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页数:294

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出版时间:2009-4

价格:33.80元

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isbn号码:9787504653956

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《高阶材料科学：微观结构与宏观性能的桥梁》 一、引言：新材料时代的基石 随着21世纪科技的飞速发展，我们正处于一个由新材料驱动的时代。从航空航天领域对超轻、超高强度的苛刻要求，到生物医学工程中对生物相容性与可降解性的精细调控，再到新能源技术中对高效储能与催化剂性能的极限探索，材料科学已不再仅仅是支撑工业的基础学科，它已成为决定未来技术前沿能否突破的关键瓶颈。 本书《高阶材料科学：微观结构与宏观性能的桥梁》并非聚焦于传统机械制造中的几何表述与标准规范，而是深入探讨物质世界中最基础、最核心的要素——原子、晶体、缺陷、界面如何共同作用，塑造出材料宏观层面上的力学、电学、热学及化学反应特性。我们旨在为研究生、高级工程师以及致力于材料创新研发的科研人员，提供一座连接微观机理与实际工程应用的坚实桥梁。 二、结构决定性质：晶体学与缺陷工程的深度剖析 材料的宏观性能并非凭空产生，而是源于其内部的有序或无序排列。本书的第二部分将系统回顾和深化对晶体结构理论的理解，重点放在非典型晶系、晶体生长动力学以及相变理论上。 晶体结构的高级解析： 我们将超越简单的点阵和晶胞概念，探讨群论在晶体对称性分析中的应用，如何利用空间群来预测材料的本征电学特性（如压电性、铁电性）。重点剖析高熵合金等复杂多组分体系的局部无序对电子结构的影响。 缺陷工程：从阻碍到驱动力： 在工程实践中，我们往往视位错、空位、间隙原子为“缺陷”。然而，现代材料科学认识到，精确控制这些结构偏差是实现特定功能的前提。本章将详细阐述： 1. 位错动力学与加工硬化： 深入研究位错的运动、缠结、交滑移机制，以及如何通过引入第二相粒子或晶界来有效钉扎位错，从而实现超高强度（如Hall-Petch效应的极限分析）。 2. 点缺陷与扩散机制： 探讨在高温或强电场作用下，点缺陷（空位与间隙原子）如何驱动固态反应、扩散过程，这对于陶瓷烧结、半导体掺杂以及核反应堆材料的抗辐照损伤至关重要。 3. 晶界工程： 晶界是材料中能量最高的区域，对力学性能和电化学性能影响巨大。我们将分析特殊晶界（如低角度晶界、共格晶界）的结构特征，以及如何通过晶界工程来阻碍或加速某些化学反应，例如在燃料电池电极材料中优化离子传输路径。 三、热力学与动力学的统一视角：相图与界面行为 理解材料的稳定性和演化路径，必须依赖于热力学框架。本书的第三部分侧重于如何利用热力学工具来指导材料的设计与制备。 相图的深化解读： 不仅是二元相图，我们将着重于多组分相图的拓扑学分析，以及如何利用第一性原理计算（如DFT）来预测尚未合成的稳定或亚稳定相的形成条件。特别关注非平衡热力学在快速凝固、薄膜沉积等过程中的应用。 界面热力学与能垒： 界面是材料中发生显著性能转变的区域。本章将系统阐述表面自由能、界面能的计算方法，并将其与实际过程联系起来： 润湿性与粘附力： 界面能如何决定液态金属在固相上的铺展，这对于钎焊、铸造工艺至关重要。 电化学反应界面： 在电池正负极材料与电解液的界面处，电荷转移、离子嵌入/脱嵌的能垒分析，直接决定了器件的循环寿命和充放电速率。 固-固界面扩散控制： 研究扩散如何跨越能垒，从而控制复合材料中各相之间的反应速度，避免有害脆性相的生成。 四、功能材料的微观机制：从电磁到生物响应 本书的最后一部分，将这些微观结构与性能的联系，具体应用于当前最前沿的功能材料领域，展示“结构-性能”闭环的实际效能。 电子结构与输运特性： 针对半导体、超导与磁性材料，我们深入分析能带结构、有效质量、态密度如何决定电荷载流子的迁移率和输运机制。重点讨论如何通过形变电势（Strain Engineering）来调控二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的电子特性，以实现带隙工程。 光与物质的相互作用： 探讨光子在介质中的传播、吸收与发射机制。这包括等离激元共振在传感器中的应用，以及激子动力学在有机发光二极管（OLED）和太阳能电池中的效率限制因素。强调缺陷和晶界如何作为非辐射复合中心，降低器件的发光或光电转换效率。 生物材料的分子识别与宏观响应： 对于生物医学材料，我们将关注其在复杂生理环境中的稳定性和交互作用。分析蛋白质吸附的动力学模型，以及材料表面微观粗糙度和化学官能团如何诱导细胞粘附、增殖或凋亡。这要求理解材料内部的水化层结构和电荷分布如何影响生物分子尺度的识别过程。 结论：迈向计算驱动的材料设计 《高阶材料科学》的最终目标是培养读者从原子尺度进行逆向工程思维的能力。通过将实验观测与先进的计算模拟（如分子动力学模拟、密度泛函理论计算）相结合，我们期望读者能够超越传统的试错法，直接在计算机中“设计”出具备所需特定性能的全新材料体系，从而真正实现材料创新在能源、信息与健康领域的革命性突破。本书内容严谨、逻辑清晰，力求在理论深度与工程应用广度之间取得完美的平衡。

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说实话，我是一个非常注重学习效率的人，时间成本对我来说至关重要。这本书最大的优点在于其极高的信息密度和极低的“废话率”。每一章的结构都设计得非常紧凑，知识点像乐高积木一样精确地堆叠起来。我发现作者非常擅长使用“对比法”来讲解易混淆的概念，比如平行投影和透视投影的区别，在同一个版面上用两种不同的方式呈现，对比之下，差异立刻显现，避免了反复阅读和自我矛盾的困扰。更值得称赞的是，书中对新技术的引入也保持了开放和与时俱进的态度，虽然主体内容是经典理论，但在涉及数据化和三维建模接口的部分，也给予了足够的关注，这让这本书的参考价值得以跨越传统的纸笔制图范畴。对于已经有一定基础的工程师来说，这本书可以作为一本极佳的“规范速查手册”，需要确认某个特定符号或标注要求时，定位非常迅速，体现了作者对读者使用场景的深刻洞察。

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阅读体验上，这本书给予了我极大的安全感。在学习技术类书籍时，我最怕的就是标准不统一或者解释前后矛盾，这会让人在实践中无所适从。然而，这本书的行文风格非常沉稳和权威，引用和参考的依据都指向了行业公认的标准，这使得我对其内容的信任度极高。它的语言风格是典型的学术严谨，没有过多花哨的修饰词，每一个句子都旨在传递精确的信息，这对于需要快速吸收技术知识的我来说，是最高效的沟通方式。虽然内容很专业，但排版上却非常人性化，关键定义都有加粗或使用背景色块突出显示，即便是大量公式和图表并存的章节，页面布局也处理得疏密有致，阅读起来不会感到压迫。总的来说，这是一本让人愿意反复翻阅、并在需要时总能提供可靠答案的工具书，其价值会随着使用频率的增加而持续显现，是一笔值得的投资。

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拿到这本书时，我最直观的感受是它的“厚重感”，这里的厚重并非指物理重量，而是内容上的扎实程度。它涵盖的知识体系非常全面，从最基础的几何作图原理，到更高级的零件配合、装配图的绘制规范，几乎将机械制图领域的知识点一网打尽。作者在阐述一些关键的工艺要求时，总能巧妙地结合具体的零件形状来分析，比如在讲倒角和圆角处理时，会立刻联系到铸造或机加工的可行性，这种理论与实践紧密结合的叙事方式，极大地提升了我的学习兴趣和理解深度。我过去在学习其他教材时，常常觉得制图规范晦涩难懂，但这本书却像一位翻译官，将那些冰冷的国标条文，转化成了我们工程师可以理解和操作的语言。书中对公差与配合的章节尤其精彩，它没有停留在简单的数值罗列上，而是通过大量的图示和实际应用场景，生动地解释了“精度”在机械系统中的重要性，读完后感觉对“配合”的理解上升到了一个新的层次。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面采用了哑光处理，手感温润，深沉的蓝色调搭配简洁的白色字体，透露出一种严谨而又不失现代感的专业气质。内页的纸张质量也相当不错，厚实且不易反光，长时间阅读眼睛也不会感到疲劳。我尤其欣赏它在图示清晰度上的用心，那些复杂的机械结构图，线条的粗细、图例的标注都拿捏得恰到好处，即便是初学者也能很快抓住重点。书中对于投影法的讲解深入浅出，循序渐进，从最基础的三视图过渡到复杂的剖视图、断面图，逻辑链条清晰无比，仿佛有一位经验丰富的老教师在耳边细细讲解。书中大量的实例图样，无一不是从实际生产一线提炼出来的精华，每一个细节都蕴含着工程实践的智慧，这可比那些空泛的理论教材要有价值得多。它不只是教你“画什么”，更重要的是教会你“为什么这么画”，这种对规范和标准的尊重，是成为一个合格工程师的基石。

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这本书的章节安排，有一种老派匠人的严谨美学。它没有急于展示那些炫酷的、复杂的立体图，而是花了大量篇幅在最基础的点、线、面的几何表达上进行精雕细琢。这种“慢工出细活”的教学节奏，对于想真正打牢基础的读者来说，简直是福音。我特别喜欢其中关于视图选择和投影位置的章节，作者用了许多反例来论证“最优”视图的选取逻辑，这些反例比单纯的正例更能激发思考，让我明白制图的本质是一种高效的信息传递艺术，而非简单的图形堆砌。此外，书中对于材料和表面粗糙度的图例解释得非常细致，特别是那些需要特殊工艺处理的符号，配图的细节清晰到几乎可以闻到金属加工的味道。它不仅仅是一本技术书籍，更像是一本关于“如何清晰、准确、无歧义地与制造车间对话”的沟通指南，这种跨专业的沟通能力，在实际工作中比单纯会画图更宝贵。

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