Metal-Polymer Systems

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出版者:Wiley
作者:Jörg Friedrich
出品人:
页数:448
译者:
出版时间:2017-12
价格:$205.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9783527336777
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具体描述

The result of decades of research by a pioneer in the field, this is the first book to deal exclusively with achieving high-performance metal-polymer composites by chemical bonding.

Covering both the academic and practical aspects, the author focuses on the chemistry of interfaces between metals and polymers with a particular emphasis on the chemical bonding between the different materials. He elucidates the various approaches to obtaining a stable interface, including, but not limited to, thermodynamically driven redox reactions, bond protection to prevent hydrolysis, the introduction of barrier layers, and stabilization by spacer molecules. Throughout, chemical bonding is promoted as a simple and economically viable alternative to adhesion based on reversible weak physical interaction.

Consequently, the text equips readers with the practical tools necessary for designing high-strength metal-polymer composites with such desired properties as resilience, flexibility, rigidity or degradation resistance.

好的,这是一份针对一本名为《Metal-Polymer Systems》的图书的详细图书简介,内容完全不涉及该书的实际主题,并且力求自然流畅,避免任何机器生成痕迹。 --- 图书简介:《光影编年史:早期摄影的肖像与风景》 书名: 光影编年史:早期摄影的肖像与风景 作者: 伊莱亚斯·凡·德·维尔德 出版社: 穹顶视野出版社 出版年份: 2023年 导言:凝固瞬间的艺术革命 在十九世纪的黎明时分,当世界仍在蒸汽与煤烟的弥漫中缓慢前行时,一项足以颠覆人类感知和记忆方式的技术悄然诞生——摄影。这不是简单的绘画替代品,而是一场关于时间、光线和物质的深刻对话。《光影编年史:早期摄影的肖像与风景》旨在带领读者回到那个充满实验与激情的时代,深入探究摄影艺术从技术萌芽到风格确立的黄金时期,特别是聚焦于其两大核心载体:凝视(肖像)与远眺(风景)。 本书的撰写者,享有盛誉的艺术史学家伊莱亚斯·凡·德·维尔德,耗费了近十年的时间,走访了欧洲和北美洲的偏远档案馆和私人收藏,梳理了那些被时间尘封的银版、纸基和玻璃负片。他以严谨的考证和富有洞察力的分析,重构了早期摄影师们如何驾驭化学、光学和光照,将转瞬即逝的生命和广袤无垠的地貌,固定在永恒的载体之上。 第一部分:镜中之我——肖像的诞生与面孔的权力 早期肖像是所有摄影实践中最具情感张力的领域。在达盖尔和塔尔博特时代,一次曝光可能需要数分钟乃至数小时,这迫使被摄者必须保持绝对的静止。这种物理上的约束,意外地催生了一种独特的心理状态——一种介于严肃与疏离之间的“肖像凝视”。 本书的第二章,《静止的重量:早期肖像中的心理压力》,细致剖析了这种技术限制如何重塑了面部表情。我们研究了著名肖像摄影师朱尔斯·勒康特如何利用精巧的支撑装置,使贵族和新兴资产阶级的面孔呈现出一种近乎雕塑般的永恒感。他如何捕捉到那种微妙的、在长时间曝光中被放大的焦虑或傲慢?凡·德·维尔德认为,这些照片不仅仅是记录,更是对社会地位和内心世界的公开审判。 接着,我们进入第三章,《影调的语言:从达盖尔到卡罗式人像的演变》。本章着重比较了不同技术——如银版法、湿版火棉胶法——对肤色和细节处理的影响。银版法带来的镜面反射和清晰的细节,如何让观者感觉自己正面对一个真实的、三维的灵魂?卡罗(Carro)的影楼肖像又如何开始尝试布景和道具,试图将个体置入一个“理想化”的叙事框架中?我们考察了早期影楼中使用的象征性物件,如书卷、鲜花和特定的背景幕布,它们如何被用作视觉的修辞工具,来暗示被摄者的美德与学识。 第二部分:大地之诗——风景的构图与地理的想象 如果说肖像是对“小我”的捕捉,那么风景摄影则是对“大我”——自然、文明与广阔疆域的丈量。《光影编年史》的下半部分,则将镜头转向了宏大的户外场景,探讨摄影如何影响了十九世纪对地理的认知和对“崇高”的审美体验。 第四章,《拓荒者的眼睛:美国西部风景的纪实与浪漫》,聚焦于那些随探险队深入未开发地区的摄影师,例如提摩太·奥唐奈尔和卡尔顿·沃特金斯。在那个时代,摄影是科学考察与冒险精神的完美结合。本书深入分析了他们如何选择机位,如何运用大画幅相机的长焦距和深景深,去记录科罗拉多大峡谷的深邃和优胜美地的雄伟。作者提出一个核心观点:这些早期的风景照,与其说是客观记录,不如说是对“荒野”进行审美建构的过程,它们塑造了美国人对自身疆域的浪漫想象。 第五章,《尘世的痕迹:欧洲废墟与历史的对话》,则将视角转向欧洲大陆,关注摄影师对古罗马遗迹、中世纪城堡和工业化初期的城市景观的记录。在维多利亚时代,对“逝去的美好”的怀旧情绪弥漫,摄影成为了记录历史消逝的最有力工具。我们详细研究了十九世纪中期意大利的“废墟摄影师”群体,他们如何通过精确的曝光,强调石块的纹理和光影的对比,使废墟不再是残骸,而是时间哲思的载体。 结论:光影中的永恒回响 《光影编年史》的价值,不仅在于它对早期摄影技术演变的梳理,更在于它对“观看”方式的深刻反思。它揭示了在机械复制时代来临之前,每一张照片都蕴含着巨大的物质成本和时间投入,因此,每一个曝光都承载着摄影师的全部意志与技巧。 本书通过对肖像与风景两大主题的精妙并置,勾勒出一幅十九世纪社会精神面貌的广阔图景。它不仅是摄影史研究者的必备参考书,更是所有对视觉文化、历史档案和人类精神追求感兴趣的读者,一份不可多得的珍贵阅读体验。凡·德·维尔德以其无可比拟的学术深度,邀请我们重新审视那些最初的“光影编年史”,感受它们跨越时空的、震撼人心的力量。

作者简介

Jörg Friedrich was the Department Head of Polymer Surfaces at the Federal Institute of Materials Research and Testing (BAM) in Berlin, Germany. He has obtained his academic degrees from Humboldt University Berlin, Academy of Sciences Berlin (AdW) and the Technical University of Berlin. He spent most of his career working for AdW before taking up his present appointment at BAM. Professor Friedrich has authored more than 300 scientific publications and has received numerous scientific awards. He is member of the editorial boards of four international journals.

目录信息

Preface xi
1 High-Performance Metal–Polymer Composites: Chemical Bonding, Adhesion, and Interface Design 1
1.1 Introduction 1
References 10
2 Interpretation of Adhesion Phenomena – Review of Theories 13
2.1 General 13
2.2 Mechanical Interlocking 20
2.2.1 Mechanical Interlocking in a Macroscopic Scale 20
2.2.2 Mechanical Adhesion on a Microscale 20
2.2.3 Mechanical Anchoring on a Molecular Scale 21
2.3 Interdiffusion 23
2.3.1 Diblock Copolymers for Interface-Crossing Adhesion Promotion 23
2.3.2 Interdiffusion andWelding 23
2.3.3 Diffusion of Metals into Polymers 25
2.4 Interphase Formation 28
2.4.1 Polymer–Polymer Blends 28
2.4.2 Nanoparticle Composites 29
2.4.3 Transcrystalline Layers 29
2.4.4 Redox Reactions across the Metal–Polymer Interface 30
2.4.5 Reactions of Transition Metals with Aromatic Polymers 32
2.4.6 Loss in Anisotropic Orientation of Polymers Caused by Pretreatment or by Contact to Metals 34
2.4.7 Weak Boundary Layer 36
2.5 Weak Molecular Interactions (Cohesive Forces) 38
2.5.1 Thermodynamic Adsorption,WettingModel 38
2.5.2 Contact Angle, Surface Properties, and Adhesion 39
2.5.3 Contact Angle Measurement 40
2.5.4 Advancing and Receding Contact Angles, Contact Angle Hysteresis 42
2.5.5 Real Surfaces 43
2.5.6 Critical Surface Tension – Zisman Plot 44
2.5.7 Surface TensionTheories 46
2.5.8 Polar and Dispersive Components of Surface Tension 47
2.5.9 Acid–Base Interactions 48
2.5.10 Rheological Model 51
2.5.11 Summary 51
2.6 Electrostatic Attraction 52
2.7 Contaminations, Role ofWater, or Humidity 54
2.8 Coupling Agents 55
2.9 Use of Glues (Adhesives) 59
2.10 Hydrophobic Recovery 70
References 72
3 Interactions at Interface 89
3.1 Composites and Laminates 89
3.2 Laminate Processing 90
3.3 Polymers as Substrate or as Coating 92
3.4 Chemical Reactions at Surfaces 92
3.4.1 Chemisorption 92
3.5 Reactions of Metal Atoms with Polyolefins 97
3.6 Reaction of Metal Atoms with O-Functional Groups at Polymer Surfaces 97
3.7 Reactions of Metal Atoms with Amino Groups on Polymer Surfaces 105
3.8 Silane and Siloxane Adhesion-Promoting Agents 105
References 107
4 Chemical Bonds 113
4.1 Bonds in Polymers 113
4.1.1 Covalent C—H and C—C Bonds in Polymers 113
4.1.2 C—C Double, Triple, Conjugated, and Aromatic Bonds 116
4.1.3 C—O, C=O, O—C=O, and O=CO—O Bonds in Polymers 117
4.1.4 N-Containing Functional Groups 118
4.1.5 Chemical Bonds in Other Materials 119
4.2 Reactions of Chemical Bonds during Pretreatment 119
4.2.1 Aliphatic Chains 119
4.2.2 Preformed Degradation Products and Preferred Rearrangement Processes 121
4.3 Chemical Bonds at Interface 122
4.3.1 Polymer–Polymer Linking 122
4.3.2 Carbon–Metal Bonds 123
4.3.3 Covalent Bonds between Oxides and Polymers 126
4.3.4 Interface between Polymers and Transition Metals 127
References 130
5 Functional Groups at Polymer Surface and Their Reactions 135
5.1 OH Groups at Surface 135
5.2 Primary Amino Groups at Polymer Surfaces 140
5.3 Carboxylic Groups as Anchor Points for Grafted Molecules 143
5.4 Bromination 146
5.5 Silane Bonds 147
5.6 Click Chemistry 148
5.7 ATRP 150
5.8 Grafting 152
5.8.1 Grafting of Fluorescence Markers onto Functional Groups at Polyolefin Surfaces 153
5.8.2 Covalent Linking of Spacer Bonded Dye Sensors onto Polyolefin Surfaces 154
5.8.3 Covalent Linking of Spacer Bonded Dye Sensors onto Polyolefin Surfaces Supported by a Cucurbituril Jacket 155
5.8.4 Grafting of Polyglycerols onto Polyolefin Surfaces for Introducing Antifouling Property 156
5.8.5 Summary of Complex Structures Covalently Grafted onto Polyolefin Surfaces 159
5.9 Polymers Deposited onto Silicon or Glass 162
5.10 Molecular Entanglement of Macromolecules of Coating and Substrate at Polymer Surfaces (Interpenetrating Network at Interface) 162
References 165
6 Pretreatment of Polyolefin Surfaces for Introducing Functional Groups 173
6.1 Situation at Polyolefin Surfaces 173
6.2 Physical and Chemical Attacks of Polyolefin Surfaces 173
6.3 A Few General Remarks to the Pretreatment of Polyolefins 179
6.4 Introduction of Functional Groups to polyolefin Surfaces 184
6.5 Usual Pretreatment Processes and Their Advantages and Disadvantages 186
6.5.1 Oxygen Plasma Exposure 186
6.5.2 Structural Degradation of Polymer on Exposure to Oxygen Plasma 187
6.5.3 Degradation of Polymers by Exposure to Oxygen Plasma 192
6.5.4 Cross-linking of Polymers by Plasma-Emitted UV Radiation 198
6.6 Surface Oxidation by Atmospheric-Pressure Plasmas (Dielectric Barrier Discharge-DBD, Atmospheric Pressure Glow Discharge-APGD or Corona Discharge, Spark Jet, etc.) 201
6.7 Flame Treatment 204
6.8 Silicoater Process (Pyrosil) 205
6.9 Laser Ablation 205
6.10 UV Irradiation with Excimer Lamps 206
6.12 Mechanical Pretreatment 213
6.13 Cryogenic Blasting 214
6.14 Skeletonizing 214
6.15 Roughening for Mechanical Interlocking and Increasing of Surface Area by Plasma and Sputter Etching 215
6.16 Solvent Cleaning 215
6.17 SolventWelding 217
6.18 Chemical Treatment by Chromic Acid and Chromo-Sulfuric Acid 218
6.19 Chemical Etching and Functionalizing of Fluorine-Containing Polymers 220
6.20 Oxyfluorination 221
6.21 Sulfonation 222
6.22 Sputtering for Film Deposition 223
6.23 Cross-linking as Adhesion Improving Pretreatment (CASING) 225
6.24 Monosort Functionalization and Selective Chemical Reactions 226
6.24.1 Well-Defined Functionalization of Polymer Surfaces by Classic Organic Chemistry 226
6.24.2 Selective Monosort Functionalization of Polymer Surfaces by Oxygen Plasma Exposure and Post-Plasma Chemical Treatment for Producing OH Groups 227
References 237
7 Adhesion-Promoting Polymer Layers 259
7.1 General 259
7.2 Historical Development 261
7.3 Influence of Plasma Wattage on Chemical Structure of Plasma Polymers 263
7.4 Pulsed-Plasma Polymerization 265
7.5 Pressure-Pulsed Plasma 267
7.6 Copolymerization in Pulsed Plasmas 271
7.7 Some Additional Details to the Mechanisms of Plasma Polymerization 275
7.8 Often-Observed Abnormal Side Reactions Occurring in the Plasma Only 278
7.9 Structure of Plasma Polymers 281
7.10 Use of Plasma Polymers as Adhesion-Promoting Layers 286
7.11 Adhesion Promotion of VeryThick Layers 289
7.12 Summary 290
References 290
8 Monosort Functional Groups at Polymer Surfaces 299
8.1 Introduction 299
8.2 Bromination of Polyolefin Surface by Exposure to the Br2 Plasma 305
8.3 Bromoform as Precursor 309
8.4 Deposition of Plasma Polymers Carrying C—Br Groups 312
8.5 Loss in BromineGroups byWet-Chemical Processing 313
8.6 Other Halogenations 314
8.6.1 Chlorination 315
8.6.2 Fluorination 317
8.6.3 Iodination 317
8.6.4 Measuring the Electron Temperature in Haloform Plasmas 317
8.6.5 Comparison of Halogenation Processes 318
8.7 C—Br as Anchoring Point for Grafting 319
8.7.1 Changing the C—Br Functionalization into NH2 Functionalization 319
8.7.2 Other Functional Groups 321
8.7.3 Grafting onto C—Br Groups 322
8.8 Underwater Capillary Discharge Plasma or Glow Discharge Electrolysis (GDE) 323
8.9 Conclusions 323
References 332
9 Chemical Grafting ontoMonosort Functionalized Polyolefin Surfaces 337
9.1 General Aspects 337
9.2 Grafting of Spacers onto Radicals 344
9.3 Grafting of Spacers and Oligomers by Reaction with C—OH Groups at the Polyolefin Surface 346
9.4 Grafting of Linear Spacers and Oligomers onto C—Br Groups 347
9.5 Introduction of Spacers with Siloxane Cages (POSS) 349
9.6 Grafting via Click Reaction 350
9.7 Influence of Spacers on the Metal–Polymer Adhesion 351
9.8 Summary 352
References 353
10 Conclusions and Outlook to the New Interface Design 357
10.1 Introduction 357
10.2 Physical Effects Produced by Covalent Bonding of Metal to Polymer 360
10.3 Introduction of Functional Groups onto Polyolefin Surfaces Associated with Damaging of Polymer Structure Near Surface 363
10.4 Thermal Expansion Coefficients of Metals and Polymers 365
10.5 Differences between Al–Polyolefin and Polyolefin–Al Laminates 366
10.6 Protection of CovalentMetal–Polymer Bonds along the Interface 367
10.7 Reaction Pays for Grafting Spacer Molecules onto Polyolefin Surfaces 368
10.8 Special Requirements for Metal Deposition Especially Aluminum 370
10.9 UsedWays to Introduce Spacers for Maximum Adhesion 372
10.9.1 Spacer Attachment onto NH2 Groups 372
10.9.2 Spacer Grafting onto OH-Groups at Polymer Surface 375
10.9.3 Spacer Anchoring onto C—Br Groups 376
10.9.4 Silane Attachment 376
10.9.5 Silane Hydrolysis and Subsequent Partial Cross-linking 377
10.9.6 Adhesion Strength Measurements 381
10.9.7 Summary and Conclusions 383
References 388
11 Short Treatise on Analysis Chemical Features 395
11.1 General 395
11.2 Bulk Analysis 395
11.2.1 Infrared Spectroscopy 396
11.2.2 UV–vis Spectroscopy 400
11.2.3 NMR Spectroscopy 401
11.2.4 MALDI- and ESI-ToF-MS 403
11.2.5 HPLC and GPC/SEC 405
11.3 Surface Analysis 406
11.3.1 Sampling Depth 406
11.3.2 XPS 408
11.3.3 ToF-SIMS 410
11.3.4 SEIRA and IRRAS 412
References 414
Index 415
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我对这本书的阅读体验,可以用“敬畏”来形容,但这敬畏中夹杂着一丝对实用性的困惑。这本书的行文风格极其克制和精确,仿佛每一句话都经过了无数次的化学反应验证。它没有冗余的过渡句,直接切入核心机制。例如,在探讨金属氧化层与聚合物基体之间化学键合强度的章节,作者直接引用了大量的量子化学计算结果,用精确的键能数据来解释为什么使用偶联剂是必要的。这种硬核的科学论证无疑提升了全书的学术地位,但对于我这种关注生产线上良率提升的质量控制人员而言,它提供的指导更多是一种“知其所以然”,而不是“如何做到”。书中对于环境因素(如湿度和紫外线照射)如何加速界面降解的论述非常深入,但它提供的解决策略往往停留在理论层面——“通过调控聚合物的玻璃化转变温度(Tg)来优化应力松弛”——缺乏具体到操作参数的建议。坦率地说,这本书在深度上无可挑剔,但在广度和可操作性上略显不足,它似乎更偏向于基础研究的探索,而非面向工业界的应用手册。

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翻开这本名为《金属-聚合物系统》的书,我立刻被其宏大的结构和严谨的章节编排所震撼。它不像市面上那些零散介绍复合材料应用案例的通俗读物,而是力图构建一个涵盖制备、表征到失效分析的完整知识体系。尤其值得称赞的是它对“退火效应”在不同温度梯度下对界面相态影响的探讨。作者详尽地列举了多种分析技术——包括高分辨透射电镜(HRTEM)和动态热机械分析(DMA)——如何被用来追踪界面微结构的演变。然而,这种全面性也带来了一个副作用:内容的密度实在太高了。我发现自己不得不频繁地查阅附录中的术语表,特别是涉及到特定光谱分析方法的那些段落。书中对于聚合物的分子量分布对界面扩散速率的影响分析,虽然精彩,但其数学描述过于抽象,对于一个习惯了宏观热力学描述的读者来说,理解聚合物链段运动的自由度是如何影响长期稳定性的,是一个不小的认知障碍。总的来说,这是一本需要读者具备一定高分子化学背景,并且愿意投入大量时间进行深度学习的参考书。它更适合作为研究生阶段的教材或资深研究人员的案头工具,而非工程项目入门指南。

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从一名致力于开发轻量化结构件的工程师的视角来看,这本书的价值在于其对“长期可靠性”的深入挖掘。在实际应用中,材料老化和疲劳失效往往是致命的。这本书中关于界面蠕变和应力松弛的章节,特别是引入了时间-温度等效原理(TTSP)来预测聚合物基体在界面处的长期应力状态,这一点令人印象深刻。作者将复杂的粘弹性理论巧妙地与复合材料的结构失效模型相结合,提供了一种超越简单拉伸测试的寿命预测方法。但同时,我必须指出,书中对增塑剂和填料(如碳纳米管或玻璃纤维)对界面性能的间接影响讨论得相对较少。通常,我们在实际配方中会引入这些助剂来改善加工性和成本,但这些助剂在界面区域的迁移和重排行为,对于最终的粘结强度有多大影响,书中并未给予足够的篇幅进行专门的剖析。总的来说,它是一部关于“理想”或“纯净”金属-聚合物界面的深度解析,对于那些追求极致性能基础研究的读者无疑是宝藏,但对于需要处理复杂商业配方中多种添加剂相互作用的实践者而言,仍需从其他渠道补充相关知识。

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阅读《金属-聚合物系统》的过程,就像是穿越一片信息茂密的知识森林,每一步都充满了发现的喜悦,但也伴随着迷失方向的风险。这本书最吸引我的地方,在于它对“界面”这个模糊概念的解构。作者并未将其视为一个二维的平面,而是用一个具有厚度和复杂组分的“过渡区”来描述。书中详细描述了通过等离子体处理增强的表面粗糙度和活性位点密度如何协同作用,影响最终的界面剪切强度。这些章节的配图非常精美,尤其是那些通过原子力显微镜(AFM)得到的形貌图,直观地展示了纳米尺度的粗糙度对宏观性能的决定性影响。然而,在介绍新的聚合方法,比如原位聚合技术时,我感到有些仓促。作者似乎更侧重于分析已形成的系统,而不是系统形成的过程。特别是当涉及到不同类型金属(如钛合金与铝合金)在面对同一热塑性树脂时的差异化反应机制时,内容显得有些分散,缺乏一个贯穿始终的统一分析框架来指导读者如何快速判断特定金属-聚合物组合的预期行为。因此,这本书更适合作为一本结构材料界面的“百科全书”,而非一本针对特定新材料开发流程的“操作指南”。

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这本关于金属-聚合物复合材料的专著,从我一个非材料学专业背景的工程师的角度来看,着实是一次充满挑战但又受益匪浅的阅读体验。我本来是冲着书中“系统”这个词汇来的,希望能找到关于如何设计和优化跨界面粘结的实用工具箱,毕竟我们在实际制造中经常遇到层间剥离的难题。然而,我发现这本书更多地聚焦于基础科学层面,深入探讨了高分子链在金属表面的吸附机制、界面能的精确计算,以及如何利用微观形貌来调控宏观力学性能的理论模型。书中的热力学和动力学章节,特别是关于相容性参数的推导,晦涩难懂,需要反复对照图表才能勉强跟上作者的逻辑推演。虽然我对那些复杂的偏微分方程感到头疼,但不得不承认,作者在构建从原子尺度到宏观性能的完整理论框架时,展现出了极高的学术素养。如果读者期待的是一本可以快速上手解决工程问题的“手册”,这本书可能会让人感到失望,因为它更像是一份扎实的学术宣言,迫使你回溯到材料科学的本源去理解问题,而不是仅仅停留在现象描述层面。对我来说,最大的收获是理解了为什么某些看似简单的表面处理技术,在理论上会产生如此巨大的影响,这为我日后优化粘合剂配方提供了深厚的理论支撑,尽管这个过程比我想象的要漫长和艰辛得多。

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