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出版者:化学工业出版社

作者:王静康

出品人:

页数:466

译者:

出版时间:1995-6-1

价格:32.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787502514549

丛书系列:

图书标签:

• 化工设计
• 化工工程
• 流程设计
• 设备设计
• 工程计算
• 工业化学
• 化学工程
• 工艺流程
• 安全设计
• 自动化控制

探索微观世界的宏大叙事：《晶体结构与材料科学导论》 书籍定位： 本书旨在为材料科学、化学工程、物理学以及相关交叉学科的学生和研究人员提供一套全面而深入的晶体结构基础理论与现代材料设计应用指南。它不仅仅是一本关于“如何看懂”晶体结构的工具书，更是一部引导读者理解微观几何秩序如何决定宏观性能的思维导引。 核心内容概述： 本书内容围绕着理解物质的周期性秩序展开，从最基础的几何学原理出发，层层递进，直至复杂的晶体缺陷理论和功能材料的设计范例。全书结构严谨，逻辑清晰，分为六个主要部分，共计二十章。 第一部分：晶体学的基本概念与数学基础（第1-4章） 本部分是建立整个理论体系的基石。我们首先介绍了宏观晶体学概念，如晶格、晶胞、点阵的定义，以及晶体物质与非晶体物质的本质区别。随后，重点深入讲解了构成晶体世界的数学语言——点群与空间群理论。 对称性原理的深度剖析： 详细阐述了17种布拉维点阵和230种空间群的推导过程及其物理意义。我们摒弃了仅仅罗列符号的教学方式，而是通过实际的几何操作和对称等效原理，解释为何自然界中的晶体结构只能遵循这有限的组合。 倒易空间与衍射理论的初步连接： 介绍了密矢量概念和倒易点阵的构造，为后续的X射线衍射分析奠定数学基础。同时，讨论了欧几里得空间与傅里叶空间之间的变换关系，这是理解晶体结构分析的关键桥梁。 第二部分：晶体结构的描述与表示（第5-8章） 本部分聚焦于如何精确地描述和量化已知的晶体结构。我们侧重于晶体结构信息在文献中的标准表达方式，以及如何利用这些信息进行计算和预测。 晶体学指标体系： 全面讲解了米勒（Miller）指标、密勒-布拉维（Miller-Bravais）指标的计算方法及其在描述晶面和晶向上的应用。书中包含了大量工程实例，说明如何利用晶向指数来指导材料的单晶生长和塑性变形分析。 晶体结构数据库的应用与互操作性： 详细介绍了国际晶体学数据库（如ICSD, CCDC）的使用规范、数据提取方法，以及如何利用结构因子计算来验证已解析结构的可靠性。 第三部分：晶体生长、缺陷与热力学（第9-12章） 晶体并非完美的无限重复结构，其性能往往由缺陷所主导。本部分是连接理想结构与实际材料性能的关键环节。 晶体生长动力学： 深入探讨了从溶液、熔体和气相中进行晶体生长的热力学驱动力、形核机制（均匀与非均匀形核）以及界面控制的生长模式（如切尔诺夫生长、螺旋生长）。 晶体缺陷的分类与影响： 系统梳理了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的几何结构、舒尔茨-哈尼特定律及对材料电学、力学性能的贡献。特别强调了位错的滑移和交滑移在金属塑性变形中的核心作用。 晶体化学与结构稳定性： 引入了离子半径比规则、电荷平衡规则，并结合保利不稳定性原理，解释了复杂氧化物和硅酸盐晶体结构的形成规律。 第四部分：结构分析的实验技术（第13-16章） 本书将理论分析与实验表征紧密结合，详细阐述了现代材料科学中获取晶体结构信息的关键技术。 X射线衍射（XRD）原理与应用： 侧重于粉末衍射（Rietveld精修方法）和单晶衍射的原理区别，以及如何通过衍射峰的强度和位置反演出晶胞参数、晶粒尺寸和微观应变。 电子衍射与透射电镜（TEM/STEM）： 重点介绍了高分辨透射电镜（HRTEM）对晶格条纹的成像原理，以及选区电子衍射（SAED）在确定微区晶向和识别纳米尺度缺陷（如堆垛层错）中的应用。 中子和同步辐射衍射的互补性： 讨论了中子衍射在探测轻元素（如氢）和磁性结构方面的优势，以及同步辐射光源在进行原位（In-situ）高精度结构分析中的前沿应用。 第五部分：结构与性能的关联——电子结构与键合（第17-18章） 本部分深入材料的电子层面，探讨晶体结构如何决定材料的内在能带结构和宏观功能。 晶体场理论与配位几何： 解释了配位环境如何影响过渡金属离子的能级分裂（d轨道分裂），这是理解催化剂和发光材料性能的基础。 能带理论的晶体周期性： 应用布洛赫定理，阐述了周期性势场如何导致电子能带的形成，以及价带顶、导带底的位置如何决定材料是导体、半导体还是绝缘体。 第六部分：前沿应用与设计实例（第19-20章） 最后两章将理论知识应用于当前最热门的研究领域，展示晶体学工具在材料设计中的强大力量。 多孔晶体材料： 重点分析了金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）的晶体结构设计原理，包括孔道尺寸、拓扑结构与气体吸附、分离性能之间的定量关系。 先进功能材料的结构调控： 以钙钛矿太阳能电池和铁电/压电材料为例，探讨了通过结构弛豫、相变工程以及亚稳态晶体结构的引入，实现材料性能优化的策略。例如，如何通过晶格畸变（Strain Engineering）来调控铁电材料的居里温度。 本书特色： 1. 强调几何直觉： 大量采用三维立体模型和图示，辅助读者建立对抽象对称操作和晶格平面的空间想象力。 2. 计算思维贯穿： 每一章的理论推导后都紧跟着“计算与模拟”板块，引导读者利用现代计算工具（如VESTA, Diamond, 或Python脚本）来处理和可视化实际的晶体结构数据。 3. 面向工程应用： 案例选择高度侧重于工程实际问题，如合金的析出相结构分析、陶瓷材料的抗辐照能力、以及半导体异质结的界面结构控制。 本书的目的是培养读者一种结构驱动的材料思维：即任何宏观的机械强度、导电性、光学响应，都可追溯到其微观的、周期性的原子排列和缺陷状态。它将是理解现代固体物理、无机化学以及先进功能材料设计的必备参考书。

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这本书的封面设计得相当朴实，以一种深沉的蓝色为主调，上面印着烫金的字体，虽然不算是惊艳，但给人一种沉稳、可靠的感觉，正如书名所暗示的那样，它似乎在努力地将化工设计这个复杂的主题以一种系统化的方式呈现出来。从目录结构来看，它涵盖了从基础的反应器设计到复杂的工艺流程优化等多个环节，让人感到内容量是相当扎实的。我尤其留意到其中关于安全工程和环保设计的章节安排得比较靠前，这在现行的行业标准下显得尤为重要，说明作者对当前化工行业的痛点有着清晰的认识。这本书的篇幅不薄，厚厚一沓，让人不禁对其中蕴含的知识深度产生期待，希望能从中找到解决实际工程问题的新思路，而不是仅仅停留在理论的阐述上。总的来说，从装帧到初步的章节浏览，这本书传递出的信号是：这是一本面向实践、追求系统性的专业参考书，适合那些需要在工作中快速查找和理解设计规范的工程师们。

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这本书的语言风格可以说是教科书式的典范，专业术语运用得精准到位，几乎没有含糊不清的地方。对于一些涉及多学科交叉的概念，比如热力学、流体力学与经济性评估的结合点，作者的处理方式非常高明。他没有简单地将不同学科的知识点拼接在一起，而是通过一个贯穿始终的案例项目，将这些知识点有机地串联起来，形成一个有机的整体。这对于我们这些需要跨领域协作的工程师来说，无疑提供了极大的便利。我特别欣赏作者在解释一些历史遗留的经验公式时所采取的态度：既尊重历史沉淀下来的智慧，又毫不留情地指出其在现代高精度计算面前的不足，并适时引出更先进的模拟方法。这种辩证的视角，避免了将任何一种设计方法神化或彻底否定，使得读者的知识结构更加全面和批判性，真正理解“设计”背后的权衡与取舍。

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在阅读体验上，这本书的排版设计也体现了对读者友好性的考量。虽然内容极其密集，但通过合理的章节划分、恰当的留白以及关键信息的加粗或斜体处理，有效地减轻了视觉疲劳。特别是章节末尾设置的“设计要点回顾”和“常见陷阱警示”部分，简直是救星般的存在，这些总结性的文字帮助读者快速巩固了本章的精华，并提前预警了实战中容易出错的地方。这些警示往往不是空泛的理论提醒，而是基于多次失败教训的沉淀，比如关于搅拌功率计算中忽略剪切稀化效应的后果，描述得绘声绘色，令人印象深刻。如果说这本书有什么不足，或许是个人的偏好，某些特定新兴技术（如微反应器技术）的深度探讨稍显不足，更侧重于成熟、大规模工业设计的经典框架，但从其定位来看，这种侧重也是可以理解的，毕竟稳定和可靠才是化工设计的基石。

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总的来说，这是一部耗费了作者大量心血的工具书和参考手册的完美结合体。它不是那种读完一遍就能掌握所有精髓的轻量级读物，而更像是一张需要反复查阅、不断对照的工程蓝图。我发现自己已经习惯在遇到复杂设计任务时，习惯性地去翻阅其中的某些特定章节，查找那些经过时间考验的经验法则和计算范式。这本书的价值不在于提供最新的学术前沿，而在于提供一个坚不可摧的设计底层逻辑和一套行之有效的执行框架。它教会我的，远不止是如何画出一个流程图，更多的是如何像一位成熟的化工工程师那样去思考、去决策，去平衡效率、成本与安全之间的微妙关系。对于任何渴望在化工设计领域建立扎实基础，并希望拥有一个可靠“案头顾问”的人来说，这本书无疑是值得投入时间和精力的。

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翻开内页，我首先感受到的是一种近乎苛刻的严谨性。图表的绘制非常清晰，那些复杂的流程图和设备剖面图，即便是初次接触这个领域的读者，也能大致把握其功能和相互关系。书中对关键参数的推导过程描述得详尽而逻辑清晰，没有那种为了凑篇幅而堆砌公式的现象，每一步的数学推导似乎都带着一种“为什么必须如此”的哲学意味。比如，在描述塔器精馏设计时，作者引用了大量的工程案例数据来佐证理论模型的适用范围和局限性，这种结合实际操作经验的论述方式，极大地增强了说服力。阅读过程中，我时不时地会停下来，在脑海中模拟操作这些步骤，发现书中的步骤安排非常符合实际项目从概念到实施的自然流程，很少出现那种脱离实际工程条件的理想化描述。这种脚踏实地的写作风格，让我对作者在行业内的深厚积累有了直观的认识，它更像是一位经验丰富的前辈在手把手地传授自己的“看家本领”。

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