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出版者:Cambridge University Press

作者:William A. Tiller

出品人:

页数:520

译者:

出版时间:1992-05-29

价格:USD 70.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521388283

丛书系列:

图书标签:

• 结晶学
• 材料科学
• 物理化学
• 化学
• 固体物理
• 相变
• 晶体结构
• 纳米材料
• 材料工程
• 科学研究

《物质的律动：探索无序与有序的边界》 内容简介 本书深入剖析了自然界中从原子尺度到宏观结构间，物质形态转变的底层物理机制与化学驱动力。我们聚焦于非晶态物质的复杂性，探究玻璃、高分子熔体以及胶体体系中，原子或分子如何“遗忘”了有序排列的规则，转而陷入一种动态的、介于固态与液态之间的不平衡状态。 第一部分：非晶态的迷思与结构解析 本部分首先挑战了传统晶体学对“完美秩序”的绝对崇拜，转而将目光投向了占据物质世界绝大部分的无序形态。 第一章：从液态到玻璃态的“凝固之谜” 我们详尽地考察了快速冷却过程中，液体黏度急剧增加，但分子排列尚未达到热力学稳定状态的现象——即玻璃化转变（Glass Transition）。书中运用自由体积理论和局域结构模型，解释了为何在转变温度（Tg）以下，物质表现出固体的机械特性，但其内部结构仍保留着液体的部分记忆。我们详细讨论了“超冷液体”这一不稳定态的特性，以及如何通过实验手段（如差示扫描量热法DSC）精确界定Tg的意义。 第二章：无序中的“短程”秩序 虽然玻璃态缺乏长程周期性，但这并不意味着完全的随机。本章深入研究了短程有序（Short-Range Order, SRO）和中程有序（Medium-Range Order, MRO）的证据。我们引入了径向分布函数（RDF）和结构因子（Structure Factor）的现代解释方法，展示了在硅酸盐玻璃、金属玻璃（Bulk Metallic Glasses, BMGs）中存在的原子团簇、层状结构或“类晶核”的证据。特别地，我们将对比无定形半导体材料（如a-Si:H）与晶体硅在电子能带结构上的差异，阐明结构无序如何直接影响电子传输性能。 第三章：高分子链的拓扑困境 对于聚合物，无序性主要体现在链的缠结（Entanglement）和构象随机性上。本章详细介绍了蒙特卡洛模拟和瑞利散射在解析高分子熔体中链的自由体积分布中的应用。我们分析了玻璃化转变温度如何受分子链长、支化度和分子间相互作用力的影响，并探讨了在拉伸、剪切等外部应力作用下，高分子链如何从完全随机态向各向异性的“取向”状态演化，这是理解塑性流动和弹性形变的关键。 第二部分：动态过程与弛豫现象 无序物质的本质在于其动态特性。本部分着重于物质如何随时间演变，试图趋向（尽管永远无法完全达到）热力学平衡的过程。 第四章：介观尺度的慢速运动 我们探讨了介观弛豫（Mesoscopic Relaxation）现象，即比分子扩散慢，但比宏观形变快的中间尺度的分子运动。“跃迁-跳跃模型”（Jump-Rotor Model）被用来描述在Tg附近，分子或团块如何克服局部能垒进行受限的运动。书中阐述了α-弛豫（与玻璃化转变直接相关）和β-弛豫（更局域、更高频率的运动）之间的复杂关联，并讨论了“非指数衰减”行为的物理起源——即弛豫过程的广谱性。 第五章：水——无序的极端案例 水，作为最常见的物质，却拥有最复杂的低熵结构。本章专门分析了液态水在亚冰点温度下的结构和动力学异常。我们审视了当前关于水的“多重液态模型”（例如“高密度非晶水HDA”与“低密度非晶水LDA”）的争议，并讨论了氢键网络的不断重组如何导致其热力学性质（如比热容）在低温下呈现出与晶体物质截然不同的行为。 第六章：磁性与电子的“冻结” 我们将视野扩展到电子和磁性体系。在某些材料中，无序性会导致电子局域化，形成“无序导体”或“费米玻璃”。对于磁性材料，我们研究了自旋玻璃（Spin Glass）现象，其中磁矩由于无序的交换作用而无法达到稳定的铁磁或反铁磁排列，而是被“冻结”在随机取向的亚稳态中。本书将详细介绍平均场理论和约束满足问题在理解自旋玻璃复杂能量景观中的应用。 第三部分：控制与应用 本部分探讨了如何利用对无序结构和动态过程的理解，来设计具有特定宏观性能的新型材料。 第七章：从随机到功能化的界面工程 我们分析了薄膜沉积和表面改性过程中，如何通过精确控制生长速率和基底温度，来调控薄膜的无序程度。例如，在非晶硅太阳能电池中，对氢化程度和缺陷态密度的控制，直接决定了器件的效率和稳定性。本章还探讨了在无序基底上生长的准晶体（Quasicrystals）的结构特性，它们介于晶体与非晶体之间，具有独特的对称性和机械性能。 第八章：应力、疲劳与材料的寿命预测 对于玻璃和高分子材料，无序性使其在长期负荷下表现出蠕变（Creep）和应力松弛（Stress Relaxation）。本书提出了基于时间-温度等效性原理（TTES）来外推材料在长期使用条件下的力学响应模型。我们对比了晶体材料中由位错运动导致的疲劳与非晶态材料中由“剪切带”（Shear Band）形成导致的灾难性断裂之间的机制差异。 结论：复杂性科学中的无序前沿 本书总结了非晶态科学对统计物理学、材料科学乃至信息论的深刻贡献。我们强调，理解无序，即是理解物质在有限时间尺度内，其演化路径的随机性和路径依赖性。本书旨在为材料科学家、化学工程师以及理论物理学家提供一个坚实的框架，用于解析和驾驭自然界中最普遍、也最具挑战性的物质形态——动态的、无序的物质世界。 （全书约 15000 字，此处为精简版简介，字数控制在约 1500 字范围内）

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说实话，这本书的插图简直是灾难。我不是指科学上的不准确性，而是指排版和美学上的彻底失败。在讨论相图和布拉维点阵时，那些黑白线条的图表，线条粗细不一，分辨率低得仿佛是从早期的传真机里打出来的。特别是涉及到电子显微镜下的形貌分析时，那些模糊的、充满噪点的图像，根本无法让人清晰分辨出是螺旋生长还是孪晶形成。我记得有一张关于溶液过饱和度与晶核尺寸分布的图，它被缩小到了一个边长只有三厘米的正方形里，上面的标注文字几乎需要借助放大镜才能辨认。这完全违背了科学普及类书籍的基本原则：图文并茂，视觉辅助理解。如果说文字部分还在努力构建一个理论框架，那么这些配图就是在不断地削弱这个框架的支撑力。读到最后，我感觉自己好像在强迫症般地试图从一堆杂乱无章的数据点和低质量图像中，去重构作者脑海中那个本应清晰的微观世界。对于需要通过直观视觉来锚定抽象概念的读者，这本书提供的更多是困惑而非启发。

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我必须指出，这本书在应用层面的“现实脱节”问题相当严重。全书的案例研究，几乎都集中在极其理想化的环境——要么是超高纯度的单组分体系，要么是理论上完美的双曲线界面。当涉及到我们日常工作中经常遇到的那些“脏问题”时，比如溶液中痕量杂质对晶体生长取向的随机扰动、容器壁面活性位点导致的异常形核，或者多晶型转变的复杂动力学，作者的处理方式简直是敷衍了事。他将这些统统归结为“实验中的不可控噪声”，并迅速将讨论拉回他钟爱的、完美的“理论极限”。这对于需要解决实际工业结晶问题的工程师来说，价值可以说是微乎其微。我买了这本书，是希望它能提供一些处理现实世界复杂性的工具和洞察，而不是让我重温大学二年级时那些教科书式的、不食人间烟火的完美模型。它仿佛生活在一个没有摩擦力、没有杂质的真空球体中进行思考，完全忽略了“工程”的真正含义：在不完美中寻找最优解。

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这本书的装帧设计和纸张质量，说句实话，与它宣称的“权威参考书”地位完全不符。封面采用了一种廉价的、容易沾染指纹的亮面覆膜，仅仅翻阅了三次，书脊的胶水就已经开始发出细微的开裂声。更令人恼火的是，内页的纸张使用了过高的荧光增白剂，使得在标准日光灯下阅读时，文字周围的白色背景会产生一种刺眼的蓝光，极大地加剧了阅读疲劳。我常常需要调低室内灯光，甚至戴上琥珀色的滤光眼镜才能坚持读完一章。对于一本定价如此高昂的专业书籍，材料的耐用性和阅读的舒适度本应是基础要求，而非可选项。这让我不禁怀疑，出版商是否只是将作者早期会议论文的合集简单地拼凑、印刷，而完全没有投入精力去优化读者的物理接触体验。一本内容需要反复查阅的书籍，如果物理载体本身就让人抗拒，那么其知识的传递效率自然大打折扣，这实在是对“科学探索”的一种不尊重。

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这本书的语言风格简直像是在和一位极其傲慢的导师对话。作者似乎坚信，任何非母语使用者（或者任何智力稍逊的读者）都应该为跟不上他的思维跳跃而感到羞愧。句子结构异常复杂，充满了嵌套的从句和晦涩的拉丁词根衍生的术语，而且这些术语的定义往往散落在不同章节的角落里。例如，他使用了一个自创的复合词“Kinetic-Thermodynamic-Morphological Invariance”（动热形不变性），并在第三章首次提及后，直到第十一章才在讨论黏性流体中的成核效率时，略带轻蔑地补充了一个极为简短的修正说明。这种写作方式，极大地增加了阅读的认知负荷。我不得不频繁地在章节间往返查找，试图将这些零散的知识点拼凑成一个连贯的知识体系。它不是在“教导”你结晶的科学，而是在“展示”作者本人渊博的学识储备，并且似乎很享受读者在这种迷宫中迷失的感觉。对于希望建立清晰知识树的自学者来说，这本书与其说是灯塔，不如说是故意设置的重重迷雾。

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好的，这是一份以读者口吻撰写的，关于一本假设名为《The Science of Crystallization》的书籍的五段详细评价，每段风格迥异，字数都在300字左右： --- 这本书，初拿到手时，我带着一种近乎朝圣般的心情。毕竟“结晶科学”这个主题，听起来就带着一种既严谨又带点魔幻色彩的吸引力。我期待的是那种能将复杂的晶体结构、成核理论、生长动力学，用清晰、优雅的笔触串联起来的著作。然而，阅读体验却是一场真正的“考验”。作者似乎非常热衷于追溯理论的源头，大量篇幅被用来探讨19世纪末至20世纪初几位先驱人物的“哲学思辨”，而不是他们实验方法的具体细节。比如，在介绍界面能的时候，书中花了整整三章来讨论“理想光滑表面”的形而上学意义，而不是如何通过精细控制温度梯度来优化晶体形态。我得说，这种对历史背景的过度沉溺，让叙事节奏显得异常缓慢，读起来像是在翻阅一本厚重的、充满脚注的学术史论，而非一本面向现代工程师或材料科学爱好者的操作指南。我希望看到更多关于先进技术，比如微重力结晶、生物矿化过程仿真的案例分析，但这些内容被压缩到了附录的边缘位置，力度远远不够。对于那些想快速掌握如何优化实验室中晶体生长参数的读者来说，这本书的“理论深度”反而成了理解实践的巨大障碍。它更像是一份给历史学家准备的文本，而不是给实践者准备的工具箱。

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