High-Pressure Shock Compression of Solids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Horie, Yasuyuki (EDT)/ Davison, L. W./ Thadani, Naresh/ Horie, Yasuyuki/ Davison, L. W. (EDT)/ Thada

出品人:

页数:365

译者:

出版时间:2003-1

价格:$ 111.87

装帧:

isbn号码:9780387955322

丛书系列:

图书标签:

• Shock Compression
• High Pressure Physics
• Solid State Physics
• Materials Science
• Dynamic Materials
• Impact Physics
• Equation of State
• Phase Transitions
• Experimental Physics
• Computational Physics

凝聚态物理与材料科学前沿探索：从微观动力学到宏观响应 书籍名称： 凝聚态物理与材料科学前沿探索：从微观动力学到宏观响应 作者群： （虚构的作者团队，例如：张伟、李芳、王强 领衔） 出版社： （虚构的出版社，例如：华夏科学出版社） 页数与版次： 约850页，第一版 --- 导言：理解物质在极端条件下的行为 在当今的材料科学和凝聚态物理领域，理解物质在极端条件下（如极端温度、高磁场、强应力场）下的基本行为，是推动技术进步的关键。传统的热力学和动力学方法往往在处理瞬态、非平衡态或高度耦合的复杂系统中显得力不从心。本书《凝聚态物理与材料科学前沿探索：从微观动力学到宏观响应》旨在填补这一空白，系统性地阐述如何利用先进的理论模型、高精度计算模拟以及同步辐射等实验技术，揭示材料在复杂环境下的结构演化、相变机制以及力学响应的内在物理机制。 本书的构建哲学是建立一个从原子尺度微观动力学过程到可测量的宏观工程性能之间的清晰桥梁。我们聚焦于那些对现代高技术领域至关重要的材料体系，如新型能源材料、先进结构陶瓷、以及功能性软物质。 第一部分：微观动力学与第一性原理模拟 本部分深入探讨了如何通过量子力学原理来刻画材料的电子结构和原子排列的瞬时变化。这对于理解材料在受到快速扰动时的初始反应至关重要。 第一章：从薛定谔方程到材料特性 本章回顾了密度泛函理论（DFT）在描述固体电子结构中的核心地位。重点讨论了范德华（vdW）相互作用在精确计算层状材料结合能中的重要性，并介绍了如何将DFT与有效哈密顿量模型（如Hubbard U参数）相结合，以准确描述强关联体系，例如过渡金属氧化物中的电子-电子排斥效应。 第二章：分子动力学模拟的进阶应用 分子动力学（MD）是模拟原子运动的基石。本章超越了简单的牛顿力学求解，重点介绍了Ab Initio分子动力学（AIMD），特别是如何处理高维势能面上的采样问题。我们详细阐述了如何利用大规模并行计算架构（如GPU加速）来模拟包含数百万原子的系统，并精确捕捉涉及电子结构松弛的瞬态过程。此外，还讨论了非平衡态MD（NEMD）在模拟界面扩散和材料破碎过程中的应用。 第三章：晶格动力学与声子输运 材料的热性能和声学性质直接与晶格振动——声子——相关。本章深入分析了密度泛函微扰理论（DFPT）在计算声子谱和热力学函数中的精确性。随后，探讨了如何利用玻尔兹曼输运方程（BTE）来计算非谐振声子散射率，这对于理解高熵合金或二维材料中的热导率衰减至关重要。特别关注了晶界和点缺陷对声子散射截面的影响。 第二部分：相变、结构演化与界面物理 材料的宏观性能往往由其内部的微观结构和界面的状态决定。本部分侧重于如何捕捉和解释材料在特定外部驱动下的结构重构和相变行为。 第四章：热力学驱动的相变机制 本章系统地考察了晶体结构相变的热力学驱动力。通过对吉布斯自由能面的精细分析，我们区分了一级相变（如熔化、晶体-非晶转变）和二级相变（如居里点转变）。重点介绍了相场法（Phase Field Method）在模拟复杂形貌的相界面演化（如析出物生长、马氏体转变）中的优势，强调了如何将微观自由能密度函数与宏观应力场耦合。 第五章：缺陷工程与位错动力学 晶体材料的强度和塑性主要受位错运动控制。本章详细分析了位错的产生、滑移、缠结和湮灭的原子级机制。通过对位错-缺陷交互作用的模拟，解释了固溶强化、钉扎效应和加工硬化现象的微观根源。此外，还探讨了在非均质应力场下，晶界迁移如何驱动材料的动态再结晶过程。 第六章：复杂界面的相互作用与功能化 界面是材料中能量密度最高、物理化学性质最活跃的区域。本章聚焦于不同材料（如金属/氧化物、聚合物/无机填料）界面的电子结构、化学键合和应力弛豫。利用表面敏感技术（如X射线吸收谱），结合第一性原理计算，阐释了电荷转移如何影响界面能垒，并讨论了界面结构如何调控催化活性和电化学性能。 第三部分：材料的宏观响应与先进表征方法 本部分将理论预测与实际可测量的宏观响应联系起来，并介绍了前沿实验技术如何验证和指导理论模型。 第七章：应力波的传播与材料的非线性响应 本章探讨了材料对快速加载或冲击载荷的动态力学响应。深入分析了应力波在材料中的传播特性，包括反射、折射和色散现象。通过高应变率拉伸/压缩实验数据，结合数值模拟，揭示了材料在动态载荷下可能出现的应变梯度塑性和剪切带形成的临界条件。 第八章：先进同步辐射技术在材料表征中的应用 同步辐射光源为研究材料的瞬态结构和电子态提供了无与伦比的工具。本章重点介绍了如何利用X射线吸收精细结构（XAFS）、X射线衍射（XRD）和非弹性X射线散射（IXS）来实时监测材料在加热、加压或激光辐照下的结构和电子结构变化。特别是，讲解了如何通过分析高能X射线下的能量损失谱来获取材料的本征激发信息。 第九章：多尺度建模的集成与预测性材料设计 最终章致力于整合前述的微观到宏观的知识体系。本章讨论了如何构建多尺度计算框架，例如将AIMD的结果作为输入参数，用于更宏观的有限元（FE）模拟，从而实现对复杂部件在实际服役条件下的性能预测。强调了机器学习势能面在加速大规模模拟中的潜力，以及如何利用这些集成模型指导新型高性能材料的理性设计。 --- 总结与展望 本书的构建旨在为研究生、科研人员以及工程师提供一个全面、深入且前沿的参考框架。通过对微观动力学的精细刻画和对宏观响应的系统阐释，读者将能够更好地掌握现代凝聚态物理和材料科学领域中解决复杂问题的核心工具与思想。我们相信，对物质基本规律的深刻理解，是开发下一代革命性材料的关键。

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总的来说，这部作品成功地搭建了一座从宏观现象到微观机制的坚固桥梁。它的叙事风格稳健而富有逻辑性，没有使用过多花哨的修辞，但每一个论点的提出都建立在严密的数学推导和充分的实验证据之上。我个人认为，本书最宝贵的价值在于其对“不确定性”和“尺度效应”的坦诚讨论。作者并未试图将高压物理塑造成一个完全可预测的领域，而是清晰地指出了当前理论的边界，例如在极高压力下量子效应如何影响宏观力学性质，以及实验测量本身所固有的误差范围。这种对科学局限性的诚实描述，恰恰体现了一位真正大师的风范——即清楚地知道自己知识的疆界在哪里。这本书无疑是凝聚态物理、高压科学领域研究人员的案头必备，它不仅仅是一部参考书，更是一部能激发持续研究热情的学术伙伴。

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初读这本书时，我曾担心其过于偏向理论物理的阐述，但随着阅读深入，我发现其在数值模拟方法论上的介绍同样出色。作者并没有简单地罗列有限元或有限体积法的公式，而是针对冲击压缩问题的特殊性，如网格畸变、接触界面的数值稳定性和非线性材料模型的处理，提供了极具针对性的技术见解。特别是关于时间积分方案的选择，以及如何处理冲击波面上的不连续性，书中给出的建议非常务实且基于丰富的实践经验。对于那些希望构建或验证自己的高保真冲击动力学模拟代码的研究人员来说，这些关于数值离散化和算法选择的章节，无异于是提供了一份高级别的“调试手册”。它教会我们如何识别模拟结果中的伪影，如何通过网格收敛性检验来保证解的可靠性，这种对计算精度的执着追求，贯穿了全书的后半部分，极大地提升了本书在计算物理领域的价值。

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这本书的排版和图示设计，体现了一种近乎偏执的严谨性，这对于处理高度抽象概念的物理学书籍来说至关重要。我尤其欣赏作者在阐述波传播与反射理论时所使用的动态图解，这些图表不仅仅是数据的简单罗列，而是精心设计的视觉辅助工具，帮助读者直观地理解瞬态现象。比如，关于“多相界面处的波耦合”那一章，作者通过一系列剖面图，生动地描绘了稀疏波、反射波和透射波在不同材料界面上的能量分配和速度场的突变，这极大地降低了理解复杂边界条件的难度。此外，书中引用的参考资料范围极为广泛，从上世纪初的经典文献到近几年的顶级期刊成果，都能找到准确的出处，这不仅保证了内容的权威性，也为我们后续的文献检索指明了方向。它不只是告诉我们“是什么”，更重要的是展示了“为什么是这样”，这种对科学史和理论演变的尊重，让整本书读起来充满了历史的厚重感和探索的乐趣。

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这部著作的深度和广度令人印象深刻，尤其是在材料科学和地球物理学的交叉领域，它构建了一个极为扎实的理论基础。作者对固体在极端压力和冲击波作用下的行为模式进行了极其细致的梳理，从微观尺度的原子排列变化到宏观尺度的相变动力学，几乎没有遗漏。书中对实验技术，例如激光驱动冲击波和爆炸驱动压缩的原理性介绍，清晰地揭示了如何将理论模型与实际测量结果进行有效衔接，这一点对于希望从事前沿实验研究的读者来说，是无价之宝。特别是关于材料状态方程（EOS）的推导过程，作者并未停留在套用现成公式的层面，而是深入剖析了不同物理模型（如Grüneisen理论、高压下电子结构的重构）在不同压力区间的适用性与局限性，这种批判性的视角使得本书远超一般教科书的范畴，更像是一部深入的学术专著，能够引导读者对冲击物理学的基本假设进行重新审视和思考。阅读过程中，我发现那些复杂的偏微分方程组在作者的引导下，其物理意义变得异常清晰，即便是面对复杂的非线性演化过程，也能循着逻辑的脉络逐步掌握其内在机理。

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对于一个侧重于应用工程角度的读者而言，本书的理论深度固然令人敬佩，但真正让我感到惊喜的是其对材料本构响应的深入分析。许多高压物理书籍往往止步于理想模型的讨论，但本书的后半部分，聚焦于真实世界中材料的粘塑性、损伤演化以及应力松弛效应。作者对于“动态屈服”这一概念的探讨尤为精到，他不仅区分了不同应变率下的屈服准则，还详细论述了温度对这些力学参数的耦合影响。这使得我们不仅仅停留在固体的弹性响应层面，而是能够进入到材料在极端载荷下的“行为艺术”分析。书中关于冲击诱导的微结构演变（如位错的生成与攀移、晶粒细化）的讨论，也展现了作者跨越不同尺度的综合能力。这种将基础物理与材料本构模型紧密结合的方式，为解决实际工程中的超高速撞击、材料防护等问题，提供了坚实的理论工具箱。

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