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出版者:哈尔滨工程大学出版社

作者:常铁军

出品人:

页数:257

译者:

出版时间:2005-1

价格:23.00元

装帧:

isbn号码:9787810736695

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
• 研究方法
• 现代分析
• 实验技术
• 材料表征
• 纳米材料
• 材料设计
• 结构分析
• 性能测试
• 材料工程

《材料现代研究方法》是一本旨在全面梳理和介绍当前材料科学领域前沿研究方法论的著作。本书聚焦于那些能够推动材料科学向前发展的创新性、系统性以及跨学科的科研工具和技术，而非具体某一种材料的详细研究案例。 本书内容将围绕以下几个核心方面展开： 第一部分：理论基础与概念框架 在深入探讨具体研究方法之前，本书首先会奠定坚实的理论基础。我们将回顾材料科学的基本研究范式，从宏观性能表征到微观结构解析，再到原子尺度上的相互作用理解，建立一个完整的认识框架。这一部分将重点阐述“现代研究方法”的核心特征，包括但不限于： 多尺度与多维度分析： 强调理解材料行为必须综合考虑不同尺度（原子、纳米、微米、宏观）以及不同维度（一维、二维、三维）的信息，并介绍如何实现这种跨尺度的信息整合。 计算模拟与理论预测： 深入探讨第一性原理计算（如DFT）、分子动力学模拟、有限元分析等计算工具在材料设计、性能预测、机理探究中的核心作用。我们将详细介绍这些方法的原理、应用范围、优势与局限性，以及如何将其与实验研究相结合，形成“理论-模拟-实验”的闭环。 人工智能与大数据在材料科学中的应用： 重点介绍机器学习、深度学习等人工智能技术如何应用于材料性能预测、新材料发现、工艺优化等方面。我们将讨论如何构建有效的材料数据库，以及如何利用大数据分析来发现隐藏的规律和关联。 跨学科融合与协同创新： 强调材料科学与其他学科（如物理、化学、生物、工程、信息科学）的交叉融合趋势，以及如何利用跨学科的视角和工具解决复杂材料问题。 第二部分：先进的实验表征与测量技术 这一部分将聚焦于当前材料科学研究中最具代表性和影响力的实验技术，它们为深入理解材料的结构、性能和行为提供了关键证据。本书将重点介绍以下几类技术，并从其原理、操作要点、数据解读以及最新发展趋势等方面进行阐述： 高分辨率成像技术： 电子显微镜技术： 深入介绍透射电子显微镜（TEM）及其高分辨率成像（HRTEM）、电子能量损失谱（EELS）、能量分散X射线谱（EDS）等联用技术，以及扫描电子显微镜（SEM）及其电子背散射衍射（EBSD）、背散射电子（BSE）成像等。我们将探讨其在原子分辨结构分析、晶界、缺陷表征、成分分析等方面的应用。 原子力显微镜（AFM）技术： 详细介绍AFM在表面形貌、摩擦学、电学、力学等性质的纳米尺度表征，以及扫描隧道显微镜（STM）在原子尺度表面电子结构分析中的应用。 光谱学与衍射技术： X射线衍射（XRD）技术： 介绍粉末衍射、单晶衍射、同步辐射衍射在晶体结构解析、相鉴定、织构分析、应力应变测量等方面的应用。 各种原位（In-situ）与时间分辨（Time-resolved）光谱技术： 如拉曼光谱、红外光谱（IR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）等，重点介绍它们如何与原位样品制备或动态过程相结合，用于研究材料在特定环境（如高温、高压、腐蚀、电化学循环）下的结构演变和反应机理。 力学性能测试与表征： 纳米压痕、微拉伸等微观力学测试： 介绍如何精确测量材料在微米乃至纳米尺度下的硬度、弹性模量、屈服强度、断裂韧性等力学参数，以及应变梯度塑性的表征。 原位力学测试技术： 如在电镜下进行的原位拉伸、压缩、弯曲等力学测试，以及如何将力学加载与其它表征技术联用，实现力学行为与微观结构演变的同步观测。 其他关键表征技术： 如聚焦离子束（FIB）在样品制备和微纳加工中的应用，飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）等表面成分分析技术，以及热分析、电化学测试等。 第三部分：先进的计算模拟与数据科学方法 这一部分将深入探讨如何利用计算工具和数据科学方法来加速材料的发现、设计和性能优化。 密度泛函理论（DFT）及其应用： 详细介绍DFT的理论基础、计算流程、能量、力、电荷密度等关键输出的意义，以及在电子结构计算、键合分析、相稳定性预测、缺陷形成能计算等方面的广泛应用。 介观尺度模拟方法： 包括分子动力学（MD）模拟，介绍其基本原理、模拟参数的选取、经典力场与量子力学力场的选择，以及在模拟扩散、相变、界面行为、材料力学响应等方面的应用。还将介绍晶格Boltzmann方法（LBM）在流体传输、多孔介质分析中的应用。 机器学习与数据挖掘在材料科学中的实践： 材料数据库的构建与应用： 介绍如何高效地构建、管理和查询材料科学数据库，如Materials Project, AFLOWLIB等，以及如何利用这些数据库进行数据驱动的材料设计。 机器学习模型的设计与训练： 详细介绍常用的机器学习算法（如回归、分类、聚类、降维）在材料科学问题中的应用，例如预测材料的特定性能（如带隙、强度、催化活性），以及如何进行特征工程、模型选择和评估。 数据驱动的材料发现与优化： 介绍如何利用机器学习与高通量计算或实验相结合，实现“实验-模拟-模型-实验”的迭代优化过程，加速新材料的发现和性能的提升。 第四部分：研究设计与成果转化 除了技术和方法本身，本书还将关注如何进行有效的科研设计，以及如何将研究成果转化为实际应用。 创新性研究问题的提出与确立： 探讨如何从科学前沿、工程需求或社会挑战中发现有价值的研究问题，并如何将其转化为可操作的研究课题。 研究方案的设计与执行： 强调研究设计中的逻辑性、可行性、可重复性，以及如何在多学科背景下组织和协调研究工作。 实验数据与模拟结果的整合与验证： 探讨如何有效地对比、关联和验证实验结果与模拟预测，以获得更可靠的结论。 科研成果的交流与转化： 介绍学术论文写作、专利申请、技术转移等环节的关键要素，以及如何将先进的研究方法应用于解决实际工程问题，推动材料产业的升级。 总而言之，《材料现代研究方法》是一本致力于为材料科学家、研究人员和学生提供一套全面、系统且与时俱进的研究工具箱。它旨在启发读者掌握和应用最前沿的科研理念与技术，以更高效、更深入、更具创新性的方式来探索材料世界的奥秘，推动材料科学的持续发展。本书的内容并非是某一类材料的详细研究，而是着重于“如何研究”这一普遍适用的方法论。

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作为一名在职的研究人员，我深知在实际研究中，如何有效地与他人合作以及如何清晰地传达研究成果的重要性。这本书在这两方面都给了我宝贵的指导。在“团队协作与项目管理”章节，作者详细分析了构建高效研究团队的关键要素，例如明确分工、有效沟通以及建立共同的目标。他甚至还提到了在项目管理中如何运用一些现代化的工具和方法，以确保项目的顺利进行。这让我意识到，一项成功的科研项目，不仅仅取决于个人的能力，更需要良好的团队协作和有效的管理。更让我惊喜的是，在“学术交流与成果展示”部分，作者提供了许多实用的建议，关于如何撰写高质量的学术论文，如何准备精彩的学术报告，以及如何参与国际学术会议。我注意到他详细讲解了如何用图表和数据来清晰地展示研究结果，以及如何用简洁明了的语言来吸引听众的注意力。这些内容对于我来说，是提升我职业技能的绝佳资源。

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这本书的封面设计非常有吸引力，我一眼就被那沉稳的蓝色和抽象的材料结构图吸引了。当我翻开它的时候，首先映入眼帘的是序言，作者用一种非常真诚和鼓舞人心的语气，阐述了他创作这本书的初衷——希望能为那些在材料科学领域探索的年轻学者提供一份可靠的指南。我特别喜欢他提到的“兴趣是最好的老师”这句话，这句话仿佛为我打开了一扇通往未知世界的大门。接着，我浏览了一下目录，发现书中涵盖了许多我一直以来都非常感兴趣但又觉得难以掌握的主题，比如各种先进的表征技术，像是原子力显微镜和X射线衍射，以及计算模拟的方法，例如第一性原理计算和分子动力学模拟。尽管我对这些概念有一些初步的了解，但总觉得系统性不够，而这本书似乎正好弥补了这一点。我甚至看到了关于数据挖掘和人工智能在材料设计中的应用，这让我感到非常兴奋，因为这正是我目前研究中迫切需要解决的痛点。我迫不及待地想深入阅读，看看作者是如何将这些复杂的技术和理论以一种清晰易懂的方式呈现出来的。

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这本书的文字风格非常有趣，作者在讲解复杂的科学概念时，常常会穿插一些生动的比喻和历史典故，让原本枯燥的学术内容变得鲜活起来。比如，在介绍“尺度效应”时，他用了一个非常形象的比喻，将微观材料世界的奇妙变化类比于一个放大镜，让我们得以窥见宏观世界中无法想象的现象。这种讲解方式极大地降低了我的阅读门槛，让我能够更容易地理解那些抽象的理论。而且，我非常喜欢作者在某些章节后面留下的“思考题”，这些问题并没有给出标准答案，而是引导读者去独立思考和探索，这让我觉得这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思想的启迪。我甚至开始尝试自己去解答这些问题，并在解答的过程中，不断地将书中的知识与我已有的认知进行连接和整合。这种主动学习的模式，让我觉得比被动接受信息要有效得多，也更有成就感。

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我一直以来都对“跨学科研究”抱有浓厚的兴趣，总觉得材料科学的发展离不开与其他领域的融合。这本书在这方面给我带来了很多启发。作者在书中花了相当大的篇幅，详细介绍了如何将物理学、化学、工程学甚至生物学等领域的知识和方法融会贯通，应用于材料的研究中。我特别关注了关于“材料基因组计划”的介绍，它展示了如何利用计算科学和高通量实验来加速新材料的发现和设计，这让我看到了未来材料研究的广阔前景。书中还提供了一些具体的案例，说明了如何利用机器学习算法来预测材料的性能，以及如何通过生物仿生学来设计新型的功能材料。这些内容让我意识到，材料科学的研究已经不再局限于传统的框架，而是正在走向一个更加开放和多元化的时代。我相信，通过学习这本书，我能够打开我的研究思路，尝试更多跨领域的合作和探索。

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我最近一直在为我的毕业论文而苦恼，特别是关于实验设计的部分，总是觉得缺乏条理和系统性。直到我偶然发现了这本《材料现代研究方法》，我才仿佛看到了救星。我尤其欣赏书中对于实验设计原则的详细阐述，比如如何设定科学的对照组，如何选择合适的变量，以及如何进行统计分析以保证实验结果的可靠性。作者在这一部分并没有仅仅停留在理论层面，而是结合了大量的实际案例，详细剖析了不同研究场景下实验设计的优劣。我注意到书中有针对不同材料体系，例如聚合物、陶瓷和金属，分别给出了具体的实验设计建议，这对于我这样研究特定材料领域的学生来说，简直是量身定制。更让我惊喜的是，书中还讨论了如何有效地记录和整理实验数据，以及如何避免常见的实验错误。这不仅仅是一本关于方法论的书，更像是为我量身打造的一份研究“秘籍”。我相信，通过学习这本书，我能够大大提升我的实验设计能力，让我的研究更加严谨和高效。

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