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出版者:化学工业出版社

作者:郑广俭

出品人:

页数:278

译者:

出版时间:2006-8

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787502539306

丛书系列:

图书标签:

• 无机化工
• 化工生产
• 生产技术
• 工业化学
• 化学工程
• 工艺流程
• 设备与管道
• 安全生产
• 环境保护
• 技术创新

现代材料科学与工程：从基础到前沿 本书聚焦于当代材料科学与工程领域的核心理论、前沿技术与实际应用，旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的学习框架。我们关注的重点在于材料的微观结构如何决定其宏观性能，以及如何通过先进的合成、表征和加工技术来设计和制造具有特定功能的下一代材料。 第一部分：材料科学基础与结构解析 本部分首先回顾了材料科学的基石，深入探讨了晶体结构、缺陷理论和化学键合在决定材料基本属性中的作用。 第一章：原子结构与化学键合的本质 我们将详细解析原子轨道的杂化理论，并系统阐述离子键、共价键、金属键和范德华力这四大基本键合类型的内在机制及其对材料电学、热学和力学性能的影响。重点分析共价网络的强度与脆性、金属晶格的延展性以及分子间作用力在聚合物和软物质中的主导地位。 第二章：晶体结构与缺陷工程 本章深入阐述了晶体学的基本原理，包括布拉维点阵、晶体学符号（如密勒指数）的应用，以及常见金属、陶瓷和半导体的晶体结构（如面心立方、体心立方、金刚石结构）。尤其强调了晶体缺陷——点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）——在调控材料塑性变形、扩散过程和电子输运特性中的关键作用。我们将讨论如何通过热处理和掺杂来精确控制缺陷浓度，实现材料性能的优化。 第三章：材料的相图与热力学基础 相平衡是理解材料稳定性和相变的基础。本章详细介绍了吉布斯相律及其在多组分体系中的应用。通过对二元和三元合金相图的精细解读，读者将掌握如何预测和控制铸造、固溶处理和析出强化过程中的相变行为。热力学计算，如使用CALPHAD方法，也被引入，用以指导新合金和复合材料的成分设计。 第二部分：先进材料的合成与制备技术 本部分侧重于当前最尖端的材料制备技术，涵盖从纳米尺度构建到大规模工业化生产的关键工艺。 第四章：纳米材料的自组装与控制生长 纳米材料因其独特的量子尺寸效应和高比表面积而备受关注。本章聚焦于量子点、纳米线、二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的可控制备。讨论的合成方法包括化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）、溶剂热法和微乳液法。特别关注如何精确调控纳米颗粒的尺寸、形貌和表面化学状态，以实现功能化。 第五章：先进陶瓷的烧结与结构致密化 陶瓷材料因其优异的耐高温、耐腐蚀性能，在航空航天和能源领域不可或缺。本章系统梳理了粉体制备、成型（如等静压、注浆成型）以及后续的烧结过程。重点分析了液相烧结、固相烧结的动力学规律，以及无压烧结（Sintering without Pressure）技术的突破，如放电等离子烧结（SPS），以实现超细晶粒结构和近理论密度的目标。 第六章：聚合物的链结构设计与动态行为 高分子材料的设计涉及对分子链结构、分子量分布和拓扑结构的精细调控。本章探讨了可控自由基聚合（如ATRP、RAFT）等先进聚合技术，用以合成嵌段共聚物和星形聚合物。此外，还深入分析了高分子的粘弹性理论、玻璃化转变温度（Tg）的测量与影响因素，以及如何通过交联或氢键网络来调节其机械响应。 第三部分：材料性能表征与功能实现 材料的性能与其结构密不可分，本部分聚焦于解析材料内部信息和测试其宏观响应的先进手段。 第七章：微观结构的高分辨成像技术 无损、高分辨的表征是理解材料行为的前提。本章详述了透射电子显微镜（TEM/STEM）在原子尺度成像、电子衍射分析中的应用。同时，扫描电子显微镜（SEM）的背散射电子和X射线能谱（EDS）联用技术，用于分析材料的形貌和元素分布。聚焦于如何利用高角度环形暗场（HAADF-STEM）技术识别轻元素和原子级的晶格畸变。 第八章：光谱学与衍射技术解析化学环境 本章涵盖了X射线衍射（XRD）在确定晶相、晶格常数和晶粒尺寸方面的基础应用。同时，深入讲解了傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱和X射线光电子能谱（XPS），这些技术用于揭示材料的化学键合状态、表面官能团和电子能级结构，是理解催化剂和光电材料性能的关键。 第九章：力学性能的动态测试与本构关系建立 本部分关注材料如何响应外部载荷。详细介绍了拉伸、压缩、弯曲和冲击试验的标准操作规程。更进一步，探讨了疲劳、蠕变和断裂韧性的测试方法，特别是裂纹扩展的Paris定律和损伤力学模型。引入了原位（In-situ）测试技术，如在电镜下进行力学加载，实时观察微观变形机制。 第四部分：功能材料的前沿应用与系统集成 本部分将理论与实践相结合，展望了在能源、信息和生物医学等关键领域中，先进材料如何驱动技术革新。 第十章：能源存储与转换材料 重点分析了锂离子电池正负极材料的结构优化，特别是高镍三元材料和硅基负极的界面稳定性问题。在太阳能领域，深入探讨了钙钛矿太阳能电池的载流子传输层设计和长效稳定性挑战。对于燃料电池，则聚焦于质子交换膜（PEM）和新型电催化剂（如非贵金属催化剂）的开发。 第十一章：智能响应与自修复材料 本章介绍了具有环境响应性的材料，如形状记忆合金（SMA）、压电材料和热致变色材料。重点论述了自修复聚合物的设计理念，包括微胶囊修复体系和基于动态共价键的化学自修复机制，旨在提高结构件的使用寿命和可靠性。 第十二章：生物相容性材料与组织工程 在生物医学领域，材料的选择至关重要。本章讨论了医用植入物（如骨替代材料、血管支架）对生物相容性、降解速率和机械匹配度的要求。详细介绍了水凝胶的构建，作为细胞培养的支架材料，以及表面功能化技术，用于调控细胞的粘附、增殖和分化。 总结与展望 本书的最终目标是培养读者将材料设计、制备和性能评估融会贯通的能力。我们相信，未来的材料科学将是跨学科深度融合的产物，计算模拟（如第一性原理计算）将与实验数据更紧密地结合，以实现对新材料的理性设计和快速筛选。本书为有志于从事材料研发和技术创新的工程师与研究人员奠定了坚实的理论与技术基础。

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说实话，我买这本书的初衷，主要是为了应付一个即将到来的职称评审，需要展示一下我对行业前沿技术的掌握深度。市面上的化工类书籍，要么是过于面向初学者的入门读物，内容蜻蜓点水，缺乏深度挖掘；要么就是高度聚焦于某个狭窄领域的专业文献，彼此之间缺乏宏观的联系。这本书最让我惊喜的地方，在于它成功地搭建起了一个完整的知识体系的“骨架”。它并没有停留在对传统硫酸、纯碱等大宗化学品生产工艺的简单罗列上，而是将视角拉高，放在了“绿色化学”和“可持续发展”的大背景下，去审视那些经典工艺的优化潜力。比如，在讨论废水处理的章节，它不是简单介绍几种常见的絮凝沉淀法，而是深入探讨了膜分离技术在高盐废水资源化中的应用瓶颈与最新的膜材料研究进展，甚至还提到了生命周期评估（LCA）方法在评估新工艺环境效益时的具体步骤。阅读过程中，我发现自己不仅仅是在学习“怎么做”，更在思考“为什么要这么做”，以及“有没有更好的替代方案”。这种思维的跃迁，对于提升专业判断力至关重要。对于那些已经工作多年，渴望从“操作工”思维升级为“系统设计者”和“技术决策者”的同行来说，这本书提供了必要的工具箱和思维模型，远超出了一个单纯的技术手册的范畴。

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作为一名在跨国公司负责供应链质量的管理者，我更关心的是如何确保全球范围内供应商提供的化工产品质量的一致性和可追溯性。我阅读这本书的侧重点在于其对质量控制体系的阐述。这本书并未止步于描述标准的QA/QC流程，而是深入到关键中间体形成阶段的“过程分析技术”（PAT）的应用。它清晰地解释了如何通过在线拉曼光谱或近红外光谱（NIR）传感器，实时监测反应进程中关键中间体的浓度变化，从而实现对反应终点的精确判断，避免了传统取样分析带来的时间滞后和批次波动。书中提供的那些关于传感器数据校准和漂移补偿的实例，对于建立一个稳定、可靠的在线监测系统非常有指导意义。更重要的是，作者在论述这些技术时，始终强调的是其在满足日益严格的国际监管要求（如GMP标准的部分原则）中的作用。这本书成功地将尖端的分析化学工具与大规模工业生产的实际需求无缝对接，为我理解如何从源头上锁定和控制质量风险，提供了坚实的理论基础和实践框架。

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我是一位刚刚毕业，对化工设备和自动化控制交叉领域非常感兴趣的研究生。我原本以为这本书会是一堆冷冰冰的流程图和PID参数设置的集合，毕竟我们学校的课程设置总是偏向于理论推导。但这本书在描述热交换器设计优化时，居然引入了CFD（计算流体力学）的初步概念，并解释了如何通过简化模型来预估换热面上的流场分布，这真是太出乎意料了。它没有直接给出复杂的流体力学方程组求解过程，而是巧妙地用图形化的方式展示了边界层分离对换热效率的影响，让一个非流体力学专业的学生也能直观地理解背后的物理机制。更让我感到亲切的是，书中在介绍DCS（集散控制系统）在反应过程中的应用时，没有照搬某个特定品牌的界面，而是抽象出了不同控制策略——如先进过程控制（APC）与基础回路控制（BPCS）——在应对非线性过程时的逻辑差异。这使得我们可以在学习技术细节的同时，也对未来工业4.0背景下的智能制造趋势有所把握。它似乎明白，现在的读者不再满足于死记硬背，而是需要理解技术背后的“为什么”和“怎么用得更聪明”。

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这本书的装帧和排版设计，说实话，很有那个年代的味道，略显朴素，但内容却展现出一种惊人的广度和深度，让人不得不佩服作者在信息整合上的功力。我主要关注的是精细化工和医药中间体的合成环节，这些领域对产品纯度和杂质控制的要求近乎苛刻。这本书中关于色谱分离技术在产品精制中的应用分析，简直是一本小型的使用指南。它详细对比了模拟移动床（SMB）技术与传统批次色谱法的经济性差异，特别是在处理手性化合物分离时的能耗和溶剂回收率分析，数据详实，计算过程清晰可循。我印象特别深的是，作者在讨论溶剂选择时，不仅考虑了溶解度和极性匹配，还引入了毒理学风险和回收成本的综合考量维度。这种多维度、跨学科的评价视角，对于我们现在追求“安全、环保、经济”三位一体的生产模式至关重要。很多同类书籍在讨论溶剂回收时往往一笔带过，而这本书却用一整节篇幅来论述不同蒸馏精馏塔的塔盘效率与操作灵活性，这对于优化现有精馏系统的运行能耗，提供了立即可操作的参考价值。

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这本厚厚的书捧在手里，光是封面那种沉稳的深蓝色就透着一股老派的专业劲儿。我本来对接手公司一个新项目里涉及的某些化学反应流程心里有点虚，毕竟我的背景更偏向理论研究，实际操作经验欠缺。拿到这本教材时，我原本预期会是那种充斥着晦涩难懂的公式和密密麻麻的工艺流程图的“天书”。然而，翻开第一章，那种感觉立刻消散了。作者在介绍基础单元操作时，并没有直接丢出复杂的数学模型，而是非常细致地描绘了实际工厂车间里，反应釜的搅拌桨转速如何影响传质效率，或者说，当温度传感器读数出现微小波动时，操作人员需要采取的初步判断步骤。尤其是在描述连续流反应器与间歇反应器的优劣对比时，书中穿插了大量的案例分析，这些案例并非那种理想化的教科书模型，而是加入了诸如设备老化、原料批次差异等“真实世界的噪音”，这对于我这种急需将理论知识快速落地到生产实践中的人来说，简直是醍醐灌顶。我花了一个周末，重点研读了关于催化剂失活与再生那一章节，书中对于不同类型催化剂（比如负载型贵金属催化剂和分子筛催化剂）在高温高压环境下的具体降解路径分析得极为透彻，并给出了相应的预防和恢复性维护的技术方案，比起我之前查阅的几篇期刊论文，这里的综合性和操作指导性强太多了。这本书与其说是一本教材，不如说是一位经验丰富、脾气极好的老工程师，手把手教你如何在轰鸣的车间里，把理论完美地转化为稳定、高效的生产结果。

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