无机及分析化学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:249

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出版时间:2010-2

价格:29.80元

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isbn号码:9787122072665

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• 无机化学
• 分析化学
• 化学
• 高等教育
• 教材
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• 理学
• 化学学科
• 实验
• 基础

《现代材料科学导论》内容简介 第一章 晶体结构与缺陷 本章深入探讨了固体材料的基础——晶体结构。我们将从宏观的晶格概念入手，详细解析晶体点阵、晶胞以及布拉维点阵的分类与特征。重点内容包括常见晶体结构的几何学描述，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）以及六方紧密堆积（HCP）结构的堆积密度和配位数计算。此外，本章会系统阐述晶体缺陷的分类及其对材料宏观性能的决定性影响。从零维缺陷（点缺陷：空位、间隙原子、取代原子）的统计热力学模型，到线缺陷（位错）的类型（刃位错、螺型位错）及其运动机制（滑移和攀移），再到面缺陷（晶界、孪晶界）的形成与能态，为后续理解材料的塑性变形、导电性以及扩散过程奠定坚实的微观基础。材料的生长过程与定向凝固技术也将作为案例进行介绍。 第二章 热力学基础与相图 本章聚焦于材料科学的核心理论框架——热力学。我们将回顾和深化热力学基本定律（特别是第二定律在材料系统中的应用，如熵增原理和吉布斯自由能最小化原理）。重点讲解化学势、活度等概念，它们是理解多组分系统平衡的关键。相律（吉布斯相律）的推导及其在单组分、双组分系统中的应用是本章的重点。我们将详尽分析不同类型的相图，包括一元（如水体系）和二元（如Fe-C、Cu-Ni、Pb-Sn）相图。针对二元相图，将深入探讨其上的各种平衡过程：固溶体、化合物的形成、共晶反应、共析反应以及包晶反应的微观过程和热力学驱动力。利用热力学数据（如溶解热、混合焓、构型熵）对固溶体稳定性的预测，将为合金设计提供理论指导。 第三章 动力学基础：扩散、反应速率与相变 材料的许多性能，如烧结、蠕变、腐蚀和热处理，都依赖于原子尺度的迁移和过程演化。本章将系统阐述材料科学中的扩散理论。我们将从非平衡态热力学出发，推导菲克第一定律和第二定律，重点讨论晶格扩散（取代式、间隙式）和晶界扩散机制。通过阿伦尼乌斯方程，分析扩散系数与温度的关系，并结合实际案例（如渗碳过程）讲解扩散在工程中的应用。 随后，本章转向反应动力学。我们将介绍非平衡相变理论，特别是成核与长大机制。从经典的拉普拉斯方程出发，分析热力学驱动力（过冷度）与形核率之间的关系。在相变动力学方面，金斯通-约翰逊-安德烈斯（KJA）方程被用于定量描述相变过程随时间的变化。最后，我们将探讨热处理过程中的时效析出、析出相的粗化（奥斯瓦尔德熟化）以及与扩散相关的宏观现象，如氧化皮的生长动力学。 第四章 电子结构与电学性能 理解材料的宏观电学性质，必须从其微观电子结构入手。本章将介绍量子力学基础对固体能带理论的贡献。重点阐述德鲁德模型、索末菲模型在金属导电性解释上的局限性，以及布洛赫定理对电子在周期性晶格中运动的描述。通过能带结构理论，我们将区分导体、半导体和绝缘体，并详细分析费米能级的位置与材料导电性的关系。 对于半导体材料，本章将深入探讨本征半导体与杂质半导体的载流子浓度、迁移率计算，以及PN结的形成与肖特基势垒。此外，本章还将涉及固态电池、电解质中的离子导电性，以及铁电体、压电材料的介电响应机理，为功能材料的设计提供电学基础视角。 第五章 机械性能与本构关系 本章是材料科学中关于力学行为分析的核心章节。首先，我们将研究材料在静力载荷下的弹性变形，推导胡克定律，定义杨氏模量、剪切模量和泊松比，并介绍应力-应变张量的具体表达。随后，重点转向塑性变形。详细分析位错滑移如何导致宏观塑性，并探讨加工硬化（应变硬化）的微观机制。 在本章的后半部分，我们将讨论断裂力学的基础。引入Griffith裂纹理论和应力强度因子概念，解释材料的韧性与脆性行为的判据。重点分析疲劳断裂的机制（包括低周和高周疲劳），并介绍蠕变（高温下的时间依赖性变形）的稳态与瞬态阶段。通过拉伸试验、冲击试验等标准测试方法，将理论与实际的力学性能表征联系起来。 第六章 光学与磁学性能 本章探讨材料对光与磁场的响应。在光学方面，首先分析光与物质相互作用的微观机理，包括吸收、透射、反射和散射。讲解在不同材料（金属、介质、半导体）中光的传播特性，如折射率、色散关系和吸收系数。重点介绍光电器件（如LED、太阳能电池）中光激发电子的机制。 在磁学方面，本章将从电子的轨道运动和自旋角动量出发，系统介绍磁性的微观起源。详细阐述顺磁性、抗磁性和铁磁性的物理本质。着重分析铁磁性材料中的磁畴结构、磁畴壁运动及其对宏观磁滞回线的影响。此外，还将讨论软磁材料和硬磁材料的设计原则，以及在现代信息存储技术中应用的磁阻效应。 第七章 表面与界面工程 材料的性能往往由其表面和界面性质决定。本章关注表面敏感性。首先介绍表面能和表面张力的概念，以及它们在润湿性、吸附和催化过程中的作用。详细讨论薄膜生长技术，包括物理气相沉积（PVD，如溅射、蒸发）和化学气相沉积（CVD），并分析不同生长模式（如Frank-van der Merwe, Volmer-Weber）。 界面部分将重点分析异质结构（如晶界、相界面）对电荷传输、扩散和机械强度的影响。引入界面热力学，解释界面能的贡献。最后，本章将涉及表面改性技术，如离子注入和表面氧化，以优化材料在特定环境下的工作性能。 第八章 导论：材料的选择、设计与可持续性 本章旨在将前述的微观原理应用于实际的材料工程决策中。我们将讨论材料的性能数据库与材料选择的系统方法，如米勒指数图（Ashby Charts），如何根据给定的工程需求（如高比强度、低热导率）筛选出最合适的材料体系。 此外，本章将引入材料设计的先进理念，包括复合材料（如层状、纤维增强复合材料）的性能预测，以及纳米结构材料（如量子点、纳米线）带来的新颖性质。最后，探讨材料生命周期评估（LCA）以及绿色化学原则在材料开发中的应用，强调资源的有效利用和环境影响最小化的重要性。

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