具体描述
《现代材料科学前沿》内容简介 内容概要： 本书系统地梳理了二十一世纪以来材料科学领域取得的突破性进展与未来发展趋势，聚焦于新型功能材料的设计、制备、性能表征及其在尖端技术中的应用。全书涵盖了从基础理论到前沿应用的广阔范围，旨在为材料学、化学、物理学及相关工程学科的研究人员、教师和高年级本科生提供一份全面而深入的参考资料。 核心章节与特色内容： 第一部分：结构与性能的微观调控 晶体缺陷工程与材料强度： 深入探讨位错、空位、间隙原子等晶体缺陷如何影响金属、陶瓷和高分子材料的力学性能。重点解析了如何通过精确控制缺陷密度和分布来设计超高强度或超塑性材料。 界面科学与复合材料： 详细阐述了不同材料相之间的界面（如晶界、相界、气液固界面）对整体性能的决定性作用。内容覆盖纳米尺度复合材料的界面优化技术，包括反应性界面层的形成机制与性能提升路径。 多尺度模拟与计算材料学： 本章侧重于计算工具在材料研发中的应用。介绍了从原子尺度的密度泛函理论（DFT）到介观尺度的相场法（Phase Field）以及宏观尺度的有限元分析（FEA）在预测材料行为中的最新进展。特别关注了机器学习算法在加速新材料筛选过程中的作用。 第二部分：前沿功能材料的创新 智能与响应性材料： 介绍了形变记忆合金（SMA）、压电/热释电材料以及磁致伸缩材料的最新研究成果。重点解析了这些材料在传感器、执行器和能量收集装置中的多物理场耦合效应。 能源存储与转换材料： 详述了下一代锂离子电池、固态电解质、燃料电池催化剂以及高效光伏材料（如钙钛矿太阳能电池）的材料设计原理。讨论了提高能量密度、循环稳定性和安全性的关键技术瓶颈。 拓扑材料的物理特性： 概述了拓扑绝缘体和拓扑半金属的基本概念及其独特的电子结构。探讨了拓扑材料在低功耗电子学和量子计算领域的潜在应用前景。 第三部分：先进制备技术与表征手段 增材制造（3D打印）中的材料挑战： 探讨了选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等增材制造工艺对材料微观结构（如残余应力、孔隙率、枝晶生长）的影响。提出了如何通过优化工艺参数来保证复杂结构件的性能均一性。 纳米技术在材料合成中的应用： 详细介绍了化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）以及溶液法合成高质量二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的技术。强调了对粒子形貌、尺寸和表面化学态的精确控制。 同步辐射与中子散射技术： 介绍了高能、高通量表征技术在揭示材料动态过程中的不可替代性。内容涵盖原位（In-situ）/反应中（Operando）实验如何用于监测材料在极端条件下的结构演变，例如电池充放电过程中的相变。 第四部分：材料的环境与可持续性 生物相容性材料与组织工程： 探讨了可降解聚合物、生物活性陶瓷以及仿生材料在医疗植入物和再生医学中的应用。重点关注材料与活体环境的长期相互作用。 先进防护涂层技术： 专门分析了用于极端环境（如高温燃气轮机、深海潜水器）的耐磨损、抗氧化和热障涂层。介绍了等离子喷涂和物理气相沉积（PVD）技术的最新发展。 本书特点： 本书的编写力求平衡理论深度与工程实践。作者团队汇集了来自材料科学基础研究与工业应用领域的资深专家，确保内容既具有前沿性，又紧密贴合当前工业界的需求。全书配有大量的结构示意图、实验数据图表和关键的理论推导，帮助读者建立直观的物性认识。与传统教科书相比，本书更侧重于“为什么”和“如何做”，强调了材料设计中的系统思维和创新方法。 面向读者： 本书是材料科学、物理学、化学、机械工程、电子工程等相关专业研究生及科研人员的理想读物。对于致力于开发新型高性能材料、解决关键工程问题的工程师和技术人员而言，本书将是一份宝贵的知识库和思维激发源泉。
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