Electromechanical Properties in Composites Based on Ferroelectrics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Topolov, Vitaly Yu/ Bowen, Christopher R.

出品人:

页数:218

译者:

出版时间:2008-11

价格:$ 179.67

装帧:

isbn号码:9781848009998

丛书系列:

图书标签:

• 复合材料
• 铁电材料
• 机电性能
• 材料科学
• 工程学
• 物理学
• 功能材料
• 介电性能
• 压电效应
• 传感器

摘要： 本专著深入探讨了高性能复合材料的设计、制备与应用，特别是那些基于先进功能材料的复合体系。本书聚焦于如何通过巧妙的材料设计和精密的加工工艺，赋予复合材料出色的力学、电学、热学及磁学性能，从而满足日益严苛的应用需求。我们详细阐述了不同组分材料（如聚合物基体、增强填料、功能性纳米颗粒等）的特性，以及它们如何协同作用，影响复合材料的整体性能。本书特别关注了如何利用先进的表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）以及各种力学和电学测试设备，来理解和优化复合材料的微观结构与宏观性能之间的关系。此外，书中还广泛介绍了这些高性能复合材料在多个领域的潜在应用，包括但不限于结构减震、能量存储与转换、传感器、执行器、电磁屏蔽以及先进的医疗设备等，并对未来发展趋势进行了展望。 正文： 第一章 引言：高性能复合材料的时代浪潮 随着现代科技的飞速发展，对材料性能的要求已远超传统材料的范畴。高性能复合材料，作为一种能够通过组合不同材料的优势来获得协同效应的先进材料体系，正日益成为推动技术革新的关键力量。它们不仅具备轻质高强的特点，更能通过引入特定功能性组分，实现如导电、导热、电磁屏蔽、吸能减震等多种特殊功能。本书旨在全面梳理和深入剖析当前高性能复合材料领域的前沿研究进展，特别是那些在力学、电学、热学及磁学性能方面表现出卓越特性的材料体系。我们将从基础理论出发，逐步深入到材料设计、制备工艺、结构-性能关系以及实际应用等多个层面，为相关领域的科研人员、工程师和学生提供一本全面而深入的参考指南。 第二章 复合材料的基础理论与设计原则 理解复合材料的性能，首先需要掌握其基本理论。本章将从宏观力学模型（如混合律、各向异性理论）和微观力学模型（如有限元分析）入手，介绍如何预测和理解复合材料的力学行为。在此基础上，我们将重点讨论材料选择的重要性。对于聚合物基复合材料，基体的选择（如环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等）直接影响材料的韧性、耐热性和耐化学腐蚀性。而增强相（如碳纤维、玻璃纤维、陶瓷颗粒、纳米材料等）的种类、形貌、尺寸和分散状态，则对复合材料的强度、刚度、导电性和导热性起着决定性作用。 本书强调，复合材料的设计是一个多尺度、多物理场耦合的优化过程。我们不仅要考虑材料组分的选择，更要精细设计其界面相互作用。良好的界面结合能够有效地传递载荷，实现各组分的协同工作，避免界面缺陷引起的性能退化。此外，针对特定应用，还需要综合考虑材料的电学、热学和磁学特性。例如，导电复合材料可能需要高导电填料的连续网络结构；而吸能复合材料则可能需要特定的微观结构来促进能量耗散。本章将详细介绍这些设计原则，并提供一些实例说明如何通过合理的组分选择和结构设计，来实现目标性能。 第三章 高性能复合材料的制备工艺 高效、可控的制备工艺是实现高性能复合材料的关键。本章将系统介绍目前主流的复合材料制备技术，包括： 实体成型技术： 如真空辅助树脂传递成型（VARTM）、自动铺丝（ATL）、自动带铺（ABR）等，这些技术适用于生产大型、复杂结构的复合材料构件，并能有效控制纤维铺层和树脂浸润。 溶液混合与涂覆技术： 对于纳米复合材料，通过溶液法将纳米填料均匀分散在聚合物基体中，再通过浇筑、涂覆等方式成型，是获得优异性能的常用手段。 粉末冶金与烧结技术： 针对陶瓷基或金属基复合材料，粉末冶金是常用的制备方法，通过粉末的压制、烧结过程来形成致密的复合材料。 原位聚合与自组装技术： 这些先进的制备方法能够更精细地控制纳米填料在基体中的分布和结晶行为，从而获得独特的微观结构和优异的性能。 本书特别强调了工艺参数（如温度、压力、固化时间、固化速率）对复合材料微观结构和最终性能的影响。例如，在纤维增强复合材料的制备中，树脂的固化速率和固化温度会影响纤维的取向和界面结合的质量；而在纳米复合材料的制备中，纳米填料的分散状态和团聚程度，往往与混合时间、剪切力、溶剂选择等工艺参数密切相关。本章将通过大量实例，展示不同制备工艺在获得特定结构和性能上的优势与挑战。 第四章 结构-性能关系：微观结构决定宏观表现 理解复合材料的微观结构与其宏观性能之间的内在联系，是实现材料性能优化和精确调控的基础。本章将聚焦于如何利用先进的表征技术来解析复合材料的微观世界。 显微成像技术： 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）能够提供纳米尺度的形貌信息，观察填料的分散状态、颗粒形貌、纤维取向以及界面结合情况。 结构分析技术： X射线衍射（XRD）可以用于分析晶体结构、相组成以及晶粒尺寸。拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱（FTIR）则可用于识别化学键、分子结构和官能团，从而评估基体与填料之间的化学相互作用。 热学性能分析： 差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）可用于测定玻璃化转变温度、熔点、结晶度以及材料的热稳定性。 力学性能测试： 拉伸、压缩、弯曲、冲击、疲劳等力学测试，能够全面评估复合材料的强度、刚度、韧性和耐久性。 电学与磁学性能测试： 电导率、介电常数、损耗角正切、磁导率、磁滞回线等测试，用于表征材料的电学和磁学响应。 本章将深入阐述这些表征技术如何揭示材料的微观结构特征，例如，纳米填料的团聚会导致应力集中，从而降低材料的力学性能；而良好的纤维取向则能够有效地传递载荷，提升材料的强度和刚度。通过解析这些结构-性能的关联，我们可以更有针对性地调整制备工艺和材料组分，以获得期望的宏观表现。 第五章 功能性复合材料的开发与应用 基于对基础理论、设计原则和制备工艺的深入理解，本章将重点介绍如何开发具有特定功能的复合材料，并探讨它们在各领域的广泛应用。 高力学性能复合材料： 轻质高强的复合材料在航空航天、汽车制造、体育器材等领域具有不可替代的作用。我们将讨论如何通过优化纤维增强、纳米填料添加以及多尺度复合结构设计，来提升材料的强度、刚度、韧性和抗冲击性能。 导电与电磁屏蔽复合材料： 随着电子设备小型化和集成化程度的提高，对电磁干扰（EMI）防护的需求日益增长。本章将介绍如何通过引入石墨烯、碳纳米管、金属纳米颗粒等导电填料，设计高效的导电网络，从而获得优异的电磁屏蔽性能。这些材料在通信设备、雷达系统、医疗仪器等领域有着重要应用。 吸能与减震复合材料： 针对碰撞安全、结构隔振等需求，开发具有优异吸能和减震性能的复合材料至关重要。本章将探讨如何通过设计多孔结构、采用具有高耗能特性的基体材料，以及利用特殊的微观结构（如泡沫结构、分层结构），来有效吸收和耗散冲击能量。 热管理复合材料： 随着电子器件功率密度的不断提升，有效的热管理成为关键问题。本章将介绍如何通过添加高导热填料（如氮化硼、氧化铝、碳材料等），以及设计良好的导热路径，来制备具有高效热传导能力的复合材料，以满足电子设备、LED照明、动力电池等领域的热管理需求。 传感与驱动复合材料： 压电、热释电、磁致伸缩等功能性填料的引入，使得复合材料能够作为传感器和执行器。本章将探讨如何制备具有高灵敏度、宽响应范围的传感材料，以及高效、精确的驱动材料，并在智能结构、微机电系统（MEMS）、生物医疗等领域探索其应用。 第六章 未来展望与挑战 高性能复合材料领域仍然面临诸多挑战和机遇。本章将对未来的研究方向进行展望。 智能化与自修复复合材料： 发展能够感知外界环境变化并作出响应，甚至能够自我修复损伤的智能化复合材料，是未来的重要发展趋势。 可持续性与绿色制备： 关注材料的整个生命周期，开发环境友好型的材料和制备工艺，如生物基复合材料、可回收复合材料等。 多功能集成： 将多种功能（如力学、电学、热学、传感）集成到单一材料体系中，以实现更复杂的应用需求。 先进制造与数字化设计： 利用增材制造（3D打印）等先进制造技术，以及计算模拟和人工智能辅助设计，加速新材料的开发和优化过程。 本书的完成，离不开众多科研工作者在复合材料领域的辛勤耕耘。我们希望通过本书的出版，能够激发更多研究者投身于这一充满活力的领域，共同推动高性能复合材料技术的进步，为人类社会的发展贡献力量。

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