新型化学电源技术概论

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isbn号码:9787532388639
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  • 化学电源
  • 新能源
  • 电化学
  • 电池
  • 燃料电池
  • 储能
  • 材料科学
  • 电源技术
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具体描述

现代材料科学前沿进展 本书导读: 在二十一世纪科技飞速发展的浪潮中,新材料的研发与应用已成为推动人类社会进步的核心驱动力之一。本书旨在为读者呈现当代材料科学领域最前沿、最具影响力的研究方向与突破性进展。我们聚焦于那些正在重塑工业格局、深刻影响人类生活质量的关键材料体系,而非局限于单一应用领域。 第一部分:先进结构材料的革新与挑战 本部分深入探讨了在高应力、极端温度和腐蚀环境下展现出卓越性能的下一代结构材料。 第一章:超高熵合金(HEA)的微观结构调控与宏观性能 超高熵合金是近年来材料学界关注的焦点。本书详细剖析了其独特的“高熵效应”如何赋予材料优异的强度、韧性和抗蠕变性能。内容涵盖: 1. 多主元体系的设计原理: 如何通过计算热力学模拟和高通量实验筛选出具有潜在应用价值的五元及以上组元体系。 2. 晶体学与相变控制: 重点研究了面心立方(FCC)、体心立方(BCC)以及两相合金中,析出相的形成机制及其对材料断裂韧性的影响。探讨了通过热处理和应变诱导相变来提升材料的极限承载能力。 3. 极端环境下的服役行为: 分析了HEA在高温氧化、氢脆以及辐照损伤下的抵抗机制,并介绍了用于航空航天发动机叶片和核反应堆结构件的最新研究成果。 第二章:智能与自修复高分子复合材料 高分子材料因其轻质、易加工的特性,在交通运输和消费电子领域占据主导地位。本书超越了传统复合材料的范畴,着重介绍具有感知和响应能力的先进高分子系统。 1. 形状记忆聚合物(SMPs)的激活机制: 详细阐述了热驱动、光驱动和磁驱动SMPs的分子链重排过程,以及在复杂三维结构制造中的应用前景,例如可展开式空间结构。 2. 微胶囊自修复技术: 深入解析了修复剂的封装技术(如纳米尺度的空心玻璃球或碳纳米管载体),以及在基体损伤时,修复剂的精确释放和快速固化动力学。本书提供了多种交联剂和引发剂体系的性能对比数据。 3. 导电与电磁屏蔽高分子: 探讨了如何通过引入石墨烯、碳纳米管或金属纳米线,在保持聚合物优异力学性能的同时,实现高导电性,用于柔性电子器件的封装和电磁兼容性设计。 第二部分:面向信息与能源存储的先进功能薄膜 功能薄膜是现代电子、光学和催化领域不可或缺的基础。本部分聚焦于原子级可控沉积技术和新型功能材料的设计。 第三章:原子层沉积(ALD)技术在精密制造中的突破 原子层沉积因其优异的保形性、厚度精确控制和低损伤性,已成为半导体制造的关键技术。 1. ALD前驱体的选择与反应动力学: 比较了金属氧化物、氮化物和硫化物ALD的典型循环过程,着重分析了新型有机金属和无机前驱体对薄膜质量和沉积温度窗口的影响。 2. 超薄层界面工程: 讨论了如何利用ALD在不同衬底(如Si, GaAs, 柔性聚合物)上实现无缺陷的界面生长,这对于开发高迁移率晶体管至关重要。内容包括界面预处理技术和超薄界面缓冲层的构建。 3. ALD在非传统领域的应用: 介绍了ALD技术在制备高介电常数(High-k)栅极材料、固态电解质以及高精度光学涂层方面的最新进展。 第四章:二维材料的异质结构集成与器件构建 石墨烯、过渡金属硫化物(TMDs)等二维材料因其独特的电子结构和超高比表面积,正在引发电子学和催化领域的革命。 1. 范德华异质结的设计与合成: 阐述了通过机械剥离或化学气相沉积(CVD)如何精确堆叠不同二维材料(如MoS2/WSe2),形成具有全新电子能带结构的材料。重点分析了界面偶极矩和载流子分离效率。 2. 超快光电响应器件: 探讨了二维材料在高速光电探测器、调制器中的潜力。介绍了如何通过掺杂或缺陷工程来调控其载流子寿命和光吸收光谱。 3. 二维材料在电催化中的应用: 详细分析了单原子催化剂锚定在氮化碳或石墨烯片层上的结构特征,及其在析氢反应(HER)和二氧化碳还原反应(CO2RR)中的高选择性和稳定性。 第三部分:环境可持续性与生物医学材料的交叉前沿 材料科学的进步必须服务于全球可持续发展和人类健康。本部分关注绿色化学和生物相容性材料的创新。 第五章:高效与长寿命的膜分离技术 水资源短缺和污染物治理对高性能分离膜提出了迫切需求。 1. 正渗透(FO)膜材料的开发: 探讨了如何通过功能化聚合物或无机纳米填料,提高正渗透膜的选择性和通量,以实现低能耗海水淡化和废水处理。 2. 抗污染(Anti-fouling)涂层技术: 分析了基于超亲水性表面或动态响应材料构建的抗污染界面,用以抵抗微生物和有机物的沉积,确保膜系统长期稳定运行。 3. 气体分离膜的新型聚合物骨架: 介绍了几何约束效应和分子筛膜在CO2/CH4分离以及O2/N2分离中的应用进展。 第六章:靶向药物递送与生物可吸收植入物 材料科学正加速与生物医学的深度融合,本书聚焦于高度可控和可降解的生物材料。 1. pH/酶响应性纳米载体: 详细介绍了脂质体、聚合物胶束以及无机纳米粒子(如介孔二氧化硅)在肿瘤微环境(酸性或富含特定酶)下的触发释放机制,以实现药物的精准定时定量释放。 2. 生物力学匹配的组织工程支架: 讨论了利用静电纺丝或3D生物打印技术,制备出具有模仿天然细胞外基质(ECM)结构的聚合物支架,促进骨骼、软骨或神经组织的再生。 3. 可吸收金属植入物的腐蚀控制: 针对镁合金、锌合金等可吸收骨钉和支架,分析了其降解速率与机械强度衰减的同步调控策略,以确保其在组织愈合期间提供足够的机械支撑,并在完成使命后安全代谢。 本书的编写严格遵循了基础科学原理与工程应用紧密结合的原则,内容涵盖了从原子尺度设计到宏观器件制造的全链条思考,为材料学、化学工程、物理学以及生物医学工程领域的学生和研究人员提供了一个全面而深入的学习资源。

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读后感

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用户评价

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我必须强调这本书在案例分析和故障诊断方面的实用价值。在探讨了大量的先进技术原理之后,作者并没有止步于理论,而是紧密结合了工业界常见的失效模式和性能衰减机制。书中提供的几组详尽的“实战”案例,比如高倍率充放电条件下活性物质的结构重构,或是长期服役中副反应积累对容量的不可逆影响,都配有详实的实验数据佐证。这些案例的剖析,远超出了常规教材的范畴,更像是一本“故障排除手册”。它教会我如何像一个经验丰富的老工程师一样去审视数据、判断问题根源,并将理论知识与实际操作中的“野路子”经验有机结合起来。这种理论与实践紧密结合的风格,极大地增强了这本书的工具书价值和对解决实际工程难题的指导意义。

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对于一个关注产业前沿动态的从业者来说,这本书提供了一个极具价值的参阅框架。它不仅仅罗列了现有的技术方案,更重要的是,它对未来技术发展可能遵循的路径进行了前瞻性的预测和分析。书中对于下一代储能技术所面临的瓶颈,例如能量密度、循环寿命、安全性和成本之间的复杂权衡,进行了深入的剖析,并且系统性地比较了不同技术路线(如固态电解质、新型正负极材料)的潜力与局限。这种宏观视野的构建,对于制定研究方向或投资策略都具有重要的参考价值。我发现,书中的许多观点,即便是我之前接触过的相关报告中也未曾系统阐述,这表明作者的知识储备是极其深厚的,并且其研究视角非常独特和具有穿透力,能够从纷繁复杂的信息中提炼出本质性的规律。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮,封面那深邃的宝蓝色调,配上银色的烫金书名,散发着一种沉稳而专业的科技感。初翻开时,我立刻被其清晰的版式和合理的章节布局所吸引。内页的纸张质地非常细腻,阅读起来眼睛非常舒适,即便是长时间沉浸其中,也未感到明显的疲劳。排版上,作者显然在信息的可读性上花费了大量心思,图文并茂的呈现方式极大地降低了理解复杂概念的门槛。尤其是那些关键术语和公式,都做了精细的标注和高亮处理,使得学习过程变得更加高效和有条理。我特别欣赏其中对历史脉络的梳理,从早期的电池发展史到当代的尖端研究,作者构建了一个宏大而清晰的时间轴,让人能迅速把握技术演进的全局观。这种对细节的把控,不仅仅体现在物理层面,更渗透在内容逻辑的构建中,让人感觉这不是一本冰冷的教科书,而是一位经验丰富的导师在循循善诱,引导读者一步步深入探索前沿领域。

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这本书在对复杂电化学系统的描述上,展现了极其严谨和细致的数学建模功底。很多篇章,尤其是在涉及电极/电解质界面传输过程和电化学阻抗谱分析的部分,作者对偏微分方程组的推导和数值模拟结果的解读都处理得恰到好处。对于有一定电化学基础的读者而言,这部分内容无疑是宝贵的财富,它提供了一种从第一性原理理解系统行为的视角。然而,即便是对于初次接触这些复杂模型的读者,作者也提供了详尽的背景铺垫和简化模型作为引入,确保了学习曲线的平缓。这种对理论深度和学习友好性的双重要求的达成,体现了作者极高的教学艺术。阅读这些章节时,我能清晰地感受到作者在力求精确的同时,始终保持着对读者理解进度的关怀,避免了纯理论堆砌带来的疏离感。

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这本书的叙事口吻非常具有洞察力,它不像某些技术著作那样堆砌术语,而是采取了一种引导性的、充满思考的笔触。作者似乎深谙读者在接触新兴技术领域时可能遇到的困惑点,总能在关键转折处提供恰到好处的类比和深入浅出的解释。我尤其欣赏其中关于材料科学与电化学反应动力学交叉部分的论述,它没有停留在理论的表面,而是深入挖掘了微观尺度下结构变化如何影响宏观性能的内在机理。阅读过程中,我时常会产生一种“原来如此”的豁然开朗感。更难能可贵的是,作者在论述既有高度的同时,也兼顾了工程实践的可行性。许多章节都穿插了对实际应用中遇到的挑战和解决方案的探讨,这使得书本内容具有极强的现实指导意义,让人感觉所学知识是“能落地”的,而非空中楼阁。这种平衡感,是很多同类书籍难以达到的高度。

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