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出版者:化学工业出版社

作者:张振坤

出品人:

页数:476

译者:

出版时间:2004-3

价格:32.0

装帧:平装

isbn号码:9787502551155

丛书系列:

图书标签:

• 化工基础
• 化学工程
• 化工原理
• 物理化学
• 化工热力学
• 化工动力学
• 传质传热
• 化学反应工程
• 工业化学
• 应用化学

现代材料科学导论 聚焦前沿，构建跨学科理解 本书旨在为学习材料科学的初学者提供一个全面、深入且富有启发性的入门指南。我们摒弃了传统教材中过于侧重单一学科的局限性，而是采取一种更加现代、跨学科的视角，探讨构成我们现代世界的物质基础及其背后的科学原理。 内容结构与核心理念： 本书的结构设计遵循“从微观到宏观，从基础到应用”的逻辑脉络，确保读者能够逐步建立起对材料科学的系统认知。 第一部分：物质的基石——原子、结构与键合 (The Atomic Foundation) 本部分深入探讨材料的微观世界，这是理解所有宏观性能的基础。 1. 原子结构与电子排布的精妙： 我们将从玻尔模型出发，逐步过渡到量子力学对原子轨道的描述，重点解析价电子的排布如何决定元素的化学性质和材料的结合能力。特别关注$d$轨道和$f$轨道的电子特性如何赋予过渡金属和稀土元素独特的磁学和光学性质。 2. 晶体结构与缺陷理论： 详细介绍密堆积、体心立方、面心立方等基本晶格结构，并结合X射线衍射（XRD）技术，教授如何解析材料的晶体学参数。随后，深入探讨点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的形成机制、对材料力学性能（如塑性、强度）的决定性影响，以及如何通过控制缺陷工程来优化材料性能。 3. 化学键合的类型与能量： 全面分析离子键、共价键、金属键、范德华力和氢键的本质。通过计算键合能和晶格能，解释不同材料（如陶瓷、高分子、金属）的熔点、硬度、导电性等基本物理性质的差异根源。 第二部分：功能导向的材料分类与性能 (Function-Driven Material Classes) 本部分将传统的金属、陶瓷、高分子材料进行整合，并根据其核心功能进行重新分类，以更贴近现代工程需求。 1. 结构材料的强化机制： 重点分析金属合金的相图（如Fe-C二元系），深入讲解固溶强化、沉淀强化、晶界强化和加工硬化（冷/热加工）的微观机理。对于陶瓷材料，讨论晶界和晶须对断裂韧性的提升作用。 2. 功能性无机材料： 电子与半导体材料： 详述能带理论（价带、导带、费米能级），分析直接带隙与间接带隙半导体的区别，并重点介绍硅基半导体材料的制备（如区熔法）及其掺杂对导电性的精确调控。 压电、铁电与热释电材料： 探讨晶体结构中的偶极矩与宏观电响应之间的关系，分析这些材料在传感器和执行器中的应用。 3. 聚合物科学： 从单体的聚合反应（自由基、缩聚、加聚）开始，详细阐述聚合物的分子量分布、拓扑结构（线性、支化、交联）对粘弹性和流变学行为的影响。对比热塑性与热固性树脂的加工特性。 4. 生物相容性材料： 关注医用植入体材料（如钛合金、生物活性陶瓷）的表面特性、腐蚀行为以及与生物组织的界面反应，强调材料的生物惰性与生物活性设计。 第三部分：材料的动态行为与表征 (Dynamics and Characterization) 材料的性能并非一成不变，其在环境中的响应和如何准确测量是现代工程的关键。 1. 材料的热力学与动力学： 回顾相图的构建原理（吉布斯相律），并结合扩散理论（Fick定律）解释材料内部的原子迁移过程，如高温氧化、固态反应等。引入非平衡态热力学概念，理解快速凝固技术。 2. 力学响应的深度剖析： 不仅限于弹性模量和屈服强度，本书将重点讲解材料的蠕变（时间依赖的塑性变形）、疲劳（循环载荷下的断裂）、以及断裂韧性（KIC）。引入线性断裂力学的基础概念。 3. 先进表征技术： 详细介绍用于探究不同尺度的表征手段： 微观结构分析： 扫描电子显微镜 (SEM) 的成像原理、能量色散X射线谱 (EDS) 的元素分析；透射电子显微镜 (TEM) 的高分辨成像和衍射分析。 表面与成分分析： X射线光电子能谱 (XPS) 和俄歇电子能谱 (AES) 在分析材料表面化学态方面的应用。 动态性能测试： 动态热机械分析 (DMA) 对粘弹性材料的弛豫时间的测定。 第四部分：面向未来的材料设计与可持续性 (Future Directions) 本部分着眼于材料科学的前沿领域，强调绿色制造和智能材料的设计理念。 1. 纳米材料的尺度效应： 讨论量子尺寸效应，分析纳米颗粒、纳米线和薄膜材料的独特光学、催化和力学性能，以及其在电子器件和储能中的应用。 2. 智能与响应性材料： 深入研究形状记忆合金（SMA）、磁流变液（MRF）和自修复材料的响应机制，探讨如何通过外部刺激（温度、电场、磁场）实现材料性能的动态可控。 3. 材料的生命周期与循环经济： 探讨如何设计易于回收、低能耗生产的材料（绿色化学原则）。分析新型催化剂和吸附材料在环境修复中的潜力。 本书特色： 案例驱动学习： 每章均配有与现代工业（如航空航天、微电子、新能源技术）紧密相关的真实案例分析，将理论知识与工程实践紧密结合。 定量分析能力培养： 包含大量需要读者动手计算和绘图的习题，特别是涉及相图分析、晶格常数计算和能带间隙估算的部分。 强调跨学科交叉： 显著增强了材料科学与化学、物理学、计算机模拟（如分子动力学初步概念）的交叉内容，培养学生的系统思维能力。 本书适合作为大学本科高年级或研究生阶段的专业基础教材，也可作为工程技术人员进行再培训和深入学习的参考书。通过阅读本书，读者将掌握解读和预测新材料性能的科学工具。

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我对这本书的目录结构感到非常好奇，它似乎遵循着一种非常经典且逻辑严密的编排顺序。开篇似乎着重于基础概念的建立，从宏观的化学原理出发，逐步深入到具体的物质结构和反应动力学。章节之间的过渡非常自然，每一个知识点都像是为下一个知识点做好了铺垫，没有那种生硬的跳跃感。我注意到，其中关于热力学和反应平衡的部分，用了大量的图表和实验数据来辅助说明，这对于理解抽象概念极其重要。书中对一些核心概念的定义，措辞严谨而准确，没有丝毫含糊不清的地方，这在很多现代教材中反而难以寻觅。更让我惊喜的是，书中还穿插了一些历史性的注解，讲述了这些理论的发现过程和早期应用，这极大地丰富了阅读体验，让人明白这些知识的来得不易。整体来看，作者显然下了大功夫来构建一个坚实的基础框架，让读者能够从零开始，一步步建立起完整的知识体系。

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这本书的装帧设计很有年代感，封面上的插图和字体排版，都让人联想到上世纪八九十年代的教材风格。内页纸张略微泛黄，印刷质量中规中矩，看得出是经过时间沉淀的产物。我拿起它，首先注意到的是扉页上工整的手写批注，仿佛能窥见前几位读者的学习轨迹。书页间夹着几张折叠的笔记纸，上面密密麻麻地写满了公式和概念的梳理，虽然年代久远，字迹有些模糊，但那种扑面而来的学习热情着实让人动容。书的侧边已经磨损，但合起来却显得异常厚重，让人不由得对其中蕴含的知识量产生敬畏。这种实体书的质感，是电子书无法给予的，它带着一种时间的厚度，让人忍不住想要坐下来，沉浸其中。每一次翻动书页，都能闻到一种混合着纸张和尘土的气息，非常怀旧，也更加激励人去探索书中的奥秘。这本书的实体存在本身，就是一种知识传承的仪式感。

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这本书的语言风格非常质朴，几乎没有太多花哨的修饰，完全是以传授知识为核心目的。文字的表达直接而清晰，对于复杂的化学过程，作者倾向于用最直观的语言去描述，避免了过多晦涩难懂的术语堆砌，除非是必须引入专业名词时才会使用。在讲解那些需要反复理解的定律和公式时，作者会采用一种近乎导师般的耐心，反复地从不同角度去阐释，并且常常伴随着一些简单的比喻或类比，帮助我们这些初学者跨越理解的鸿沟。这种不卑不亢的叙述方式，让人感觉像是被一位经验丰富的老教授亲自指导，没有丝毫的架子。阅读过程中，我发现自己很少需要频繁地查阅后面的术语表，因为关键信息似乎都在最恰当的地方得到了充分的解释，这极大地提高了阅读的流畅性和效率。它更像是一本“讲义”而非“科普读物”，完全服务于学习的本质需求。

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书中对于一些关键的计算示例和习题设计，体现了极高的专业水准。这些例题并非简单的概念复述，而是巧妙地将多个知识点融合在一起，需要读者进行深层次的分析和推理才能得出正确答案。我发现，很多例题的解答过程都被详尽地展示了出来，步骤清晰，逻辑连贯，甚至连一些容易出错的陷阱也被特意标注了出来。这对于自学或者需要巩固基础的读者来说，无疑是一份宝贵的资源。更值得称赞的是，习题的难度梯度设置得非常合理，从最基础的单元换算到复杂的系统分析题，循序渐进，确保读者在掌握了基础知识后，能够逐步挑战更复杂的实际问题。做完一组习题后，那种豁然开朗的感觉，是单纯阅读理论文字所无法比拟的，它真正将知识内化成了解决问题的能力。

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这本书在细节处理上展现了作者对教学细致入微的考量。例如，在讨论特定反应条件时，书中会附带一些关于实验安全注意事项的提醒，虽然简短，但体现了对读者实际操作的关怀。此外，对于一些历史遗留的单位制和国际标准单位的转换问题，书中也提供了清晰的对照表和转换方法，避免了现代读者在应用旧文献资料时的困扰。版面设计上，虽然整体风格偏向传统，但在关键公式和图示的排布上，还是做到了突出重点，图文对照明确，没有出现公式和解释脱节的情况。当我试图查找某个特定反应的平衡常数计算方法时，发现该部分内容被巧妙地放在了专门的“专题解析”模块中，这种结构化的组织，让查阅资料也变得十分便捷。总而言之，这是一本在内容深度和实用性上都做得相当出色的参考资料，它的设计目标非常明确，就是为了帮助学习者扎实地掌握该学科的基石。

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