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出版者:中国农业出版社

作者:王乐新

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:23.00元

装帧:平装

isbn号码:9787109113954

丛书系列:

图书标签:

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• 实践教学

科技前沿探索：现代材料的微观结构与宏观性能 图书名称： 科技前沿探索：现代材料的微观结构与宏观性能 图书简介 本专业技术书籍深入剖析了现代工程材料，特别是功能性先进材料的微观结构特征、制备工艺、关键性能表征及其在尖端科技领域的应用。全书力求从原子尺度到宏观力学行为的完整链条进行系统阐述，旨在为材料科学家、工程师以及相关领域的研究人员提供一套全面且前沿的理论框架和实验指导。 第一部分：先进材料基础理论与表征技术 第一章：晶体结构、缺陷与能带理论的再审视 本章首先回顾了晶体物理学的基本原理，但重点聚焦于非完美晶体的复杂性。我们详细讨论了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）在不同温度和应力场下的热力学稳定性和动力学迁移行为。随后，引入了位错理论的深化研究，包括其在塑性变形、蠕变及断裂过程中的核心作用。特别关注了非共格晶界、孪晶界等二维缺陷的能态分布及其对材料电学、磁学特性的影响。 在电子结构方面，本章超越了传统的自由电子模型，深入探讨了固体能带理论在半导体和绝缘体中的精确应用。重点分析了杂质能级如何调控材料的导电性，以及表面效应（如量子尺寸效应）如何改变纳米尺度材料的电子结构。此外，对晶格振动（声子）的理论模型进行了修正，探讨了声子散射在热电材料性能优化中的重要性。 第二章：材料的结构表征技术精要 本章是连接微观结构与宏观性能的关键桥梁，系统介绍了当前最先进的材料结构表征手段。 高分辨电子显微技术（HR-TEM/STEM）： 详细阐述了球差校正电镜在原子尺度成像方面的突破，包括相位衬度成像技术、环形明场（ADF）和高角度环形明场（HAADF）的定量分析方法。重点介绍了电子能量损失谱（EELS）和能量色散X射线谱（EDS）在元素价态和化学态分析中的应用，特别是在二维材料界面分析中的挑战与机遇。 同步辐射X射线衍射（XRD）与散射（SAXS/WAXS）： 不仅涵盖了传统粉末衍射和单晶衍射在晶格常数和相识别中的应用，更深入探讨了同步辐射技术带来的高时间分辨（in-situ）和高空间分辨率（tomography）能力，用于实时监测材料在极端条件（高温、高压、应力）下的相变过程。 扫描探针显微技术（SPM）： 聚焦于原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）在表面形貌、局部电学性质（KPFM, C-AFM）和力学性能（nanoindentation）的微区测量。对活体或原位条件下的表面反应过程监测方法进行了详尽介绍。 第二部分：先进功能材料的制备与性能调控 第三章：先进陶瓷与复合材料的界面工程 本章专注于高性能结构材料的制备策略。在先进陶瓷方面，重点讨论了超高温陶瓷（UHTCs）和透波陶瓷的超细粉体制备技术（如溶胶-凝胶法、气相合成法）及其对烧结致密化和晶粒生长的影响。对陶瓷基复合材料（CMCs）的纤维/基体界面设计进行了深入分析，探讨了涂层设计（如PyC/SiC/SiC）如何有效阻碍基体裂纹的扩展，提高材料的断裂韧性。 在复合材料领域，特别关注了先进纤维（碳纳米管、石墨烯、超高分子量聚乙烯纤维）与金属、聚合物基体的有效界面结合机制。通过分子动力学模拟和界面粘接强度测试，阐明了化学键合、物理缠绕与润湿性在传递载荷中的相对贡献。 第四章：能源存储材料的电化学界面动力学 本章聚焦于下一代储能技术（锂离子电池、固态电池、超级电容器）的核心材料科学。 高能量密度正负极材料： 深入研究了富锂锰基氧化物、高镍三元材料的结构演化与高电压稳定性问题。讨论了表面包覆和掺杂策略对电极材料循环性能和安全性的影响机理。 固态电解质： 详细对比了氧化物固态电解质（如LLZO）、硫化物固态电解质的离子传导机制。重点分析了固-固界面处的阻抗形成与锂枝晶的生长抑制策略，包括界面改性层的构建。 超级电容器电极： 探讨了赝电容材料（如过渡金属氢氧化物）和双电层电容器材料（如氮化碳、掺杂碳材料）的有效比表面积、孔隙结构与充放电倍率性能之间的定量关系。 第五章：智能与响应性材料的跨尺度设计 本章聚焦于能对外部刺激（光、电、热、磁、力）做出特定响应的材料系统。 磁性形状记忆合金（MSMA）： 阐述了马氏体相变与磁场诱导相变耦合的物理基础，以及其在驱动器和传感器中的应用。重点分析了孪晶边界动力学对响应速度和工作温度窗口的影响。 光热转换材料： 探讨了等离激元共振在纳米金属颗粒中的增强效应，以及如何通过调控粒径、形状和环境介质来精确控制光吸收波长和热传递效率。应用于高效太阳能利用和局部热疗技术。 压电与铁电材料： 深入研究了钙钛矿结构材料（如PZT、BST）中电畴的形成、运动与耦合效应。讨论了纳米尺度下铁电畴壁动力学的奇异行为，及其在高灵敏度传感器和非易失性存储器中的应用潜力。 第三部分：前沿技术与未来展望 第六章：计算材料学与高通量实验的融合 本章探讨了现代计算工具如何加速材料的发现与优化进程。详细介绍了密度泛函理论（DFT）在预测材料稳定结构、电子性质和反应能垒中的应用。对分子动力学（MD）模拟在模拟材料高温蠕变、扩散过程和界面扩散中的优势进行了量化分析。重点阐述了机器学习（ML）和人工智能（AI）在处理高维实验数据、建立性能预测模型（Materials Informatics）方面的最新进展，以及如何指导高通量实验的设计与筛选。 第七章：材料的服役性能与可靠性 材料的最终价值取决于其在真实环境中的长期可靠性。本章从工程应用的角度，系统分析了材料的失效机制。 疲劳与断裂力学： 深入探讨了Paris-Erdogan定律的适用范围，以及裂纹尖端塑性区对高周疲劳寿命的修正模型。特别关注了复合材料中的分层与纤维拔出机制。 腐蚀与环境退化： 针对航空航天和海洋工程中的关键材料，分析了应力腐蚀开裂（SCC）和氢脆现象的电化学与力学耦合机理。引入了先进的电化学阻抗谱（EIS）技术对腐蚀动力学的实时监测方法。 极端环境下的材料行为： 总结了材料在超高真空、高能辐射场（如核反应堆环境）下的辐照损伤机制、氦气聚集与肿胀效应，以及相应的抗辐照材料设计策略。 本书内容严谨，图表丰富，旨在为读者提供一套从基础理论到尖端应用的完整知识体系，以应对未来科技发展对材料性能提出的更高要求。

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