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出版者:凡異

作者:陳家壁

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005年04月01日

价格:NT$ 295

装帧:

isbn号码:9789576945632

丛书系列:

图书标签:

• 激光原理
• 激光技术
• 光物理
• 光学
• 应用光学
• 激光应用
• 物理学
• 工程学
• 光电子学
• 精密仪器

现代材料科学基础：从原子结构到宏观性能的探索 图书简介 《现代材料科学基础：从原子结构到宏观性能的探索》是一部全面而深入探讨材料科学核心原理的专著。本书旨在为材料学、化学、物理学、以及相关工程领域的研究人员、高级本科生和研究生提供一个坚实的理论框架和丰富的应用实例。我们聚焦于材料的微观结构如何决定其宏观物理、化学和力学性能，并阐述如何通过设计和控制微观结构来实现材料性能的优化与创新。 第一部分：材料的原子结构与键合 本书首先从最基础的层面——原子结构和化学键合——入手。详细介绍了原子轨道理论、晶体结构的基本概念（如晶格、基矢、布拉格衍射原理），以及不同类型的晶体结构（如面心立方、体心立方、六方紧密堆积）。重点分析了离子键、共价键、金属键和范德华力等基本键合类型，解释了它们如何塑造材料的初始能带结构和电子特性。书中通过大量实例说明，键长的变化、键角的扭曲以及缺陷的存在如何直接影响材料的熔点、硬度和电导率。 第二部分：晶体缺陷与材料性能 晶体缺陷是决定材料宏观性能的关键因素。本部分系统阐述了从零维缺陷（点缺陷：空位、间隙原子、取代原子）到二维缺陷（晶界、孪晶界）和三维缺陷（孔隙、夹杂物）的形成、迁移和相互作用机制。我们深入探讨了位错理论，详细解析了刃位错和螺位错的 Burgers 矢量、应力场分布以及它们在塑性变形过程中的运动（如攀移、交滑移）。通过对扩散机制（如菲克定律在固态材料中的应用）的深入讨论，读者将理解温度和浓度梯度如何驱动材料内部的微观重构。 第三部分：热力学与相图的解读 材料的热力学行为是理解其稳定性和相变的基石。本章详细介绍了吉布斯自由能、化学势的概念，并系统讲解了相平衡的条件。重点剖析了二元和三元相图的构建、解读与应用，包括共晶反应、共析反应、固溶线和相界线的确定。通过对范特霍夫方程和克劳修斯-克拉珀龙方程在材料体系中的应用，读者将掌握如何预测材料在不同温度和压力下的相变行为，为热处理工艺的设计提供理论指导。 第四部分：机械性能与本构关系 本部分聚焦于材料的力学响应，涵盖了从弹性形变到断裂的全过程。弹性部分详细介绍了胡克定律、杨氏模量、剪切模量和泊松比，以及各向异性材料的应力-应变张量分析。塑性变形部分深入讨论了位错运动、加工硬化和加工软化现象。此外，本书对断裂力学进行了系统的介绍，包括应力强度因子、裂纹扩展的稳定性和不稳定性，以及韧性断裂和脆性断裂的微观机制。对疲劳（低周和高周）、蠕变和应力松弛现象的探讨，为高载荷和高温环境下的结构可靠性评估提供了工具。 第五部分：电学、磁学与光学性质 材料的电学性质是其在现代电子设备中应用的基础。本书阐述了固体能带理论，区分了导体、半导体和绝缘体的能带结构。对于半导体，我们详细分析了本征半导体、杂质半导体（N型和P型），以及PN结的形成和工作原理。在磁性方面，深入探讨了顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的微观起源，并重点讲解了磁畴结构、磁滞回线和居里温度。光学性质部分则侧重于光与物质的相互作用，包括吸收、发射、透射和反射的机制，特别是与带隙能相关的光电效应。 第六部分：先进材料设计与制备工艺 在理论基础之上，本书最后将视角转向材料的实际制备与应用。详细介绍了先进材料的制备技术，包括粉末冶金、薄膜沉积技术（如PVD、CVD）、快速凝固、以及增材制造（3D打印）对材料微观结构控制的影响。重点讨论了特定功能材料的设计理念，如高性能复合材料（纤维增强、颗粒增强）、智能材料（形状记忆合金、压电材料）以及纳米材料的尺寸效应。通过对这些工艺与结构的关联分析，读者能够理解如何“按需设计”具有特定功能的材料。 结语 《现代材料科学基础》力求在理论深度和工程实用性之间取得完美平衡。本书的结构逻辑清晰，从微观到宏观层层递进，配以大量的图表、习题和案例分析，旨在培养读者独立分析和解决复杂材料问题的能力，是材料科学研究与工程实践不可或缺的参考指南。

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这本书的叙述风格，说实话，非常“教科书式”，每一个概念的引入都遵循着严谨的逻辑链条，仿佛在引导一个从未接触过物理学的学生蹒跚学步。我尤其注意到，在讲解激光器的增益介质特性时，作者采用了大量的微分方程和矩阵方法来描述粒子数反转和受激辐射过程。这对于数学基础扎实的工科生或许是福音，但对于我这种更侧重于**光学系统集成和实际应用调试**的工程师来说，阅读体验就显得有些吃力了。我更希望看到的是图表化的参数对比，以及不同材料（比如Nd:YAG与Ti:Sapphire）在实际泵浦条件下性能差异的直观分析。此外，书中对**光束质量M²因子**的讨论，更多停留在理论推导层面，对于如何利用光学元件（如特殊设计的透镜组或空间光调制器SOPM）来实时监测和优化M²值的工程实践，着墨甚少。读完相关章节，我脑子里浮现的还是那些复杂的公式，而不是一个清晰的、可操作的实验流程图。它像一部详尽的字典，但缺少了将这些词汇串联成一篇精彩技术报告的能力。

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这本书的插图和图例，虽然数量不少，但质量上却暴露出了年代感。很多关于光纤结构和波导特性的示意图，看起来像是上世纪八十年代的手绘图稿扫描件，线条模糊，关键信息点标记不清。例如，在讲解**光子晶体光纤（PCF）**的模场控制原理时，我需要一个清晰的有效折射率剖面图来理解空隙对模场面积的影响，但书中提供的图例过于抽象，无法帮助我快速建立直观认识。我更希望看到的是现代计算电磁学软件（如FDTD或FEM）模拟出来的，色彩丰富、能清晰展示电磁场分布的仿真结果。此外，书中引用的参考文献也大多集中在较早的文献，对于近十年内，特别是在**超材料与光子集成电路（PIC）**领域取得的突破性进展，几乎没有涉及。这使得整本书的知识体系显得有些脱节，对于希望紧跟最新技术潮流的读者来说，缺乏即时的参考价值。

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这本书的封面设计，乍一看还挺有学术气息的，那种深蓝色的底，配上一些简洁的、仿佛从精密仪器上截取下来的图样，确实让人对接下来的内容抱有期待。我本来是想找一本能系统梳理光电效应历史脉络和现代前沿技术应用的入门读物。翻开目录，前几章的内容似乎确实涵盖了基础的波动光学和半导体物理的交叉领域，这倒是符合我的预期。但是，当我试图在其中寻找关于**量子点材料在生物成像中的最新突破，或者高功率光纤激光器在工业加工中的具体案例分析**时，就明显感觉有些力不从心了。书中花了大量的篇幅去讲解狭缝干涉和迈克尔逊干涉仪的原理，虽然这些是经典光学的基础，但对于一个已经对这些有基本了解，更关心**超快激光技术如何驱动材料的非线性响应**的读者来说，这些篇幅显得有些冗余和“老生常谈”了。我期待的是更具前瞻性的内容，比如飞秒激光在眼科手术中的精度控制算法，或者相干合成技术在空间光学通信中的应用细节。总而言之，这本书的“底子”打得很扎实，但“装修”上却显得有些保守和偏重理论的经典叙述，缺少对当前工业和科研热点问题的深入剖析。

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总体来看，这本书的“应用”部分似乎只是点缀在厚厚的基础理论之上的装饰。例如，它提到了激光在**增材制造（3D打印）**中的应用前景，但描述极其笼统，只是简单地列举了选择性激光烧结（SLS）和选择性激光熔化（SLM）这两种技术名词。我真正想了解的是，不同激光波长（如1064nm vs 1.5μm）对不同金属粉末（如铝合金与钛合金）的吸收率差异如何影响最终部件的微观结构和残余应力，以及如何通过调整扫描策略（如跳跃距离和层厚）来优化致密度。这些实际操作中需要大量实验数据和经验积累的关键信息，在这本书里完全是缺失的。它没有提供任何可以被工程师直接拿去优化工艺参数的“经验公式”或“案例分析”，更像是一份概述性的历史文献，而不是一本指导未来创新的技术指南。

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当我翻阅到关于**非线性光学效应**的章节时，我原本以为会看到关于倍频晶体（如BBO或LBO）的选择标准、损伤阈值以及最佳相位匹配角度的详细对比和工程经验分享。然而，书中对这些内容的介绍相对简略，更多的是对Kerr效应和自聚焦现象的现象性描述。这让我感到非常遗憾，因为在实际的激光系统设计中，如何选择和精确安装这些非线性晶体，直接决定了系统最终的输出效率和稳定性，这是工程上至关重要的环节。我试图在书中找到关于**激光诱导击穿(L<bos>*)光谱分析（LIBS）**如何利用非线性效应来识别材料组分的信息，比如不同脉冲宽度和能量密度下谱线强度的变化规律，但这些应用层面的探讨几乎找不到。这本书给我的感觉是，它非常擅长解释“是什么”和“为什么”，但在“怎么做”以及“在特定场景下如何优化”上，留下了巨大的空白。它更像是一份严谨的理论基础文档，而不是一份面向实际工程挑战的“作战手册”。

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