Shape-Memory Materials and Phenomena-Fundamental Aspects and Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Materials Research Society

作者:C. T. Liu

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1992-07

价格:USD 62.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781558991408

丛书系列:

图书标签:

• 形状记忆材料
• 形状记忆合金
• 相变
• 材料科学
• 智能材料
• 热激活
• 超弹性
• 生物医学应用
• 工程应用
• 材料特性

材料科学的奇妙旅程：探索形态记忆的奥秘与广阔前景 材料，作为人类文明进步的基石，其发展史与人类社会的发展息息相关。从远古的石器时代，到青铜、铁器时代，再到现代的聚合物、复合材料，每一种新材料的出现都为人类生活带来革命性的变革。而在这波澜壮阔的材料科学画卷中，有一类材料以其独特的“记忆”能力，为我们打开了理解和操控物质行为的新视角。它们能够感知并响应外部刺激，如温度、压力或光照，从而回复到预设的形状，这便是令人着迷的“形态记忆材料”。 本书《形态记忆材料与现象——基础原理与应用》便是一次深入的探索之旅，带领读者走进形态记忆材料的迷人世界。它不仅仅是一部材料科学的教科书，更是一份对未来科技发展潜力的深度剖析，一本关于如何将微观世界的奇妙现象转化为宏观世界切实应用的指南。本书的精髓在于其严谨的科学态度、全面的理论覆盖以及对前沿应用领域的敏锐洞察，旨在为材料科学家、工程师、研究人员以及对前沿科技充满好奇的读者提供一份权威且极具价值的参考。 第一部分：形态记忆现象的基石——深入理解其原理 要掌握形态记忆材料，首先必须深刻理解其背后蕴含的物理和化学原理。本书的第一部分，便致力于构建读者对这些基本概念的坚实认知。 晶体结构与相变： 形态记忆效应的核心往往与材料内部的相变过程紧密相关。在本书中，我们将详细阐述不同晶体结构（如马氏体、奥氏体）的特点，以及它们在温度、应力等外部作用下发生的转变机理。通过对原子排列、能量状态的细致分析，读者将能理解材料为何能够在不同形态间切换，并“记住”某个特定的形状。例如，对于最经典的镍钛合金，我们将深入剖析其奥氏体和马氏体之间的相变，以及这种相变如何伴随着形状的恢复。 热弹性马氏体相变： 这是理解许多形态记忆合金（SMA）工作原理的关键。本书将以清晰的图示和详实的数学模型，解释热弹性马氏体相变如何实现应变的可逆性。读者将学习到，在较低温度下，材料表现为具有较高应变的马氏体相，而在加热到一定温度以上时，它会转变为具有较高对称性和更小应变的奥氏体相。正是这种可逆相变，使得材料在经历形变后，通过加热就能恢复到初始形状。 形变机制与恢复应变： 除了相变，我们还将探讨其他可能导致形态记忆效应的形变机制，例如位错滑移、畴壁移动等。本书将区分不同机制下所能实现的形变类型和恢复能力，帮助读者理解不同材料的适用范围和性能限制。我们还会量化分析材料能够承受的形变幅度以及其形状恢复的百分比，这是设计实际应用的关键参数。 外部刺激与响应： 形态记忆材料并非孤立存在，它们需要外部刺激来触发其行为。本书将系统性地介绍各类触发机制，包括： 温度触发： 这是最常见也最广泛应用的触发方式。我们将深入研究正向和反向形状记忆效应，即材料在加热或冷却时分别发生的变化。 应力触发： 材料在施加应力后发生塑性变形，当应力移除后，在特定温度下又能恢复原状。 光触发： 一些新型的形态记忆材料能够响应光照而改变形状，这为微观操控和智能器件提供了新的可能。 电触发、磁触发： 随着研究的深入，越来越多的材料被发现能够响应电场或磁场。 多物理场耦合效应： 在复杂的应用场景中，形态记忆材料可能同时受到多种外部刺激的影响。本书将初步探讨多物理场耦合效应，例如温度和应力共同作用下的形变恢复行为，为理解和预测材料在实际工况下的表现提供基础。 第二部分：形态记忆材料的多样性与特性——从宏观到微观的考察 理解了基本原理后，本书将带领读者进入对具体形态记忆材料的细致考察，它们各具特色，在不同的应用领域展现出独特的价值。 金属形态记忆合金（SMAs）： 镍钛合金（NiTi）： 作为最经典、应用最广泛的形态记忆合金，本书将对其进行详尽的介绍。我们将讨论不同成分配比、热处理工艺对NiTi合金相变温度、力学性能的影响。读者将了解到其优异的生物相容性和耐腐蚀性，使其在医疗器械领域大放异彩。 铜基、铁基形态记忆合金： 除了NiTi，我们还将介绍铜基（如Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni）和铁基（如Fe-Pt, Fe-Pd）形态记忆合金。这些合金在成本、加工性能、相变温度等方面各有优势，为特定应用提供了更多选择。本书将对比不同SMAs的优缺点，帮助读者选择最适合的材料。 聚合物形态记忆材料（SMPs）： 交联聚合物： 一类重要的形态记忆材料，它们通过物理交联或化学交联形成网络结构。本书将详细解释其形状记忆机理，通常涉及可逆的物理交联点（如氢键、结晶区）或化学交联点的断裂与重组。 液晶聚合物： 液晶聚合物因其独特的分子取向特性，能够表现出优异的形状记忆行为。我们将探讨其相变行为与形状恢复之间的关系。 生物可降解聚合物： 随着对可持续性和生物兼容性要求的提高，生物可降解形态记忆聚合物的研究日益受到关注。本书将介绍这类材料的设计思路和潜在应用，尤其是在生物医学领域。 无机形态记忆材料： 陶瓷和复合材料： 一些陶瓷材料和陶瓷基复合材料也表现出形态记忆效应，通常与相变或微裂纹的闭合有关。本书将探讨其制备方法、微观结构与性能之间的关系。 微观结构与宏观性能的关系：本书强调，材料的宏观性能与其微观结构密不可分。我们将通过显微分析技术（如X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜）来揭示形态记忆材料的微观结构特征，并分析这些特征如何影响其形状记忆效应。 第三部分：形态记忆材料的广泛应用——从实验室走向现实 理论的深度与材料的多样性，最终指向了其在各个领域的实际应用。本书的第三部分，将生动展示形态记忆材料如何改变我们的生活，驱动科技创新。 医疗器械： 血管支架： 镍钛合金因其良好的生物相容性和形状记忆效应，已广泛应用于制造可收缩的血管支架，能够在体内通过体温膨胀，为病变血管提供支撑。 骨科植入物： 例如，可收缩的骨钉、骨板，能在术后通过体温逐步恢复到预设形状，实现对骨骼的固定和支撑。 手术器械： 制造微创手术中使用的可变形状的器械，能够通过微小的切口进入体内，并在需要时展开或改变形状。 给药系统： 基于形态记忆材料的智能药物释放系统，能够在特定环境下（如体温升高或pH值变化）释放药物。 航空航天： 可展开结构： 制造在发射时折叠，在太空中通过温度变化自动展开的太阳能电池板、天线等结构。 自修复材料： 一些形态记忆聚合物能够用于制造能够自我修复微裂纹的结构部件，提高飞机的可靠性和寿命。 智能减震器： 能够根据环境变化调整其阻尼特性的减震系统。 汽车工业： 发动机阀门： 利用形态记忆合金的形状恢复能力，制造能够自动调节开启和关闭时间的发动机阀门，提高燃油效率。 安全气囊激活器： 在碰撞发生时，通过温度或冲击触发形状记忆合金，迅速激活安全气囊。 可变几何形状的汽车部件： 例如，可根据路况自动调节的悬挂系统或扰流板。 机器人与智能制造： 人造肌肉： 形态记忆合金和聚合物可用于制造轻便、高效的驱动器，模拟生物肌肉的功能，推动软体机器人和仿生机器人的发展。 自适应抓手： 能够根据被抓取物体的形状和大小自动调整形状的抓手。 智能工具： 能够根据工作需求改变形状的工具。 其他新兴应用： 服装与纺织品： 智能服装，能够根据温度变化调整服装的贴合度或保暖性。 建筑： 可变形状的建筑构件，能够适应环境变化，例如，具有自适应保温功能的窗户。 消费电子： 制造小型化、可折叠的电子设备。 本书的价值与展望： 《形态记忆材料与现象——基础原理与应用》不仅仅是一部关于材料的学术著作，它更是一扇通往未来科技前沿的大门。通过对形态记忆材料基础理论的深度剖析，对各类材料特性的全面梳理，以及对前沿应用领域的深入探讨，本书旨在： 为研究人员提供坚实的基础知识和最新的研究进展： 帮助他们快速掌握该领域的研究方法和技术。 为工程师提供实际的设计思路和应用指南： 帮助他们将形态记忆材料成功应用于产品开发。 为学生提供系统性的学习资源： 帮助他们理解材料科学中的前沿概念。 激发对未来科技的无限遐想： 促使读者思考形态记忆材料在解决人类面临的挑战中的潜力。 材料科学的未来充满无限可能，形态记忆材料以其独特的能力，正引领着一场关于物质操控和智能化的革命。本书希望能够成为这场革命中不可或缺的指引，激励更多人投身于这一激动人心的领域，共同创造一个更智能、更便捷、更美好的未来。

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