Symmetry And Heterogeneity in High Temperature Superconductors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Bianconi, Antonio (EDT)

出品人:

页数:241

译者:

出版时间:

价格:59.95

装帧:Pap

isbn号码:9781402039881

丛书系列:

图书标签:

• 高温超导
• 对称性
• 异质性
• 凝聚态物理
• 材料科学
• 超导机制
• 电子结构
• 强关联电子系统
• 临界现象
• 相变

《晶格动力学与缺陷工程：先进陶瓷材料的微观结构调控》 本书深入探讨了先进结构陶瓷材料在极端环境下的性能表现，重点聚焦于其微观结构，特别是晶格动力学行为与人为引入的缺陷工程对宏观力学、热学及电学性能的复杂影响。通过结合先进的计算模拟技术与高分辨实验表征手段，我们旨在揭示材料在高温、高压、强辐射等苛刻工况下，原子尺度的运动规律与缺陷的形成、迁移及相互作用机制。 第一部分：晶格动力学的理论基础与计算方法 本部分系统梳理了理解固体材料热力学性质和声子特性的理论框架。首先，详细阐述了基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法，用于精确预测晶体结构的稳定性和电子态密度。重点讨论了如何利用声子色散关系计算材料的热容、热导率以及热膨胀系数。我们引入了准谐和非谐近似模型，用以精确描述温度升高时晶格振动的非线性效应，特别是对材料蠕变和疲劳寿命的决定性影响。 随后，本书深入探讨了分子动力学（MD）模拟在研究晶格动力学中的应用。通过经典力场（如嵌入原子法EAM或第二近邻铁势NNP）的构建与校准，模拟了原子在时间尺度上的运动轨迹。特别关注了高温下位错的攀移、交滑移以及晶界扩散等关键高温变形机制。对晶格振动谱线的分析，结合实验中的中子非弹性散射（INS）数据，为理解热应力下的能量耗散路径提供了微观视角。 第二部分：缺陷工程：设计先进陶瓷性能的蓝图 “缺陷”在先进陶瓷中并非总是负面因素，而是实现特定功能调控的关键手段。本章聚焦于如何通过精确控制点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）来优化材料性能。 点缺陷的调控与扩散行为： 详细分析了掺杂元素（如稀土氧化物、过渡金属）对氧化物陶瓷晶格的固溶机制。通过计算缺陷形成能，预测了不同气氛（富氧/缺氧）下缺陷浓度的平衡状态。针对离子导电陶瓷，我们利用阿伦尼乌斯方程和 Nernst-Einstein 关系，量化了空位-间隙子对的迁移率，并探讨了复合缺陷对电荷传输路径的屏蔽效应。对于结构陶瓷，探讨了氧空位在晶界处的富集如何影响晶界扩散速率和高温下的晶粒生长（烧结动力学）。 位错的抑制与塑性机制： 深入研究了在单晶与多晶结构陶瓷中，位错的产生、运动和缠结行为。讨论了如何利用纳米孪晶界或引入非平衡态的晶界结构来有效“钉扎”位错，从而提高材料的室温断裂韧性和高温下的抗蠕变性能。通过分析位错在非共格/半共格晶界处的滑移-开环/吸收机制，提出了新的晶界工程策略，以实现“韧化而不牺牲硬度”的目标。 面缺陷的界面工程： 晶界是陶瓷材料中扩散、电荷传输和应力集中的主要区域。本书详细分类讨论了高角度晶界（HAGBs）和低角度晶界（LAGBs）的结构特征。利用原子尺度的缺陷表征技术（如HAADF-STEM），揭示了界面处的化学偏析与结构重构现象。重点讨论了通过引入界面相（如玻璃态薄膜或第二相析出物）来调控晶界能和晶界扩散系数，以优化材料的介电常数或降低晶界电阻。 第三部分：耦合效应：热-力-电场下的材料响应 先进陶瓷常在多场耦合的复杂环境中工作，本部分着重分析了这些耦合效应如何影响晶格的动态行为。 热机械耦合与疲劳： 探讨了热梯度对材料内部残余应力的分布及位错动力学的影响。重点分析了热机械疲劳（TMF）下的损伤累积模型，该模型必须充分考虑温度波动导致的晶格膨胀/收缩与空位迁移速率的非线性变化。通过宏观蠕变测试和微观位错密度分析，建立了描述高温下时间依赖性断裂的新框架。 电-热耦合： 在铁电体和压电陶瓷中，电场诱导的电畴转动与晶格畸变（压电效应）是核心。本书分析了缺陷对电畴壁运动的钉扎效应，以及电畴转动如何产生局部热点（焦耳热），进而加速材料的老化。特别是对于高功率密度应用，研究了缺陷调控下的“反铁电效应”与“疲劳电滞回线”的演变。 辐射损伤动力学： 在核能应用中，高能粒子轰击导致的晶格损伤是主要挑战。本书关注了辐照下空位-间隙子对的产生、陷获与团簇形成。通过研究空位在晶界处的“吸收能力”差异，解释了辐照诱导的晶粒长大或收缩现象，并提出了基于扩散方程的辐照损伤演化模型。 结论与展望 本书总结了当前在先进陶瓷晶格动力学和缺陷工程领域取得的关键进展，并指出了未来研究的方向，包括利用机器学习加速复杂势场的构建、开发原位高温高压同步辐射技术来实时追踪缺陷运动，以及设计具有动态可调控特性的“智能”微观结构。本书旨在为材料科学家和工程师提供一个全面且深入的理论工具箱，以期设计出具有卓越极端环境适应性的下一代陶瓷材料。

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