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出版者:

作者:夏百根

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页数:0

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价格:25.00元

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isbn号码:9787109119789

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好的，这是一份关于一本名为《材料科学基础：从原子到宏观结构》的图书的详细简介： --- 材料科学基础：从原子到宏观结构 作者： 詹姆斯·R·米勒 & 艾米丽·S·陈 出版社： 恒星科学出版社 出版年份： 2023年 页数： 880页（含彩色插图及扩展材料） 图书概述 《材料科学基础：从原子到宏观结构》是一本全面、深入且极具启发性的教材，专为本科高年级学生、研究生以及从事材料研发领域的工程师和科研人员设计。本书的核心目标是构建一座坚实的知识桥梁，连接微观层面的原子结构、晶体缺陷，与宏观层面的材料性能、加工工艺和实际应用。 本书超越了传统材料科学的简单分类（如金属、陶瓷、聚合物），而是采用结构-性能-加工-应用（SPPA）的统一框架进行组织。这种方法强调了材料的内在联系和设计逻辑，使读者能够真正理解“为什么一种材料具有这种性质”，而非仅仅记忆既定事实。 核心内容深度解析 本书共分为五大部分，层层递进，确保读者对材料科学的认知体系得以完整构建。 第一部分：材料的原子与电子基础 (The Atomic and Electronic Foundation) 本部分是理解所有材料行为的基石。 1. 化学键与晶体结构： 详细阐述了离子键、共价键、金属键和范德华力等基本作用力。重点剖析了晶体结构（如体心立方、面心立方、六方最密堆积）的几何学，并引入了倒易点阵和布里渊区的概念，为后续的电子结构分析打下数学基础。 2. 晶体缺陷与不完美性： 深入探讨了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）的形成、能垒和在材料响应中的关键作用。例如，详细分析了位错的运动机制如何决定金属的塑性变形能力。 3. 电子结构与能带理论： 引入量子力学的基本原理，解释了材料导电性的本质差异。内容涵盖了德鲁德模型的局限性，随后过渡到能带理论，清晰区分了导体、半导体和绝缘体。对于半导体部分，详细讨论了杂质掺杂、费米能级以及载流子迁移率的计算。 第二部分：热力学、动力学与相变 (Thermodynamics, Kinetics, and Phase Transformations) 材料性能的稳定性和演变是热力学和动力学共同作用的结果。 1. 材料热力学： 侧重于吉布斯自由能、化学势在多组分系统中的应用。书中通过大量的相图实例（如二元合金相图），讲解了平衡态的判定标准，包括杠杆定律和冷却曲线分析。 2. 扩散与动力学： 深入研究了原子在固体中的扩散机制（固态扩散），包括菲克定律的推导与应用。特别强调了温度、晶界和缺陷对扩散系数的影响，这直接关系到热处理工艺的设计。 3. 相变原理： 详细分析了成核与长大理论，区分了先驱（Premartensitic）和无缝（Symmetry-breaking）相变。针对实际应用，重点解析了固-固相变（如析出、共析转变）的动力学控制过程。 第三部分：四大材料类的结构与性能 (Structure and Properties of Major Material Classes) 本部分将理论知识系统地应用于主要的材料家族。 1. 金属材料： 聚焦于晶粒尺寸对强度的影响（Hall-Petch关系）、加工硬化机制（应变强化）以及高温下的蠕变行为。对特殊合金（如镍基高温合金、形状记忆合金）的微观结构特性进行了专题讨论。 2. 陶瓷材料： 强调离子键和共价键的特性。详细论述了陶瓷的脆性断裂机制、高硬度来源，以及结构对电学、光学性能的影响。介绍了先进陶瓷的制备（如烧结过程中的致密化）。 3. 聚合物材料： 引入了高分子链的拓扑结构（线型、支化、交联）。重点分析了粘弹性的概念，解释了玻璃化转变温度（$T_g$）如何影响聚合物的力学响应，并比较了热塑性与热固性材料的差异。 4. 复合材料与功能材料： 系统性地介绍了纤维增强复合材料和粒子增强复合材料的性能预测模型（如混合律的适用性）。对磁性材料（硬磁与软磁）、压电材料和半导体器件的基础原理进行了跨学科的介绍。 第四部分：材料的性能与表征 (Material Performance and Characterization Techniques) 本部分侧重于如何量化和观察材料的宏观行为及微观结构。 1. 力学性能测试： 全面覆盖拉伸、压缩、弯曲、冲击韧性（如夏比冲击）以及疲劳（S-N曲线、断裂力学基础）。线性弹性断裂力学（应力强度因子 $K$）的推导和应用是本章的重点。 2. 电学与热学性能： 讨论了介电常数、导热系数的物理来源。对塞贝克效应等热电现象进行了定性和定量的分析。 3. 微观结构表征： 这是本书的亮点之一。详细介绍了扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM) 的成像原理（二次电子、背散射电子、衍射衬度），以及X射线衍射 (XRD) 在物相分析和晶格常数测定中的应用。 第五部分：材料加工与可持续性 (Processing and Sustainability) 了解材料如何制造，是设计和优化性能的关键一步。 1. 成型工艺： 涵盖了铸造、塑性加工（轧制、锻造、挤压）的基本原理，以及如何通过控制变形梯度来调控微观结构。 2. 热处理技术： 详细讲解了退火、正火、淬火和回火等核心工艺，阐明了这些工艺如何利用相变动力学来优化材料的最终性能（例如，马氏体转变的控制）。 3. 材料的可持续性： 引入了生命周期评估 (LCA) 的概念，讨论了材料的资源效率、回收技术（如金属的熔炼与再合金化）以及开发生物基材料和可降解聚合物的前沿研究方向。 本书特色 统一的SPPA设计框架： 确保读者始终将结构与最终应用联系起来思考。 大量的真实案例研究： 穿插了航空航天用超合金、生物医用植入物、先进半导体芯片等实际应用案例，增强知识的现实意义。 丰富的习题与概念验证： 每章末尾附有难度递进的习题，包括定性分析题和定量计算题，有助于巩固理论。 先进的计算模拟介绍： 简要介绍了分子动力学 (MD) 和有限元分析 (FEA) 在预测材料行为中的初步应用，引导读者接触计算材料学的前沿领域。 《材料科学基础：从原子到宏观结构》不仅是一本教科书，更是一份引导未来材料工程师和科学家理解物质世界复杂性的工具书。它将帮助读者从最基本的物理原理出发，构建起一个全面、实用且富有洞察力的材料科学知识体系。

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