Environmental Biology for Engineers and Scientists pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:David A. Vaccari

出品人:

页数:960

译者:

出版时间:2005-10-06

价格:USD 130.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471722397

丛书系列:

图书标签:

• Environmental Biology
• Environmental Science
• Engineering
• Ecology
• Sustainability
• Pollution
• Biodegradation
• Water Quality
• Soil Science
• Bioremediation

好的，这是一份关于一本名为《Environmental Biology for Engineers and Scientists》的图书的详细简介，这份简介旨在描述一本不包含该特定主题内容的图书，同时保持其专业性和深度，字数控制在1500字左右。 --- 聚焦前沿：先进材料的纳米尺度行为与宏观工程应用 导言：材料科学的范式转变 在当今的工程学和基础科学领域，对材料性能的理解正以前所未有的速度向原子和分子层面深入。传统的宏观力学、热力学和电磁学模型在描述新兴功能性材料的奇异行为时，往往显得力不从心。本书《先进材料的纳米尺度行为与宏观工程应用》旨在填补这一知识鸿沟，为工程师和科学家提供一套全面的理论框架和实验技术，以解析和利用材料在纳米尺度上展现出的独特物理和化学性质，并将其有效转化为可扩展的宏观工程解决方案。 本书的核心出发点是认识到，材料的宏观特性——强度、导电性、催化活性、生物相容性等——不再仅仅是简单平均化的结果，而是由其内部的晶格缺陷、表面能、界面结构以及量子效应等纳米尺度的特征所精确调控的。 第一部分：理论基础——从量子到晶格 本部分奠定了理解先进材料行为的理论基石，重点关注原子结构与电子态的相互作用。 第一章：晶体缺陷与结构弛豫 我们首先回顾晶体学基础，随后深入探讨点缺陷（如空位、间隙原子）和线缺陷（如位错）在材料性能中的决定性作用。特别地，我们将讨论在极端条件下（如高压、超快激光辐照）材料结构如何发生非线性弛豫，以及如何通过第一性原理计算方法（如密度泛函理论DFT）精确预测缺陷的形成能和迁移能垒。此外，本章将涵盖非晶态材料中短程有序与长程无序的数学描述。 第二章：电子结构与能带工程 本章侧重于材料的电子特性。我们将详细阐述能带理论、费米能级、有效质量等核心概念，并将其应用于半导体、金属和绝缘体。核心内容包括：如何利用应变工程（Strain Engineering）和掺杂策略精确调控能带隙，以及在二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）中，受限几何结构如何导致维度相关的电子行为，例如狄拉克锥的出现。针对新型磁性材料，我们还将探讨自旋轨道耦合对拓扑绝缘体电荷输运的影响。 第三章：界面与异质结的热力学与动力学 材料性能往往在界面处得到强化或削弱。本章聚焦于材料界面。我们将解析不同晶体取向的匹配性（即相容性）如何影响界面能和界面扩散速率。在热力学方面，重点讨论界面自由能的计算方法。在动力学方面，我们将分析界面反应的活化能垒，这对于理解薄膜生长、相分离和催化反应至关重要。尤其关注液-固、固-固界面在高温或腐蚀环境下的稳定性分析。 第二部分：先进材料的特性与制备 本部分将介绍几种最具前景的先进材料体系，并探讨实现其纳米结构控制的制备技术。 第四章：高性能结构陶瓷与复合材料 本章探讨了陶瓷材料在极端载荷下的断裂韧性提升策略。我们不仅分析了晶界工程在抑制晶粒长大和提高高温抗蠕变性能方面的作用，还深入剖析了纤维增强复合材料（CMC）中裂纹偏转和桥接机制的微观模型。内容涵盖氧化锆增韧机制的精细化分析，以及碳纳米管/氮化硅复合材料的界面粘结强度表征技术。 第五章：功能性氧化物与多铁性材料 本章聚焦于具有复杂电、磁、介电耦合特性的氧化物材料。我们将详细解析铁电畴壁的运动机制，以及如何利用电场控制磁性（电磁耦合）。针对钙钛矿结构，我们将探讨其结构动态学（如吉布斯自由能面分析）如何影响其介电响应。本章将涵盖利用脉冲激光沉积（PLD）和原子层沉积（ALD）精确控制氧化物薄膜厚度和化学计量比的技术。 第六章：先进光电转换材料 本书将深入探讨光伏和光催化领域的核心材料。对于高效太阳能电池，我们着重分析了卤化物钙钛矿材料中晶格缺陷导致的非辐射复合机制，以及如何通过表面钝化策略提高器件效率和长期稳定性。在光催化方面，我们解析了半导体材料在光照下载流子分离效率的限制因素，并介绍了贵金属纳米颗粒和碳材料在构建高效异质结催化剂中的作用。 第三部分：尺度放大与工程转化 本部分旨在弥合实验室尺度发现与工业应用之间的鸿沟，探讨如何将纳米尺度的性能优势转化为可制造、可量产的宏观工程部件。 第七章：增材制造中的材料行为控制 增材制造（3D打印）技术对材料的性能提出了新的挑战，因为快速的加热和冷却速率显著改变了材料的微观结构。本章将分析选择性激光熔化（SLM）过程中金属粉末的熔化池动力学，以及快速凝固导致的非平衡态微观结构（如枝晶间距、微观偏析）。我们还将讨论如何通过工艺参数的反馈控制，实现对最终部件的晶粒尺寸和残余应力的有效调控。 第八章：多尺度建模与模拟工具箱 为了有效设计新材料，多尺度模拟已成为不可或缺的工具。本章系统介绍用于连接不同时间尺度和空间尺度的耦合方法。我们将讨论如何利用分子动力学（MD）模拟预测高熵合金的粘性流动行为，并将其结果作为有限元分析（FEA）的输入参数，从而模拟大型结构件在服役条件下的宏观变形。本章还将涵盖相场法（Phase Field Modeling）在模拟微观裂纹扩展和相变中的应用。 结论：面向未来的材料设计范式 本书的最终目标是培养读者一种“尺度敏感型”的工程思维。先进材料的设计不再是孤立地优化单一参数，而是系统性地理解和调控材料在从电子跃迁到部件失效的整个多尺度链条上的行为。通过整合尖端的理论计算、高分辨表征技术和先进制造工艺，本书为下一代材料工程师和科学家提供了应对复杂工程挑战的知识储备。 ---

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