材料物理基础

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出版者:机械工业出版社
作者:任凤章
出品人:
页数:256
译者:
出版时间:2006-9
价格:25.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787111199465
丛书系列:
图书标签:
  • 大学教材
  • 半导体
  • 材料物理
  • 材料科学
  • 固体物理
  • 物理学
  • 材料性质
  • 晶体结构
  • 能带理论
  • 相变
  • 缺陷物理
  • 热力学
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具体描述

材料物理是介于物理学与材料学之间的一门边缘学科,所涉及面极广,它旨在利用物理学中的一些基础知识来阐明材料的各种物理性能和转变过程。本书突出基础,略去了一些过去深奥的专业阐述,突出物理学的主干,从物理学的一些基本概念、基本原理和基本定律出发,阐述材料本身的结构、性质和它们一些外界条件下发生的变化及其变化规律。本书共分7章。前3章扼要介绍材料物理所涉及的量子力学概念、统计力学基本知识、经典物理学方面的波动现象、原子结构、化学健、晶体结构及金属中的电子态,为没有学过固体物理的读者提供一些基础知识。其余各章主要介绍材料的热、电、磁及介电性能的物理本质。

本书可作为材料科学与工程类专业硕士研究生的教材或参考书,也可供材料学与工程领域的大专院校教师和科技工作者参考。

现代材料科学与工程导论:从微观结构到宏观性能的桥梁 本书聚焦于材料科学与工程领域的宏观应用、前沿探索与跨学科整合,旨在为读者构建一个全面、深入且与时俱进的知识框架,尤其强调材料在实际工程问题中的解决之道,而非聚焦于基础物理机制的推导。 --- 第一部分:工程应用视角下的材料分类与选择 本部分抛弃了传统的元素周期表式划分,转而采用基于工程应用需求和服役环境的分类方法,指导工程师如何依据设计规范进行材料的初步筛选与优化。 第一章:高性能结构材料的选型与失效分析 本章深入探讨了航空航天、土木工程和汽车工业中对承载能力要求极高的材料体系。重点分析了高比强度、高比模量材料,如先进复合材料(碳纤维增强树脂基复合材料CFRM、陶瓷基复合材料CMC)和第二代高温合金的最新发展。 轻量化设计与材料替代策略: 详细论述了如何通过使用铝锂合金、镁合金的先进晶粒细化技术,以及梯度材料设计,实现重量的大幅削减而不牺牲关键力学性能。 疲劳与断裂的工程预测模型: 侧重于应用Paris-Erdogan定律的扩展形式、Creep-Fatigue Interaction(CFI)模型,以及引入人工智能辅助的裂纹扩展路径预测。材料的微观结构(如晶界扩散路径、析出相的分布)如何影响宏观的寿命预测,是本章的核心。 增材制造(AM)带来的材料挑战与机遇: 专门设立章节讨论激光选区熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)过程中,快速凝固导致的非平衡态微观结构如何影响最终零件的残余应力分布、孔隙率控制及各向异性问题。 第二章:功能材料的系统集成与器件化 本章聚焦于材料如何转化为具有特定电、磁、光、热功能的器件,强调材料与器件物理的耦合效应。 能源转换与存储材料的界面工程: 锂离子电池的正负极材料(高镍三元、硅基负极)的结构稳定性,固态电解质的离子电导率提升策略,以及燃料电池中电催化剂的表面活性位点设计。重点在于如何通过表面改性(如原子层沉积ALD)来稳定电化学界面。 智能材料与传感器件: 压电陶瓷(PZT及其无铅替代品)、磁致伸缩材料在主动降噪和高精度定位系统中的应用。探讨了如何通过外部激励(温度、应力)调控材料的宏观响应,并实现信号的精确采集与反馈。 先进光学与光电子材料: 聚焦于有机发光二极管(OLED)中的主体和客体材料的载流子传输平衡、三重态激子的管理,以及钙钛矿太阳能电池的长期环境稳定性与缺陷钝化技术。 --- 第二部分:先进加工技术与材料性能调控 本部分探讨了如何利用非传统的热力学路径和精确的加工手段,在保证材料安全性的前提下,实现性能的定制化提升。 第三章:材料的塑性变形与超细化工艺 本章深入材料的加工硬化与恢复过程,关注如何通过引入高密度位错和晶界网络来大幅度提高材料的屈服强度和韧性。 极端塑性变形(SPD)技术详解: 深入剖析滚动、锻造、高压扭转(HPT)等技术,如何将晶粒尺寸推向纳米级别。讨论了纳米晶材料在强度提升的同时,其低温脆性、蠕变性能和加工窗口的局限性。 热处理工艺的动态调控: 探讨了相变诱导的塑性(TRIP)效应和马氏体相变诱导的形变(TWIP)效应在先进高强钢中的实际应用。分析了不同冷却速率和等温保持时间对碳化物形貌、晶粒尺寸分布的决定性影响。 界面工程在层状材料中的应用: 讨论了通过扩散连接、爆炸焊等方法制造的异质材料界面,如何通过优化界面结合能和抑制界面反应,实现材料性能的“1+1>2”。 第四章:材料表面工程与防护技术 本章关注材料在复杂服役环境(高温、腐蚀、磨损)下的寿命延长策略,强调表面改性技术在工程中的实际部署。 高温氧化与热障涂层(TBC): 详细介绍等离子喷涂、溅射技术制备的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层。分析了热应力、热循环导致的涂层剥落机制,以及双层结构(粘结层、阻挡层)的设计原理。 耐腐蚀合金的设计与选择: 针对酸性、氯离子环境,介绍镍基、钴基高温合金的微观组织控制(如$gamma'$相的体积分数与分布),以及通过添加稀土元素进行晶界强化以抵抗高温硫化腐蚀的方法。 功能性表面改性: 探讨了渗碳、渗氮、离子注入技术对材料表层硬度和耐磨性的提升,并对比了化学气相沉积(CVD)与物理气相沉积(PVD)在形成致密涂层方面的优劣。 --- 第三部分:计算材料学与材料基因工程的实践 本部分将视角提升至模拟仿真层面,介绍如何利用计算工具加速材料的发现、设计与优化过程,是现代材料研发的核心驱动力。 第五章:从第一性原理到宏观性能的尺度放大 本章侧重于计算方法如何服务于实际的材料设计问题,而非纯粹的理论物理推导。 密度泛函理论(DFT)在缺陷工程中的应用: 如何利用DFT计算点缺陷(空位、间隙原子)的形成能、迁移能,从而指导实验中添加特定元素以“捕获”或“抑制”有害缺陷的移动。 分子动力学(MD)模拟与微观动态过程: 模拟晶界迁移、位错攀移、高分子链段运动等动态过程,以获取与实验相匹配的动力学参数,指导热处理窗口的确定。 相场法(Phase-Field)在微结构演化中的应用: 描述如何利用相场模型模拟凝固过程中的枝晶生长、第二相的析出与粗化,为铸造工艺参数优化提供数值基础。 第六章:数据驱动的材料信息学与高通量筛选 本章探讨如何整合实验数据、模拟数据与文献信息,建立材料性能预测模型,实现“材料基因组计划”的工程落地。 材料数据库的构建与标准化: 讨论如何有效地标注、清洗和集成来自不同来源的材料性能数据(如力学性能、热力学数据),并建立面向工程需求的查询接口。 机器学习/深度学习在性能预测中的应用: 介绍如何利用高维度的材料描述符(Descriptors,如原子环境矢量、晶体拓扑特征)训练回归模型,用于快速预测新合金的室温强度或高温抗蠕变速率。 逆向设计策略: 如何设定所需的宏观性能目标,反向推导出满足这些目标的材料化学成分、晶体结构和加工路径的迭代优化流程。 --- 总结: 本书将读者置于现代工程应用的最前沿,着重于“如何利用材料科学的原理解决实际的工程挑战”,内容覆盖了从高性能结构件、能源存储、智能传感到前沿计算工具的完整谱系。它是一本面向材料工程师、机械设计师和高级技术人员的、侧重于应用、集成与创新的实践指南。

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目录信息

读后感

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本书立意明确,内容丰富,语言朴实,思路清晰,中心明确,数据充分,价廉物美,实乃大学校园里的文明和谐读物,高品位ZB学者及苦难理科学生之必备良书!

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用户评价

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这本书就像一本详尽的“材料解剖学”手册,它没有提供任何“速成秘籍”来让你成为材料大师,而是循序渐进地引导你理解材料最核心的物理原理。《材料物理基础》将我的好奇心引向了材料的“内部世界”。我一直对材料的“弹性”和“塑性”感到困惑,为什么有些材料弯曲后会恢复原状,而有些则会发生永久变形?这本书从原子间的键合力、晶格畸变以及位错运动等微观机制入手,解释了材料宏观力学性能的来源。它让我明白,材料的“形变”,是其内部原子排列和相互作用在外力作用下的响应。书中对材料“热学性质”的阐述,也同样让我印象深刻。从比热容到热导率,再到热膨胀,这本书将这些宏观的热学表现与原子振动、晶格缺陷等微观机制联系起来,形成了一个完整的解释链条。我非常欣赏作者在处理复杂理论时所展现出的耐心和清晰度,它会逐步引导读者理解每一个概念,并将其应用到实际的材料分析中。这本书为我提供了一个坚实的理论框架,让我在面对各种材料现象时,能够运用物理学的思维方式去分析和理解。

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翻开《材料物理基础》,我感觉自己仿佛置身于一个由无数粒子构成的巨大游乐场,而这本书正是我的“游乐指南”。它不仅仅是知识的堆砌,更是一种思维方式的启迪。作者在讲解材料的宏观性质时,总是能巧妙地将其与微观的物理原理联系起来,让我惊叹于物质世界的内在统一性。例如,在讨论磁性材料时,这本书深入浅出地介绍了不同磁性的来源,从电子自旋到磁畴的形成,再到磁畴壁的运动,每一个环节都清晰可见。这让我不再仅仅停留在“这个东西是磁铁”的层面,而是能够理解“为什么它会表现出磁性”的根本原因。我特别喜欢书中关于电子在材料中运动的描述,它不仅仅是简单的电荷移动,而是涉及到了量子力学的波粒二象性、泡利不相容原理等深刻概念。理解了电子的能带结构,也就理解了为什么有些材料是导体,有些是绝缘体,而有些则处于两者之间。这种从微观到宏观的逻辑链条,让我对材料有了全新的认识。书中还涉及了材料的力学性能,比如杨氏模量、屈服强度等,并将其与原子间的结合力、位错运动等微观机制联系起来。这让我明白了材料的强度和韧性是如何由其内部结构决定的。整本书的叙述流畅且富有逻辑,即使是对于一些比较抽象的概念,作者也能通过恰当的比喻和图示来帮助理解。它为我打开了材料科学的大门,让我对未来深入学习相关领域充满了信心和期待。

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这本书就像是一扇通往材料世界的大门,门后的景象既宏伟又精妙。我一直对构成我们周围一切的微观世界充满好奇,而《材料物理基础》正好满足了我的这份求知欲。它并没有直接告诉你“如何做”,而是从最根本的物理原理出发,解释“为什么会这样”。从原子的排列到晶格振动,从电子的能带结构到各种相互作用,这本书像一位循循善诱的导师,一步步地引导我理解材料的内在规律。读的过程中,我常常会被作者的严谨和清晰所折服。很多我曾经觉得神秘莫测的现象,比如金属的导电性、半导体的特性、绝缘体的阻碍作用,在这本书的阐释下,都变得合乎逻辑,甚至可以用一种优美的数学语言来描述。书中关于晶体结构的部分尤其令我印象深刻,它不仅讲解了各种晶系的分类,还深入探讨了缺陷的存在如何影响材料的宏观性能。这让我意识到,即使是看似完美的晶体,其内部也充满了“不完美”,而这些“不完美”恰恰是许多功能材料的关键所在。此外,关于材料热学性质的章节,也让我对热量如何在材料中传播有了更清晰的认识,比如声子的概念,它将微观的振动转化为可理解的物理量,使得对材料热导率的分析有了坚实的基础。这本书没有回避复杂的理论,而是用一种相对易懂的方式呈现,对于初学者来说,这是一次非常友好的入门。它更像是一份“地图”,指明了材料科学研究的广阔天地,并标注了重要的“地标”。

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《材料物理基础》这本书,对我而言,更像是一次关于“物质本质”的探索之旅。它没有华丽的辞藻,没有故弄玄虚的技巧,只有纯粹的、严谨的物理学知识,但正是这种纯粹,才显得如此珍贵。我一直对材料的“特性”感到着迷,比如为什么玻璃是透明的,而金属是反光的?为什么有些材料在高温下会熔化,而有些则能承受更高的温度?这本书为我一一解答了这些疑问。它从原子和分子的层面出发,解释了光与物质的相互作用,以及不同原子间相互作用力对材料光学性质的影响。当我读到关于材料热容和相变的部分时,我仿佛能够看到原子在不同温度下的“舞蹈”,它们的运动方式和能量状态如何决定了材料的宏观表现。书中对各种物理现象的解释,都建立在扎实的物理理论基础之上,这让我对这些知识的可靠性深信不疑。它没有回避关键的物理概念,而是力求将它们清晰地呈现在读者面前。我尤其赞赏作者在讲解复杂的物理模型时,能够保持思路的清晰,并且逐步引入更深层次的理论。这使得我能够一步一步地跟上作者的思路,并且在理解某个概念后,能够将它应用到对其他材料性质的分析中。这本书提供了一个非常系统化的框架,让我在脑海中构建起一个关于材料物理的知识网络。

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《材料物理基础》这本书,对我而言,更像是一次对物质“灵魂”的探寻。它没有停留在表面现象,而是深入到构成物质最底层的物理原理。我一直对材料的“光学性质”感到着迷,比如为什么金属会反光,而玻璃却是透明的?这本书从光与物质相互作用的角度出发,详细解释了光子在材料中的吸收、反射和透射过程。它让我明白了,材料的电子结构和原子排列方式,共同决定了它的光学特性。书中对材料“力学性质”的阐述,也同样深刻。从弹性形变到塑性形变,再到脆性断裂,这本书将这些宏观的力学行为与微观的原子键合、晶体缺陷、位错运动等联系起来。这让我认识到,材料的强度和韧性,并非神秘莫测,而是源于其内部结构的精妙设计。我非常欣赏作者在处理复杂理论时所展现出的耐心和清晰度,它会逐步引导读者理解每一个概念,并将其应用到实际的材料分析中。这本书不仅传授知识,更重要的是培养了我对材料科学的深刻洞察力,让我能够从更根本的层面去理解和分析各种材料。

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这本书为我打开了一扇通往材料科学微观世界的大门,门后的景象既复杂又充满魅力。《材料物理基础》并没有直接给出“解决方案”,而是循序渐进地引导我理解材料之所以是“它”的根本原因。我一直对材料的“热学性质”感到好奇,比如为什么有些金属容易导热,而有些陶瓷却能保温?这本书从原子热运动的角度出发,解释了比热容和热导率的物理本质。它让我明白了,热量在材料中的传播,是通过原子的振动和自由电子的运动来实现的。书中关于材料电学性质的讲解,更是将我带入了量子的世界。从经典自由电子模型到量子力学中的能带理论,作者清晰地阐述了电子在固体中的行为,以及这如何决定了材料的导电性。我特别喜欢书中对半导体的讲解,它揭示了掺杂和禁带宽度等概念,解释了为什么半导体在电子技术中扮演着如此重要的角色。整本书的叙述非常严谨,但又不乏生动性,作者善于用恰当的比喻来辅助理解那些抽象的物理概念。它让我感受到,材料科学不仅仅是经验的积累,更是对物理规律的深刻认识。

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这本书的阅读体验,就像是在一个巨大的物理迷宫中寻找出路,而《材料物理基础》则为我提供了最清晰的地图和最可靠的指南针。它并没有提供“秘籍”或者“捷径”,而是让我脚踏实地地去理解每一个物理定律和每一个概念的由来。我一直对材料的“颜色”和“透明度”感到好奇,这本书用扎实的物理原理解释了光子是如何与材料中的电子发生相互作用,从而产生吸收、反射和透射的现象。这让我对彩色玻璃、光学滤镜等有了更深刻的理解。书中关于材料电学性质的章节,从自由电子模型到能带理论,一步步地揭示了金属、半导体和绝缘体的本质区别。这对于我理解电子设备的工作原理至关重要。我非常喜欢书中对不同材料在各种外场(电场、磁场、力场)下的响应的分析,它让我认识到材料并非静止不变,而是可以被外力所“驱动”和“塑造”的。例如,压电效应、热电效应等,这些神奇的性质是如何由材料的微观结构和电子性质决定的,在这本书中都有详细的阐述。作者的叙述风格非常沉稳,但又不失条理,使得我在阅读过程中能够保持专注,并且能够不断地将新学到的知识与已有的认知进行整合。它是一本能够真正提升我理解能力的读物。

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《材料物理基础》这本书,于我而言,是一次关于“物质本质”的深入思考。它没有故弄玄虚,也没有贩卖任何“成功学”,而是将目光聚焦于最根本的物理规律。我一直对材料的“导电性”感到好奇,为什么金属能导电,而陶瓷却不能?这本书从电子在固体中的运动状态出发,解释了自由电子模型、能带理论等概念,清晰地阐述了材料导电性的物理根源。它让我明白,导电性并非仅仅是“能否导电”,而是取决于电子能否在材料中自由传播。书中对材料“光学性质”的阐述,也同样让我着迷。从光的吸收、反射、透射,到材料的折射率、反射率,这本书将这些宏观的光学现象与材料的电子结构、原子排列等微观机制联系起来,形成了一个完整的解释体系。我非常欣赏作者在处理复杂理论时所展现出的耐心和清晰度,它会逐步引导读者理解每一个概念,并将其应用到实际的材料分析中。这本书不仅传授知识,更重要的是培养了我对材料科学的深刻洞察力,让我能够从更根本的层面去理解和分析各种材料。

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翻阅《材料物理基础》,我感觉自己仿佛化身为一名物理学家,正在一丝不苟地解剖构成世界的最小单元,并试图理解它们是如何协同工作的。《材料物理基础》没有提供任何“魔法配方”来快速获得某种材料性能,而是将焦点放在了最基础的物理原理上。我一直好奇为什么有些材料在磁场中会被吸引,而有些则会被排斥?这本书从电子自旋、磁矩以及材料内部的磁结构入手,解释了铁磁性、顺磁性、抗磁性等不同磁性的起源。它让我明白了,磁性并非简单的“吸引”或“排斥”,而是源于物质内部微观粒子的复杂相互作用。书中对材料“热学性质”的讲解,也同样引人入胜。从比热容到热导率,再到热膨胀,这本书将这些宏观的热学表现与原子振动、晶格缺陷等微观机制联系起来,形成了一个完整的解释链条。我非常欣赏作者在处理复杂物理概念时的严谨性和清晰度,它会逐步引入必要的数学工具和物理模型,并用直观的方式进行解释。这本书为我提供了一个坚实的理论框架,让我在面对各种材料现象时,能够运用物理学的思维方式去分析和理解。

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《材料物理基础》这本书,对我来说,不仅仅是一本教科书,更像是一次对物质世界基本运作原理的深度剖析。它没有贩卖焦虑,没有提供速成方法,而是将目光聚焦于最本质的物理规律。我一直对材料的“结构”与“性能”之间的关系感到着迷,这本书用详细的物理学模型解释了这一点。例如,它深入讲解了晶格振动的概念,以及这些振动如何影响材料的比热容、导热性,甚至其电学性质。这让我明白,即使是最微小的原子运动,也能对宏观材料产生巨大的影响。书中关于材料力学性能的章节,也让我大开眼界。从弹性变形到塑性变形,再到断裂,这本书将这些宏观的力学现象与微观的位错运动、晶界滑移等联系起来,形成了一个完整的解释体系。我尤其欣赏作者在处理复杂问题时的耐心和细致,它会逐步引入必要的物理概念,并清晰地解释它们如何应用于材料的分析。读这本书,让我感到自己对物质世界的理解层次在不断提升,过去一些模糊的概念,现在变得清晰而具体。它为我提供了一个坚实的物理基础,让我能够更有信心地去探索更复杂的材料科学问题。

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