具体描述
本书是艺术设计基础与创意丛书之一，内容则侧重于思维探索，主要是通过对优秀设计作品的案例分析，说明创意在设计中的重要性，意在培养学生如何动脑。本书可作高等院校为艺术设计专业教材，也可供企业形象相关专业设计人员参考。
好的，以下是一份为您构思的图书简介，内容详尽，旨在描绘一本与“CI设计基础与创意”主题无关的专业书籍。 --- 图书名称：《面向21世纪的先进材料科学与工程应用》 第一部分：基础理论与前沿视角 第一章：原子尺度下的材料行为模拟与预测 本章深入探讨了现代计算材料学在理解材料结构与性能关系中的核心作用。我们从量子力学的基本原理出发，详细阐述了密度泛函理论（DFT）在预测电子结构、化学键合以及宏观物理性质（如弹性模量、禁带宽度）方面的应用。重点分析了周期性边界条件下的计算方法，以及如何通过第一性原理计算来指导新型功能材料的设计。此外，本章还覆盖了分子动力学（MD）模拟在研究材料相变、缺陷扩散和界面效应中的关键技术，并对比了不同尺度模拟方法的优劣及其在材料设计流程中的集成策略。读者将学习如何构建可靠的计算模型，并解读复杂的模拟结果，为材料性能的理性设计奠定理论基础。 第二章：复杂晶体结构与拓扑材料的性质解析 本章聚焦于材料科学中日益重要的复杂晶体结构，如高熵合金、金属间化合物以及具有特殊对称性的晶体。内容涵盖了晶格动力学、倒易空间分析以及群论在晶体结构分类中的应用。特别地，本章节投入大量篇幅介绍拓扑材料——包括拓扑绝缘体和拓扑半金属。我们将详细解析这些材料独特的电子能带结构，解释为何它们在表面或边缘表现出受保护的导电性。通过深入讲解贝里相位、陈数和拓扑不变量等核心概念，本章旨在使读者掌握分析和识别新型拓扑相态的工具和方法。 第三章：高通量计算与材料信息学的驱动力 面对新材料研发的巨大需求，本章介绍了材料信息学（Materials Informatics）如何通过大数据、机器学习和自动化实验流程加速材料发现进程。我们将剖析材料数据库的构建标准（如Materials Project、AFLOW），以及如何利用特征工程从材料结构数据中提取有效描述符（Descriptors）。机器学习模型，如支持向量机（SVM）、随机森林（RF）和深度学习网络（DNN），在预测材料性能、优化合成路线中的实际案例被广泛展示。此外，本章还探讨了自主学习机器人和自动化合成平台在实现“闭环”材料研发自动化方面的最新进展。 --- 第二部分：先进制造技术与工程应用 第四章：增材制造中的材料行为与过程控制 增材制造（3D打印）技术正在彻底改变工程部件的制造方式，但其固有的快速加热/冷却循环和残余应力问题对材料性能构成了严峻挑战。本章深入研究了选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中的材料物理机制。内容包括：液态金属池的流动稳定性、熔池的凝固动力学、孔隙率的形成机理以及各向异性性能的产生根源。本章提供了一系列过程监测技术（如原位光学成像和声发射）的应用指南，旨在帮助工程师优化打印参数，有效控制微观结构演变，从而获得具有可预测力学性能的复杂零件。 第五章：纳米结构薄膜的界面工程与功能化 薄膜材料是微电子、光电器件和先进涂层技术的核心。本章详细阐述了原子层沉积（ALD）和磁控溅射（Sputtering）等关键薄膜制备技术。重点讨论了如何通过精确控制生长参数实现对薄膜厚度、晶体取向和界面质量的亚纳米级调控。专题部分涵盖了多层异质结构（如超晶格）的应力管理策略，以及如何利用界面极化电荷和费米能级调控来优化器件性能。实例分析包括铁电薄膜的畴结构控制和高K介电常数材料在下一代存储器中的应用。 第六章：先进复合材料的力学响应与损伤容限 本章致力于高性能结构复合材料的设计与分析，特别关注纤维增强复合材料（FRCs）和颗粒增强复合材料（PRCs）。内容涵盖了从微观尺度理解纤维/基体界面粘结强度到宏观尺度预测损伤演化的全过程。详细分析了纤维断裂、基体开裂、界面脱粘等基本损伤模式，并引入了断裂力学和塑性损伤模型来评估复合材料的疲劳寿命和抗冲击能力。读者将学习如何使用有限元方法（FEM）建立多尺度模型，模拟复合材料在复杂载荷条件下的失效路径，确保航空航天和汽车结构部件的可靠性。 --- 第三部分：特定应用领域的前沿探索 第七章：能源储存材料的电化学性能优化 本章聚焦于新一代储能设备的关键材料挑战。在锂离子电池领域，内容涵盖了高容量正极材料（如富锂锰基材料）、硅基负极材料的体积膨胀抑制策略以及固态电解质的离子传导机制。对于燃料电池，本章探讨了新型非贵金属催化剂的结构设计与反应活性。此外，超级电容器的性能提升也得益于介孔碳材料的结构调控。本章侧重于如何从材料微观结构层面出发，解析和解决电化学循环过程中的稳定性、功率密度和能量密度之间的固有矛盾。 第八章：生物医用植入材料的表面改性与生物相容性 本章探讨了材料科学在生命健康领域的交叉应用。我们首先分析了用于骨修复和牙科植入的金属（如钛合金、镁合金）和陶瓷材料的生物力学匹配性。重点内容在于生物活性涂层技术，包括羟基磷灰石（HAp）的沉积、生物分子负载化涂层以及刺激响应性智能表面。本章深入讨论了炎症反应的分子机制，并介绍了如何通过表面粗糙度、润湿性和电荷分布来精确调控细胞（如成骨细胞、内皮细胞）的粘附、增殖与分化，以实现优异的长期生物相容性和骨整合效果。 第九章：可持续发展导向的循环材料设计 应对全球资源挑战，本章探讨了面向可持续性的材料生命周期管理和回收技术。内容涵盖了可降解聚合物的设计原理、生物基塑料的合成与性能、以及利用化学回收途径（如解聚反应）从废弃塑料中再生高价值单体的工程技术。此外，本章还分析了稀有金属（如稀土元素）的替代材料研究进展，以及如何通过材料设计从源头上减少环境足迹。本章旨在为材料工程师提供一套系统的、涵盖整个价值链的绿色工程设计思维框架。 --- 目标读者： 材料科学、化学工程、机械工程、物理学等相关专业的高年级本科生、研究生，以及从事先进材料研发与制造的工程师和科研人员。 本书特色： 本书理论深度与工程实践紧密结合，强调从原子尺度到宏观性能的跨尺度关联性分析，并全面覆盖了当前材料科学与工程领域最活跃的计算、制造和应用前沿。 ---
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