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出版者:

作者:Kobayashi, Shiro 编

出品人:

页数:244

译者:

出版时间:

价格:$ 349.17

装帧:

isbn号码:9783642136269

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• 机械
• 高分子材料
• 聚合物
• 材料科学
• 高分子化学
• 塑料
• 橡胶
• 复合材料
• 高分子物理
• 高分子加工
• 工程塑料

深入探索：现代无机材料的结构、性能与应用 本书导言：超越有机范畴，聚焦功能性无机晶体与非晶体系的奥秘 本书旨在为材料科学、化学、物理学以及相关工程领域的研究人员、高级本科生和研究生提供一本全面、深入且前沿的无机材料科学教科书。我们刻意避开了聚合物（Polymer Materials）这一特定主题，转而将目光投向了更广阔、更基础的无机材料世界，特别是那些在极端环境下展现出卓越性能、并在现代高科技领域扮演核心角色的晶体学、陶瓷、玻璃、复合材料以及先进功能性无机薄膜。 我们相信，理解物质的宏观性质必须从其微观的原子排列和电子结构入手。因此，本书的核心逻辑是建立在结构-性能-加工-应用的闭环认知框架之上。 --- 第一部分：无机材料的基石——晶体结构与化学键合（约 300 字） 本部分首先为读者奠定坚实的理论基础，探讨无机材料的本质。 第 1 章：晶体化学基础与对称性： 详细阐述晶体结构的类型，包括布拉维点阵、米勒指数的应用，以及晶体缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）如何决定材料的电学、力学和光学性质。特别关注离子晶体、共价晶体和金属晶体中，不同化学键合的相对强度与方向性如何塑造材料的晶格常数和熔点。 第 2 章：电子结构与能带理论在无机物中的应用： 深入解析能带理论如何解释半导体（如硅、锗、氮化镓）、绝缘体（如氧化铝、氧化镁）和导体的区别。引入态密度（DOS）的概念，并讨论d轨道和f轨道电子在过渡金属氧化物和稀土材料功能显现中的关键作用。 第 3 章：无序与短程有序：玻璃态与非晶结构： 探讨非晶固体（如二氧化硅玻璃、硼酸盐玻璃）的形成机制，重点分析粘滞流变学、弛豫时间以及玻璃化转变温度的物理意义。对比晶体与非晶材料在热力学稳定性和机械响应上的差异。 --- 第二部分：无机材料的分类与热力学控制（约 450 字） 本部分将无机材料划分为几个关键的功能类别，并深入探讨控制其相变和形貌的热力学与动力学因素。 第 4 章：结构陶瓷与耐火材料： 聚焦于高强度、高硬度、耐高温的氧化物（如氧化锆增韧氧化铝，TZP）、氮化物（如碳化硅，SiC）和硼化物。详细讨论陶瓷烧结过程中的致密化机理、晶界工程及其对断裂韧性的影响，特别是裂纹偏转和桥接机制。 第 5 章：先进功能性氧化物：铁电体与压电体： 深入分析钙钛矿结构（如 $ ext{BaTiO}_3$, $ ext{PZT}$）的极化机制。讨论其居里温度、自发极化强度与外加电场的关系，以及在传感器、换能器中的应用。引入非线性光学效应在这些晶体中的表现。 第 6 章：磁性无机材料： 阐述铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的微观起源，重点讲解交换作用和磁畴结构。详细介绍硬磁材料（如钕铁硼，NdFeB）和软磁材料（如铁氧体）的磁滞回线特征，及其在电机和存储设备中的应用。 第 7 章：热力学与相图控制： 教授如何解读和利用二元、三元相图（如 $ ext{Al}_2 ext{O}_3- ext{Cr}_2 ext{O}_3$ 体系）来指导材料的合成和热处理。讨论非平衡相的形成（如快速凝固技术）以及相变动力学对最终材料性能的制约。 --- 第三部分：能源与电子关键无机材料（约 450 字） 本部分聚焦于在能源转化、存储和信息技术中不可或缺的无机半导体和导体材料。 第 8 章：半导体材料与光电器件基础： 细致剖析III-V族（如GaAs, InP）和IV族（Si）半导体的载流子输运特性。深入讨论PN结的形成、光生伏特效应（太阳能电池的原理）以及LED和激光器中的载流子复合机制。重点探讨异质结的构建及其在高效能器件中的优势。 第 9 章：固态离子导体与电化学： 探讨锂离子电池中的关键无机材料，包括正极材料（如 $ ext{LiCoO}_2$, $ ext{LiFePO}_4$）和负极材料（如石墨、硅基材料）的插层/脱层机理。分析固态电解质（如硫化物和氧化物骨架结构）的离子迁移路径和界面阻抗问题。 第 10 章：超导材料的物理： 区分传统低温超导体（如铌钛合金）和高温超导体（如铜氧化物 $ ext{YBCO}$）。解释BCS理论（针对传统超导）和配对机制的当前理解，并讨论磁通钉扎与临界电流密度的关系，及其在磁悬浮和高场磁体中的潜力。 第 11 章：无机薄膜沉积技术： 覆盖主流的物理气相沉积（PVD，如溅射、蒸发）和化学气相沉积（CVD）方法。重点对比原子层沉积（ALD）在实现精确厚度和高度保形性薄膜方面的独特优势，这对集成电路制造至关重要。 --- 第四部分：复合材料与结构工程应用（约 300 字） 最后一部分将视角拓展到多相体系——无机基体复合材料，强调界面工程对宏观强度的影响。 第 12 章：纤维增强与颗粒增强复合材料： 详细分析增强相（如碳化硅纤维、氧化铝颗粒）与基体材料（金属或陶瓷）之间的界面相互作用。讨论界面区对载荷传递效率、疲劳寿命和蠕变行为的决定性影响。 第 13 章：功能性无机基复合材料： 探讨如何利用纳米尺度的无机颗粒（如 $ ext{CNT}$ 或纳米 $ ext{TiO}_2$）来赋予传统基体材料新的光催化、阻燃或电磁屏蔽功能。涉及材料的均匀分散、团聚抑制和界面兼容性问题。 结论与展望： 总结当前无机材料科学面临的挑战，如极端环境下的可靠性预测、新颖晶体结构的设计以及环境友好型材料的开发方向，为读者的未来研究指明道路。 --- 本书特色： 强调跨学科视角： 深度融合了热力学、量子力学、固态物理和材料工程的知识体系。 丰富的案例分析： 选取了大量的工程实例（如航空航天用陶瓷轴承、高密度存储介质、下一代固态电池组件）来佐证理论。 详尽的图表和数据： 包含大量晶体结构示意图、能带图、热力学相图和性能曲线，便于读者直观理解复杂概念。 本书是一本致力于构建无机材料领域全面知识体系的权威参考书，旨在引导读者掌握从原子尺度到宏观性能的完整设计思路。

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这本书的封面设计得非常简洁有力，那种深蓝色配上银色的字体，立刻就给人一种专业、严谨的感觉。我拿到它的时候，首先关注的就是它在内容划分上的逻辑性。很明显，作者在编排章节时花了不少心思，从基础的单体结构、聚合反应机理，到高分子材料的力学性能、热学行为，再到最后那些前沿的应用领域，整个脉络是非常清晰流畅的。我尤其欣赏它对微观结构和宏观性能之间关系的阐述，很多教科书只是简单地罗列公式，但这本书通过图示和翔实的案例分析，让我真切地理解了链长、支化度这些微观参数是如何影响最终材料表现的，比如在解释玻璃化转变温度（Tg）时，它不仅仅给出了理论模型，还结合了不同类型聚合物的实际曲线进行对比，这对于初学者建立直观认识非常有帮助。此外，书中对实验方法的介绍也相当到位，对于那些希望从理论走向实践的研究生来说，了解如何通过差示扫描量热法（DSC）或动态机械分析（DMA）来表征材料，是至关重要的，这本书在这方面提供了足够的深度和广度。总体而言，它更像是一位经验丰富的老教授，耐心地为你铺设知识的阶梯，每一步都走得踏实而有根据。

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这本书的排版和图表质量绝对是顶级的。在材料科学领域，一张清晰的相图或者一个准确的反应机理图，胜过千言万语，而这本书在这方面做到了极致。我翻阅了很多关于高分子合成的书籍，很多要么图注模糊，要么色彩对比度极差，根本无法进行有效的学习和检索。然而，这里的每一张插图，无论是电子显微镜下的微观形貌图，还是热重分析（TGA）的降解曲线，都达到了出版级别的高标准。特别是它对反应动力学模型的展示，采用了分步推导的方式，配合不同的图形来解释反应速率常数和温度的关系，即便涉及到复杂的活化能计算，也能通过图形辅助理解，极大地降低了阅读的认知负荷。我可以毫不夸张地说，很多我过去在其他地方看了很久都无法理解的数学模型，在这本书的图文配合下，一下子就通透了。对于需要大量查阅和引用的读者来说，这种高质量的视觉呈现，无疑是提升学习效率的决定性因素。

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我对这本书的深度评价，主要集中在它对特定应用场景的案例分析上。它不是一本停留在理论层面的抽象教材，而是非常注重将高分子化学与工程实际紧密结合。例如，在探讨聚合物老化和稳定化机制时，作者详细分析了不同光照条件、氧气浓度、以及抗氧化剂种类对聚合物寿命的影响，并且引入了加速老化实验的设计思路。这对于从事产品开发和质量控制的专业人员来说，具有极高的实操价值。书中甚至涉及到了一些新兴的加工技术对材料性能的重塑作用，比如3D打印（增材制造）中，熔融沉积路径对最终部件内部应力的影响分析，这是一个非常现代且复杂的课题，但作者依然能用清晰的数学框架将其解释清楚。这种理论深度与实际应用广度兼备的特质，使得这本书的阅读体验远超一般的基础读物，它更像是一本集成了理论指导、实验设计和问题诊断于一体的工具书，让读者在学习基础的同时，也为进入工业界做好了充分的知识储备。

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这本书在知识的广度和时效性上做得非常平衡。尽管高分子科学发展迅速，新材料层出不穷，但作者非常审慎地选择了那些经得起时间考验的核心知识体系，没有被短期的“时尚”所裹挟，这保证了书籍内容的长期参考价值。同时，它也没有完全忽视前沿领域，比如在生物可降解材料和智能响应高分子这个章节中，作者以一种批判性的眼光，对当前研究的热点进行了梳理和评价，指出了当前技术瓶颈和未来潜力方向，而不是简单地罗列最新的专利成果。这种成熟的研究视角，让读者在学习新知识时，也能学会如何去辨别一个研究方向的真正科学价值。在我看来，这本书的价值不仅在于告诉我们“是什么”，更在于引导我们思考“为什么”以及“如何改进”，它成功地构建了一个鼓励批判性思维和系统性学习的知识框架，非常适合作为深化学术研究的起点和持续进阶的伙伴。

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说实话，这本书的文字风格偏向于学术论文的严谨，但又不像某些翻译过来的教材那样晦涩难懂，它在保持科学准确性的同时，努力地去构建一个易于理解的知识体系。我个人特别喜欢它在讨论复合材料和功能高分子部分的处理方式。现在很多资料都热衷于追逐最新的热点，但这本书却能沉稳地把基础理论打牢，比如纤维增强复合材料的界面粘结理论、层合板的经典层合板理论（CLT），这些“老生常谈”的知识点，在作者的笔下被赋予了新的活力，通过细致的力学分析，让你明白“为什么会是这样”，而不是简单地接受一个结论。对于那些想在材料设计领域有所突破的人来说，这种对基础原理的深刻洞察是不可或缺的。它没有过度渲染那些尚未成熟的“未来材料”，而是专注于那些已经被工业界广泛应用、并且有扎实理论支撑的体系，这种务实的态度让人信服。阅读过程中，我感觉自己像是在跟随一位资深的工程师进行项目复盘，每一步决策都有数据和理论支持，非常适合作为工程专业学生提升解决实际问题能力的参考书。

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