Understanding Nanotechnology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Grand Central Pub

作者:Scientific American

出品人:

页数:150

译者:

出版时间:2002-12

价格:$ 17.52

装帧:Pap

isbn号码:9780446679565

丛书系列:

图书标签:

• 科学和心理学
• 纳米技术
• 科学
• 工程
• 材料科学
• 物理学
• 化学
• 应用科学
• 前沿科技
• 科普
• 未来技术

《微观世界的宏伟蓝图：当代材料科学前沿探索》 导言：超越可见的界限 人类对物质本质的探究从未停止。从古老的炼金术到近代的元素周期表，我们对“构成世界的基本单元”的理解不断深化。然而，当我们将视野聚焦到十亿分之一米的尺度时，物质的行为方式发生了根本性的转变。这不仅仅是尺寸的缩小，而是一种全新物理规律的展现。《微观世界的宏伟蓝图：当代材料科学前沿探索》旨在引导读者深入这一前所未有的领域，探讨如何设计、合成并利用处于原子级精度的材料，以解决当今世界面临的最紧迫的技术挑战。 本书并非对某一特定技术领域（如纳米技术）的全面综述，而是着重于宏观材料学原理在极端尺度下的应用逻辑和基础科学支撑。我们将跨越传统材料科学的边界，聚焦于那些依赖于量子效应、表面能控制和自组装机制的新兴结构。 --- 第一部分：新物质的诞生：从原子设计到结构控制 本部分构建了理解先进材料的基础框架，重点阐述了如何超越传统冶金学和高分子化学的限制，主动控制材料的微观结构。 第一章：晶体学的革命与缺陷工程 传统材料性能的提升往往受限于晶体缺陷的随机性。本章首先回顾了经典晶体学理论，并引入了高熵合金（HEA）的设计哲学。HEA通过在单一晶体结构中引入多达五种或更多主量元素，打破了传统合金设计中对相稳定性的僵化认知，从而实现了前所未有的强度、韧性和耐腐蚀性的平衡。我们详细分析了随机性熵对热力学稳定性的影响，以及如何利用高通量计算方法筛选出具有特定晶格常数和界面能的候选体系。 紧接着，我们探讨了结构缺陷的定向利用。与其视位错和孪晶界为性能的敌人，不如将其视为可调谐的微观结构特征。章节重点讨论了层错能（SFE）对塑性变形模式（如孪晶诱导塑性，TWIP）的决定性作用，以及通过精确控制退火和加工参数，将这些缺陷转化为增强材料疲劳寿命的关键机制。 第二章：界面与异质结构的设计艺术 现代材料的性能往往由其界面决定。本章深入研究了不同相体之间的相互作用，特别是那些尺寸在数十纳米范围内的异质结构。我们详细解析了异质结在电子和离子传输中的作用。这包括对二维材料异质结的深入分析，例如如何通过精确堆叠石墨烯、氮化硼和过渡金属硫族化合物（TMDs），设计出具有特定带隙和电荷分离效率的体系，这对于开发下一代光电器件至关重要。 此外，本章还涵盖了多孔结构与骨架材料的构筑。重点讨论了金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）的合成化学。这些材料的特点在于其极高的比表面积和可调谐的孔道尺寸。我们详细描述了如何通过溶剂热合成、界面自组装等方法，精确控制有机连接体和金属节点的拓扑结构，从而优化其在气体吸附、分离和催化反应中的性能。 第三章：动态材料的响应性 材料不再是静态的实体。本部分着眼于那些能够对外界刺激（如温度、光、电场或化学环境）做出可逆响应的智能或响应性材料。 我们首先分析了形状记忆合金（SMA）的奥氏体-马氏体相变机制，并探讨了如何通过合金成分调整和热处理工艺来微调其转换温度和应变恢复能力，使其适用于高精度传感器和执行器。 随后，章节转向光响应性高分子。讨论了含偶氮苯基团或螺吡喃结构的高分子体系。这些体系在特定波长的光照下，其顺式和反式构象发生变化，导致宏观体积或光学性质发生显著改变。我们分析了控制这种光诱导形变效率的关键因素，如分子间堆积密度和交联网络刚度。 --- 第二部分：功能与应用的宏观体现 在理解了微观结构控制的原理后，本部分将视角转向这些先进材料在能源、环境和信息技术等关键领域的实际应用潜力。 第四章：电荷传输与能级调控 本章聚焦于电子和离子的传输特性。我们深入探讨了半导体掺杂理论在第三代和第四代半导体材料（如氮化镓、碳化硅）中的应用，重点分析了高电流密度下载流子散射机制的改变，以及如何通过超晶格结构实现能带工程，以优化器件的开关速度和效率。 在能源存储方面，本章重点分析了固态电解质的研究进展。我们对比了聚合物基、氧化物基和硫化物基固态电解质的离子电导率、界面阻抗和电化学稳定性。核心讨论是如何通过优化界面接触和降低界面电阻，克服传统锂离子电池中界面失稳导致的循环寿命衰减问题。 第五章：催化与表面反应动力学 材料的表面活性是决定催化效率的关键。本章脱离了传统的贵金属催化剂范畴，转向非贵金属催化剂的设计。我们详细分析了如何利用单原子催化剂（SACs）的设计策略，通过精确锚定单个金属原子于载体表面，最大化原子利用率并精确调控其电子态。通过密度泛函理论（DFT）计算的轨道耦合分析，解释了活性位点如何与反应物分子形成最优的吸附和脱附能垒。 此外，本章探讨了等离子体辅助催化。我们研究了在非热等离子体环境下，材料表面等离子体激发如何改变反应路径，特别是在温和条件下对惰性分子（如二氧化碳或甲烷）的活化作用。 第六章：结构完整性与极端环境响应 先进材料必须在严苛条件下保持其结构和功能完整性。本章关注高温、高压和辐射环境下的材料行为。 我们分析了陶瓷基复合材料（CMC）在超音速飞行器和核反应堆中的应用基础。重点讨论了纤维/基体界面断裂韧性的增强机制，以及如何通过引入反应性中间层来抑制高温氧化和腐蚀。 此外，本章探讨了辐射损伤的微观机制。在核能和空间技术领域，材料暴露于高能粒子流中会导致空位、间隙原子和气泡的产生，进而引发材料的脆化和膨胀。我们总结了如何通过合金化（如引入高熵合金）和微结构优化（如细化晶粒尺寸）来增强材料对辐射损伤的抵抗力，通过位错滑移和位错-缺陷束缚的竞争过程来解释材料的抗辐照性能提升。 --- 结语：材料科学的未来方向 《微观世界的宏伟蓝图》旨在展示当代材料科学的广阔图景：这是一个通过精确原子级设计，实现宏观功能突破的时代。本书的讨论聚焦于材料的本征物理化学原理、结构控制的复杂性以及功能界面的调控，为读者提供了一个坚实的理论和实验框架，以理解和驱动下一代高性能材料的研发进程。未来的挑战在于如何将实验室中的精确控制能力，转化为可规模化、经济高效的制造工艺，真正实现材料科学对社会进步的巨大贡献。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆