Properties of Glass-Forming Melts pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Press

作者:Pye, L. David (EDT)/ Montenero, Angelo (EDT)/ Joseph, Innocent (EDT)

出品人:

页数:512

译者:

出版时间:2005-5-12

价格:USD 179.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781574446623

丛书系列:

图书标签:

• 玻璃
• 熔融态
• 玻璃物理
• 材料科学
• 非晶态
• 相变
• 热力学
• 动力学
• 结构
• 性质

玻璃形成熔体性质探究：从微观结构到宏观性能的系统解析 图书名称：Properties of Glass-Forming Melts 图书简介： 本书旨在为材料科学家、物理化学家、工程师以及对无定形固态材料科学感兴趣的研究人员提供一个全面而深入的视角，聚焦于玻璃形成熔体这一复杂且至关重要的物质态。不同于关注已凝固玻璃的稳定结构或最终应用，本书的核心在于探索玻璃形成过程中，熔体本身所展现出的独特动力学、热力学以及结构特性。 在固态物理和材料科学的领域中，理解玻璃的形成机制，即液体如何绕过结晶路径转变为无序固体，是长期以来的一大挑战。这个过程的关键在于过冷液态——温度低于晶体熔点但仍处于液态的物质。本书通过详尽的理论框架和实验观测的整合，系统地剖析了这些熔体在形成玻璃过程中的微妙平衡与剧变。 第一部分：熔体的基本热力学与粘度 本书首先建立起理解玻璃形成熔体的理论基础，重点阐述了热力学驱动力与动力学限制之间的相互作用。 玻璃转变温度（$T_g$）的精确界定与影响因素： 我们将深入探讨 $T_g$ 的本质，它并非一个严格的热力学转变点，而是动力学速率依赖的现象。书中详述了不同测量方法（如DSC、DMA）对 $T_g$ 测定的差异，并分析了组分、冷却速率和压力对该温度的系统性影响。 粘度与弛豫时间： 粘度是描述熔体抵抗流动的核心参数，直接决定了玻璃转变的难易程度。本书详细回顾了从阿伦尼乌斯方程到Vogel-Fulcher-Tammann (VFT) 模型的演变，这些模型如何精确描述熔体粘度随温度的指数级下降。特别地，我们分析了“粘度激增”区域的物理机制，即分子或结构单元的扩散受阻现象。 热膨胀与热容异常： 探讨了在接近 $T_g$ 时，熔体热力学性质（如体积和热容）的非线性变化。这些变化反映了结构弛豫的积累和自由体积的演变。 第二部分：微观结构与局域有序性 理解熔体的性能，必须深入其微观结构。与晶体清晰的晶格结构不同，玻璃形成熔体的结构是瞬态且高度异质的。 短程有序与中程有序（SRO与MRO）： 本部分侧重于使用先进的结构表征技术，如X射线衍射（XRD）、中子散射（ND）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）来解析熔体中的连接性（Bonding Topology）和配位数。书中详细讨论了硅酸盐、氧化物、硫系以及有机聚合物熔体中特有的结构单元（如二氧化硅网络中的四面体、五面体等）的形成与重排机制。 自由体积理论与孔隙结构： 自由体积理论是解释粘滞流动的核心模型之一。本书阐述了如何通过实验手段（如气体吸附或体积收缩测量）来量化熔体中的有效空隙空间，以及这些空间如何充当结构重排的“跳板”。 动力学异质性（Dynamical Heterogeneity）： 这是一个新兴的研究热点。我们讨论了理论和模拟证据表明，在过冷液态中，分子运动并非均匀的。某些区域（“运动区域”）的分子流动性远高于其他“堵塞区域”。本书将整合荧光探针技术和高时间分辨率的实验结果，描绘出熔体内部的“运动地图”。 第三部分：熔体动力学与弛豫过程 熔体的弛豫行为——即从非平衡态向平衡态恢复的内在倾向——是玻璃形成研究的精髓。 α-弛豫与β-弛豫： 我们将详细区分主要的结构弛豫过程（α-弛豫，与粘度直接相关）和次级弛豫过程（β-弛豫，通常与局部自由基团的翻转或运动有关）。通过宽频介电谱分析（Broadband Dielectric Spectroscopy），本书展示了如何分离这些重叠的过程，并探讨了它们如何相互影响最终的玻璃化转变。 扩散与传输性质： 熔体中的离子和原子扩散系数直接影响材料的化学稳定性和电化学性能（尤其在锂离子电池电解质玻璃中）。本书对比了“Stokes-Einstein关系”在过冷液态中的失效情况，并探讨了新的动力学模型如何更准确地描述低扩散率下的物质传输。 模拟方法的应用（分子动力学与蒙特卡洛）： 书中专门辟出章节，详细介绍如何利用高保真度的势函数来模拟熔体的冷却过程。这些模拟不仅提供了原子级别的实时快照，还允许计算随时间变化的结构函数和动态结构因子 $S(q, t)$，从而验证实验观测结果。 第四部分：特殊玻璃形成体系的性质 为增强实用性，本书针对几类重要的玻璃形成体系，探讨了它们特有的熔体性质。 氧化物玻璃（硅酸盐与磷酸盐）： 重点关注网络结构（Network Structure）的构建与断裂，以及添加剂（如碱金属氧化物）对熔体粘度和结构连接度的双重作用。 金属玻璃（Bulk Metallic Glasses, BMGs）： 聚焦于极高的冷却速率要求，以及如何利用高熵合金设计来拓宽玻璃形成区间（GFA）。分析了金属熔体中存在的类玻璃态转变的特殊现象。 离子液体与聚合物熔体： 探讨了受分子间作用力（如氢键、范德华力）主导的无序体系的粘弹性行为，并讨论了其结构单元的尺寸效应。 结语： 本书结构清晰，从宏观的热力学描述过渡到微观的动力学机制，最终落脚于具体材料体系的应用。它不仅是理论的汇编，更是对实验技术与计算模拟结果的批判性综合，旨在为读者提供一个坚实的基础，以期能更有效地设计、控制和预测玻璃形成熔体的行为，从而推动下一代功能性无定形材料的开发。

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这本书在实验方法论的论述上，也展现出一种令人费解的倾向性。例如，在介绍如何测量熔体粘度时，作者用了大量的篇幅来详细阐述经典的旋转粘度计的操作流程，包括如何校准转子几何形状、如何处理流变学中的壁面效应等，这些细节对于经验丰富的实验人员来说是常识。然而，对于现代更精确的、基于激光或共聚焦技术的高温光学测量方法，书中仅仅是提及了其存在，并未深入探讨其在克服高粘度、高不透明度体系中应用的挑战和优势，更没有展示任何利用这些先进技术获得的、超越传统方法的洞察力。我更期待看到的是关于高温原位表征的深度讨论，例如，如何利用同步辐射技术实时观察熔体快速冷却过程中结构单元的演变，或者如何通过声学弛豫谱来区分不同尺度的动态过程。这本书似乎停留在了一种“可靠但陈旧”的实验范式中，对于前沿的、能够揭示熔体动态本质的工具展示不足，使得整部作品的视野显得有些局限和过时。

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我对书中关于“玻璃形成能力”的讨论感到最为不满。作者似乎将玻璃形成能力简单地等同于“足够低的结晶速率”，并主要从冷却速率和过冷度窗口大小的角度进行讨论。这种宏观的、现象学的描述虽然实用，但完全避开了玻璃形成理论的核心争论。例如，关于“玻璃形成体”的局部结构单元的构建，或者熔体在接近玻璃转变温度时，不同组成成分的扩散系数差异如何影响结构弛豫的异质性——这些都是现代玻璃科学中至关重要的议题。我期待这本书能够提供一个清晰的比较，例如，将高熵玻璃形成体（HEGFs）与传统硅酸盐玻璃的形成机制进行对比分析，或者探讨无定形相与有序晶体之间的自由能垒在不同化学环境下的变化。这本书似乎满足于描述“什么发生了”，而非深入探究“为什么能形成玻璃，以及哪些因素最有效地阻止了晶体的优先形成”，其理论深度远没有达到一个专业参考书应有的水准。

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阅读完这部作品后，我有一种强烈的感觉，它更像是一份整合了多位不同领域专家的、主题略显松散的会议文集，而非一部由单一核心思想贯穿的学术专著。不同章节的专业术语使用频率和严谨程度差异巨大，有时一个关键术语的定义在相隔几页后就发生了微妙的偏移。例如，关于“中程有序性”（MRO）的讨论，某一章节将其与短程有序性（SRO）的偏差紧密联系起来，强调了连接单元的作用；而在另一章节，MRO却被抽象地描述为一种统计上的密度波动，与具体的化学键合信息脱节。这种内部逻辑和概念定义上的不一致性，使得读者在试图建立一个连贯的玻璃熔体模型时感到非常吃力。一个理想的教材或参考书应该提供一个统一的、精确的语言框架，引导读者理解现象背后的物理实在，而这部作品在这一点上，确实缺乏必要的统一性和权威性，它更像是一本信息点密集的资料汇编，而非一部精炼的知识结晶。

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这部作品的标题《Properties of Glass-Forming Melts》听起来就让人心头一紧，仿佛置身于一个充满高温、黏稠液体的世界。我本以为会读到关于玻璃形成过程中那些复杂的热力学和动力学机制的深入探讨，尤其是在转变温度附近，熔体结构如何从无序向准晶态演变，或者那些关于弛豫时间和粘度随温度变化的精细测量。然而，这本书却将我的期望引向了一个完全不同的方向，它似乎更关注于熔体在宏观尺度上的行为，比如它在不同压力下的体积变化，或者在特定冷却速率下形成的非晶态结构对后续机械性能的影响。我期待看到的那些微观层面的原子排列、配位数的统计分布，或者光谱学证据（如拉曼或X射线衍射）来佐证玻璃化转变的本质，在这本书中却被轻描淡写地带过，取而代之的是大量关于熔体流动性、表面张力在不同气氛下的微小波动，以及如何通过添加微量杂质来调控结晶倾向的经验性描述。这让一个致力于材料科学底层原理的读者感到略微失落，这本书更像是一本面向工艺工程师的实践手册，而非面向理论物理学家的基础理论专著。它确实提供了许多可操作的参数，但缺乏对“为什么”的深刻洞察。

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我对这本书的结构和行文风格感到十分困惑，它似乎在努力平衡技术深度和科普广度，结果却在两者之间摇摆不定。有一章专门讨论了熔体的光学性质，特别是高折射率玻璃的色散曲线如何受到氧化物组成的影响，这部分内容写得非常扎实，充满了具体的数值和拟合方程，读起来很有学术性。但是，紧接着下一章，作者突然转向了对熔体搅拌技术历史的回顾，详细描述了上世纪四十年代到七十年代间不同熔炉设计的演变，穿插着一些关于坩埚材料腐蚀的轶事，这部分内容对于理解“玻璃形成熔体本身的性质”而言，显得冗余且分散注意力。我希望读到的是关于过冷液体制备中的热历史对最终玻璃缺陷影响的严谨分析，例如，如何量化和控制剪切诱导的非平衡态，或者熔体中微小气泡的成核与长大机制的定量模型。这本书的叙事节奏很不稳定，让人感觉作者在某些他自己感兴趣的领域投入了过多的笔墨，而在那些对理解玻璃形成至关重要的核心物理概念上，却显得蜻蜓点水，留下了许多需要读者自行填补的知识空白。

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