具体描述
本书的主要特点在于，在保留常规无机化学实验的主要操作规范和确保实验现象明显、实验结果可靠的情况下，使实验试剂用量平均减少到常规用量的1/10左右，因此明显地降低了实验费用，减少了实验污染。与此同时，由于实验精度要求提高，十分有利于强化学生的动手能力和培养认真细致的科学作风。通过采用本书推荐的仪器装置系统，无机化学实验用的主要试剂、材料可一次性上架，既大大减少了实验准备工作量，又显著提高了实验安排的灵活性和实验室的利用率，有利于实行开放式实验教学。书中的实验主要使用微型规格的通用仪器，基本保留了常规实验的操作规范,既便于应用实施，又不影响学生在今后实际工作中对常规化学实验或化工生产体系的适应。
《材料科学基础》 图书简介 本书旨在全面、深入地介绍材料科学领域的基础理论、关键概念以及前沿技术。内容涵盖了从原子结构到宏观性能的演变规律，重点关注金属、陶瓷、聚合物以及复合材料的本征特性、制备工艺、性能表征与结构-性能关系。本书结构严谨，逻辑清晰，适合作为高等院校材料科学与工程、化学、物理学等相关专业本科生及研究生教材，同时也是相关领域科研人员和工程师的重要参考读物。 第一章 绪论：材料科学的基石 本章首先界定了材料科学的范畴及其在现代工程技术中的战略地位。我们将探讨材料的分类体系，包括传统材料与先进材料的区分，并简要回顾材料科学的发展历程。核心内容聚焦于材料的四个基本维度：结构 (Structure)、性能 (Properties)、加工性 (Processing) 和应用 (Performance) 之间的内在联系。强调理解原子和微观结构如何决定宏观性能的指导思想。 第二章 材料的原子结构与键合 深入剖析构成物质的基本单元——原子。本章详细阐述了量子力学在描述原子轨道和电子排布中的作用，特别是对s、p、d、f轨道的特性及其在化学键形成中的影响。重点讲解了化学键的类型：离子键、共价键、金属键以及范德华力（包括取向力和诱导力），通过键能和键长分析不同键合类型对材料宏观物性的初步影响。此外，还介绍了晶体结构的基础知识，包括晶格常数、晶胞概念以及密堆积结构（如面心立方FCC和体心立方BCC）的几何学描述。 第三章 晶体结构与缺陷工程 本章是理解固体材料性能的关键。我们详细考察了晶体结构的描述方法，如密勒指数（Miller Indices）在标识晶面和晶向上的应用。随后，转向考察晶体缺陷——这是决定材料力学、电学和热学性能的决定性因素。内容覆盖点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错，包括刃型、螺型及混合型位错的 Burgers 矢量和滑移系统）以及面缺陷（晶界、孪晶界、相界）。深入分析位错的存在如何解释金属的塑性变形机制，并引入了利用缺陷工程来调控材料性能的初步概念。 第四章 材料的热力学与相平衡 本章建立在经典热力学原理之上，探讨材料体系的稳定性和相变驱动力。核心概念包括吉布斯自由能（G）、焓（H）和熵（S）的关系，以及在恒温恒压下的平衡条件。详细分析了相图的绘制与解读，特别是二元合金系统的相图（如匀晶凝固、共晶凝固），引入了杠杆原理和反杠杆原理来定量计算相的比例和成分。讨论了热力学驱动的相变过程，如固溶、析出和再结晶，以及这些过程如何被热历史所控制。 第五章 材料动力学与扩散 材料的许多宏观性能的演变，如老化、蠕变、固态反应，都受制于原子扩散过程。本章系统阐述了扩散的基本定律，包括菲克第一定律和第二定律，并区分了扩散的两种主要机制：晶格扩散（取代式和间隙式）和晶界扩散。讨论了影响扩散速率的温度依赖性（阿累尼乌斯关系）以及材料结构（如缺陷浓度）对扩散系数的影响。此外，还将探讨扩散在材料热处理和表面改性中的实际应用。 第六章 机械性能与变形机理 本章聚焦于材料在外力作用下的响应。首先定义了描述材料机械性能的基本参数，如应力和应变，并详细分析了应力-应变曲线的各个阶段（弹性变形、屈服、加工硬化）。弹性形变部分深入探讨了胡克定律、杨氏模量、剪切模量和泊松比，及其与材料微观结构和键合性质的联系。塑性变形部分着重于位错的运动和交互作用，解释了加工硬化、拉伸双晶现象。后续章节将延伸讨论材料的断裂韧性、疲劳和蠕变行为。 第七章 电学、磁学与光学性能 本章扩展了对材料功能特性的探讨。在电学性能方面，区分了导体、半导体和绝缘体的能带结构理论，重点阐述了本征半导体和掺杂半导体的导电机制，以及霍尔效应在载流子分析中的应用。磁学性能部分，介绍了磁畴理论、磁化过程，区分了顺磁性、抗磁性和铁磁性材料的特性。光学性能则关注光与物质的相互作用，包括吸收、发射、透射和反射，并介绍了透明介质和半导体光电器件的基本原理。 第八章 陶瓷材料：结构与性能 陶瓷是具有离子键和/或共价键的无机非金属材料。本章系统介绍其晶体结构特点（如金红石、尖晶石结构），以及高熔点、高硬度、低导电性等特性来源。重点分析了陶瓷的断裂特性——高脆性是其主要限制，并介绍了增韧技术，如使用第二相颗粒或纤维增强。讨论了陶瓷的烧结过程，从粉末到致密实体的转变，以及烧结过程中的孔隙演化对性能的影响。 第九章 聚合物材料：结构与行为 本章探讨有机高分子材料。核心内容包括聚合物的分子结构（线型、支化型、交联型）、聚合反应类型（加成、缩合）以及分子量对性能的决定性作用。重点分析了聚合物的粘弹性行为，解释了玻璃化转变温度 ($T_g$) 和熔点 ($T_m$) 的物理意义。介绍了聚合物的力学性能测试方法，以及加工技术如挤出、注塑成型中的流变学基础。 第十章 复合材料：协同效应 复合材料通过合理设计，实现各组分材料性能的优化组合。本章介绍了复合材料的分类（如颗粒增强、纤维增强、结构复合材料）。重点分析纤维增强复合材料的力学行为，推导了沿纤维轴和垂直于纤维轴的强度模型，强调了界面结合（Interphase）在传递载荷中的关键作用。讨论了金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料的制备挑战与应用优势。 总结 《材料科学基础》力求在理论深度和工程应用之间取得平衡，通过对微观结构与宏观性能之间关系的不懈探究，为读者构建一个完整、系统的材料科学认知框架。本书内容广泛，覆盖了固体材料的主要类型及其核心科学原理。
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