生理功能数字仿真与无创成像 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:第1版 (2004年1月1日)

作者:白净

出品人:

页数:330

译者:

出版时间:2004-4

价格:65.0

装帧:精装

isbn号码:9787534541858

丛书系列:

图书标签:

• 生理学
• 数字仿真
• 无创成像
• 生物医学工程
• 建模
• 信号处理
• 医学影像
• 计算生物学
• 生理功能
• 生物物理学

好的，以下为您撰写的图书简介，该书聚焦于微观材料的结构与性能调控，旨在为材料科学、固体物理以及相关工程领域的研究者和工程师提供前沿的理论指导和实验方法： --- 图书名称：微观结构对功能材料性能的决定性影响：从原子尺度到宏观应用 导言：超越平均场——探索材料世界的精细化真谛 在当代科学技术飞速发展的浪潮中，新材料的研发与应用已成为推动人类社会进步的核心驱动力之一。然而，要实现材料性能的突破性提升和精准控制，仅仅依赖传统的宏观性能测试和经验法则已远远不够。本书深刻洞察了这一需求，将视角聚焦于材料的微观结构——原子排列、晶界、缺陷、界面以及纳米尺度的形貌特征——它们是如何像无形的指挥家一样，决定了材料的力学、电学、磁学、光学乃至热学等宏观性能。 本书并非对现有材料科学知识的简单罗列，而是一部深入探讨“结构-性能”内在联系的深度论著。我们摒弃了过于简化的平均场理论，转而采用多尺度、多物理场耦合的视角，系统阐释了从原子尺度的电子结构演化，到纳米尺度的形貌调控，再到宏观功能实现的完整链条。我们的目标是为读者提供一套结构解析与性能预测的理论框架与实验工具箱，助力科研人员实现“设计即材料”的终极目标。 第一部分：原子与电子的精细调控——微观基础的重构 本部分是全书的理论基石，深入探讨了材料微观结构中那些最基础但影响最深远的要素。 第一章：晶体缺陷的量子效应与能带结构重塑 本章首先回顾了点缺陷（如空位、间隙原子、置换原子）在半导体、绝缘体和金属中的基本形成机制。重点在于利用第一性原理计算（如密度泛函理论DFT）来精确计算这些缺陷对材料局部电子结构的影响。我们将详细分析缺陷如何引入局部能级（陷阱态），如何改变材料的费米能级位置，并最终决定其导电类型（n型或p型）以及载流子的迁移率。对于过渡金属氧化物中的氧空位和极性缺陷，我们将结合实验光谱学证据，阐述它们在催化活性和光电转换效率中的核心作用。 第二章：界面与异质结的能带匹配与电荷转移 在功能材料领域，界面是性能发生突变的关键区域。本章聚焦于不同材料（如金属/半导体、半导体/半导体、或两种不同晶相的界面）接触时产生的能带弯曲、肖特基势垒的形成与调控。我们将引入“电子亲和势”和“功函数”的概念，并详细探讨通过界面工程（如原子层沉积ALD、分子束外延MBE）来精确控制界面结构，实现高效电荷分离和传输的策略。例如，在钙钛矿太阳能电池中，界面缺陷态对寿命和效率的负面影响将作为核心案例进行剖析。 第三章：晶界工程：从晶界散射到高性能结构材料 晶界，作为晶粒之间的无序区域，对材料的力学和电学性能具有双重影响。对于结构材料，晶界是位错滑移的阻碍者，也是脆性断裂的萌生点。本章将结合高分辨透射电镜（HRTEM）的观察结果，阐述晶界类型的分类（例如，共格、半共格、非共格晶界）及其对塑性、蠕变和疲劳寿命的影响。对于电子材料，晶界处的杂质偏聚和电势降将导致电导率的显著降低（晶界散射效应），本章将量化晶界密度对整体电阻率的影响模型。 第二部分：尺度效应与结构表征——从纳米到宏观的桥梁 本部分着重于如何通过先进的表征技术来“看见”并“量化”微观结构，并阐述尺度变化如何引发新的物理现象。 第四章：纳米结构形貌对本征性能的非线性影响 当材料尺寸进入纳米尺度（如量子点、纳米线、薄膜），表面/体积比急剧增大，量子限域效应和表面能效应开始主导材料行为。本章详细讨论了尺寸效应在光学（如等离激元共振、荧光增强）、催化（如活性位点暴露）和力学（如Hall-Petch效应的失效与反转）方面的具体体现。我们将介绍如何通过精确控制纳米颗粒的晶型（如立方相与八面体相）来调控其表面活性和选择性。 第五章：先进表征技术在微观结构解析中的应用 要理解结构与性能的关系，必须依赖先进的表征手段。本章不对传统的测试方法进行赘述，而是专注于那些能够提供原子尺度信息或动态过程信息的尖端技术： 同步辐射与中子散射技术：如何利用X射线吸收谱（XAS/XANES）解析局部原子环境和价态；如何利用中子衍射精确区分轻元素（如氢、锂离子）的位置。 球差校正电镜（STEM）：如何实现原子分辨率成像，并结合电子能量损失谱（EELS）进行元素谱学和化学态成像，以识别亚纳米尺度的偏聚或相分离。 原位（In-situ）/ operando表征：如何将表征技术集成到工作器件（如电池、催化剂）内部，实时捕获在电场、温度或反应气氛下结构发生的动态演化，从而揭示性能衰退的根本原因。 第六章：多尺度建模与计算材料学：预测未来的蓝图 本章探讨如何利用计算方法来弥补实验观测的局限性。我们将系统介绍从量子力学到相场理论的多尺度建模方法： 第一性原理与分子动力学（MD）：用于预测材料的热力学稳定性、缺陷迁移势垒以及原子级别的弛豫过程。 晶格动力学与有限元分析（FEA）：如何将微观尺度的弹性模量、热膨胀系数等输入到宏观结构模型中，进行残余应力分析和服役寿命预测。 机器学习与高通量计算：如何利用已有的结构数据库和计算结果，快速筛选出具有特定微观结构特征的新材料体系，加速研发进程。 第三部分：结构调控驱动的功能实现——面向工程的应用策略 本书的第三部分将理论和表征工具应用于实际的功能材料设计中，展示如何通过对微观结构的有意设计来优化特定功能。 第七章：电化学储能中的界面结构优化 在锂离子电池、固态电池和超级电容器中，电极/电解质界面的结构稳定性直接决定了能量密度和循环寿命。本章重点分析固态电解质界面（SEI）的形成机制，以及如何通过表面涂层或添加剂来控制界面反应，抑制锂枝晶的生长。对于固态电池，我们将深入探讨“应力-离子传输”的耦合机制，阐明晶界重构如何影响整体离子电导率。 第八章：催化材料的活性位点结构工程 催化剂的性能高度依赖于其表面原子排布和电子态。本章以异质结催化剂为例，讨论如何通过引入界面效应来调控活性位点的电子结构，例如，通过费米能级耦合改变金属纳米颗粒的d带中心位置，从而优化对特定反应中间体的吸附强度。我们将分析支撑材料的孔隙结构对质量和电子传递的影响，以及催化剂在反应条件下的“结构重构”现象。 第九章：先进光学与磁学材料的拓扑结构设计 在光子学和自旋电子学领域，材料的拓扑性质和低维结构至关重要。本章将聚焦于拓扑绝缘体和二维材料（如石墨烯、二硫化钼）的层间耦合和堆叠顺序如何决定其独特的电子传输特性。在磁性材料中，我们将探讨磁畴壁的运动机制，以及如何通过引入应力或电场（如磁电耦合）来控制磁畴壁钉扎，实现高效的磁性存储和逻辑器件。 结语：面向未来的材料基因组学 本书的编写始终贯穿着一个核心思想：材料的性能是其微观结构在特定环境和载荷下的综合体现。 通过对原子尺度、界面结构、缺陷分布、纳米形貌以及多尺度耦合效应的系统性解析，读者将能够摆脱经验主义的束缚，掌握一套科学、系统的材料设计与优化方法论。本书的最终目标是启发材料科学家和工程师，能够以结构为“基因”，精确设计和合成具有预期宏观功能的下一代先进材料。 ---

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这本书的装帧设计简直是艺术品！封面采用了一种哑光质感的深蓝色调，配上银灰色的烫印字体，显得既专业又不失典雅。拿到手里沉甸甸的，能感受到出版社对内容质量的把控。内页纸张的选择也十分考究，不是那种亮得刺眼的铜版纸，而是略带米黄色的环保纸张，阅读起来眼睛非常舒服，长时间看也不会感到疲劳。尤其值得称赞的是，书中图表的排版布局简直是教科书级别的典范。无论是复杂的生物电信号波形图，还是精细的器官三维重建示意图，都清晰锐利，色彩过渡自然得体。排版时留白的处理恰到好处，使得每一页都像是一幅精心设计的海报，让人忍不住想多翻几眼。这不仅仅是一本工具书，更像是一件可以陈列在书架上的工艺品，对于那些注重阅读体验的专业人士来说，光是翻阅的过程就是一种享受。这样的用心，无疑是对知识的尊重，也大大提升了学习的愉悦感。

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说实话，这本书的索引和术语表部分，简直是救命稻草！面对如此庞大且专业的知识体系，如果没有一个完善的检索系统，光是查找一个特定的名词定义或公式参数，可能就要花费大半天的时间。这本书的后记部分做得非常出色，不仅包含了详尽的符号对照表，对于那些在正文中可能只出现一次的缩写，都在末尾给出了明确的解释和出处引用。我尝试性地查找了十几个比较生僻的生物物理学术语，无一例外，都能在索引中快速定位到精确的页码。这体现了编者对读者阅读习惯的深刻理解和高度的责任心。一个好的工具书，其价值不仅在于其主体内容，更在于它能否成为一个高效、可靠的参考助手，这本书在这方面做得堪称完美。

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这本书引发了我对未来医学诊断模式的深度思考。在阅读到关于复杂系统耦合分析的章节时，我开始意识到，我们过去过于依赖孤立地看待单个生理指标的做法已经过时了。作者通过构建高度整合的多器官交互模型，清晰地展示了系统性疾病是如何在不同功能单元之间相互影响、螺旋式恶化的。这种宏观的、动态的视角，对我正在进行的心血管疾病预测项目的启发是颠覆性的。它不再仅仅是教我如何操作软件或套用公式，而是促使我从根本上重新审视疾病的本质——即生命系统是一个不可分割的整体。合上书本，我脑海中浮现的不是具体的代码片段，而是对生命科学边界正在被技术如何拓展的激动人心的愿景。

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我花费了整整一周的时间，才勉强消化了前三章的内容，这深度简直令人咋舌。作者在基础理论的阐述上，丝毫没有敷衍了事，每一个公式的推导都追溯到了最源头的物理或生物学原理，中间的逻辑链条严丝合缝，绝不容许任何“因为显而易见”的跳跃。例如，在讲解某些高级算法模型时，作者不仅给出了算法流程，还结合了历史背景，说明了为什么选择这种特定的数学工具来模拟特定的生理现象，这种“知其然，更知其所以然”的教学方式，极大地拓宽了我的视野。我以前总觉得这些领域的交叉学科书籍要么过于晦涩难懂，要么就是浅尝辄止，但这本书完全打破了我的刻板印象。它要求读者有一定的数理基础，但同时又耐心地为你搭建起一座通往前沿研究的坚实桥梁，每一个论述都掷地有声，充满了学术的重量感。

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这本书的叙事风格非常独特，它没有采用那种冷冰冰的学术报告腔调，反而带有一种温和而坚定的引导性。作者仿佛是一位经验极其丰富的临床工程师，站在你身边，一步一步地带你进入这个充满挑战的模拟世界。特别是在讨论数据采集和误差分析的部分，作者的笔触变得尤为细腻，他没有回避现实中信号噪声的复杂性，而是坦诚地列举了不同环境因素对测量结果的潜在干扰，并提出了多种实用的校正策略。这种将理论与实践紧密结合的写法，使得这本书的实用价值远超一般的理论专著。对于我们这些需要将仿真模型投入到实际设备开发中的工程师而言，这种基于真实工程场景的经验分享，比任何抽象的理论公式都来得宝贵和接地气。

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