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出版者:人民大学

作者:郁志勇

出品人:

页数:222

译者:

出版时间:2002-8

价格:19.00元

装帧:

isbn号码:9787300040141

丛书系列:

图书标签:

• 自然科学
• 化学
• 大学化学
• 基础化学
• 高等教育
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• 物理化学
• 化学原理

《宏观世界的奥秘：材料科学导论》 一本探索物质本质与未来科技基石的入门指南 图书简介： 在我们的日常生活中，从我们赖以生存的建筑材料，到手中精密的电子设备，再到驱动现代文明的能源系统，无不依赖于对物质——材料——的深刻理解与精准操控。然而，对于大多数人而言，“材料科学”听起来似乎是一个遥远而艰深的领域。本书旨在打破这种认知壁垒，以一种清晰、直观且富含启发性的方式，为对物质世界充满好奇的读者打开一扇通往材料科学宏大领域的大门。 《宏观世界的奥秘：材料科学导论》并非一本深陷于量子力学或复杂晶体结构数学推导的专业教科书。相反，它将视角聚焦于宏观尺度上材料的性能、结构、制备及其应用之间的内在联系。本书的核心理念在于：材料的性能并非偶然，而是其内部结构、成分和加工工艺共同决定的必然结果。 本书结构设计遵循“从现象到本质，再到应用”的逻辑主线，力求构建一个完整的知识框架，使读者能够系统地理解现代社会所依赖的各种材料体系。 第一部分：材料世界的基石——结构与性能的对话 本部分是全书的理论基础，但我们着重于用易于理解的类比和实例来阐释核心概念。 第一章：物质的构成：从原子到宏观 本章首先回顾了化学键和晶体结构的基本概念，但重点放在了这些微观特征如何宏观地影响材料的特性。例如，探究为什么金属具有延展性（金属键的非定向性），而陶瓷（离子或共价键）则倾向于脆性。我们引入了晶体缺陷的概念，解释了为什么即使是看似完美的晶体结构，其强度和导电性往往由那些“不完美”之处（如位错、空位）所决定。 第二章：力学性能的透视：强度、韧性与疲劳 本章深入探讨材料如何应对外力。我们将详尽地介绍屈服强度、抗拉强度、硬度、弹性模量等关键参数的测量方法和物理意义。重点关注材料的断裂韧性，解释了韧性材料和脆性材料在面对裂纹扩展时的根本区别。此外，材料在反复载荷下的疲劳问题是现代工程中的重大挑战，本章将通过实例分析疲劳裂纹的萌生与扩展过程，强调周期性应力对材料寿命的毁灭性影响。 第三章：热力学与动力学：材料的温度记忆 材料的性能随温度变化而剧烈改变。本章讲解了相变的原理，例如钢铁中的奥氏体-铁素体转变，如何通过控制冷却速率来设计不同硬度的钢材。我们将探讨材料的蠕变现象——在高温和恒定应力下缓慢变形的特性，这对于航空发动机叶片的设计至关重要。同时，热膨胀、导热性等热学性能的分析，将帮助读者理解材料在极端温度环境下的行为模式。 第四章：电、磁与光：功能性材料的物理基础 本章是连接结构与功能的核心桥梁。我们不再深入复杂的能带理论，而是侧重于解释导体、半导体和绝缘体的宏观区别及其背后的电子行为。例如，如何通过掺杂的方式精确控制硅的导电性。在磁性方面，我们将区分顺磁性、抗磁性、铁磁性材料，并讨论永磁体的形成机制及其在电机和存储设备中的应用。光学性能则着眼于材料对光的吸收、反射和透射特性，为光学镀膜和显示技术打下基础。 第二部分：材料家族的探秘：四大类材料的工程应用 在理解了基础原理后，本部分将带领读者领略现代工程中最重要的四大类材料体系。 第五章：金属材料：强度与导电性的代名词 金属是人类文明进步的驱动力之一。本章侧重于合金化的概念——为什么纯金属往往不如合金实用。我们将详细剖析钢铁（碳钢、不锈钢）的家族谱系，解释它们在建筑、汽车制造中的关键作用。同时，介绍铝合金、钛合金等轻质高强合金，及其在航空航天领域的不可替代性。制备工艺如铸造、锻造和热处理，将作为连接结构与性能的实际案例进行讨论。 第六章：陶瓷材料：高温与耐磨的守护者 陶瓷，这个古老的材料类别，在现代科技中焕发新生。本章区分了传统氧化物陶瓷（如氧化铝、二氧化硅）与先进工程陶瓷（如碳化硅、氮化硅）。我们将强调陶瓷的高硬度、耐高温性和化学惰性，并分析其固有的脆性缺陷及其克服方法（如纤维增强）。应用案例将包括热障涂层、耐火材料和生物医学植入物。 第七章：聚合物材料：柔性、轻盈与可塑性 塑料和橡胶是现代生活不可或缺的一部分。本章侧重于高分子链的结构（线性、支化、交联）如何决定聚合物的宏观性能——从弹性到塑性。我们将对比热塑性塑料（如聚乙烯、PVC）和热固性塑料（如环氧树脂）的应用场景。此外，复合材料（特别是聚合物基复合材料，如玻璃钢和碳纤维增强塑料）的出现，极大地拓宽了聚合物的应用边界，本章将解释其增益效应。 第八章：复合材料：优势互补的工程新篇 复合材料是本世纪材料科学的焦点之一。本章的核心在于理解基体（Matrix）和增强相（Reinforcement）如何协同工作，以获得单一材料无法企及的综合性能。我们将重点讨论金属基复合材料（MMC）和陶瓷基复合材料（CMC），以及它们在提高耐温性和比强度方面的突破。深入分析碳纤维的制造过程及其在高性能体育器材和航空结构件中的应用。 第三部分：材料的未来：可持续性与前沿探索 第九章：表面工程与材料的保护 材料的失效往往始于表面。本章聚焦于如何通过表面改性技术来延长材料寿命。我们将探讨腐蚀的电化学原理，并介绍钝化、电镀、热喷涂等防腐蚀策略。同时，引入薄膜技术，如PVD和CVD，展示如何在材料表面沉积具有特殊功能（如低摩擦、光学特性）的涂层。 第十章：环境、能源与可持续性 面对全球性的资源和环境挑战，材料科学正处于转型的关键期。本章将探讨绿色材料的开发方向，包括可降解聚合物和低能耗制备技术。重点关注能源材料，如锂离子电池中的电极材料、高效光伏电池材料，以及新型催化剂在减少工业污染中的作用。材料的生命周期评估（LCA）概念将被引入，强调从开采到回收的整体可持续性考量。 结语：材料科学家的思维模式 本书最后将总结材料科学家如何像“侦探”一样，通过实验观察（性能），结合理论模型（结构），最终设计出解决实际工程问题的“物质工具”。 本书特色： 强调工程应用： 每种材料的讨论都紧密围绕其在实际产品中的应用案例展开。 图文并茂： 辅以大量示意图、流程图和实际产品照片，直观展示抽象概念。 无冗余数学推导： 避免复杂的微积分和张量分析，确保非专业读者也能轻松掌握核心原理。 面向未来： 关注纳米技术、生物材料等前沿领域对传统材料学的冲击与融合。 通过阅读《宏观世界的奥秘》，读者将不再将身边的物品视为理所当然的“东西”，而是能够理解每一个部件背后蕴含的深刻材料科学智慧，从而以全新的视角审视我们所处的高科技世界。

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我得说，这本书在叙述逻辑和结构编排上，确实展现了高超的功力。它不像有些教材那样堆砌公式和反应方程式，而是精心构建了一个由宏观到微观，再由静态到动态的知识体系。比如，在讲到热力学部分时，作者没有急于抛出复杂的吉布斯自由能公式，而是先从能量守恒、熵增原理的哲学意义谈起，用生活中的例子（比如冰块融化、墨水在水中扩散）来引入能量流动的方向性。这种由感性认知到理性分析的过渡非常自然流畅。进入化学键和分子结构时，作者特别注意区分了不同理论模型（如VSEPR理论、价键理论、分子轨道理论）的适用范围和局限性，避免了初学者在面对多种解释时的困惑。这一点非常关键，它培养的不是死记硬背，而是批判性思维。此外，书中的图表制作达到了专业级别，那些复杂的分子轨道图和晶格结构图，清晰度极高，即便是用A4纸打印出来进行仔细研读，细节也一览无余。这本书的价值在于，它不仅仅是“教你知识”，更重要的是“教你如何思考化学问题”，它为你提供了看待世界的全新化学视角。

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如果要用一个词来概括我对这本《大学化学基础》的整体感受，那便是“系统性”和“前瞻性”的完美结合。它不仅涵盖了传统化学课程的所有核心内容——从物质的量、元素周期律到无机化学的主干——而且在结构上埋设了许多引导性的线索，暗示了未来高年级课程如物理化学、结构化学或高等无机化学中的重要概念。例如，在初识晶体结构时，书中就隐约提到了布拉维点阵和倒易点阵的概念，虽然没有深入展开，但无疑在读者心中种下了深入学习的种子。这种“此时无声胜有声”的教学设计，极大地拓展了学习的深度和广度，让读者在掌握当下的知识点时，也能预见知识体系的全貌。我特别欣赏它对化学史的穿插介绍，那些关于门捷列夫、居里夫人等科学家的故事，让冰冷的化学定律背后有了鲜活的人文色彩和探索精神的激励。这本书不仅仅是一门学科的入门读物，更像是一份开启科学探索之旅的“地图”，指引着未来的方向。

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作为一名非化学专业但需要学习基础化学的工科生，我对于教材的实用性和针对性要求非常高。《大学化学基础》在这方面做得相当出色，它避免了过度深入那些纯理论研究领域，而是将重点放在了所有理工科学生都必须掌握的核心概念上，比如酸碱滴定、氧化还原反应的配平以及基础的有机官能团识别。最令我赞赏的是它对化学平衡的讲解。平衡常数的概念往往让学生感到困惑，但这本书通过详细拆解勒夏特列原理在工业生产中的应用实例——例如哈柏法的温度和压力调控——将抽象的“平衡移动”具象化为生产效益的优化问题。这使得学习不再是应试任务，而成为了解决实际工程问题的工具。我甚至可以感觉到作者在努力拉近化学与我们专业领域的距离，它提供的那些案例研究，虽然只是点到为止，却足以激发我们去探索化学知识在自己专业中更深层次的应用潜力。相比我之前翻阅过的几本教材，这本书在“面向应用”这一点上，无疑走在了前列，大大提升了学习的积极性。

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这本书的排版和装帧设计，简直是业界良心。在如今很多教材都追求低成本、色彩单调的时代，这本《大学化学基础》在视觉体验上做到了极高的水准。纸张质量上乘，即使用荧光笔做了大量的标记和批注，也不会发生洇墨现象，这对于需要反复翻阅和回顾的学习者来说，是莫大的福音。更不用说，全书采用了大量的彩色插图，这些插图并非简单的装饰，而是精心设计的教学辅助工具。例如，在讲解沉淀溶解平衡时，不同溶解度的盐在同一溶液中的共存情况，通过颜色深浅和沉淀量的可视化，远比文字描述来得直观有效。阅读体验的提升，直接转化为了学习效率的提高。我发现自己更愿意主动去翻阅那些需要仔细观察图表的章节，而不是畏惧于密集的文字段落。这种注重细节的制作态度，也侧面反映出编者对教学质量的极致追求。一本好的教材，不仅内容要扎实，载体本身也应该服务于学习，这本书完美地做到了这一点。

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这本《大学化学基础》真是让人眼前一亮，它并非那种枯燥乏味的教科书，而更像一位耐心的向导，带着我们一步步领略化学世界的奇妙。我尤其欣赏作者在讲解基础概念时所展现出的那种深入浅出的能力。比如，在讨论原子结构和电子排布时，书中没有停留在简单的模型展示，而是结合了量子力学的基本原理，用通俗易懂的语言阐释了电子云和能级的意义。这对我这种刚接触化学的新手来说，无疑是巨大的帮助。以往总觉得量子世界遥不可及，但这本书通过生动的类比和图示，将抽象的理论变得具象化。再者，书中的习题设计也十分巧妙，它们不仅仅是知识点的简单重复，很多都融入了实际应用场景，比如材料科学中的晶体结构分析，或是环境化学中的污染物的化学转化。做完这些习题，我不仅巩固了理论，更体会到了化学在现实生活中的强大力量。作者在行文过程中，始终保持着一种严谨又不失温度的笔触，让人在学习的疲惫中也能感受到探索未知的乐趣。我感觉这本书更像是一块坚实的地基，为后续学习更深层次的化学分支课程打下了无比扎实的基础，真心推荐给所有初涉化学领域的学习者。

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