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页数:215

译者:

出版时间:2010-1

价格:39.80元

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isbn号码:9787030262233

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《材料的微观世界：从原子到宏观功能的探索》 序言 我们身处一个以材料为驱动的时代。从古代的青铜器到现代的航空航天合金，材料的进步始终是人类文明发展的基石。然而，随着科学技术的飞速发展，我们对材料的认知正在经历一场深刻的变革。当我们把目光投向材料的微观层面，原子、分子以及它们之间的精妙排列，揭示了材料性能的终极奥秘。这本书，正是带领读者深入材料的微观世界，理解材料结构与宏观功能之间千丝万缕的联系，并展望材料科学在未来扮演的关键角色。 第一章：物质的基石——原子与分子 万物皆由原子构成，原子是物质最基本的组成单元。本章将从原子结构入手，介绍原子核、电子以及它们各自的性质。我们将深入了解不同元素的原子构成，以及它们在周期表中的位置如何预示着它们的化学性质。接着，我们将探讨原子如何通过化学键的形成，组合成千变万化的分子。我们会详细解析离子键、共价键和金属键的形成机制，以及这些键的不同类型如何决定了分子间的相互作用力和宏观材料的性质。此外，本章还将介绍分子几何学，即原子在分子中的空间排列，以及它如何影响分子的极性、反应活性和物理特性。理解原子的性质和分子的构成，是理解一切材料的基础。 第二章：微观结构决定宏观世界 材料的宏观性能，例如强度、硬度、导电性、导热性、光学特性等等，并非凭空产生，而是由其微观结构所赋予。本章将聚焦于不同材料的微观结构特征。我们将详细介绍晶体结构，包括晶格、晶面、晶向的概念，以及面心立方、体心立方、六方密堆积等典型晶体结构的特点。对于非晶态材料，如玻璃和聚合物，我们将探讨其无序的短程有序结构，以及这种结构如何影响其独特的性能。此外，本章还将深入研究材料中的缺陷，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、层错）。这些缺陷虽然微小，但对材料的力学性能、扩散行为和电学性质起着至关重要的作用。通过显微学技术，如光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），我们将直观地展示这些微观结构特征，并解释它们如何直接影响我们观察到的宏观材料性能。 第三章：金属的奥秘：从强度到延展性 金属材料在现代社会中无处不在，从建筑钢材到电子元件，都离不开金属的贡献。本章将专注于金属材料的微观结构与其宏观性能之间的关系。我们将详细解析金属晶体结构（如FCC, BCC, HCP）如何影响金属的强度、塑性和韧性。我们将深入探讨位错理论，解释位错在金属塑性变形中的核心作用，以及如何通过晶粒细化、固溶强化、沉淀强化和加工硬化等手段来提高金属的强度和硬度。此外，本章还将介绍金属的电学和热学性质，解释自由电子模型如何解释金属的优良导电性和导热性。我们还将讨论金属的腐蚀机制，以及如何通过合金化和表面处理来提高金属的耐腐蚀性。通过对经典金属材料（如钢铁、铝合金、铜合金）的案例分析，我们将生动地展现微观结构对材料性能的决定性影响。 第四章：陶瓷与玻璃：高温与绝缘的守护者 陶瓷和玻璃材料以其优异的耐高温、耐腐蚀、绝缘和高硬度等特性，在工业、电子、建筑和医疗等领域扮演着不可或缺的角色。本章将深入探讨陶瓷和玻璃的微观结构特征。我们将介绍陶瓷的离子键和共价键特性，以及其高熔点和脆性的原因。我们会详细解析陶瓷的晶体结构，如氧化物、碳化物、氮化物等，并讨论它们的结构与性能的对应关系。对于玻璃，我们将重点关注其非晶态结构，以及其形成过程中的冷却速率和成分对其性能的影响。本章还将探讨陶瓷的烧结过程，即通过高温处理使粉末颗粒相互融合，形成致密的宏观材料。此外，我们还将介绍玻璃的改性技术，例如钢化、夹层等，以改善其力学性能。通过对诸如氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、钠钙玻璃等典型材料的介绍，我们将揭示这些看似简单的材料背后蕴含的复杂微观世界。 第五章：聚合物的世界：柔韧与功能的无限可能 聚合物，也称为塑料或高分子材料，以其轻质、易加工、可设计性强等特点，深刻地改变了我们的生活方式。本章将带您走进聚合物的奇妙世界。我们将介绍聚合物的分子结构，即由大量重复单元通过共价键连接形成的长链分子。我们将详细解析线性聚合物、支化聚合物、交联聚合物和网状聚合物的结构特点，以及这些结构如何影响聚合物的机械性能、热性能和溶解性。我们将探讨聚合物的结晶行为，包括无定形区和结晶区，以及结晶度对聚合物强度、透明度和耐溶剂性的影响。此外，本章还将介绍聚合物的加工方法，如注塑、挤出、吹塑等，以及这些加工方法如何通过控制聚合物的分子取向和形态来影响最终产品的性能。我们还将探讨功能性聚合物，如导电聚合物、生物可降解聚合物等，以及它们在未来科技发展中的潜力。 第六章：复合材料：强强联合，性能飞跃 当两种或两种以上性质不同的材料通过物理或化学方式结合在一起，便形成了复合材料。复合材料的出现，极大地拓展了材料设计的边界，实现了单一材料无法达到的优异性能。本章将深入剖析复合材料的构成原理和性能优势。我们将重点介绍纤维增强复合材料，例如碳纤维增强聚合物（CFRP）和玻璃纤维增强聚合物（GFRP），详细阐述基体材料和增强体材料的协同作用，以及纤维的类型、含量、取向对复合材料力学性能的决定性影响。我们还将介绍颗粒增强复合材料和层状复合材料，并分析它们各自的优势和应用领域。此外，本章还将探讨复合材料的界面问题，即增强体与基体之间的结合强度，它直接关系到复合材料的整体性能。通过对航空航天、汽车制造、体育用品等领域中复合材料的成功应用案例的分析，我们将看到材料科学如何通过组合的力量创造出更加卓越的材料。 第七章：材料的性能表征与评价 要理解材料，首先需要对其性能有准确的量化。本章将介绍用于表征和评价材料性能的各种科学方法。我们将详细介绍力学性能的测试方法，例如拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验等，以及如何通过应力-应变曲线来理解材料的弹性、塑性和断裂行为。在热学性能方面，我们将介绍热膨胀系数、导热系数、比热容等参数的测定方法。对于电学性能，我们将探讨电阻率、介电常数、导电率等关键指标。此外，本章还将介绍材料的化学稳定性和耐腐蚀性测试，以及光学性能的表征技术。我们将重点介绍各种分析仪器，如万能试验机、差示扫描量热仪（DSC）、热重分析仪（TGA）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等，并解释它们如何在微观层面揭示材料的结构与性能。 第八章：面向未来的材料科学 材料科学是推动未来科技进步的核心驱动力之一。本章将展望材料科学的未来发展趋势，以及它们将如何影响我们的生活。我们将探讨功能材料的设计与开发，例如智能材料（形状记忆合金、压电材料）、生物医用材料（人工骨骼、药物载体）、环境友好型材料（可再生材料、低碳材料）以及能源材料（太阳能电池材料、储能材料）。我们还将关注材料的计算模拟与人工智能在材料设计中的应用，如何加速新材料的发现和优化。此外，本章还将讨论材料的循环利用与可持续发展的重要性，以及如何通过材料创新来解决全球性挑战，例如气候变化、资源短缺和人口增长。材料的进步永无止境，我们正站在一个充满无限可能的新时代的门槛上。 结语 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，去理解材料的微观世界是如何塑造我们周围宏观世界的。从原子层的精妙组合，到宏观功能的实现，材料科学的魅力在于其跨越尺度的逻辑性和统一性。希望通过本书的学习，读者能够更深刻地认识材料的重要性，激发对材料科学的兴趣，并从中获得启发，共同探索材料的无限潜能，为人类社会的进步贡献力量。

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前半册很帅，到后面就有点滥了，估计不是一个人写的。不管怎么说，半册也足以打五星了。

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