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出版者:

作者:Holmes-Siedle, James

出品人:

页数:176

译者:

出版时间:1996-2

价格:$ 101.64

装帧:

isbn号码:9780750616362

丛书系列:

图书标签:

• 英语
• design
• 无障碍设计
• 通用设计
• 辅助技术
• 包容性设计
• 人机工程学
• 建筑设计
• 室内设计
• 城市规划
• 特殊人群
• 设计心理学

好的，以下是根据您的要求，为一本名为《触手可及的未来：材料科学与工程的创新前沿》的图书撰写的详细简介。 --- 《触手可及的未来：材料科学与工程的创新前沿》 导言：物质的革命与人类文明的尺度 自人类文明的曙光以来，我们对物质的理解和驾驭能力，始终是推动社会进步的核心动力。从新石器时代的燧石工具，到青铜时代的冶金术，再到信息时代的硅基芯片，每一次材料的飞跃，都彻底重塑了我们的生活方式、生产力乃至对宇宙的认知。 《触手可及的未来：材料科学与工程的创新前沿》并非一部枯燥的教科书，而是一次深入现代材料学核心、展望未来技术可能性的思想之旅。本书旨在为工程师、科学家、研究人员以及所有对尖端科技怀有好奇心的读者，勾勒出当前材料科学领域最激动人心、最具颠覆性的研究方向和应用前景。我们相信，下一轮的工业革命、能源转型乃至生命科学的突破，都将根植于我们对物质在原子和分子层面进行精确设计的能力。 本书的结构围绕三大核心支柱展开：极端环境下的先进结构材料、驱动能源转型的智能与功能材料，以及生命科学与仿生学的交叉前沿。我们力求在保持严谨科学性的同时，以生动、富有洞察力的叙述方式，揭示这些前沿技术如何从实验室走向现实，最终改变我们的日常世界。 --- 第一部分：重塑坚固与轻盈——先进结构材料的突破 结构材料是工程世界的基石，它们决定了建筑的高度、飞机的速度和机械的耐用性。本部分聚焦于那些打破传统材料性能极限的新型合金、复合材料和晶体结构。 1.1 超高熵合金（UEAs）：复杂体系的完美平衡 超高熵合金（UEAs）代表了合金设计理念的一次范式转变。不同于传统合金中单一的主体元素，UEAs 包含五种或更多等摩尔比或接近等摩尔比的元素。这种复杂性带来了令人惊叹的性能：极高的强度、优异的耐腐蚀性以及在极端温度下的稳定性。 本书将详细剖析 UEAs 的构效关系，探讨如何通过调控晶体结构（如 FCC、BCC 或复杂的间隙相）来优化其力学性能，特别是它们在航空航天发动机叶片、核反应堆核心结构件中的潜力。我们将深入讨论高通量计算和机器学习在筛选数以万计的潜在 UEA 组合中的应用，以加速新一代超耐用材料的发现过程。 1.2 纳米结构金属与梯度材料：强度的全新维度 晶粒尺寸的减小是提高金属强度的经典途径，但当晶粒尺寸进入纳米尺度时，材料行为会发生根本性的转变。本章将探讨如何通过先进的塑性加工技术（如高能球磨、旋锻）制备出具有超细晶粒甚至纳米晶结构的金属，以及如何管理这些材料在循环载荷下的疲劳寿命问题。 更进一步，我们将介绍梯度功能材料（FGMs）的概念。FGMs 允许材料的成分和微观结构在空间上连续变化，从而在单个构件中实现强度、韧性、热膨胀系数的梯度分布。这对于制造界面应力显著降低、能够承受剧烈热冲击的连接件至关重要。 1.3 碳基复合材料的“魔力”升级：超越传统纤维 虽然碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）已是航空航天领域的常客，但材料科学家们正致力于开发更具可控性和多功能的碳基复合材料。本节将聚焦于石墨烯和碳纳米管（CNTs）在宏观结构中的集成策略。讨论重点将放在如何实现这些二维和一维纳米材料在基体中的均匀分散和定向排列，以期将纳米级的超高导电性、导热性和强度有效地传递到毫米乃至米级的结构件中。我们还将展望碳基体碳化硅（C/SiC）陶瓷基复合材料在超高温（>2000°C）空气环境下的应用前景。 --- 第二部分：驱动绿色革命——智能与功能材料的赋能 信息时代的设备、可持续能源的获取与存储，都严重依赖于具有特定电学、光学或化学响应能力的材料。本部分聚焦于“会思考”、“会转化”和“会存储”的下一代功能材料。 2.1 固态电解质：通往安全高效电池的桥梁 锂离子电池的未来瓶颈在于液态有机电解质的安全性和能量密度限制。本书将对固态电池技术进行深入剖析，重点探讨高性能固态电解质的研发进展。我们将对比和分析氧化物（如 LLZO）、硫化物（如 LGPS）以及聚合物电解质的优缺点，特别是如何克服界面阻抗、锂枝晶生长等核心难题。本章不仅是关于化学的，更是关于如何通过材料工程手段，在原子尺度上调控离子迁移率和界面接触的艺术。 2.2 钙钛矿太阳能电池：效率与稳定性的博弈 钙钛矿材料因其极高的光吸收系数和优异的载流子迁移率，正迅速成为光伏领域的研究热点。本书将详细阐述有机-无机杂化钙钛矿的结构稳定性问题，包括其对湿气、热量和紫外光的敏感性。重点内容包括：如何通过卤素配位工程、表面钝化技术以及新型二维/三维异质结结构的构建，来显著提高器件的长期工作寿命，使其具备商业化落地的可能。 2.3 磁性拓扑材料：信息存储与量子计算的基石 拓扑材料是凝聚态物理的“新大陆”。本节将介绍磁性拓扑绝缘体和拓扑费米子线（Weyl/Dirac 半金属）等前沿材料。这些材料在表面或边界表现出独特的电子输运特性，具有极低的能量损耗。我们将探讨如何利用这些材料在磁性存储器（MRAM）和未来量子计算架构中实现更快速、更低能耗的信息处理。 --- 第三部分：生命与材料的共生——生物医学与环境材料的融合 材料科学不再仅仅局限于机器和建筑，它正以前所未有的深度渗透到生命科学领域，解决人类健康和环境可持续发展的重大挑战。 3.1 生物活性材料与组织工程支架：修复身体的蓝图 再生医学的核心在于为细胞提供一个合适的微环境，引导它们正确分化和组织。本章聚焦于可降解高分子、陶瓷和金属在构建三维细胞支架中的应用。我们将深入研究材料的机械性能（如与天然骨骼或软骨的匹配度）以及化学信号的释放机制，确保材料不仅是物理支撑，更是生物信号的“信使”。特别将讨论 3D/4D 打印技术如何实现复杂器官结构的精确制造。 3.2 智能药物输送系统：靶向治疗的新范式 传统的药物输送方式常伴随全身毒副作用。本书将介绍基于纳米材料的智能药物载体，这些载体能够响应特定的生理刺激（如 pH 值变化、酶活性、温度升高或外部磁场）而精确释放药物。我们会探讨脂质纳米颗粒（LNPs）在 mRNA 疫苗中的成功，并展望金属有机框架（MOFs）和聚合物胶束在肿瘤靶向治疗中的突破潜力。 3.3 环境修复的材料解决方案：从吸附到催化 面对全球水资源污染和空气质量问题，新一代材料科学家正在开发高效、可再生的环境净化技术。本节将介绍高效吸附剂，如经过功能化修饰的碳材料和新型金属有机框架，用于选择性去除水中的微量污染物（如药物残留和内分泌干扰物）。同时，我们将探讨新型光催化剂（如负载型过渡金属氧化物）在利用太阳能分解工业废水和空气污染物方面的最新进展，实现真正的绿色化学循环。 --- 结语：材料的无限可能 《触手可及的未来：材料科学与工程的创新前沿》旨在激发读者对物质世界的深层思考。材料科学的每一次进步，都是对人类能力边界的一次拓展。从能承受上千度高温的合金，到能自我修复的电子元件，再到能精确引导细胞生长的支架，这些创新并非遥不可及的科幻，而是正在我们身边发生的、由严谨科学和大胆想象共同塑造的“触手可及的未来”。本书是理解和参与这场物质革命的指南。 ---

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