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出版者:科学出版社

作者:梅乐和 等编著

出品人:

页数:306

译者:

出版时间:2007-8

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787030201492

丛书系列:

图书标签:

• 生物化工
• 发酵工程
• 生物技术
• 生物反应器
• 代谢工程
• 工业微生物
• 生物分离
• 过程控制
• 生物制药
• 绿色化工

《新材料科学进展与应用》 图书简介 一、 引言：新材料时代的澎湃浪潮 随着全球科技的飞速发展，新材料已成为驱动现代工业进步和社会变革的核心动力。从航空航天、能源存储到生物医药、信息技术，无一不依赖于对物质结构和性能的深刻理解与创新。本书《新材料科学进展与应用》旨在系统梳理和深入剖析当前材料科学领域最前沿的研究热点、关键技术突破及其在各行各业的具体应用实例。我们致力于为材料学研究人员、工程师、高新技术企业从业者以及对未来科技充满好奇的读者，提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识平台。 二、 结构与内容概览 本书内容编排遵循从基础理论到前沿应用，再到未来展望的逻辑脉络，共分为六大核心部分，力求覆盖新材料领域的广度和深度。 第一部分：先进结构材料的革命 本部分重点关注那些对承载能力、极端环境适应性有极高要求的结构材料。 1. 超高强韧金属合金的界面调控： 深入探讨基于析出相强化、晶界工程和梯度结构设计的新一代高熵合金（HEAs）和先进铝锂合金的微观机制。特别关注增材制造（3D打印）技术如何为复杂几何结构材料的性能优化提供新途径。 2. 陶瓷基复合材料（CMCs）的突破： 聚焦于SiC/SiC纤维增强陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件中的应用瓶颈及其解决方案，包括界面涂层的设计策略和抗氧化性能的提升方法。 3. 智能与自修复高分子材料： 探讨具有形状记忆效应、应力诱导相变或可逆共价键网络的聚合物。重点分析其在软体机器人和基础设施维护中的潜在应用价值，以及如何实现宏观性能的快速恢复。 第二部分：能源存储与转换材料的革新 能源问题是人类社会面临的重大挑战，新材料是解决能源存储和转换效率的关键。 1. 下一代锂离子电池的负极与电解质： 详细分析硅基、固态电解质（特别是硫化物和氧化物体系）的界面稳定性问题。探讨基于原位表征技术对充放电过程中结构演变的实时监测。 2. 燃料电池与电催化剂： 聚焦于非贵金属基催化剂（如Fe-N-C材料）的活性位点设计，以替代昂贵的铂族金属。分析质子交换膜燃料电池（PEMFCs）中关键膜材料的耐久性和传质效率。 3. 光伏材料的效率极限： 重点介绍钙钛矿太阳能电池（PSCs）的长期稳定性挑战，包括湿度、光照和热应力下的降解机理，以及高性能无机和杂化半导体材料在光电转换中的应用潜力。 第三部分：信息与电子功能材料的精进 本部分聚焦于支撑信息时代发展的核心电子材料。 1. 二维（2D）材料的异质结构建： 深入研究石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）等二维材料的垂直堆叠和侧面对接，如何构建具有特定电子传输特性的范德华异质结，应用于超快晶体管和光电器件。 2. 拓扑绝缘体与量子材料： 阐述拓扑材料中自旋-动量锁定的表面态如何应用于低功耗电子器件。探讨磁性拓扑材料在未来自旋电子学中的地位。 3. 先进显示技术中的发光材料： 比较有机发光二极管（OLED）的延迟荧光材料（TADF）与量子点发光二极管（QLED）的发光效率和色纯度，分析其商业化进程中的挑战。 第四部分：生物医用与环境修复材料 关注材料科学如何服务于生命健康和可持续发展。 1. 生物相容性与可降解植入材料： 探讨新型生物活性玻璃、镁合金以及具有精确降解速率的聚乳酸（PLA）共聚物在骨组织工程中的应用。重点分析材料表面修饰对细胞粘附和分化的调控作用。 2. 靶向药物递送系统（DDS）： 详细介绍纳米载体（如脂质体、聚合物胶束、无机纳米颗粒）的设计原理，以及如何通过表面配体修饰实现对病灶区域的主动靶向，降低系统毒性。 3. 环境污染物吸附与催化降解： 介绍金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）在选择性捕获二氧化碳、重金属离子以及高效催化降解水中微量有机污染物方面的最新进展。 第五部分：材料制备与表征的前沿技术 材料性能的实现依赖于精确的制备控制和精细的表征手段。 1. 原位/实时表征技术： 重点介绍同步辐射X射线散射、冷冻电子显微镜（Cryo-EM）以及高分辨透射电镜（HRTEM）在捕捉材料动态行为（如相变、电化学反应）中的应用。 2. 高通量计算与材料基因工程： 探讨密度泛函理论（DFT）、机器学习和人工智能在加速新材料筛选、预测材料性能和优化合成路线中的集成应用。 3. 增材制造中的微观结构控制： 分析激光熔化、定向凝固等过程对金属和陶瓷粉末床层间的热梯度和凝固速率的控制，以及如何获得各向异性的理想性能。 第六部分：未来展望与挑战 本书在收尾部分对材料科学的未来发展趋势进行了宏观预测，包括软物质与硬物质的跨界融合、超材料在电磁波调控中的潜力，以及在极端条件下（深空、深海）材料可靠性的关键挑战。 三、 读者对象与价值体现 《新材料科学进展与应用》不仅是一本专业教材，更是一部面向产业实践的参考手册。它全面涵盖了从基础科学发现到工程化应用的完整链条，深入浅出地阐述了复杂概念，并配有大量的图表和案例分析。本书的出版，旨在促进材料学界的基础研究与工程应用之间的深度融合，为推动我国在新一轮科技竞争中抢占材料制高点提供坚实的理论和技术支撑。

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这本书在处理具体技术细节时的深度和广度令人印象深刻。它超越了我们专业课上通常只会提及的几种核心反应器类型，竟然还专门开辟了一章来讨论新型生物反应器的发展趋势，包括循环床反应器和微流控反应器在特定高价值化合物合成中的潜力。这种“立足当下，展望未来”的编写思路，使得这本书的保质期更长。更让我感到惊喜的是，书中关于“过程分析技术”（PAT）的讨论，已经深入到了实时光谱分析在发酵过程中的应用，甚至提到了如何通过多变量统计模型来预测细胞活力和代谢产物的积累趋势。这已经触及了工业4.0在生物制造领域的应用前沿。很多参数的选取和优化建议，都基于大量的试错数据拟合而成，这些数据本身就具有极高的研究价值，作者能将其系统化地整理并呈现在书本中，实属不易。这不像是一本教科书，更像是一位资深行业专家多年工作经验的结晶汇编。

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这本书的语言风格，坦率地说，初看起来是略显“硬核”的，它几乎没有为了迎合大众读者而刻意进行“科普化”的软化处理。作者似乎默认读者已经具备了扎实的化学基础和初步的微生物学知识背景。这种直截了当、不绕弯子的叙述方式，对于有经验的工程师或者研究生来说，反而是最高效的。我特别欣赏其中对“瓶颈”环节的剖析，例如在提到大规模发酵罐的传质和传热效率优化时，作者没有停留在理想模型上，而是直接引用了多个工业化案例中的实际数据对比，用非常量化的指标展示了不同搅拌桨几何形状对氧气利用率的具体影响。这种“从实践中提炼规律”的写法，使得原本抽象的理论充满了可操作性。有时候，在阅读一些复杂的动力学方程推导时，虽然需要我多次往返于书的附录和正文之间，但每一步的推导逻辑都无可挑剔，清晰得像一条设计严密的生产管线，让人信服。它不是在“教你知识”，而更像是在“授予你一种解决问题的思维框架”。

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对于我们这些常年与实际生产打交道的人来说，最怕的就是理论脱离实际，或者书籍内容更新缓慢。然而，这本书在回顾经典的同时，也展现出了对最新科研突破的敏锐捕捉。比如，在讨论新型酶固定化载体时，书中对一些新兴的纳米材料支撑结构的应用前景进行了探讨，并分析了其在提高酶稳定性和重复使用性方面的理论优势。此外，书中对绿色化学原则在生物制造流程中的具体贯彻落实也给出了非常实用的指导，例如溶剂选择的替代方案、废水减量化的工艺设计思路等等。这些内容不仅关注了生产效率，更体现了对环境责任的担当。整本书读下来，我感觉自己仿佛是接受了一次全方位的、高强度的专业“充电”。它提供的不仅仅是知识点，更是一种系统性的、面向未来挑战的工程化视野，非常值得反复研读和参考。

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这本书的结构设计体现了一种深厚的行业洞察力。它没有仅仅停留在实验室阶段的“完美方案”，而是花了大量的篇幅探讨了从中试到工业化生产的“放大效应”（Scale-up Effect）。这一点，是很多偏重基础研究的教材所缺失的宝贵视角。比如，书中关于下游产品的分离纯化部分，对膜分离技术在不同pH和离子强度下的应用效果进行了详尽的比较分析，并且特别指出了在处理高粘度、高蛋白浓度的生物制品时，传统层析法面临的挑战以及替代性解决方案的优劣权衡。这种对“现实约束”的尊重，让这本书的指导价值大大提升。我注意到，作者在讨论污染控制和无菌操作规程时，所采用的标准和规范明显是接轨国际先进水平的，这对于我们这些计划参与国际合作项目的团队来说，提供了极大的便利。读完相关章节，我立刻有一种感觉，这本书不仅能指导我完成一个项目，更能帮助我构建一套符合国际标准的质量管理体系意识。

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这本书的封面设计颇具匠心，那种深邃的墨绿色调，配上烫金的字体，立刻就给人一种沉稳、专业的感觉。我是在一个偶然的机会在书店角落里发现它的，当时我正在寻找一些关于现代农业技术和生物工程前沿的资料。拿到手里掂量了一下重量，就知道这绝不是那种轻飘飘的普及读物，而是真材实料的学术专著。书页的纸张质地很好，即便是经常翻阅，也不易磨损，这对于长期学习者来说是非常重要的细节。装帧的工艺也看得出是下了功夫的，书脊平整有力，即便是摊开在桌面上，也能保持良好的平展性，阅读体验非常舒适。初翻几页，目录的编排就显露出作者严谨的逻辑体系，从基础理论的溯源到具体工艺流程的分解，层次分明，脉络清晰，让人对后续内容的展开充满了期待。尤其是一些图表的排版，虽然篇幅较大，但处理得非常干净利落，没有那种传统教材常见的拥挤感，这点对于理解复杂的生物反应器设计和分离纯化过程中的空间关系大有裨益。这本书的排版风格本身就在无声地传达着一种高效、精确的科学态度，让人在阅读之前就对其内容质量有了极高的心理预期。

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