具体描述
电子与通信专业英语，ISBN：9787121014611，作者：李霞 主编
好的，这是一份关于一本假设的、名为《先进材料科学原理与应用》的图书的详细简介： --- 图书名称：《先进材料科学原理与应用》 作者团队： [此处可填写一个虚构的、资深的材料科学研究团队或教授的姓名] 出版年份： [虚构年份，例如：2024年] 图书简介 《先进材料科学原理与应用》是一部面向高年级本科生、研究生以及材料科学、化学工程、物理学和机械工程领域专业研究人员的权威性专著。本书旨在系统地、深入地探讨现代材料科学领域中最前沿的理论基础、关键的合成技术以及它们在尖端工业中的实际应用。本书内容覆盖面广，理论深度足够，确保读者不仅能掌握基础知识，更能理解当前材料创新所面临的挑战与机遇。 本书共分为六大部分，二十个章节，结构清晰，逻辑严密。 第一部分：材料科学基础与结构表征（第1-4章） 本部分奠定全书的理论基础，侧重于材料的微观结构如何决定其宏观性能。 第1章：原子键合与晶体结构基础 深入探讨了离子键、共价键、金属键和范德华力在不同材料体系中的作用机制。详细解析了晶体学的基本概念，包括布拉维点阵、密堆积结构、晶体缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）的类型及其对材料力学性能的影响。特别新增了对准晶体和高熵合金中类晶体结构的讨论。 第2章：热力学与相变动力学 从统计力学和平衡热力学角度审视材料体系的稳定性。重点讲解了相图的解读、吉布斯相律的应用，以及非平衡相变的动力学过程，如形核理论、长大机制。引入了计算热力学工具，如CALPHAD方法的原理概述。 第3章：电子结构与能带理论 本章专注于材料的电子特性。从薛定谔方程出发，系统推导了晶体周期势下的能带结构理论，区分了导体、半导体和绝缘体。深入探讨了费米能级、有效质量、电子-空穴复合机制，并将其与光学、电学性能联系起来。 第4章：材料的先进表征技术 详细介绍了用于探究材料微观结构的尖端技术。内容涵盖高分辨透射电子显微镜（HRTEM）的成像原理、能量色散X射线谱（EDS）和波谱（EELS）的定量分析；扫描电子显微镜（SEM）的成像模式；X射线衍射（XRD）在晶格参数和应力分析中的应用；以及原子力显微镜（AFM）在表面形貌和力学特性测量中的新进展。 第二部分：结构材料的创新（第5-8章） 本部分聚焦于金属合金、陶瓷和高分子材料的性能优化与新功能开发。 第5章：高性能金属与增材制造（AM） 重点关注轻质高强度合金（如铝锂合金、镁合金）和耐高温合金的微观组织控制策略。深入分析了增材制造（3D打印）过程中，如选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）对材料微观结构和残余应力的独特影响，以及如何通过后处理优化性能。 第6章：先进陶瓷材料的制备与应用 讨论了氧化物、非氧化物（如碳化物、氮化物）陶瓷的超细粉体制备技术，如溶胶-凝胶法和反应烧结法。着重分析了陶瓷的断裂韧性机制（如裂纹偏转、增韧相），并介绍了陶瓷基复合材料（CMC）在航空航天中的应用。 第7章：高分子材料的结构与动态力学 从分子链结构、拓扑结构角度解析聚合物的粘弹行为。详细阐述了玻璃化转变温度（Tg）的测试与调控。引入了新型功能高分子，如自修复聚合物、形状记忆聚合物的分子设计原理。 第8章：复合材料的界面工程 系统阐述了纤维增强复合材料（FRC）和颗粒增强复合材料的力学模型（如混合律、剪切滞后模型）。核心内容在于界面（矩阵-增强体）的化学结合、应力传递效率，以及如何通过界面改性提高材料的耐久性和抗疲劳性能。 第三部分：功能材料的电子与光学特性（第9-12章） 本部分深入探讨材料的电子、光子和磁学功能。 第9章：半导体材料的物理与工程 基于晶体结构和掺杂机制，详细分析了硅基、III-V族和新型二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的载流子输运特性。探讨了异质结（如PN结、肖特基结）的形成与器件性能，以及缺陷工程在半导体性能调控中的作用。 第10章：光电转换材料与器件 聚焦于太阳能电池和光电探测器。详细介绍了薄膜沉积技术，如原子层沉积（ALD）和化学气相沉积（CVD）。重点解析了钙钛矿太阳能电池的电荷传输层设计、激子分离过程，以及效率损失的机制。 第11章：磁性材料与信息存储 阐述了铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的微观起源。深入讲解了自旋电子学（Spintronics）的基本概念，包括巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR），及其在磁阻式随机存取存储器（MRAM）中的应用。 第12章：压电、热释电与介电材料 分析了材料的极化机理，包括铁电畴的形成与切换。详细讨论了压电效应在传感器和驱动器中的应用，以及高性能电容器材料（如高介电常数材料）的分子设计策略。 第四部分：能源材料的转化与存储（第13-16章） 本部分关注当前能源领域的核心挑战及材料解决方案。 第13章：电化学储能系统材料 深入探讨了锂离子电池的关键材料：正极（层状氧化物、聚阴离子型）、负极（石墨、硅基材料）和电解液的性能限制。引入了固态电解质的设计原理及其在下一代高安全电池中的潜力。 第14章：燃料电池与电催化 详细介绍了质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）的工作原理。重点分析了电催化剂（如铂基合金、非贵金属催化剂）的表面结构对氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）动力学的影响。 第15章：热电材料与温差发电 讲解了热电优值（ZT）的定义及其影响因素（塞贝克系数、电导率、热导率）。分析了通过纳米结构设计（如声子散射工程）来降低晶格热导率的最新进展，以及热电器件在余热回收中的应用。 第16章：储氢材料的物理化学 涵盖了物理吸附型材料（如MOFs、COFs、多孔碳）和化学储氢材料（如金属氢化物、有机液态载体）的吸附/解吸热力学与动力学。 第五部分：生物与环境功能材料（第17-18章） 第17章：生物相容性与生物医学材料 讨论了植入式医疗器械所需的材料特性：生物惰性、生物活性和生物可降解性。重点介绍了用于药物递送的纳米载体（如脂质体、聚合物胶束）的设计，以及用于组织工程支架的生物打印技术。 第18章：环境修复与可持续材料 关注环境友好型材料的开发，包括高效吸附重金属离子的水凝胶、光催化剂（如TiO2纳米结构）用于水体净化，以及生物基和可降解塑料的合成与性能评估。 第六部分：计算材料学与材料基因组计划（第19-20章） 第19章：第一性原理计算方法 详细介绍密度泛函理论（DFT）在计算材料电子结构、晶格常数、反应能垒中的应用。提供了在实际研究中设置计算参数和解析输出数据的实践指南。 第20章：材料基因组计划（MGI）与数据驱动创新 阐述了MGI的核心理念——加速材料发现、设计和部署。介绍了高通量计算、高通量实验的交叉融合，以及机器学习和人工智能在预测材料性能、优化合成路线中的前沿应用。 本书特色： 1. 前沿性： 紧密追踪近五年的重大科研突破，如二维材料的深度应用、固态电池的突破性进展，以及计算材料学的新工具。 2. 深度与广度结合： 在提供扎实的量子力学和热力学基础的同时，对具体材料体系的工程化问题进行了详尽的剖析。 3. 案例驱动： 每个章节均配有多个详尽的“工程应用案例分析”，展示理论如何指导实际产品开发。 4. 面向未来： 专门设置了计算和数据科学章节，确保读者具备应对未来材料研发范式的能力。 《先进材料科学原理与应用》将是材料科学领域学生和研究人员案头必备的参考工具书，助力读者跨越基础研究与实际工程应用之间的鸿沟，推动材料科学的下一轮创新浪潮。
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