具体描述
聚焦前沿：现代材料科学与工程的深度解析 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的现代材料科学与工程概览。不同于传统教科书对基础化学原理的侧重，本书将焦点完全集中于当前材料研发与应用领域最活跃、最具突破性的方向。我们将跨越传统学科的界限，探讨从原子尺度设计到宏观系统集成的复杂过程，全面覆盖新一代功能材料的设计哲学、合成策略、表征技术及其在未来技术中的关键作用。 --- 第一部分：先进功能材料的设计原理与合成前沿 本部分将材料科学的核心从静态结构转向动态功能，强调如何通过精确控制化学组成和微观结构来实现特定的物理、化学或生物学响应。 第一章：智能响应性材料的分子工程学 本章深入探讨了如何设计能够对外部刺激（如温度、光照、电场、磁场或特定化学物质）产生可逆或不可逆响应的材料。我们将详细分析形状记忆聚合物 (SMPs)、热致变色和光致变色系统的分子机理。重点内容包括： 双刺激响应性水凝胶 (Dual-Stimuli Responsive Hydrogels)： 探讨pH敏感和温度敏感交联点的协同作用，以及它们在药物缓释和软体机器人学中的应用。 分子开关与机器 (Molecular Switches and Machines)： 介绍基于分子拓扑异构、旋转异构或电荷转移机制的分子机器，重点解析其在信息存储和纳米操控中的潜力。 自修复材料的动力学模型： 研究基于可逆共价键（如Diels-Alder反应）或动态非共价相互作用（如氢键、π-π堆积）的自修复网络构建方法，并探讨提高修复效率的催化剂策略。 第二章：二维（2D）材料的超越与集成 超越石墨烯的局限性，本章聚焦于新兴的二维材料家族，并探讨如何利用它们在厚度仅为单原子层时的独特量子效应。 过渡金属硫化物 (TMDs) 的电子结构调控： 深入分析MoS₂, WS₂等材料的带隙可调性，特别关注边缘效应和缺陷工程在增强催化活性和光电转换效率中的作用。 拓扑绝缘体与狄拉克半金属： 阐述这些材料中独特的表面态和体态分离现象，以及它们在低能耗电子学和量子计算中的理论基础和实验进展。 异质结的界面工程： 详细讨论如何通过范德华力构建垂直或平面的异质结堆叠，实现电荷分离、光吸收增强以及新型二维晶体管的设计。 第三章：高熵合金与复杂相材料的相图解析 本章转向金属和陶瓷领域，关注打破传统合金设计范式的多主元系统，以实现前所未有的性能组合。 高熵合金 (HEAs) 的构效关系： 探讨“高熵效应”、“迟滞效应”和“低熵效应”对材料机械性能（如超高强度、高韧性）的影响。重点分析其微观结构演化，如析出相的控制生长。 非晶态与准晶材料的动力学稳定化： 研究如何通过快速冷却或高压合成技术制备具有长程无序但短程有序结构的材料，以及其在耐磨损和阻尼应用中的优势。 增材制造中的材料设计挑战： 讨论在激光选区熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中，快速冷却速率对材料凝固组织、残余应力和缺陷形成的影响，并提出相应的材料成分优化策略。 --- 第二部分：能源与环境领域的应用化学 本部分将材料科学的应用聚焦于解决全球性的能源储存、转换和环境可持续性挑战。 第四章：下一代电化学储能系统的界面化学 本章侧重于超越传统锂离子电池的瓶颈，探讨新型电极材料和电解质系统的界面稳定性与反应动力学。 固态电解质的设计与制备： 深入分析硫化物、氧化物和聚合物基固态电解质的离子传导机制，重点解决固-固界面处的高阻抗问题，并介绍界面涂层技术。 锂硫 (Li-S) 与锂空气 (Li-Air) 电池： 探讨多硫化物穿梭效应的抑制策略，如使用功能化碳载体或隔离膜。对于锂空气系统，重点分析空气电极的催化剂选择及其对副反应的控制。 钠离子电池 (SIB) 的正负极材料： 分析层状氧化物、普鲁士蓝类似物及硬碳材料的插层机制与结构稳定性，评估其大规模应用的可行性。 第五章：光催化与电催化在可持续化学中的作用 本章详细阐述如何利用半导体材料的能带结构，设计高效的催化剂，以驱动环境友好的化学转化。 水分解制氢（HER/OER）的效率提升： 分析贵金属替代催化剂（如基于镍、钴、铁的氢氧化物和磷化物）的活性位点工程。讨论如何通过形貌控制和缺陷工程优化催化剂的电荷分离效率。 二氧化碳还原 (CO₂RR) 的选择性催化： 介绍分子催化剂和负载型金属纳米颗粒在将CO₂转化为燃料（如CO, 甲酸或乙醇）过程中的选择性调控机制，重点关注反应中间体的稳定化。 污染物降解的光催化剂优化： 讨论可见光响应型半导体（如碳氮化物和掺杂二氧化钛）的设计，以及如何利用污染物吸附位点与光生载流子有效结合，实现高效的有机污染物矿化。 --- 第三部分：生物界面与先进表征技术 本部分关注材料与生命系统的相互作用，以及支撑前沿材料研究的核心实验方法。 第六章：生物材料与组织工程支架的分子构建 本章聚焦于生物相容性、生物活性和生物可降解性材料的精准合成与功能化。 可注射水凝胶的快速固化机制： 探讨利用化学交联（如点击化学、硫醇-烯反应）或物理交联（如分子缠结）技术，在生理条件下实现原位成型的支架构建，用于细胞封装和三维培养。 靶向药物递送系统的设计： 分析利用脂质体、聚合物胶束和无机纳米颗粒（如介孔二氧化硅）作为载体的优势与挑战。重点讨论如何通过表面配体修饰实现对肿瘤微环境或特定细胞类型的特异性识别与药物释放。 生物电子学与植入式设备： 介绍柔性导电聚合物和导电水凝胶在神经接口、生物传感器和可穿戴健康监测设备中的应用潜力，关注材料的长期稳定性和生物惰性。 第七章：先进显微技术与原位表征 本章不涉及具体的材料合成，而是系统梳理了理解材料微观结构和动态过程所必需的高级表征工具。 透射电子显微镜 (TEM) 的定量分析： 深入讲解球差校正TEM在解析原子尺度结构、识别晶格缺陷和进行元素分布映射（利用EELS和EDX）方面的能力。 同步辐射技术在动力学研究中的应用： 阐述如何利用高能X射线进行原位/准原位拉曼光谱、X射线吸收谱（XAS）和粉末衍射，实时追踪催化反应过程、电池充放电循环中的相变和应力演化。 原子力显微镜 (AFM) 的功能化模式： 介绍除了形貌成像外，利用KPFM（开尔文探针力显微镜）测量表面功函数分布，以及通过力谱分析材料的粘附力、弹性模量和粘弹性行为。 --- 本书面向高年级本科生、研究生以及从事材料、化学、物理和生物工程领域研发工作的专业人士。它要求读者具备扎实的化学基础，并通过深入的案例分析和前沿文献解读，引导读者构建起跨学科的材料设计思维框架，把握未来材料科学发展的核心驱动力。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.quotespace.org All Rights Reserved. 小美书屋 版权所有