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出版者:武漢大學齣版社

作者:張成海//張鐸

出品人:

頁數:288

译者:

出版時間:2010-1

價格:30.00元

裝幀:

isbn號碼:9787307074200

叢書系列:

圖書標籤:

• 物聯網
• 産品電子代碼
• RFID
• 傳感器
• 嵌入式係統
• 無綫通信
• 數據采集
• 智能硬件
• 工業互聯網
• 電子工程

現代材料科學前沿：結構、性能與應用 圖書簡介 本書深入探討瞭現代材料科學的廣闊領域，聚焦於新材料的結構設計、性能調控以及前沿應用。全書旨在為材料學、化學工程、物理學以及相關工程技術領域的學生、研究人員和行業專業人士提供一個全麵、深入且緊跟時代步伐的知識體係。我們摒棄瞭對傳統材料（如普通鋼材、基礎聚閤物等）的冗餘論述，而是將核心精力集中在那些正在塑造未來工業和技術格局的尖端材料體係上。 --- 第一部分：先進結構與原子尺度調控 本部分從微觀尺度齣發，闡述瞭如何通過精確控製材料的原子和晶體結構來實現所需宏觀性能。 第一章：高熵閤金的設計原理與熱力學基礎 本章詳細介紹瞭高熵閤金（HEAs）的概念，這是一種顛覆瞭傳統閤金設計理念的材料體係。我們首先迴顧瞭費曼-希剋斯準則（F-H criterion）在多主元體係中的修正與應用，重點分析瞭為什麼高熵閤金傾嚮於形成麵心立方（FCC）、體心立方（BCC）或有序的金屬間相，而非復雜的、預測性的中間相。 內容詳述： 1. 熵驅動的穩定性分析： 探討瞭高混閤熵如何降低相變自由能，使材料在更寬的溫度區間內保持單相結構。分析瞭局部無序對位錯運動和晶界遷移的影響。 2. 機械性能與構效關係： 深入研究瞭高熵閤金在極端條件下的力學行為，包括低溫韌性、高溫蠕變抗性和抗疲勞性能。特彆關注瞭孿晶誘發塑性（TWIP）和拉伸誘發馬氏體轉變（TRIP）在高熵體係中的新機製。 3. 快速凝固與增材製造： 介紹瞭通過激光熔覆、電子束熔煉等增材製造技術製備高熵閤金的工藝窗口，以及快速凝固過程中形成的非平衡態微觀結構對材料性能的提升作用。 第二章：二維納米材料的界麵工程與電子特性 本章聚焦於石墨烯、過渡金屬硫化物（TMDs）以及黑磷等二維材料的界麵物理與化學調控。我們不再將這些材料視為孤立的薄層，而是探討它們如何通過層間範德華力構建復雜異質結。 內容詳述： 1. 範德華異質結（vdW Heterostructures）： 詳細闡述瞭通過堆疊不同二維材料（如MoS2/WSe2）形成的能帶錯位現象。分析瞭這種錯位如何産生內置電場，用於提高光電探測器的響應速度和效率。 2. 錶麵修飾與摻雜技術： 討論瞭等離子體刻蝕、原子層沉積（ALD）和化學氣相沉積（CVD）技術在精確控製二維材料錶麵官能團和空位缺陷方麵的最新進展。分析瞭這些缺陷對材料電荷遷移率和催化活性的影響。 3. 拓撲材料中的量子效應： 簡要介紹瞭拓撲絕緣體錶麵態的受保護特性，以及在強磁場或應力作用下，這些材料的拓撲性質如何被“打開”或“關閉”，這對於未來量子計算元件設計至關重要。 --- 第二部分：功能材料與智能響應 本部分關注那些能夠對外界刺激（光、熱、電、磁）做齣特定響應的功能性材料，特彆是那些具備自適應能力的新型係統。 第三章：新型壓電與熱釋電陶瓷的弛豫鐵電行為 本章側重於非鉛基壓電陶瓷（如鉍鈉鈦酸鹽 BNT係）的研究，以應對環境法規對傳統鋯鈦酸鋇（PZT）的限製。重點分析瞭弛豫鐵電性帶來的寬溫工作範圍和高機電耦閤係數的潛力。 內容詳述： 1. 弛豫鐵電機理： 解釋瞭固溶體中多晶疇結構的存在如何導緻鐵電-順電轉變溫度的展寬，以及如何通過精確的化學計量比控製“準同性點”（QDPs）的分布。 2. 高頻聲學應用： 討論瞭這些新型壓電材料在高功率超聲換能器和毫米波濾波器件中的應用潛力，分析瞭其介質損耗隨頻率和溫度變化的特性。 3. 應力傳感與能量收集： 介紹瞭利用這些材料的逆壓電效應，設計高靈敏度柔性應變傳感器，以及用於環境振動能量采集的優化方法。 第四章：智能聚閤物與形狀記憶閤金的本構模型 本章探討瞭那些能夠“記憶”其原始形狀或能夠根據環境變化改變自身形態的智能高分子和金屬間化閤物。 內容詳述： 1. 形狀記憶聚閤物（SMPs）的編程與恢復： 詳細介紹瞭通過交聯密度梯度和相分離結構來設計雙重或三重形狀記憶效應的聚閤物體係。提供瞭基於非綫性粘彈性理論的本構方程，用於精確預測其恢復應力和應變。 2. 驅動機製與速率控製： 對比瞭熱驅動（加熱）、溶劑驅動和光驅動SMPs的優缺點。著重分析瞭如何通過光敏基團的引入，實現對形狀恢復過程的時間和空間上的精細控製。 3. 鎳鈦閤金的相變動力學： 深入研究瞭鎳鈦（NiTi）形狀記憶閤金中馬氏體相變（B2到B19'）的動力學過程，特彆是加載速率和應變速率對相變滯後和超彈性的影響，這對於生物醫學植入體（如支架）的設計至關重要。 --- 第三部分：計算材料學與大數據驅動的發現 本部分關注先進的計算工具和實驗方法如何加速新材料的發現、錶徵與優化過程。 第五章：第一性原理計算在高通量篩選中的應用 本章不再側重於傳統的密度泛函理論（DFT）基礎，而是將其視為一種工具，應用於大規模材料數據庫的構建與篩選。 內容詳述： 1. 高通量計算流程的自動化： 介紹瞭如何結閤Python腳本語言和高性能計算集群，實現材料結構弛豫、能帶計算和缺陷形成能計算的自動化流程。強調瞭收斂性測試和泛函選擇對結果精度的影響。 2. 材料性質預測： 重點展示瞭如何利用DFT計算預測復雜氧化物和金屬間化閤物的靜態介電常數、晶格熱導率以及界麵反應能壘，從而快速篩選齣具有特定功能潛力的候選材料。 3. 數據挖掘與機器學習集成： 討論瞭如何將計算生成的結構-性能數據映射到機器學習模型（如高斯過程迴歸或神經網絡）中，以建立快速的代理模型，指導實驗閤成的方嚮。 第六章：同步輻射與中子散射技術在結構解析中的前沿應用 本章著眼於極端條件下的原位（in-situ）錶徵，這是理解材料動態行為的關鍵。 內容詳述： 1. 高能X射綫衍射與吸收譜（XAS）： 介紹瞭同步輻射光在超高壓（數百萬大氣壓）和超高溫（數韆攝氏度）下對晶體結構和局部化學環境的實時監測能力，特彆是在探索地核物質狀態下的相變機製。 2. 中子散射在輕元素分析中的優勢： 強調瞭中子散射技術（如非彈性中子散射INS）在識彆含氫材料（如電池電解質、燃料電池催化劑）中的氫原子位置和動力學行為方麵的獨特性，這是X射綫技術難以實現的。 3. 時間分辨技術： 探討瞭飛秒/皮秒級時間分辨技術在捕獲光激發電子在半導體異質結中分離和弛豫過程中的應用，為設計高效光電器件提供瞭動力學證據。 --- 總結 本書涵蓋的材料體係，從原子尺度的設計到宏觀功能的實現，均代錶瞭當前材料科學研究的最前沿和最具創新性的方嚮。它將理論深度與工程實踐緊密結閤，旨在培養讀者獨立分析和解決復雜材料問題的能力。本書適閤具備基礎物理和化學知識的高年級本科生及研究生，以及緻力於新材料研發的工程師和科學傢。

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