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出版者:

作者:Crowe, Clayton T./ Elger, Donald F./ Roberson, John A.

出品人:

页数:704

译者:

出版时间:2006-7

价格:$ 197.75

装帧:

isbn号码:9780470086391

丛书系列:

图书标签:

• 流体力学
• 工程流体力学
• 流体流动
• 传热
• 流体动力学
• 流体静力学
• 工程
• 物理
• 机械工程
• 应用数学

现代材料科学：从原子结构到宏观性能 作者： [此处可填写虚构作者姓名，例如：张伟、李明] 出版社： [此处可填写虚构出版社名称，例如：未来科技出版社] ISBN： [此处可填写虚构ISBN号，例如：978-7-5682-0123-4] --- 图书简介 《现代材料科学：从原子结构到宏观性能》 是一部全面、深入探讨材料科学核心原理与前沿应用的权威著作。本书旨在为材料工程、化学、物理学、机械工程以及相关交叉学科的本科高年级学生、研究生及专业工程师提供一个坚实的理论基础和广阔的实践视野。我们不再局限于传统材料的分类介绍，而是采用跨学科、结构化的叙事方式，系统梳理了材料的微观结构、原子尺度的相互作用如何决定其宏观物理、化学和力学性能，并探讨了如何通过材料设计实现特定功能。 本书的独特之处在于其对“结构-性能-处理-应用”这一材料科学核心闭环的精细剖析。我们强调，理解材料的内在机制是实现材料创新的关键。 第一部分：材料科学的基础与微观世界 本书的第一部分构建了材料科学的理论基石，深入探究了物质世界最基本的构成单元及其相互作用。 第一章：材料科学导论与分类体系 本章首先界定了材料科学的范畴及其在现代工程中的战略地位。我们提出了现代材料的四大分类（金属、陶瓷、聚合物和复合材料）的演变，并引入了信息材料与功能材料这一新兴领域的概念。重点讨论了材料科学研究的方法论——从第一性原理计算到先进表征技术的整合。 第二章：晶体结构与缺陷工程 材料的宏观性能往往由其微观的晶体结构和内在的缺陷所支配。本章详尽阐述了晶体学的基本原理，包括布拉维格子、晶体点群和空间群。随后，我们将重点放在晶体缺陷的研究上：点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。通过详尽的图示和数学模型，解释了位错如何主导金属的塑性变形机制（如滑移、攀移），以及如何通过引入特定缺陷来调控材料的硬度与韧性。对于非晶态材料（如玻璃和某些聚合物），本章也对比了其短程有序结构与长程无序结构之间的差异。 第三章：原子键合与能带理论 理解材料的键合性质是预测其电子、热和机械性能的前提。本章系统回顾了化学键的类型——离子键、共价键、金属键和范德华力，并分析了每种键合对材料介电常数、熔点和溶解性的影响。随后，我们深入探讨了固体能带理论。通过薛定谔方程在周期性晶格中的应用，解释了绝缘体、半导体和导体的根本区别，为后续功能材料（如半导体器件）的讨论奠定基础。 第二部分：材料的物理性能与热力学控制 本部分将理论视角从原子扩展到体系，重点关注材料在热、电、磁场作用下的响应机制。 第四章：材料的热力学基础与相图分析 材料的稳定性和相变是工程应用中至关重要的考虑因素。本章基于吉布斯自由能概念，介绍了材料的热力学平衡原理。核心内容包括相图的构建与解读，重点分析了二元系统的相图（如Fe-C系，即钢的相图），详细讲解了冷却过程中的相变动力学，包括成核与长大机制。此外，还探讨了非平衡态热处理（如淬火、回火）对材料微观组织和最终性能的决定性影响。 第五章：电学与磁学特性 本章集中讨论材料的电学响应。对于导体，我们分析了德鲁德模型及后来的经典修正，探讨了电阻率与晶格振动（声子）的关系。在半导体领域，详细介绍了本征与非本征半导体的载流子输运机制，重点分析了PN结的形成与二极管特性。在磁性材料方面，区分了抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性，并深入解释了磁畴结构、磁滞回线以及永磁材料的选择标准。 第六章：光学性质与功能材料 本章侧重于材料与光相互作用的现象。讨论了光的吸收、发射、折射和散射机制，并将其与电子能带结构联系起来。重点介绍了光电子材料，包括发光二极管（LED）的原理、太阳能电池的光电转换效率，以及透明导电氧化物（如ITO）在显示技术中的应用。还探讨了等离子体共振在表面增强拉曼散射（SERS）中的潜在用途。 第三部分：机械性能与加工工艺 这是本书最贴近传统工程应用的部分，专注于材料在受力状态下的宏观力学行为。 第七章：力学性能测试与本构关系 本章详细介绍了对材料进行机械性能评估的标准方法，包括拉伸试验（屈服强度、极限拉伸强度、模量）、硬度测试、冲击韧性测试（夏比V型冲击）和疲劳测试。我们不仅描述了工程应力-应变曲线，还引入了材料本构关系，如胡克定律的局限性，以及粘弹性材料（聚合物）的蠕变和应力松弛现象。 第八章：塑性变形与断裂力学 塑性变形的本质在于位错运动，本章将前面对位错的理论分析与宏观塑性联系起来。关键内容包括加工硬化、加工后回复和再结晶。在断裂方面，本书引入了经典线性断裂力学（LFMM），讲解了应力强度因子（K）、断裂韧性（$K_{IC}$）和裂纹扩展的判据。同时，深入讨论了材料的疲劳（低周疲劳与高周疲劳）机理，及其在实际结构寿命评估中的应用。 第九章：材料的制造、加工与表面工程 材料的性能不仅取决于其固有的化学成分，更依赖于其加工历史。本章系统回顾了金属的铸造、成型（轧制、锻造）过程，并介绍了先进的增材制造（3D打印）技术对材料微观结构的影响。最后，重点讨论了表面工程技术，如热处理、涂层和表面改性（离子注入、喷涂），如何经济有效地提升材料的耐磨损性和抗腐蚀性。 第四部分：新兴材料与前沿展望 本书的收尾部分聚焦于当前科研热点和未来发展方向，展现了材料科学的无限潜力。 第十章：聚合物、复合材料与生物材料 聚合物因其轻质、易加工性在现代工程中占据重要地位。本章详细探讨了聚合物的微观结构（结晶度、玻璃化转变温度$T_g$）如何影响其粘弹性行为。随后，重点分析了先进复合材料的性能设计，特别是纤维增强复合材料（如碳纤维增强环氧树脂）的各向异性力学行为。最后，展望了生物医用材料的研发，包括生物相容性、可降解性材料在组织工程中的应用。 第十一章：纳米材料与量子尺度效应 本章探索了当材料尺寸进入纳米尺度（1-100 nm）时出现的独特现象。讨论了量子尺寸效应，如半导体量子点的光发射特性。详细介绍了碳纳米管、石墨烯等二维材料的结构、优异的导电性和力学强度，以及它们在下一代电子器件和储能设备中的应用潜力。 --- 目标读者群体： 高等院校材料科学、化学工程、机械工程专业的本科生和研究生。 从事材料研发、质量控制和工程应用的技术人员。 对固体物理、化学键合和材料性能转化机制感兴趣的科研人员。 本书特色： 1. 深度整合： 紧密连接微观原子结构与宏观工程性能。 2. 实例丰富： 穿插了大量真实工业案例分析（如高性能合金开发、先进半导体制造）。 3. 数学严谨： 提供了必要的理论推导，但始终保持对工程应用的指导意义。 《现代材料科学：从原子结构到宏观性能》 不仅仅是一本教科书，它是一张地图，指引读者探索物质世界的奥秘，并利用这些知识设计、制造出下一代的关键工程材料。

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