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isbn号码:9787116066144

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《新材料科学前沿探索与应用》 内容简介 本书是一部聚焦于新材料领域最新研究进展与未来发展趋势的综合性学术著作。它系统梳理了当前材料科学领域最具活力和潜力的多个分支，深入探讨了从基础理论到尖端应用的最新突破，旨在为材料科学家、工程师、研究人员以及相关领域的学生提供一个全面、前瞻性的知识平台。 第一部分：先进结构材料的革新 本部分重点关注高性能结构材料在极端环境下的应用与性能提升。 第一章：超高强度与韧性并存的金属合金设计 本章深入探讨了如何通过调控微观组织，实现金属材料强度和韧性的协同增强。内容涵盖了高熵合金（HEA）的相稳定性设计原理、梯度材料的制备技术及其在疲劳和断裂行为中的独特优势。特别介绍了利用增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术精确控制晶粒尺寸和取向，以优化复杂构件力学性能的前沿方法。详细分析了基于第一性原理计算和机器学习辅助的合金成分筛选策略。 第二章：陶瓷基复合材料（CMCs）的轻量化与耐热性提升 重点阐述了下一代航空航天发动机和核能反应堆对耐高温、抗氧化材料的迫切需求。本章详细介绍了碳化硅纤维增强碳化硅基体（SiC/SiC）复合材料的制备工艺优化，包括化学气相渗透（CVI）和熔融渗透（MO）技术的最新进展。探讨了通过界面工程调控纤维与基体之间的耦合作用，以提高材料的抗热震性和长期服役可靠性的方法。此外，还涵盖了新型无机非金属材料如氮化物和硼化物的合成与性能表征。 第二章：先进高分子材料的功能化与智能化 本部分聚焦于高分子材料如何从传统的结构支撑角色，转向具有感知、响应和自修复等智能功能的载体。讨论了刺激响应性高分子（如形状记忆聚合物、自修复凝胶）的设计原理，以及如何通过精确的分子量分布控制和交联网络构建，实现材料性能的定制化。详细介绍了可回收与生物降解聚合物的研究现状，特别是针对循环经济背景下的可持续高分子材料的开发。 第二部分：能源存储与转换材料的突破 本部分集中探讨了支撑清洁能源技术发展的关键材料科学问题。 第三章：下一代锂离子电池的电极与电解质创新 深入剖析了传统锂离子电池面临的能量密度瓶颈和安全隐患。详细介绍了固态电解质材料的研究进展，包括硫化物、氧化物和聚合物固态电解质的离子电导率、界面阻抗控制技术。在正负极材料方面，重点分析了高镍三元材料（NMC）的结构稳定化策略以及硅基、锂金属负极的体积膨胀抑制技术，强调了全电池体系下的电化学协同效应。 第四章：高效光催化与电催化材料 本章关注如何利用新型半导体材料，高效地实现水分解制氢（光催化）和二氧化碳还原（电催化）。重点介绍了钙钛矿材料、量子点以及表面缺陷工程在提升光吸收范围和电荷分离效率方面的应用。详细讨论了贵金属替代催化剂（如过渡金属氧化物和氮化物）的活性位点设计与优化，旨在降低绿色能源转化的成本和环境影响。 第五章：热电材料与温差发电技术 探讨了如何利用材料的塞贝克效应，实现废热的回收与利用。本章聚焦于通过晶格热导率的有效抑制和电子性能的调控，提高材料的ZT值。研究内容涵盖了低维结构材料（如碲化锗纳米线）和复杂/无序体系（如半赫斯勒合金）的合成与性能优化，以及实际温差发电模块的集成设计。 第三部分：信息与生物医学材料的前沿交叉 本部分拓展了材料科学在信息技术和生命健康领域的应用潜力。 第六章：自旋电子学与新型磁性材料 阐述了超越传统电荷传输的自旋电子学（Spintronics）原理，及其在低功耗存储和计算设备中的潜力。重点研究了拓扑绝缘体、铁磁性/反铁磁性异质结的界面物理性质。详细分析了利用范德华异质结构（vdW Heterostructures）构建新型二维磁性材料器件的可行性。 第七章：生物相容性与可降解医用植入材料 关注植入式医疗器械和药物缓释系统的材料需求。详细介绍了具有优异生物惰性的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）改性技术，以及用于组织工程支架的可控降解聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）的微纳结构调控。讨论了如何通过表面功能化修饰，增强材料的抗血栓性和促进细胞黏附与增殖。 第八章：智能传感与可穿戴电子材料 本章涵盖了柔性、透明和可拉伸电子学的最新进展。讨论了基于石墨烯、碳纳米管和导电聚合物的柔性电子墨水与印刷技术。重点介绍了用于生物信号监测（如心电、肌电）和环境气体检测的高灵敏度、高选择性纳米材料传感器阵列的构建方法。 总结与展望 全书最后部分对新材料科学的未来发展方向进行了总结，强调了理论计算、先进表征技术与高通量实验相结合（“材料基因工程”）的跨学科研究范式，并预测了未来十年内可能实现重大产业化突破的关键材料领域。本书内容紧跟国际学术前沿，为读者提供了深入理解和把握材料科学未来脉搏的宝贵参考。

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