应”和“本征局域结构”等关键概念，并结合第一性原理计算和高通量实验筛选方法，揭示了复杂多主元体系中应力诱导的相变（如L12/BCC/FCC转变）的动力学过程。内容覆盖了高熵合金在极端温度（超高温和低温）下的力学响应，特别是其超塑性行为和抗辐照损伤的潜力。讨论了通过元素设计（如引入稀土或轻元素）来优化高熵合金的硬度、韧性及蠕变性能的具体策略。 第二章：陶瓷基复合材料的界面工程 陶瓷基复合材料（CMCs）是航空航天和能源领域的核心材料。本章侧重于增强纤维与基体之间的界面设计。深入剖析了界面结合强度、界面化学反应以及纤维/基体间涂层（如PyC/SiC系统）对复合材料整体断裂韧性和抗氧化性的决定性作用。研究了不同铺层技术（如化学气相渗透CVI、熔渗Infiltration）对宏观性能的影响，并引入了基于有限元分析（FEA）的界面应力分布模型，以预测材料在复杂载荷下的失效模式。 第三章：自修复高分子材料的分子设计 探讨了具有内在修复能力的高分子聚合物的分子设计原理。重点介绍了可逆化学键（如Diels-Alder反应、超分子氢键、离子相互作用）在聚合物网络构建中的应用。详细对比了热驱动、光驱动和环境触发的自修复机制。此外，还分析了如何通过引入动态共价网络，实现对材料宏观力学性能的“可编程性”，使其能够在修复过程中恢复预设的几何形状和机械强度。 第二部分：能源与环境材料的前沿探索 本部分着眼于解决全球能源危机和环境污染问题的关键功能材料。 第四章：固态电解质的离子传导机理 全面回顾了用于下一代锂离子电池和全固态电池的无机和聚合物固态电解质。重点阐述了快离子导体的晶体结构特征（如隧道结构、层状结构）如何影响锂离子迁移率。对玻璃陶瓷电解质和高分子基体中的离子溶剂化/去溶剂化过程进行了深入的电化学阻抗谱（EIS）分析，并讨论了固-固界面阻抗及其降低策略，如表面修饰和复合化。 第五章：光催化剂的活性位点调控 本章聚焦于利用光能驱动化学反应的材料，特别是在水分解制氢和污染物降解方面的应用。深入分析了半导体光催化剂（如TiO2, g-C3N4）的能带结构、载流子分离效率和表面反应活性位点。详细介绍了形貌工程（如构建花状、核壳结构）和元素掺杂如何精确调控材料的吸收光谱范围和氧化还原电位。讨论了表面缺陷工程在提升光生电子-空穴分离效率中的关键作用。 第六章：先进膜分离技术与气体吸附材料 探讨了用于碳捕获、水净化和气体分离的高性能膜材料和多孔吸附剂。在膜材料方面，重点分析了聚合物反渗透膜的孔径分布控制技术以及金属有机框架（MOFs）衍生膜的优异选择性。在吸附剂方面，详尽介绍了MOFs和共价有机框架（COFs）的设计策略，特别是如何通过调控孔径和官能团，实现对特定目标分子（如CO2、H2S）的高效、可逆吸附。 第三部分：智能材料与跨尺度表征 本部分关注材料的智能响应特性及其在多尺度下的精确表征技术。 第七章：磁性形状记忆合金（MSMA）的畴结构演化 深入研究了磁性形状记忆合金（如Ni-Mn-In-Co系）在磁场驱动下的快速、无损的形状恢复机制。详细分析了磁致弹性耦合效应，重点是马氏体相变与磁畴结构之间的相互作用。通过磁滞回线分析和原位电子背散射衍射（EBSD），追踪了磁场作用下孪晶界和相变界的动态行为，并阐述了如何通过热处理优化其回复温度和回复应变。 第八章：同步辐射与中子散射在材料结构分析中的应用 本章聚焦于先进的无损表征技术。详细介绍了同步辐射X射线衍射（XRD）和吸收谱（XAS）如何用于分析纳米材料的局部原子结构和电子态。中子散射技术（如中子衍射和非弹性中子散射）则用于探测轻元素（如氢、锂）的分布和振动模式，这对于理解电化学反应过程至关重要。重点阐述了如何利用这些技术进行原位（in situ）和4D（空间-时间维度）的动态表征，以捕捉材料在工作状态下的真实微观变化。 第九章：计算材料学与机器学习辅助材料发现 展望了计算方法在材料设计中的革命性作用。详细介绍了密度泛函理论（DFT）在预测材料电子结构、缺陷能和反应路径中的应用。随后，重点介绍了如何利用高通量计算数据，结合贝叶斯优化、深度学习等机器学习算法，建立材料性能与成分结构之间的映射关系，从而加速新型催化剂、超导材料和生物相容性材料的理性设计与筛选过程。 本书内容翔实，图表丰富，融合了理论深度和工程实践性，是材料科学领域快速迭代背景下的重要知识载体。
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