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现代材料科学基础与应用 作者： 张伟，李明，王芳 出版社： 科学技术文献出版社 ISBN： 978-7-5045-9876-5 定价： 128.00 元 --- 内容简介 《现代材料科学基础与应用》是一部全面、深入、系统介绍当代材料科学前沿知识的权威性教材与参考专著。本书旨在为材料科学、化学、物理学、工程学等相关专业的本科高年级学生、研究生以及科研人员提供一个坚实的理论基础和广阔的实践视野。全书结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了从材料的基本结构、性能原理到最新功能材料的设计与应用等多个维度，力求体现材料科学的交叉性、综合性与发展性。 本书共分为五大部分，二十章内容，详尽阐述了材料科学的核心理论与技术突破。 第一部分：材料科学的基石——结构与性能的关系 (第1章至第5章) 本部分是理解所有功能材料的基础。 第1章：材料科学概论与发展史 本章首先界定了材料科学的研究范畴、核心任务及其在现代工程和社会发展中的战略地位。追溯了材料科学从冶金术、陶瓷技术到高分子科学的演进历程，重点分析了20世纪中叶以来晶体学、电子结构理论对材料性能理解的革命性影响。讨论了“材料基因工程”等前沿理念的兴起。 第2章：晶体结构与晶体缺陷 深入剖析了晶体的周期性排列及其描述方法，包括点群、空间群的基本概念。详细阐述了金属、陶瓷和高分子材料的常见晶体结构类型（如面心立方、体心立方、六方最密堆积）。重点讨论了晶体缺陷的分类（点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷）及其对材料宏观性能（如力学强度、电导率）的决定性影响，特别是位错理论在塑性变形中的作用。 第3章：电子结构与能带理论 从量子力学的基本原理出发，构建了固体材料的电子结构模型。详细讲解了能带理论的建立过程，包括布洛赫定理、周期性势场对电子能级的改变。区分了导体、半导体和绝缘体的能带结构特征，并引入了有效质量、密度泛函理论（DFT）在材料计算中的应用概述。 第4章：热力学与相图 材料的稳定性与转化是其应用的前提。本章系统介绍了热力学基础在材料体系中的应用，如吉布斯自由能、化学势。重点解析了单组分和多组分（二元、三元）相图的绘制、解读与应用，尤其关注共晶、共熔点、固溶体等关键相变。探讨了相变动力学，包括成核与长大理论。 第5章：动力学过程——扩散、蠕变与弛豫 材料在温度梯度或应力作用下的时间依赖性行为是工程可靠性的关键。本章详细阐述了固态扩散的机理（菲克定律及其温度依赖性），以及扩散在材料处理（如渗碳、烧结）中的应用。对比分析了高温下的蠕变行为和非晶态材料中的分子弛豫过程。 第二部分：传统工程材料的深入研究 (第6章至第10章) 本部分聚焦于历史上和现今工业应用最广泛的几大类材料。 第6章：金属材料：结构、形变与强化机制 系统回顾了铁碳合金体系（钢、铸铁）的相变与微观结构控制。深入探讨了金属的塑性变形机理，包括加工硬化、晶界强化、固溶强化、沉淀强化等多种强化机制的定量模型。简要介绍了先进高强度钢（AHSS）的设计理念。 第7章：陶瓷材料：超高温与耐磨应用 陶瓷的本质是离子和共价键结合体系。本章介绍了氧化物、非氧化物陶瓷（如氮化物、碳化物）的制备技术，特别是粉末冶金和先进烧结技术。重点分析了陶瓷的脆性断裂特征、抗热震性以及在极端环境下的应用优势。 第8章：高分子材料：结构、粘弹性与加工 从聚合物的分子链结构（线性、支化、交联）出发，解释了其独特的粘弹性行为和时间-温度等效原理。详细讨论了高分子材料的形变、松弛、老化过程。介绍了聚乙烯、聚丙烯、聚酯、环氧树脂等主要工程塑料的性能与应用场景。 第9章：复合材料：界面控制与性能增强 复合材料是实现材料性能“组合优势”的有效途径。本章分类介绍纤维增强、颗粒增强、层状复合材料的力学模型，特别是对界面（Matrix/Reinforcement Interface）的分析。重点讲解了碳纤维增强复合材料（CFRP）的制造工艺和疲劳特性。 第10章：材料的连接与表面工程 讨论了材料连接技术（焊接、粘接、钎焊）中的冶金和物理过程。表面工程部分聚焦于如何通过表面改性来提升材料的耐磨、耐蚀性能，包括热喷涂、离子注入和薄膜沉积技术（PVD/CVD）。 第三部分：功能材料的原理与设计 (第11章至第15章) 本部分转向涉及电子、光学和磁学特性的先进功能材料。 第11章：半导体材料的物理基础 深入探讨了掺杂对费米能级的影响，N型和P型半导体的载流子输运机制。详述了晶体生长技术（如CZ法）和异质结的形成，为器件物理学奠定基础。 第12章：光电转换材料与器件 重点分析了半导体材料的光吸收、光发射过程。系统介绍了光伏电池（晶体硅、薄膜太阳能电池）的工作原理，以及LED、激光器中发光材料的能带工程设计。 第13章：磁性材料：从磁畴到自旋电子学 阐述了磁性的微观来源（朗之万理论、居里定律）。区分了抗磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。重点介绍了永磁材料（如NdFeB）的磁滞回线特征，并引入了巨磁阻效应（GMR）在信息存储中的应用。 第14章：介电与压电材料 介电材料在电容器、绝缘体中的应用。详细解释了极化机制（电子、离子、取向极化）。压电、铁电材料的晶体结构对称性要求及其在传感器和执行器中的应用原理。 第15章：先进能源存储材料 聚焦于锂离子电池、固态电池和超级电容器的关键材料。讨论了电极材料（正极/负极）的结构稳定性、离子扩散率与电化学性能之间的关系。 第四部分：材料的表征与计算 (第16章至第18章) 掌握先进的表征手段是现代材料研究的核心能力。 第16章：微观结构分析技术：显微镜方法 全面介绍扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）的成像原理、束-物质相互作用。重点讲解了高分辨TEM（HRTEM）在晶格像分析中的应用，以及电子背散射衍射（EBSD）在取向分析中的重要性。 第17章：材料的成分与化学态分析 介绍X射线衍射（XRD）用于晶体结构和物相分析。详细阐述了能量色散X射线光谱（EDS/EDX）和波谱（WDS/EPMA）在元素定性和定量分析中的应用。引入了X射线光电子能谱（XPS）对材料表面化学态的识别。 第18章：计算材料学导论 概述了从原子尺度模拟到宏观性能预测的计算方法。重点介绍分子动力学（MD）模拟在模拟扩散、相变动力学中的应用，以及第一性原理计算（DFT）在预测材料电子结构和优化组分方面的能力。 第五部分：前沿材料与可持续发展 (第19章至第20章) 第19章：纳米材料与量子效应 讨论了尺寸效应在纳米尺度上的凸显，包括量子尺寸效应、表面能增强。详细介绍了碳纳米管、石墨烯、量子点等代表性纳米材料的合成方法和独特的光电性能。 第20章：生物材料与可持续材料 本章探讨了材料与生命系统的交互作用。介绍了植入式医疗器械所需生物相容性、生物活性材料的设计原则。最后，讨论了材料的绿色制造、循环利用，以及新型生物可降解高分子材料的研究进展，体现材料科学对环境责任的担当。 --- 本书特色 1. 理论深度与广度兼备： 基础理论部分严格遵循物理化学和固体物理原理，确保概念准确；应用部分则紧跟产业前沿，覆盖了从传统钢铁到前沿量子材料的广泛领域。 2. 跨学科交叉融合： 充分体现了材料科学作为多学科交叉的本质，将化学、物理学、工程学知识有机地结合起来。 3. 详尽的图表与案例分析： 全书配有数百幅高质量的结构示意图、性能曲线和实际应用案例，帮助读者直观理解复杂概念。 4. 面向未来的视角： 特别设立章节讨论了计算模拟技术和可持续材料发展，引导读者关注未来研究方向。 本书适合作为材料科学与工程、高分子科学、应用化学、物理学专业本科高年级和研究生的教材，也是从事相关领域研发工作的工程师和研究人员的宝贵参考书。

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说实话，这本书的排版和图示简直是一场灾难。我打开它，仿佛进入了上世纪八九十年代的印刷品时代，黑白灰的调子，字号小得可怜，图谱之间的间距也挤得让人喘不过气来。最让我抓狂的是那些化学结构式和反应机理图，线条模糊不清，很多关键的立体化学信息，比如手性中心的标注，简直是含糊不清，让人根本无法准确判断反应的立体选择性。难道他们不能用更现代的、清晰的彩图来展示关键步骤吗？比如，在进行重结晶时，理想的晶体形状应该是怎样的，书里只有一段文字描述，让我对着烧杯里的浑浊液体冥思苦想。我试着跟着书上的流程去合成一个酯类化合物，结果按照书上提供的“典型产率范围”去衡量自己的成果时，我发现我的产率远低于那个下限，但我根本无法从书中的描述判断是哪一步操作出了问题。是因为加热时间不够？还是因为后处理时萃取次数太少？书里对此没有任何针对性的故障排除指南。它只提供了一个完美的模型，却对现实中实验常常出现的各种“意外”视而不见，这对于急需解决问题的实验者来说，无疑是一种折磨。我不得不依赖网络上的视频教程来补充视觉信息，才能勉强理解一些关键的反应步骤。

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这本书的语言风格极其书面化和陈旧，读起来让人昏昏欲睡，完全没有现代科学出版物应有的活力和吸引力。它大量使用被动语态和冗长的从句，使得原本简单的操作描述也变得晦涩难懂。例如，描述加热过程时，它可能会写成“该反应混合物应当被放置于恒温油浴中，并被精确控制在特定温度，直至反应完成的标志性迹象被观察到为止”。如果能直接写成“将混合物在XX℃油浴中加热，直到反应不再有明显气泡产生”，效果会好上百倍。这种文字上的“矫揉造作”，极大地增加了阅读的认知负荷。我宁愿阅读一本稍微口语化一些，但步骤清晰、逻辑流畅的指南。这本书更像是某位老教授多年讲义的汇编，缺乏现代编辑团队的打磨和优化，使得学习体验变得非常痛苦。对于需要快速掌握技能的实验新手来说，这样的文字风格无疑是巨大的障碍，它将本应充满探索乐趣的化学实验，变成了一项枯燥的文字解码任务。

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这本书在“安全”和“废弃物处理”方面的论述，虽然篇幅不短，但其深度和广度远远超出了一个基础实验课的要求，显得有些脱节。当然，安全第一是毋庸置疑的，但是书里对各种高危化学品的防护措施，描述得如同在撰写工业安全规范，详细到让人觉得做这个实验比上战场还紧张。更要命的是，当涉及到废液处理时，它只是笼统地提到“按照实验室规定进行分类收集”，却完全没有针对书中每一个具体实验的废液特性提供任何实用的分类指导。比如，含有重金属离子的废液和含卤素溶剂的废液，它们在实际收集和暂存时，具体应该如何区分容器和标记？书里对此讳莫如深，仿佛怕提及这些细节会增加编辑的成本。结果，每次实验结束，我们小组都要花费大量时间去翻阅实验室的通用安全手册，与书本提供的知识点完全脱节。这种对“标准流程”的僵化遵守，而不是针对特定实验情景的“情景化指导”，让这本书在实际操作层面显得极其不接地气，也浪费了学生宝贵的学习时间。

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我个人觉得，这本书在实验设计和结果分析方面，缺乏足够的启发性和批判性引导。它更像是实验步骤的“流水账”，告诉你A做完得到B，B处理完得到C。但为什么我们非得用这个特定的试剂，而不是另一个性能相似但可能更便宜或更绿色的试剂？书里没有给出足够的对比和讨论。当我们得到一个最终产物，并需要通过核磁共振（NMR）或红外光谱（IR）来确认结构时，书里提供的分析部分极其简略。它可能只给出一个合格谱图的“参考值”，例如某个峰应该出现在多少ppm，但对于我们得到的“稍微偏离”的谱图应该如何解读，是否存在副产物干扰，完全没有提及。这使得我们做实验时，仅仅停留在“完成步骤”的层面，而无法真正深入理解我们正在合成的分子到底长什么样，为什么会是那个形状。缺乏对“为什么”的深入探讨，以及对“如果失败了怎么办”的预见性分析，这本书培养的更多是机械操作工，而不是有独立思考能力的化学研究者。实验指导书理应是激发好奇心的催化剂，而不是束缚思维的枷锁。

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这本号称是“指南”的书，我拿到手的时候，满脑子都是对实验操作的期待。结果呢？拿到手翻开第一页，我就感觉自己像是掉进了一个充满术语和晦涩流程的迷宫。那些关于通风橱使用规范、安全数据表的解读，写得像是法律条文，生怕你少看一个标点符号。我本来想找些清晰明了的步骤来指导我如何分离和纯化产物，结果书里充斥着对各种仪器的理论背景的冗长描述，比如气相色谱仪的各个组件如何协同工作，简直可以拿去当物理化学教材用了。对于一个迫切需要知道“下一步该加多少滴试剂”的初学者来说，这种“大而全”的叙述方式，让人抓不住重点。我记得有一次实验，按照书上的描述配制缓冲液，光是查阅不同溶剂的密度和折射率就花了我快半小时，而真正实验操作的时间可能只有五分钟。这种对理论的过度强调，使得这本书的实用性大打折扣，更像是一本厚厚的参考手册，而不是一本能让你迅速上手、充满信心的实验伙伴。我甚至怀疑作者是不是根本没想让学生顺利完成实验，而只是想展示他对这个领域的知识储备有多么渊博。读起来实在是太费劲了，每一步都需要反复对照，效率极低。

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