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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Denisov, E. T./ Sarkisov, O. M./ Likhtenshtein, G. I.

出品人:

页数:566

译者:

出版时间:2003-5

价格:$ 412.45

装帧:HRD

isbn号码:9780444509383

丛书系列:

图书标签:

• 化学动力学
• 速率常数
• 反应机理
• 活化能
• 催化
• 链反应
• 表面反应
• 非稳态动力学
• 分子动力学
• 计算化学动力学

《材料科学前沿：从微观结构到宏观性能的调控》 本书导言：探索材料世界的无限可能 人类文明的每一次飞跃，都与新材料的发现和应用密不可分。从古代的青铜器到现代的纳米器件，材料的进步始终是推动科技革命的核心驱动力。《材料科学前沿：从微观结构到宏观性能的调控》旨在为材料科学领域的学者、研究人员以及高年级本科生和研究生提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，聚焦于当前材料研究中最活跃、最具挑战性的前沿领域。本书的重点不在于对传统材料学基础概念的重复，而是着眼于如何通过对材料微观结构（原子排列、晶界、缺陷等）的精准控制，实现对其宏观性能（力学、电学、光学、热学等）的“按需设计”和“智能调控”。 第一部分：原子与电子层面的精确控制 第一章：先进表征技术：洞察材料的“隐秘世界” 材料性能的根源在于其微观结构。本章将深入探讨近年来发展起来的、能够实现原子级分辨率和实时动态观测的先进表征技术。我们将详细讨论球差校正透射电子显微镜（STEM）在缺陷分析、界面结构确定中的突破性应用，尤其关注如何利用同步辐射光源进行原位（In-situ）和差分（Operando）X射线吸收谱（XAS）和小角散射（SAXS），以揭示材料在真实工作环境下（如催化反应、电池充放电循环中）的结构演变。此外，高分辨率非线性光学显微技术在研究活体生物材料界面相互作用中的潜力也将被充分阐述。本章强调的是从数据采集到结构解析的完整流程，以及如何将多源异构数据进行融合分析，以构建更精确的结构模型。 第二章：计算材料学的范式转移：从第一性原理到机器学习辅助设计 计算工具已成为材料创新的“加速器”。本章着重介绍密度泛函理论（DFT）在预测新化合物稳定性、计算电子结构和能带结构中的最新进展，特别是针对复杂体系（如高熵合金、二维材料异质结）的计算挑战和优化方法。更重要的是，我们将探讨如何将传统的“高通量计算”转向数据驱动的材料设计。这包括构建高质量的材料信息数据库（Materials Informatics Database），以及应用高斯过程回归（GPR）、深度神经网络（DNN）等机器学习模型，以加速从数百万潜在结构中筛选出具有特定目标性能（如高储能密度、优异催化活性）的候选材料。本章的案例研究将集中于利用AI预测新型催化剂的活性位点和反应路径。 第二部分：功能材料的界面工程与异质结构设计 第三章：二维材料的垂直堆叠与莫尔电子学 二维（2D）材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）因其独特的量子限域效应，为功能器件提供了新的平台。本章的核心在于异质结的构筑。我们将详细分析通过范德华力（van der Waals force）堆叠不同2D材料所产生的莫尔超晶格（Moiré Superlattices）的物理效应，包括其对电子能带结构、激子行为的调控作用。研究案例将涵盖基于莫尔带结构的可调谐滤波器、超导电性的产生，以及在柔性电子器件中的集成挑战。本章强调的是对界面电子态的精细调控，而非简单的层间叠加。 第四章：多级孔隙结构的构建与传输性能优化 在催化、储能和分离科学中，孔隙结构是决定材料宏观传输和反应效率的关键。本章不再局限于传统的纳米孔，而是探讨多级孔隙结构（介孔、微孔、宏孔的协同）的设计与制备。我们将介绍硬模板法、软模板法的改进，以及自下而上（Bottom-up）的自组装策略，以实现孔径分布的极窄化和网络连通性的最大化。性能优化方面，重点分析孔道结构如何影响传质阻力、离子迁移率和催化剂的有效利用率，并结合计算流体力学（CFD）模拟来验证优化效果。 第三部分：智能与自适应材料体系 第五章：响应性材料：从刺激到功能的快速转换 智能材料的核心在于其对外部环境刺激（光、热、电、pH、应力）的快速、可逆响应能力。本章聚焦于形状记忆聚合物（SMPs）、光响应性液晶弹性体和电活性聚合物（EAPs）。研究重点将转移到响应速度的提升和响应阈值的精准设定。例如，如何通过引入特定的交联点或嵌段共聚物结构，实现材料在毫秒量级的相变和形变。本章还将探讨多重刺激响应的集成设计，以及如何利用这些材料制造自修复涂层、软体机器人和高灵敏度传感器。 第六章：高熵合金（HEAs）与多主元材料的设计原则 高熵合金代表了材料设计理念的重大变革，即通过混合五种或更多等原子比或接近等原子比的主族元素，来打破传统合金的限制。本章不重述基础的热力学稳定性和晶体学分析，而是深入探讨“高熵效应”背后的“贫瘠/富集效应”、“晶格畸变”和“慢扩散”机制如何共同影响其极端环境下的力学性能（如高韧性、抗辐照损伤）。我们将讨论如何利用计算筛选工具来探索巨大的化学空间，并重点分析其在核能材料、高温结构件中的应用潜力和面临的相分离稳定性挑战。 第七章：能源材料的界面稳定与长期循环性能 在电池和燃料电池领域，性能衰减的核心往往是电极材料与电解质之间的界面不稳定性。本章关注固态电池的固-固界面接触优化和锂离子电池中固体电解质界面（SEI）的动态演化。我们将分析如何通过表面包覆技术（如原子层沉积ALD）来钝化高活性材料表面，从而抑制副反应。对于液态电解质体系，重点讨论添加剂工程如何引导SEI的形成，使其从不稳定的“寄生反应产物”转变为稳定、导锂的“保护层”，进而实现数千次的深度循环寿命。 结语：跨学科融合的未来展望 材料科学的未来在于深度融合。本书的每一章都强调了跨越传统学科界限的重要性——从量子力学到宏观工程，从人工智能到生物制造。未来的材料创新将不再是单一学科的突破，而是系统工程、数据科学与基础物理化学紧密协作的成果。本书期望能激发读者跳出现有思维框架，迎接下一代功能性、自适应性、可持续性材料的挑战。

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