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出版者:科学出版社

作者:国家自然科学基金委员会工程与材料科学部

出品人:

页数:146

译者:

出版时间:2006-6

价格:40.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030171054

丛书系列:

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• 高分子
• 材料
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《现代合成材料的分子设计与性能调控》 内容简介： 本书深入探讨了现代合成材料领域的核心——分子设计与性能调控的原理、方法及其在不同材料体系中的应用。本书并非直接讲解“有机高分子材料科学”这一特定学科，而是将目光聚焦于合成材料的普遍规律和前沿发展，强调材料的微观结构如何决定宏观性能，以及如何通过精巧的分子设计来创造具有特定功能的材料。 第一章：合成材料概览与分子设计的维度 本章首先回顾了合成材料的发展历程，从早期基于天然产物改良的材料，到20世纪以来的石油化工驱动的高分子材料，再到当前面向高性能、多功能、可持续发展的新型合成材料。在此基础上，本书引入“分子设计”这一核心概念，并将其分解为多个关键维度： 化学结构设计： 包括单体选择、聚合方式、链结构（线型、支化、交联）、共聚物序列设计等，直接影响材料的化学稳定性和基本力学性能。 微观形貌设计： 关注材料的聚集态结构，如结晶度、畴结构、相分离、纳米结构等，这些结构特征极大地影响材料的光学、电学、力学和表面性能。 分子间作用力设计： 阐述通过引入特定官能团，如氢键供体/受体、极性基团、疏水/亲水平衡等，来调控分子链之间的相互作用，从而影响材料的溶解性、粘附性、自组装行为以及蠕变和断裂特性。 响应性基团设计： 介绍如何将对外界刺激（如温度、光、pH、电场、磁场等）敏感的基团引入分子链，从而赋予材料智能响应能力，实现“智能材料”的功能。 第二章：精细分子结构调控的合成策略 本章详细介绍实现精细分子结构调控的各种先进合成方法。本书不对具体的“有机高分子”合成方法进行分类，而是从更通用的角度，介绍如何通过控制合成过程来获得精确的分子结构： 可控/活性聚合技术： 重点介绍自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、配位聚合等过程中，如何通过特定的引发体系、链转移剂或休眠/活化机理，实现对分子量、分子量分布、链端官能团以及序列结构的精确控制。例如，介绍原子转移自由基聚合（ATRP）、可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）等技术如何实现对链增长的精确调控。 超分子聚合： 探讨非共价键（如氢键、π-π堆积、金属配位等）驱动的自组装过程，如何通过设计分子识别单元，实现特定结构的超分子聚合物的形成，以及其动态可逆的性质。 嵌段共聚与梯度共聚： 详细阐述如何通过两步或多步聚合，制备具有明确嵌段顺序的共聚物，以及如何通过调整单体进料速率实现分子链上的单体组成梯度，这些结构对相分离行为和界面性能至关重要。 官能团化与后修饰： 介绍在聚合前后，通过化学反应在分子链上引入特定官能团，以增强材料的反应活性、亲和性、生物相容性或引入特定功能。 第三章：从分子构象到宏观性能的关联 本章深入剖析分子设计如何转化为宏观材料性能，重点关注材料的聚集态结构和分子链运动性。 链构象与链堆积： 探讨不同化学结构导致的链内构象自由度差异，以及这些构象如何影响链与链之间的堆积方式，从而形成无定形、半结晶或高度结晶的结构。 玻璃化转变与熔融行为： 详细阐述分子链的运动能力与玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）之间的关系，以及如何通过改变分子量、链刚性、侧基大小和分子间作用力来调控这些重要的热力学参数。 力学性能的分子起源： 分析应力-应变曲线的形成机制，解释应力松弛、蠕变、韧性、强度等力学性能是如何由分子链的运动、缠结、交联以及晶区和非晶区协同作用决定的。 界面与表面性质的分子调控： 探讨表面能、润湿性、粘附性、摩擦学性质等如何通过表面官能团、链末端结构以及材料的形貌来精确设计。 第四章：功能导向的分子设计实例 本章通过一系列具体的功能性材料体系，展示分子设计在实现特定功能方面的强大威力，本书不对特定“有机高分子”材料进行命名，而是从功能角度分类： 高透气与阻隔材料： 介绍如何通过设计具有特定空隙结构或通过引入极性基团来调控气体渗透率，以满足包装、膜分离等领域的需求。 高弹性与记忆效应材料： 探讨通过引入可逆交联点（如氢键、金属配位、动态共价键）或设计形状记忆效应的分子链结构，来获得优异的拉伸性能和形状恢复能力。 导电与半导体材料： 介绍如何通过共轭体系的设计、掺杂策略以及形貌控制（如纳米线、薄膜）来构建具有良好载流子传输能力的有机电子材料。 响应性与自修复材料： 详细阐述基于智能响应基团（如光敏、热敏、pH敏感）的材料，以及具有自修复能力的分子设计，如基于动态共价键或可逆非共价键网络的材料。 生物相容性与药物递送材料： 介绍如何设计生物惰性或具有特定生物识别功能的分子，以及如何通过控制材料的微观结构实现对药物的缓释和靶向递送。 第五章：计算模拟与高通量筛选在分子设计中的应用 本章介绍现代计算科学技术如何加速和优化合成材料的分子设计过程。 分子动力学模拟： 阐述如何通过模拟分子链的运动，预测材料的动态行为、热力学性质以及聚集态结构。 量子化学计算： 介绍如何利用量子化学方法预测分子的电子结构、反应活性以及光谱性质。 相场模拟： 探讨如何模拟材料的相分离过程，预测微观形貌的演化。 机器学习与人工智能： 介绍如何利用机器学习算法从大量的实验数据和模拟结果中学习构效关系，实现高通量筛选和理性设计。 第六章：可持续性与绿色合成在材料设计中的考量 本章强调在材料设计过程中融入可持续发展的理念。 生物基与可降解材料： 介绍如何利用可再生资源作为单体来源，以及如何设计分子结构以实现材料在环境中的可生物降解。 原子经济性与绿色溶剂： 探讨在合成过程中如何提高原子利用率，减少副产物，并选择环境友好的溶剂和催化剂。 循环利用与再加工： 讨论如何设计易于回收和再加工的材料，以减少资源消耗和环境污染。 本书旨在为材料科学家、化学家、工程师以及对合成材料的分子层面有深入了解需求的读者提供一个全面的、现代化的视角。通过深入理解分子设计的原理和方法，读者将能够更有效地创造出具有卓越性能和特定功能的先进合成材料，从而推动相关领域的科技进步。

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从一个资深专业人士的角度来看，这本书最难能可贵的一点在于它的“气度”。它没有把自己定位成某个特定流派的“代言人”，而是以一种极为开阔和包容的胸襟，梳理和比较了领域内各种主流学派的观点和争议。在某些尚无定论的关键科学问题上，作者没有采取简单站队的方式，而是非常清晰地阐述了不同观点背后的实验证据和理论假设，引导读者自己去权衡和判断。这种平衡的叙事策略，极大地提升了这本书的学术公信力。此外，书中穿插的一些历史回顾和重要科学家的工作简介，使得整个学科的历史脉络得以清晰呈现，让人对前人的智慧充满敬意，也更深刻地理解了当前研究的出发点。这本书绝不是那种读完一遍就束之高阁的参考书，它更像是一部可以伴随研究生涯不断翻阅、每次都能从中汲取新意的“案头宝典”。它所构建的知识体系的稳固性和全面性，足以让它在未来相当长一段时间内，都成为该领域内不可或缺的标杆性著作。

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坦率地说，我对教材类的书籍往往抱有一种警惕心，生怕它们要么过于陈旧，要么就是为了迎合教学大纲而牺牲了内容的深度和前瞻性。然而，这本书彻底颠覆了我的这种刻板印象。它在处理一些基础的聚合反应机理时，展现出了令人赞叹的深度和细节，仿佛作者对每一个反应步骤中的过渡态和能量垒都了如指掌。更让我印象深刻的是，它对“可持续性”和“绿色化学”原则在材料设计中的应用给予了足够的篇幅和严肃的探讨，这在很多传统教材中是看不到的。作者没有仅仅将这些概念当作点缀，而是将其深度融入到合成方法论的分析中，这体现了强烈的时代责任感和前瞻性的学术视野。我在阅读中，几乎能感受到作者试图将一个庞大、复杂的知识体系“压缩”并“提炼”给读者的努力。它的语言风格介于严谨的学术论文和易于理解的科普读物之间，找到了一个绝佳的平衡点，使得即便是跨学科的读者也能迅速跟上节奏，这对于推动交叉学科的研究非常有益。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，那种沉稳中又不失现代感的封面材质，摸上去有一种温润而坚实的触感，一下子就抓住了我的注意力。我一直对那些涉及材料科学前沿的著作抱有很高的期待，希望能找到一本既有深厚理论基础，又不失工程应用视角的佳作。这本书的排版布局也做得相当出色，字体大小适中，段落间距处理得恰到好处，使得长时间阅读下来眼睛也不会感到过于疲劳。更值得称赞的是，它在章节划分上似乎遵循了一种非常清晰的逻辑脉络，从基础概念的引入到复杂体系的深入探讨，过渡得非常自然流畅。我翻阅了目录，感觉它在宏观上对整个领域进行了非常全面的梳理，没有那种为了凑字数而堆砌概念的空洞感，而是充满了严谨的学术思考。我特别留意了图表的清晰度和质量，这对于理解复杂的化学结构和物理过程至关重要，高质量的插图能极大地降低理解门槛，这本书在这方面做得非常到位，每一张示意图都精准地传达了作者想要表达的核心信息。总而言之，光是作为一本工具书摆在书架上，它就散发着一种专业和可靠的气场，让人忍不住想要立刻翻开它，进入那个知识的殿堂。

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我一直认为，一本真正伟大的专业书籍，其价值不在于它教给你多少“现成”的知识点，而在于它能教会你如何“思考”这个问题。这本书在探讨特定高分子材料的性能调控时，所采用的分析框架和逻辑推理过程，对我产生了潜移默化的影响。它更像是一套“思维工具箱”，而不是一份简单的知识清单。例如，书中对不同尺度的结构-性能关系的论述，不再是简单的并列介绍，而是通过一套层层递进的分析模型，展示了如何从分子链段的运动到整体材料的力学响应进行系统性的预测。我尤其关注了它对实验表征方法的讨论，作者对每种技术（如光谱、衍射、热分析）的应用边界和局限性的分析非常客观且深入，避免了对任何单一方法的盲目崇拜。这种批判性的思维训练，比单纯记忆知识点要宝贵得多。读完后，我发现自己看待新材料的思路都变得更加系统化和结构化了，知道该从哪些关键的自由度去着手进行优化和改进。

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我最近在准备一个关于新型复合材料性能优化的项目方案，急需一本能提供扎实理论支撑和最新研究动态的参考书。这本书的章节结构给我的感觉是，它仿佛有一位经验极其丰富且条理清晰的导师在引导我逐步深入。它没有那种上来就抛出晦涩难懂公式的做法，而是先用非常直观的语言勾勒出该领域面临的核心挑战，然后才引入必要的数学模型和实验数据进行支撑。尤其是关于界面化学和宏观力学性能关联的那几部分内容，作者的论述极其精辟，让我对一些长期困扰我的设计难题豁然开朗。我发现它在引用最新的研究成果时非常注重平衡，既没有过度沉溺于最新的“热点”而忽略了经典理论的奠基作用，也没有因为追求全面而导致内容显得零散。我特别欣赏作者在讨论材料合成路线时所展现出的那种工程实践的视角，仿佛能透过文字看到实验室里真实的反应釜和精密仪器，这种理论与实践紧密结合的叙述方式，对于我们这些需要将科研成果转化为实际产品的工程师来说，无疑是极大的福音。读完几章，我感到自己的知识体系得到了一个非常有效的重构和加固，不再是零散的知识点，而是一个结构完整、逻辑自洽的知识网络。

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此方向战略方针不错，但实际操作上，因为原高分子工业的先天固有模式，而导致改革苦难。并非在技术实现上有困难，而是应用上。

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