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出版者:中国城市出版社

作者:杜语

出品人:

页数:329

译者:

出版时间:2003-02-01

价格:38.00

装帧:精装(无盘)

isbn号码:9787507414523

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《现代材料科学与工程前沿》 书籍概述： 本书聚焦于二十一世纪材料科学与工程领域最激动人心和最具颠覆性的前沿研究方向与技术应用。它并非一本基础理论的教科书，而是旨在为具有一定材料学背景的专业人士、科研工作者及高年级本科生提供一份关于当前技术制高点的深度导览。全书结构严谨，内容涵盖从原子尺度设计到宏观器件应用的多个层面，力求全面展示材料创新如何驱动信息技术、能源转型、生物医学等关键领域的发展。 第一部分：颠覆性新材料的原子尺度构筑与设计 第一章：二维材料的突破与集成 本章深入探讨了石墨烯及其衍生物之外的新兴二维材料体系，例如过渡金属硫化物（TMDs）、黑磷（BP）以及氮化硼（h-BN）的最新进展。重点分析了如何通过精确控制层数、边缘结构和晶格缺陷来调控其电子学、光学和催化性能。内容包括： 异质结的构建策略： 垂直堆叠与边对边拼接技术在构建具有新颖量子效应的范德华异质结中的应用，以及这些异质结在超快光电器件中的潜力。 二维材料的规模化制备： 探讨化学气相沉积（CVD）技术的最新迭代，以及如何实现大面积、高质量、可转移的晶圆级二维材料薄膜的工业化生产。 拓扑材料的新范式： 重点解析拓扑绝缘体和拓扑半金属在低功耗电子学和量子计算中的应用基础，及其在二维体系中拓扑相的调控。 第二章：高熵合金（HEAs）与极端环境材料 高熵合金作为冶金学领域的一股新势力，其复杂构型带来的异常力学和热学性能是本章的核心。我们摒弃了传统合金设计中单一主元的设计理念，转向五种或更多主元等原子或近等原子比的合金体系。 结构稳定性和塑性机制： 深入分析高熵合金中“迟滞混合熵效应”如何影响其晶体结构演变，以及面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方紧密堆积（HCP）结构的复杂共存状态对材料韧性的提升。 极端环境下的性能验证： 探讨HEAs在高温蠕变、辐照损伤（核能应用）和强腐蚀环境下的抗性研究，并对比其与传统镍基超合金的性能差异。 机器学习辅助设计： 介绍如何利用高通量计算和数据挖掘技术，加速发现具有特定优异性能（如高强度-高韧性组合）的新型高熵合金配方。 第二部分：功能化材料的跨界应用 第三章：自驱动与智能响应材料 本章关注那些无需外部持续能源输入，即可感知环境变化并作出响应的材料体系，是可穿戴技术和物联网发展的基石。 压电与热释电效应的优化： 探讨新型柔性压电聚合物和钙钛矿氧化物在能量收集（能量采集器）中的应用，特别是如何通过界面工程提高其能量转换效率。 形状记忆与自修复聚合物： 详细阐述了动态共价键（如Diels-Alder反应）在构建可逆交联网络中的作用，以及如何实现材料在室温或特定刺激下的结构恢复。 电活性聚合物与人工肌肉： 分析电活性聚合物（EAPs）驱动机制的最新进展，并讨论其在仿生机器人和微流控系统中的工程化挑战。 第四章：能源存储与转换的材料革命 本章聚焦于解决当前全球能源转型的核心瓶颈——高效、长寿命、高密度的能源器件。 固态电池的电化学界面控制： 深入分析固态电解质（如硫化物和氧化物体系）与电极材料之间界面阻抗过高的问题，以及如何通过表面改性技术抑制锂枝晶的生长。 下一代光伏材料： 重点解析钙钛矿太阳能电池的长期稳定性问题，特别是对湿气、热量和紫外光的敏感性，以及钝化层设计和无机/有机混合封装技术的研究进展。 氢能储存材料： 讨论化学储氢材料（如金属氢化物和有机液态储氢载体）的吸附/解吸动力学瓶颈，以及如何通过纳米结构化提高反应速率。 第三部分：先进制造技术与材料表征 第五章：增材制造（AM）中的材料行为 增材制造，特别是金属和陶瓷的激光熔融技术，对材料的微观结构和宏观性能带来了前所未有的影响。 熔池动力学与缺陷控制： 探讨激光熔覆过程中快速凝固速率对晶粒尺寸、形成缺陷（如未熔合、孔隙）的影响，以及通过过程参数实时监控（In-situ monitoring）来优化结构均匀性的方法。 梯度功能材料（GFM）的AM实现： 介绍如何通过精确控制进料比例或激光功率在同一构件内部实现材料性能的梯度变化，例如从高韧性到高硬度的平滑过渡。 后处理对性能的影响： 分析热等静压（HIP）和特定热处理工艺如何消除AM部件内部残余应力并优化微观组织，以满足航空航天等高要求领域的标准。 第六章：多尺度耦合的先进表征技术 精确理解材料在不同尺度下的行为是创新设计的基础。本章介绍几种前沿的表征工具和分析方法。 同步辐射技术在新材料研究中的应用： 阐述高能X射线衍射（XRD）和X射线吸收谱（XAS）如何用于原位（in-situ）监测电池充放电过程或催化反应中的原子状态变化。 飞秒/皮秒激光诱导的超快光谱学： 介绍如何利用超快激光技术探究电子在材料中的弛豫过程、载流子动力学以及激发态的寿命，这对于理解半导体和光电器件的效率至关重要。 聚焦离子束（FIB）与透射电镜（TEM）的联用： 讨论如何利用FIB进行精确样品制备，从而在亚纳米尺度上解析界面结构、缺陷核形成以及纳米颗粒的相变行为。 结语：面向未来的材料创新路线图 全书最后部分总结了当前材料科学面临的挑战，并展望了计算材料学、人工智能辅助发现以及可持续性材料设计（如循环经济中的材料再利用）在未来十年可能扮演的核心角色。本书旨在激发读者对跨学科研究的兴趣，并为从事前沿材料研发的人员提供一个清晰、深入的技术参考框架。

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