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出版者:清华大学出版社

作者:

出品人:

页数:311 页

译者:

出版时间:2008年

价格:29.8

装帧:平装

isbn号码:9787873021578

丛书系列:

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• 数字电路
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• 电路分析
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• 半导体
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现代材料科学导论 本书简介 《现代材料科学导论》旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的材料科学基础知识框架。本书不涉及数字电子技术领域的内容，而是专注于固体材料的微观结构、宏观性能、制备工艺及其在工程应用中的核心原理。本书的编写遵循从基本概念到前沿应用的逻辑递进路线，力求使具备一定物理和化学基础的读者能够系统地掌握现代材料科学的精髓。 第一部分：材料科学基础与微观结构 本部分奠定了理解材料行为的基石，重点关注材料的原子尺度和微观形貌。 第一章：材料的分类与基本概念 本章首先界定了材料科学的范畴，将其与工程学、化学、物理学进行必要的区分和联系。我们详细探讨了材料的四大主要类别：金属材料、陶瓷材料、高分子材料以及复合材料，并简要介绍了功能材料的兴起。随后，深入剖析了晶体结构的基本概念，包括晶胞、晶格常数、密堆积结构（如面心立方F.C.C.、体心立方B.C.C.、密排六方H.C.P.），并引入了非晶态结构的概念，解释了玻璃态物质的形成条件。本章还会讲解描述材料结构的重要工具，如X射线衍射（XRD）的基本原理，及其在确定晶相和晶格参数方面的应用。 第二章：晶体缺陷与材料性能 材料的性能往往不取决于完美晶体，而在于其内部的缺陷。本章将精力集中于晶体缺陷的分类、形成机制及其对材料宏观性能的决定性影响。我们将详细讨论点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错，包括刃型、螺型和混合型位错）和面缺陷（晶界、孪晶界、堆垛层错）。特别地，本章会深入分析位错运动在金属塑性变形中的核心作用，引入临界分切应力（CRSS）的概念，并阐述晶界对材料强度和导电性的影响。 第三章：原子键合与能带理论 本章从量子力学的角度解释了不同材料类型形成的原因。我们将回顾主要的化学键类型：离子键、共价键、金属键、范德华力，并讨论氢键的特殊地位。随后，重点转向电子结构和能带理论，这是理解材料电学、光学和热学性质的关键。本章详细阐述了固体中电子能级的离散化过程，区分了导体、半导体和绝缘体在价带与导带结构上的本质差异，并引入了费米能级（Fermi Level）的概念，为后续功能材料的讨论做好铺垫。 第二部分：材料的相变与性能调控 本部分着重于材料在热力学控制下的行为，以及如何通过热处理和相变来优化材料性能。 第四章：晶体热力学与相图 热力学是指导材料设计的核心工具。本章首先介绍了吉布斯自由能的概念及其在判断相平衡中的地位。随后，详细分析了二元合金体系中的相图，重点讨论了液相线、固相线、共晶反应、包晶反应等关键特征点。通过实例分析（如Pb-Sn焊料体系），读者将学会如何读取和应用相图来预测材料在不同温度和成分下的微观结构。此外，本章还会简要介绍热力学驱动下的扩散现象，为微观结构演化提供机制基础。 第五章：扩散与动力学 材料的微观结构演化过程，如固溶、析出、烧结，都依赖于原子扩散。本章深入探讨了固态扩散的机理，包括格林-霍夫曼方程、菲克定律（Fick's Laws）及其在不同扩散模式下的应用。我们将比较晶内扩散（替换机制和间隙机制）与晶界扩散的速率差异，并讨论温度和晶体缺陷对扩散系数的影响。 第六章：金属材料的形变与断裂 本章聚焦于金属材料的机械性能。我们详细阐述了冷加工（形变强化）和热处理（退火、正火、淬火、回火）对金属微观结构（如再结晶、晶粒长大）和力学性能（屈服强度、抗拉强度、硬度）的综合影响。在断裂力学方面，本章引入了弹性形变、塑性形变的概念，并深入探讨了材料的断裂模式，区分了韧性断裂和脆性断裂，并介绍了断裂韧性（$K_{IC}$）和疲劳的概念。 第三部分：先进材料与应用 本部分将视角拓展到功能材料和高性能工程材料，展示材料科学的前沿研究方向。 第七章：陶瓷材料的特性与制备 陶瓷材料因其优异的耐高温性、耐腐蚀性和电绝缘性而广泛应用。本章系统介绍氧化物、非氧化物陶瓷（如碳化物、氮化物）的晶体结构特点。重点讨论陶瓷材料的固有脆性，并分析了如何通过细化晶粒、引入第二相或利用增韧技术（如裂纹偏转、桥接）来提高其断裂韧性。此外，本章还会涉及粉末冶金技术在高性能陶瓷制造中的关键作用。 第八章：高分子材料的结构与性能 高分子材料，如塑料、橡胶和纤维，其性能高度依赖于链的长度、缠绕和空间结构。本章讲解聚合反应的基本类型、高分子的微观结构（链构型、分子量分布）。着重阐述了高分子材料的粘弹性行为，区分了玻璃化转变温度（$T_g$）和熔点（$T_m$），以及结晶度对拉伸强度和模量的影响。 第九章：复合材料的优势与设计 复合材料通过结合不同材料的优点来达到单一材料无法企及的性能。本章详细分析了结构复合材料的组成要素（基体、增强相），包括纤维增强、粒子增强和层状复合材料。重点阐述了应力在不同材料界面上的传递机制，并介绍了各向异性材料的力学行为分析方法，例如层压板的经典层合板理论（Laminate Theory）的简化应用。 第十章：功能材料概述 本章简要介绍了当前材料科学研究的热点方向，包括磁性材料（软磁、硬磁）、压电与热释电材料的基本工作原理，以及新型光学材料（如透明陶瓷、光子晶体）的结构设计思想。本章旨在激发读者对材料科学在新能源、生物医学和信息技术交叉领域应用的兴趣。 结语 本书的编写目标是提供一个坚实的基础，帮助读者从微观结构层面理解材料的宏观行为，从而能够根据特定的工程需求，选择、设计和开发出具有所需性能的先进材料。全书力求理论与实际工程案例相结合，确保知识的实用性和前瞻性。

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如果要用一个词来形容这本书给我的感受，那大概是“结构精妙的迷宫”。它不是那种一览无余的平原，而是层层叠叠、需要不断探索的复杂结构。我注意到作者在介绍组合逻辑电路设计时，习惯性地将卡诺图、真值表和硬件实现紧密地联系起来，形成一个完美的闭环。这种多角度的阐述，极大地提高了学习效率。印象最深的是关于组合逻辑的竞争与冒险问题那一节，作者没有用过于晦涩的术语去吓唬人，而是通过一个动态的时序图，生动地展示了信号延迟对电路输出稳定性的潜在威胁。读完之后，我立刻回过头去审视我手头正在做的某个小项目中的异步逻辑部分，果然发现了一个之前忽略掉的潜在风险点。这本书的实用价值，就在于它提供的不是死的知识点，而是一套解决实际工程问题的思维框架。它教会你如何“预判”电路在真实世界中的表现，而不是仅仅在理想化的理论世界中运行。

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这本书的书名真是充满了理工科的严谨和厚重感，拿到手的时候，光是那个沉甸甸的份量和封面那种深邃的蓝色调，就让人感觉这不是一本轻松的读物。我记得翻开扉页，里面那些密密麻麻的公式和电路图简直让人头皮发麻，一开始我有点被吓到，觉得这可能要挑战我的极限了。不过，当我耐下心来，跟着作者的思路一步步深入时，才发现这简直是一座知识的宝库。作者的叙述方式非常注重逻辑的连贯性，仿佛在搭建一个精密的数学模型，每一个章节都像是为下一个章节打下坚实的基础。特别是对于那些复杂的布尔代数化简和逻辑门特性的讲解，清晰得就像有人在你脑海里画出了信号流动的路径。这本书没有太多花哨的图示或者故事性的铺垫，它直接切入核心，用最纯粹的数学和物理原理来剖析电子世界的运作机制。对于我们这些希望真正理解底层逻辑的人来说，这种“硬核”的风格恰到好处，它不提供简单的答案，而是教你如何推导出答案的方法。那种豁然开朗的感觉，只有真正沉浸其中才能体会到。这本书就像一把精准的刻刀，雕琢着我们对数字系统的理解深度。

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这本书的排版和用词风格，透露出一种老派的、注重基础的学术气息。装帧设计上，虽然没有采用当下流行的扁平化或极简风格，但那种传统的、略显厚重的质感反而给人一种可靠感。内容上，作者对半导体器件的基本特性，比如PN结的构建、MOS管的开关行为，做了非常详尽的物理学层面的剖析。很多教材可能只是简单地描述“它是什么”，但这本书却深究“它为什么是这样”。尤其是在讨论CMOS反相器的工作区划分时，作者引用的那些参数和模型，让我得以跳出仅仅停留在“高电平/低电平”的简单认知，真正理解了器件在不同工作状态下的电流和电压关系。这种对基础物理原理的深挖，使得我们在后续学习更高级的集成电路设计时，能够更加游刃有余，因为所有的“上层建筑”最终都建立在这些坚实的基础之上。读这本书的过程中，我多次停下来思考，它成功地将复杂的电子现象，拆解成了可以理解的、基于物理定律的小模块，这是一种高超的教学艺术。

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坦白说，初次接触这本书时，我带着一丝怀疑，毕竟在这个快速迭代的时代，基础理论书籍是否还能保持其生命力？但阅读深入后，我完全被折服了。作者在讲解数据表示和编码方式时，那种一丝不苟的态度令人敬佩。例如，在讨论溢出检测和带符号数运算时，书中对补码和移码的对比分析，清晰到仿佛能触摸到二进制位的变化。这种对数字系统底层表示的透彻理解，是构建任何复杂算法和架构的前提。这本书的语言风格是极其克制和精准的，它绝不会为了增加篇幅而进行冗余的描述，每一个句子都像是一块经过精确打磨的砖石，承载着不可替代的信息量。它最大的贡献，在于建立了一种对“数字”这个概念的敬畏感——认识到在电子世界里，一切皆由0和1的精确逻辑构成。读完后，我感觉自己不再只是一个“会用”电子元件的人，而是一个真正“懂得”数字世界规则的构建者。

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说实话，这本书的阅读体验，更像是在攀登一座技术陡峭的山峰。它不像市面上那些为了迎合大众而写得过于“软性”的技术书籍，这本书骨子里透着一种毫不妥协的专业性。我特别欣赏作者在阐述微积分在电路分析中应用时的那种细腻和精确，每一个变量的引入都有其深刻的物理意义，没有半点含糊不清的地方。我曾经在自学其他教材时，总是在“状态机”的部分感到云里雾里，总觉得那些时序逻辑的转换关系缺乏直观性。然而，在这本书里，作者通过引入一些非常巧妙的案例分析，比如经典的锁存器和触发器的构建过程，将抽象的概念具象化了。每当我读到那些涉及时序约束和毛刺消除的章节时，我总会忍不住拿起笔在草稿纸上画满各种波形图，跟着书上的例子反复验证。这种主动的、带着“折腾”精神的学习过程，极大地巩固了我的理解。这本书的价值就在于，它迫使你动手动脑，而不是被动地接受信息。读完这本书，你会觉得自己的思维结构都被重新梳理了一遍，变得更加有条理和严谨。

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