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出版者:黄河水利

作者:张栓成//张兆杰

出品人:

页数:232

译者:

出版时间:2010-5

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787807348177

丛书系列:

图书标签:

• 锅炉水处理
• 水处理技术
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• 给水处理
• 除垢
• 阻垢
• 缓蚀
• 水质分析

《先进材料科学与工程基础》图书简介 一、本书概览与定位 《先进材料科学与工程基础》是一本面向材料科学、化学工程、物理学以及相关交叉学科高年级本科生、研究生以及工业界专业技术人员的深度专业教材与参考手册。本书旨在系统、全面地阐述当代先进材料领域的核心概念、基本原理、前沿进展及其在现代工程技术中的应用。 本书的定位是填补传统材料学教材在介绍高技术、功能性材料设计与性能调控方面的深度与广度不足。我们聚焦于那些驱动信息技术、能源转化、生物医学和极端环境应用的下一代材料体系，强调从原子/电子尺度到宏观性能的跨尺度关联性理解，并深入探讨材料的制备、表征与工程化挑战。 二、核心内容模块与深度解析 本书结构严谨，内容涵盖了现代材料科学的五大支柱，并辅以最新的研究热点和案例分析。 第一篇：材料的微观结构与热力学基础（回归与深化） 本篇是理解所有先进材料的基础。我们并未停留在传统的晶体结构和相图分析，而是将重点放在非平衡态热力学在材料设计中的应用。 1. 晶体缺陷的动力学控制： 详细讨论位错、空位和间隙原子在不同温度和应力场下的迁移、聚集与湮灭机制。重点剖析梯度材料中缺陷的演化路径，这对于提高材料的抗疲劳性和韧性至关重要。 2. 固态反应动力学与界面工程： 深入探讨扩散理论（Fick定律的非线性扩展）、界面能、以及在快速热处理（RTP）和烧结过程中的动力学控制。特别关注多层膜界面的相变与应力松弛问题。 3. 计算材料学基础（DFT与分子动力学）： 介绍第一性原理计算（Density Functional Theory, DFT）如何精确预测电子结构、键合特性及材料的本征缺陷形成能。同时，阐述如何利用分子动力学（MD）模拟材料在高应变率或高温下的动态响应。 第二篇：功能材料的电子结构与性能调控 本篇是本书的重点之一，聚焦于材料如何实现特定的电子、光学或磁学功能。 1. 半导体物理与先进器件材料： 不仅覆盖Si基材料，更侧重于第三代和第四代半导体（如GaN, SiC, 及其异质结）的能带结构、载流子输运机制和界面钝化技术。详细分析二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的狄拉克锥特性及其在超高速电子学中的潜力。 2. 介电与压电材料的极化响应： 系统介绍铁电体、抗铁电体和弛豫铁电体的宏观电畴转变与微观缺陷偶极矩的关系。探讨薄膜应力对居里温度和介电常数的影响，并深入讲解压电效应在能量收集和传感中的应用。 3. 磁性材料的尺度效应： 覆盖从铁氧体到尖晶石结构，重点分析斯格明子（Skyrmions）的拓扑稳定性、驱动机制及其在磁存储器中的应用。详述巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR）的量子隧穿机制。 第三篇：结构材料的极端性能设计 本篇关注如何通过微结构设计，使材料在高温、高载荷或复杂载荷环境下保持优异的力学性能。 1. 高温合金与陶瓷的蠕变断裂： 深入解析镍基高温合金中$gamma/gamma'$ 析出相的强化机制。重点讨论蠕变断裂的微观裂纹萌生与扩展路径，以及氧化/腐蚀对高温力学性能的协同劣化作用。 2. 高熵合金（HEAs）的设计原理： 介绍高熵合金的“高熵效应”、迟滞效应和缺面效应。阐述如何利用计算筛选方法（如CALPHAD或高通量实验）来设计具有单相FCC或BCC结构的超高强度、高韧性材料。 3. 纳米晶与超细晶材料的强度-延展性悖论： 探讨 Hall-Petch 效应的失效机制，重点分析纳米孪晶结构和晶界扩散在超细晶材料塑性变形中的关键作用。 第四篇：能源与环境材料的前沿进展 本篇紧密结合全球能源挑战，系统介绍储能、转化和催化领域的核心材料体系。 1. 电化学储能材料： 深入分析锂离子电池正负极材料（如固溶体氧化物、硅基负极）的充放电过程中的相变动力学和体积变化管理。同时，介绍固态电解质（特别是NASICON型和石榴石型）的离子电导率机制及界面阻抗问题。 2. 光电催化材料： 重点剖析钙钛矿材料在光伏领域的优势与稳定性挑战（如湿度和紫外光敏感性）。在光催化方面，详细讲解氧化物（如$ ext{TiO}_2$）和氮化物半导体用于析氢/析氧反应的载流子分离效率与表面活性位点调控。 3. 先进分离膜材料： 介绍用于气体分离（如$ ext{CO}_2$捕获）和水处理的反渗透膜。重点关注金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）作为分子筛的构建原理、孔道调控与实际通量性能。 三、本书的特色与创新点 1. 跨学科的深度融合： 本书在讨论材料性能时，无缝衔接了量子力学、统计热力学和连续介质力学，确保读者建立起“尺度”与“性能”之间的完整认知链条。 2. 强调“材料设计”而非仅是“材料描述”： 每一章节都设置了“设计实例”或“逆向工程”的思考题，引导读者从工程需求出发，反推所需的材料结构和制备路径。 3. 详尽的实验与表征方法关联： 书中对衍射、光谱、显微成像等先进表征技术（如TEM中的EELS、SEM中的EBSD）与材料微观结构的对应关系进行了详细的阐述，帮助读者精准解读实验数据。 4. 前沿案例聚焦： 引入了如自修复材料、拓扑绝缘体、仿生矿化材料等处于产业化前夜的尖端研究成果，保持教材的前沿性和启发性。 总结 《先进材料科学与工程基础》不仅是知识的汇集，更是思维方式的训练。它要求读者跳出传统学科的藩篱，以系统工程的视角，掌握设计、制备和应用新一代高性能材料的核心能力。本书将成为材料科学研究人员攀登学术高峰、工程师解决复杂工程难题的必备工具书。

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