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出版者:化学工业出版社

作者:韩志超

出品人:

页数:326

译者:

出版时间:2005-8

价格:52.0

装帧:精装

isbn号码:9787502573652

丛书系列:

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• 结构材料
• 材料化学
• 化学进展
• 材料科学
• 结构工程
• 纳米材料
• 复合材料
• 功能材料
• 材料性能
• 前沿技术

《前沿高分子物理与工程：动态与智能响应材料的理论与实践》 作者： 张伟、李明、王芳 编著 出版社： 科学技术文献出版社 ISBN： 978-7-5043-9876-5 定价： 198.00 元 --- 内容简介 本书深入探讨了高分子材料领域中，特别是动态、可逆、以及环境响应性高分子体系的基础物理机制、先进合成策略、以及面向特定工程应用的最新进展。全书系统性地整合了二十一世纪以来，高分子科学在超分子化学、自修复、形状记忆、刺激响应凝胶以及生物医学工程等交叉前沿领域取得的突破性成果。 本书旨在为高分子化学、材料科学、物理学、化学工程以及生物医学工程等相关专业的高年级本科生、研究生及科研工作者提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识框架。 全书共分为六大核心部分，涵盖了从基本理论到尖端应用的完整链条： --- 第一部分：高分子物理基础与新概念的引入 本部分着重回顾并拓展了理解复杂高分子体系所需的关键物理化学概念。重点讨论了统计力学在高分子链构象、溶液行为以及相态转变中的应用，并引入了非平衡态高分子物理的概念。 1.1 复杂流变学与分子间作用力的再审视： 区别于传统粘弹性模型，本章详细分析了长程有序高分子网络（如液晶高分子和超分子聚合物）在剪切和拉伸过程中的非线性粘弹性行为，以及氢键、π-π堆积和配位键等动态非共价键对手臂链段运动的影响。 1.2 玻璃化转变的动态视角： 不再局限于单一 $T_g$，本章采用时间-温度等效原理和自由体积理论的现代修正版，阐释高分子网络在动态应力下的弛豫过程。重点分析了交联密度和链长分布对多重弛豫峰的调控机理。 1.3 缺陷与异质性对宏观性能的放大效应： 探讨了在实际高分子加工过程中引入的微孔隙、界面不均匀性以及晶区缺陷如何通过应力集中效应显著影响材料的疲劳寿命和断裂韧性。引入了微观断裂力学在高分子复合材料中的应用。 --- 第二部分：刺激响应性高分子系统的设计与合成 本部分聚焦于设计和构建能够对外界环境信号（如温度、pH、光、电场或生物分子）做出可逆响应的高分子结构。 2.1 温度敏感性聚合物的精确调控： 深入分析了聚($N$-异丙基丙烯酰胺) (PNIPAM) 及其衍生物的云点现象 (LCST) 的热力学基础。着重介绍了通过引入亲/疏水性嵌段和低临界溶解温度 (UCST) 聚合物，实现对响应温度的亚开尔文级精确调控的方法。 2.2 pH与离子强度响应性水凝胶： 详细阐述了电解质平衡在高分子网络溶胀失溶中的核心作用。探讨了聚电解质刷（Polyelectrolyte Brushes）的分层膨胀模型，以及如何利用离子交联来提高水凝胶的机械强度和响应速度，特别是在pH梯度下的物质输运性能。 2.3 光致异构化与动态交联： 介绍了基于偶氮苯、螺吡喃等光敏基团构建的可逆光开关聚合物。重点讨论了光诱导的链段重排如何实现聚合物体系的“写/擦除”功能，以及在光刻胶和光机械器件中的实际应用。 --- 第三部分：超分子自修复与动态网络构建 本部分是全书的亮点之一，集中探讨了如何通过非共价键相互作用构建具有自适应和自修复能力的材料体系。 3.1 动态共价键化学在聚合物中的应用： 详细介绍了狄尔斯-阿尔德反应 (Diels-Alder)、硫醇-烯点击反应以及亚胺交换等可逆共价键的反应动力学。重点分析了这些反应如何用于构建具有高强度和高交联密度但仍能展现流变可塑性的动态网络。 3.2 超分子组装驱动的自修复机制： 深入剖析了基于氢键（如脲/氨基甲酸酯）、金属配位（如Zn-配位聚合物）和超分子识别（如环糊精/萘基）的材料体系。阐述了“流动性修复”与“键合修复”两种机制的竞争与协同，以及如何通过优化界面接触面积和键合能来实现快速、室温下的宏观裂纹自愈合。 3.3 形状记忆高分子与应力诱导再构象： 探讨了形状记忆效应的物理基础——双网络结构（永久网络与动态网络）。分析了热诱导、溶剂诱导和磁场诱导的形状恢复过程，并介绍了用于生物支架和可穿戴电子设备的多重形状记忆系统的设计策略。 --- 第四部分：生物相容性与功能化聚合物界面 本部分关注高分子材料在生物环境中的应用，特别是界面行为和生物分子装载。 4.1 响应性药物递送载体： 重点介绍基于嵌段共聚物胶束和聚合物纳米粒的设计。分析了药物在载体内的封装效率（基于Flory-Huggins理论的修正）以及在靶向部位（如肿瘤微环境的酸性或氧化还原电位）的可控释放动力学。 4.2 生物粘附与组织工程支架： 探讨了仿生粘附肽和表皮生长因子 (EGF) 等生物活性分子如何通过动态共价键或静电相互作用固定在聚合物表面。分析了细胞外基质 (ECM) 模拟物中，聚合物的力学模量对细胞铺展、增殖和定向分化的调控机制。 4.3 抗菌与抗污损表面： 阐述了利用“光子晶体效应”构建的结构性抗菌表面与基于聚电解质刷的抗污损涂层。讨论了如何通过控制表面润湿性梯度和局部电荷密度来抑制蛋白质和细菌的非特异性吸附。 --- 第五部分：高分子复合材料的界面增强理论 本部分超越了单一聚合物体系，转向功能性纳米填料与聚合物基体的复合。 5.1 纳米填料的有效界面传荷模型： 批判性地评估了克努申森模型在描述碳纳米管、石墨烯和粘土纳米片增强聚合物时的局限性。提出了基于界面能和接触角的界面有效层厚度理论，用于预测复合材料的宏观力学增强因子。 5.2 导电与电磁屏蔽复合材料： 聚焦于渗流阈值 (Percolation Threshold) 理论在构建三维导电网络中的应用。详细分析了交错填料网络和定向排列填料对复合材料导电各向异性的控制，及其在电磁兼容性 (EMC) 中的应用。 5.3 自增强与功能梯度复合材料： 探讨了通过原位聚合或反应性挤出使填料表面功能化，以实现与基体共价键合的策略。介绍了梯度功能化技术，用于消除界面应力集中，提高厚大截面制件的韧性。 --- 第六部分：先进表征技术与计算模拟 本部分介绍了高分子研究领域中用于验证上述理论和结构的关键实验技术和计算工具。 6.1 动态光散射 (DLS) 与时间分辨技术： 重点讲解了动态光散射在测定聚合物溶液扩散系数中的应用，以及如何结合时间分辨荧光光谱来探究分子链段的局部弛豫时间。 6.2 固体NMR与介电谱学： 阐述了固体核磁共振 (Solid-State NMR) 在解析无序高分子晶区和填料表面吸附情况中的优势。介电谱学则作为探测分子极化率变化和动态转变的非破坏性手段进行了深入介绍。 6.3 介观尺度分子动力学模拟： 介绍了粗粒化分子动力学 (Coarse-Grained MD) 方法在模拟大尺度网络演化和刺激响应相分离过程中的效率与精度。讨论了如何通过自由能计算来预测超分子组装体的热力学稳定性。 --- 读者对象与本书特色 本书的特点在于其深度交叉性和前沿性。它避免了对传统高分子合成（如自由基聚合的常规应用）的冗余叙述，而是聚焦于分子层面上的“可编程性”，即如何利用动态、可逆的化学和物理相互作用来赋予材料生命般的适应能力。书中包含了大量的最新案例分析和关键公式推导，旨在帮助读者建立从微观结构到宏观功能的完整认知链条。 总结： 《前沿高分子物理与工程》是理解下一代智能、自适应高分子系统的必备参考书，是连接基础科学与尖端工程应用的桥梁。

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这本书的装帧设计实在太考究了，封面那深邃的蓝色调，配上烫金的字体，拿在手里就感觉分量十足。我是一个材料学专业的学生，平时阅读很多专业书籍，但像这样注重视觉体验的，真是少见。内页的纸张质感也很好，即便是长时间阅读，也不会觉得眼睛很累。不过，我得说，这本书的内容深度确实是偏向研究前沿的，对于我这种还在本科阶段摸索的学生来说，有些地方读起来还是有些吃力的。它更像是给那些已经有一定基础，想深入了解新兴材料化学领域的专业人士准备的工具书或者参考手册。我特别喜欢它在引用文献方面的严谨性，几乎每深入一个观点，后面都能找到相应的出处，这对于我们做文献调研来说，简直是太方便了。我期望它能对纳米结构材料的合成机制能有更直观的图示解释，现在的文字描述虽然精确，但有时候确实需要一些视觉辅助来帮助理解复杂的化学反应路径。总体而言，从物理载体到内容结构，这本书都透露出一种专业和严谨的气质，值得在书架上占有一席之地。

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我是一个对绿色化学和可持续发展领域非常感兴趣的工业工程师。在我的工作范畴内，如何降低反应能耗、开发环境友好的催化剂至关重要。我购买这本书是希望能在其中找到关于“自组装超分子结构”在能源转化效率提升方面的具体应用案例。这本书在这方面的确有所着墨，尤其是对某些新型有机框架材料（MOFs）的孔道结构设计进行了详细描述，这部分内容相当精彩，展示了分子工程的巨大潜力。但是，我发现书中对这些先进材料的“大规模可复制性”和“长期稳定性”的讨论相对较少。我们工业界最关心的是，一个实验室里表现优异的结构，能否在吨级生产中依然保持其特性，并且在实际工作环境下能够稳定运行数年。这本书更偏向于基础研究的“灵光一现”，对于如何将这些化学“奇迹”转化为可靠的工业产品，中间的“鸿沟”如何跨越，缺乏系统性的探讨，这对我来说是一个比较遗憾的地方。

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这本书的语言风格非常学术化，几乎没有采取任何通俗易懂的解释，每一个概念的提出都建立在一系列的专业术语之上。这对于我这样并非科班出身，但对材料科学抱有强烈好奇心的跨界人士来说，阅读门槛非常高。我尝试从“结构化学”的角度去理解其中的一些热力学和动力学描述，但很快就被复杂的张量分析和群论相关的表达方式所淹没。我理解，要探讨“进展”，必然要使用最前沿的、最精确的语言，但如果能像某些顶尖期刊那样，在关键概念处辅以一个简洁的类比或者一个简化的模型图，那对于知识的普及和快速吸收将大有裨益。目前的感觉是，这本书更像是一份写给同行、用于存档的深度综述，而不是一本旨在启发新进入者思维的导论。我希望它能在保持其深度不变的前提下，考虑为读者提供一个循序渐进的阅读路径。

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我主要的研究方向是先进陶瓷材料的烧结致密化过程控制。我关注的重点是高温下晶界扩散机制对最终微观结构的影响。在阅读这本书时，我对其中关于“缺陷工程”的部分印象最为深刻。它详细阐述了如何通过精确控制掺杂元素在晶格中的取代位置，来调控材料的本征缺陷浓度，进而影响其力学性能。这部分内容的深度和广度都超出了我预期的专业范围，它成功地将固体物理的知识与化学合成的手段结合起来，提供了一种全新的视角来看待传统材料的性能优化问题。然而，在我试图将这些理论应用于我的高温扩散模型时，我发现书中关于“时间尺度”的描述比较模糊。例如，在讨论某一特定缺陷的形成能时，它没有明确指出这是在热力学平衡状态下的能量，还是在快速退火过程中所观测到的有效能量。这种对实验条件依赖性的界定不够清晰，使得理论模型在实际工程应用中需要大量的经验修正。这本书在理论的构建上令人赞叹，但在与具体工程参数挂钩的细节处理上，尚有提升空间。

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我最近在关注高熵合金的界面行为研究，希望能找到一些关于其微观结构演变与宏观性能之间关联的深度解析。翻阅这本书的目录时，我对“非平衡态材料的结构解析”那一部分抱有极大的期望，因为这正是我研究的瓶颈所在。然而，实际阅读后发现，虽然提到了许多先进的表征技术，比如同步辐射X射线衍射（XRD）在复杂晶体结构确定中的应用，但对于如何将这些表征数据“转化”为可预测的性能模型，书中的论述略显跳跃。它更多地停留在对“新发现”的罗列和描述，而不是对“方法论”的深入剖析。我更希望看到的是，作者如何构建一个从原子尺度到宏观尺度的跨尺度模拟框架，并用具体的案例来论证这个框架的有效性。毕竟，在材料化学这个领域，光有现象是不够的，如何用理论去指导合成，才是真正的价值所在。这本书无疑拓宽了我对现有研究领域的认知边界，但要说能立刻指导我的实验设计，还需要我再消化吸收更多配套的理论基础。

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