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页数:265

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出版时间:2009-1

价格:23.50元

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isbn号码:9787040258547

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• 机械工程
• 材料科学
• 工程材料
• 金属材料
• 非金属材料
• 材料力学
• 材料选择
• 机械设计
• 材料性能
• 工程技术

《铸就未来：新材料的革命与工程的无限可能》 在人类文明的长河中，材料的进步始终是驱动社会发展的核心引擎。从石器时代的坚石，到青铜时代的璀璨，再到铁器时代的强韧，每一种新材料的发现与应用，都深刻地重塑了我们的生活方式、生产力水平，乃至思维模式。如今，我们正站在一个前所未有的材料科学革命的浪潮之巅。本书《铸就未来：新材料的革命与工程的无限可能》将带领您深入探索这一波澜壮阔的领域，揭示那些正在改变世界的创新材料，以及它们如何驱动工程技术的边界不断拓展，为人类的未来铸就无限可能。 本书并非一部传统的材料学教科书，它不拘泥于繁复的公式推导和枯燥的微观结构分析。相反，它以一种更加宏观、更具前瞻性的视角，聚焦于那些最前沿、最具颠覆性的新材料及其在各工程领域的应用前景。我们将从宏观的视角出发，理解材料的本质在工程中的重要性，探讨材料属性如何直接决定了产品的性能、寿命、成本乃至于安全性，从而理解为何材料科学的研究一直是工程领域中最具活力的前沿阵地之一。 第一篇：材料的黎明——新时代的基石 在本篇中，我们将首先回顾材料科学发展的简史，但重点并非复述已知的历史，而是从中提炼出驱动创新的关键要素。我们将探讨人类对材料认识的每一次飞跃，如何伴随着对自然规律的深刻理解，以及如何通过不断的技术革新，将实验室中的奇思妙想转化为现实世界中的强大工具。 从原子到宏观：理解材料的语言。 我们将以生动形象的比喻，解释构成物质的基本单元——原子、分子、晶格等概念，以及它们如何通过不同的组合方式，赋予材料千变万化的属性。重点在于理解材料的微观结构与其宏观性能之间的内在联系，例如，为何有些金属坚硬如铁，而有些却柔韧似水？为何某些陶瓷能够承受极高的温度，而另一些却轻易碎裂？我们将揭示材料设计背后的逻辑，强调理解材料“语言”的重要性。 性能的密码：强度、韧性、硬度与更多。 本节将聚焦于工程师们最关心的材料性能参数。我们将深入浅出地介绍强度（抗拉、抗压、抗弯）、韧性（抵抗断裂的能力）、硬度（抵抗划伤和变形的能力）、塑性（永久变形而不破坏的能力）、弹性（形变后恢复原状的能力）等核心概念。但我们不会止步于此，还会探讨热稳定性、电导率、磁性、光学特性、耐腐蚀性、生物相容性等在特定工程领域至关重要的性能指标。理解这些“性能密码”，是选择和设计合适材料的第一步。 绿色与可持续：材料的时代新使命。 在全球环境问题日益严峻的当下，材料的绿色化和可持续发展已成为不可回避的议题。我们将探讨如何从材料的源头、生产过程、使用寿命到废弃处理，全方位地构建一个可持续的材料生态系统。这包括可再生资源的利用、低能耗的生产工艺、可循环利用的材料设计、以及对环境友好的生物降解材料的开发。我们将看到，可持续性不再是附加项，而是新材料研发的核心驱动力。 第二篇：颠覆与重塑——引领未来的新材料家族 在本篇中，我们将逐一揭示那些正在改变世界的创新材料家族，并探讨它们在各工程领域的颠覆性应用潜力。我们将聚焦于那些突破传统材料局限，赋予工程设计全新可能性的材料。 智能材料：会思考的工程伙伴。 智能材料是能够感知环境变化并作出相应响应的材料，它们仿佛拥有“智慧”。我们将重点介绍形状记忆合金（SMA），它们能够“记住”其初始形状，并在特定温度下恢复；压电材料，它们能在压力和电场之间相互转换，成为传感器和执行器的核心；以及磁致伸缩材料，它们在磁场作用下会发生形变。这些材料的应用将使工程结构变得更加灵活、自适应，甚至能够自主修复。想象一下，一座桥梁能够根据交通流量调整其刚度，或者一个机器人能够感知并应对意外的冲击。 纳米材料：微观世界的奇迹。 纳米材料是指尺寸在1到100纳米范围内的材料，由于尺寸效应，它们常常展现出与宏观材料截然不同的优异性能。我们将深入探讨碳纳米管和石墨烯，它们以惊人的强度、导电性和导热性，正在彻底改变复合材料、电子器件乃至能源存储领域；量子点，它们在光学和电子学领域拥有独特的应用前景；以及金属纳米颗粒，它们在催化、医学成像和抗菌方面发挥着重要作用。我们将看到，微观尺度的精妙设计，如何带来宏观世界的巨大革新。 先进陶瓷与复合材料：性能的极限挑战者。 传统陶瓷的脆性限制了其应用，但先进陶瓷，如氧化锆、氮化硅等，通过精密的结构设计和烧结工艺，展现出卓越的高温强度、耐磨性和化学稳定性，在航空航天、能源和医疗领域大放异彩。而复合材料，通过将两种或多种不同性质的材料结合，能够获得单一材料无法比拟的性能。我们将重点关注碳纤维增强聚合物（CFRP）和陶瓷基复合材料（CMC），它们在轻质高强方面具有显著优势，是飞机、汽车和高性能运动器材的理想选择。 生物基与仿生材料：自然的智慧之光。 借鉴自然界的设计理念，生物基材料和仿生材料正引领着一场材料学的“绿色革命”。我们将探讨如何从植物、微生物等可再生资源中提取或合成可持续的材料，以及如何模仿生物体的结构和功能来设计新材料，例如模仿蜘蛛丝的超强纤维、模仿贝壳结构的仿生陶瓷等。这些材料不仅环保，还往往具有优异的生物相容性和特殊的功能，为医疗、包装和能源领域提供了新的解决方案。 增材制造（3D打印）材料：按需定制的革命。 增材制造技术，俗称3D打印，正在以前所未有的方式改变产品的制造方式。与传统的减材制造不同，增材制造是逐层构建，这使得设计自由度大大提高，也催生了对新型3D打印材料的巨大需求。我们将介绍用于金属、聚合物、陶瓷甚至生物组织的3D打印材料，以及它们如何赋能定制化生产、复杂结构制造和快速原型开发。 第三篇：工程的无限可能——新材料的应用浪潮 在本篇中，我们将聚焦于这些新兴材料如何在具体的工程领域中掀起一场深刻的变革，驱动技术突破，并为我们描绘一幅令人激动未来的蓝图。 航空航天：轻盈、强韧与耐高温。 在对材料性能要求极为严苛的航空航天领域，新材料的应用尤为突出。我们将看到，先进复合材料如何大幅降低飞机和火箭的重量，提高燃油效率；高温陶瓷和合金如何应对发动机产生的极端热量；以及智能材料如何用于制造自适应的机翼和结构，提升飞行性能。 能源与环境：挑战与机遇并存。 能源危机和环境污染是当前人类面临的重大挑战。新材料在此扮演着关键角色。我们将探讨高效太阳能电池材料如何提高光电转换效率；先进储能材料（如固态电池、超级电容器）如何解决能源存储难题；高性能催化剂材料如何用于减少工业排放和提高能源利用效率；以及用于海水淡化和污染物吸附的先进膜材料。 医疗健康：精准、安全与再生。 在医疗健康领域，新材料的应用正朝着更精准、更安全、更智能的方向发展。我们将介绍生物医用材料，如用于植入物、骨骼修复和药物缓释的生物可降解材料；纳米材料在靶向药物输送和医学成像中的应用；以及3D打印技术如何实现个性化医疗器械和器官打印。 交通运输：效率、安全与智能化。 汽车、高铁等交通工具的性能提升离不开新材料的支持。我们将探讨轻质高强材料如何提高汽车和高铁的燃油经济性和安全性；智能减震材料如何提升乘坐舒适性；以及用于自动驾驶和智能交通系统的先进传感器材料。 信息技术与电子设备：微型化、高性能与新交互。 随着电子设备朝着更小巧、更强大、更互联的方向发展，新材料是驱动这一切的核心。我们将介绍用于下一代芯片制造的先进半导体材料；柔性电子材料如何催生可穿戴设备和可折叠屏幕；以及用于高效散热和电磁屏蔽的新型材料。 结语：材料之光，点亮未来之路 《铸就未来：新材料的革命与工程的无限可能》并非一本终结性的著作，而是一扇开启视野的窗口，一次激发思考的旅程。我们相信，材料科学的每一次突破，都将为工程技术的进步提供新的基石，为解决人类面临的挑战提供新的钥匙。本书希望能够点燃您对新材料的兴趣，激发您对工程无限可能性的想象，并鼓励您一同探索材料科学的奇妙世界，共同铸就一个更加美好的未来。 本书将以清晰的逻辑、丰富的案例和前瞻性的视野，为您呈现一场关于新材料的盛宴。它将帮助您理解材料如何成为工程的灵魂，如何驱动创新，并最终如何塑造我们的未来。这不仅仅是一本书，更是一份对未来的展望，一份对人类智慧与创造力的赞颂。

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这本书的实用价值远远超出了我最初的预期。我购买它，是为了在设计和选材时能有更坚实的基础。但读完之后，我发现它不仅提升了我的“硬知识”，还培养了我一种“材料思维”。作者在阐述每一个材料性能时，都会不自觉地将它置于一个应用场景中去讨论——这个材料的成本效益如何？它的可加工性怎样？在寿命周期内会产生哪些环境影响？这种“工程师的视角”贯穿始终。比如，在讨论高熵合金的性能优势时，作者会立刻转到讨论其制备成本高昂的问题，以及如何在特定高端领域权衡取舍。这种贴合实际的讨论，让我明白材料选择永远是一个多目标优化的过程，而不是简单地追求单一的“最佳”性能指标。这本书让我从一个知识的接收者，变成了一个懂得如何进行复杂工程决策的思考者。

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这本书我真的是爱不释手，虽然名字听起来有点“硬核”，但内容的可读性实在是太强了。我原本以为会是一本晦涩难懂的教科书，结果完全出乎意料！作者的叙述方式非常生动，像是请了一位经验丰富的工程师在跟你面对面交流。他不是简单地罗列公式和数据，而是会深入浅出地解释材料的“脾气秉性”——为什么这种合金在这种环境下会表现得如此坚韧，而另一种材料又会在特定应力下瞬间失效。我尤其喜欢书中关于材料微观结构与宏观性能之间关系的论述，那部分写得特别透彻。他用了好多形象的比喻，比如把晶界比作“城市的交通枢纽”，把位错的运动比作“工厂里的工人流动”，一下子就把抽象的物理概念具象化了。读完后，我对那些曾经只是名词的术语，比如“韧脆转变”、“蠕变”等，都有了一种近乎直观的理解。这本书更像是一本打开材料世界大门的钥匙，而不是冰冷的说明书，极大地激发了我对后续深入学习的兴趣和信心。

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坦白说，我买这本书纯粹是出于工作需要，希望能快速查阅一些关键的性能数据和标准规范。一开始我抱着“工具书”的心态，随便翻阅了一下，没想到被它的系统性和深度给“陷”进去了。这本书的编排逻辑简直是教科书级别的典范，结构清晰到令人发指。它不是那种零散堆砌知识点的集合，而是构建了一个严谨的知识体系框架。从最基础的原子结合到最终的失效分析，每一步都衔接得天衣无缝。我发现，当我在查找某一特定钢材的抗疲劳极限时，作者不仅给了我数据，还详细解释了影响这个极限的工艺参数和热处理过程，这让我能更好地判断哪些数据适用于我的实际工况。而且，这本书引用的参考文献和案例都非常权威且贴近工业前沿，不像有些书，内容陈旧得像刚从上个世纪搬过来。阅读过程中，我经常需要停下来，对照图表和文字，细细品味其中的严密逻辑，这种“被引导着思考”的感觉非常棒。

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这本书给我的最大冲击是它对“创新”的强调。我之前看的许多材料学书籍，重点都在于描述和解释已有的材料体系，显得有些保守和回顾性。但这本书不同，它似乎一直在展望未来。书中对新型功能材料，比如智能材料、复合材料的最新进展着墨不少，而且不仅仅是停留在概念层面，还探讨了它们目前在制备工艺上遇到的瓶颈以及未来潜在的应用场景。这种前瞻性让我感觉自己接触到的知识不是静止的，而是一个充满活力的、不断进化的领域。当我读到关于增材制造（3D打印）对材料结构影响的那一章节时，简直拍案叫绝。作者没有简单地将3D打印材料视为传统材料的替代品，而是深入分析了其独特的快速凝固过程如何重塑材料的微观组织，这简直是给我的科研思路打开了一扇新的窗户。对于想站在行业前沿的人来说，这本书绝对是不可多得的指南。

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说实话，阅读体验上，这本书的排版和插图设计是让我觉得非常舒服的一点。在这个信息爆炸的时代，阅读体验往往决定了你是否能坚持下去。这本书的字体和行距把握得恰到好处，长时间阅读下来眼睛也不会感到特别疲劳。更重要的是，那些复杂的物理模型图和材料的截面照片，无一例外都是高清晰度的彩图，颜色区分明确，标注清晰有力。我记得有一次我对着一个关于相图的分析图看了很久，以往看的书里的图总是模糊不清，让人抓不住重点，但这本书里的图，每一个等温线、每一个相区边界都看得清清楚楚，甚至连图例的颜色都很有考究。这对于理解材料在不同温度和成分下的状态变化至关重要。可以说，这本书在“视觉传达”上做到了极高的水准，充分体现了对读者时间投入的尊重。

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