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出版者:

作者:董守平

出品人:

页数:257

译者:

出版时间:2006-12

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787563621569

丛书系列:

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• 流体力学
• 高等教育
• 工程
• 物理
• 流体动力学
• 传热
• 计算流体力学
• 机械工程
• 水力学
• 流体静力学

现代材料科学进展与应用 本书简介 《现代材料科学进展与应用》是一部全面深入探讨当前材料科学前沿理论、实验技术与新兴应用领域的权威著作。本书旨在为材料科学、化学工程、物理学及相关交叉学科的研究人员、工程师和高年级学生提供一个系统、前沿且富有洞察力的参考框架。 本书的结构设计着眼于当前科技发展中的关键热点和长期挑战，内容涵盖了从基础的原子尺度调控到宏观尺度的结构性能关系，并重点关注了如何将基础科学发现转化为具有实际经济价值和社会效益的工程应用。 --- 第一部分：先进结构材料的理性设计与合成 本部分聚焦于传统材料的性能极限突破以及新型结构材料的理性设计方法。 第一章：晶体塑性理论的再审视与计算模拟 本章首先回顾了经典的晶体塑性理论（如位错蠕变、层错能对形变的影响）。重点转向现代计算模拟技术，如密度泛函理论（DFT）在预测晶体缺陷形成能和迁移势垒中的应用。我们详细探讨了晶界工程如何通过精确控制晶界结构（如低-γ晶界、共格晶界）来调控合金的强度与韧性之间的矛盾。内容还包括高熵合金（HEAs）的复杂相稳定性研究，利用相场方法模拟其在极端条件下的微观演变机制。 第二章：复合材料的界面调控与多尺度建模 复合材料是提升结构性能的关键途径。本章深入探讨了纤维/基体界面在载荷传递中的决定性作用。我们详细阐述了通过化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）技术在界面引入功能性中间层，以增强界面粘结强度和提高抗疲劳性能的方法。在理论层面，本章引入了非均匀介质的有效场论（Mean-Field Theory）的最新发展，以及如何将有限元分析（FEA）与随机模型相结合，精确预测复杂三维随机分布纤维增强复合材料的宏观力学响应。 第三章：功能化表面与薄膜技术 本章关注材料表面改性在赋予材料特定功能方面的巨大潜力。内容涵盖了等离子体增强化学气相沉积（PECVD）制备超硬、低摩擦涂层（如类金刚石薄膜）的技术细节。此外，对生物相容性涂层，如用于医疗植入物的羟基磷灰石涂层，其生长动力学和生物活性评价进行了深入讨论。特别关注了自修复涂层技术，即通过嵌入微胶囊或热响应聚合物实现材料表面的损伤自愈合。 --- 第二部分：能源与环境驱动的功能材料创新 本部分集中讨论对解决全球能源危机和环境挑战至关重要的功能性材料，如储能、催化和光电材料。 第四章：下一代固态电池电解质的挑战与机遇 锂离子电池的安全性与能量密度已接近瓶颈，固态电解质是未来方向。本章系统评估了氧化物（如LLZO）、硫化物（如LAGP）和聚合物固态电解质的离子电导率机制、界面电阻问题及电化学窗口。重点分析了如何通过掺杂改性或薄膜界面工程来抑制锂枝晶的形成，并详细介绍了交流阻抗谱（EIS）在准确分离不同界面电阻方面的应用。 第五章：高效光电转换材料：钙钛矿与有机光伏 光伏领域正经历钙钛矿材料带来的颠覆性变革。本章不仅涵盖了传统晶硅电池的局限性，更深入剖析了有机-无机杂化钙钛矿材料的缺陷容忍度、激子分离与电荷传输机制。讨论了提高钙钛矿器件长期稳定性的核心策略，包括钝化表面缺陷和开发新型空穴/电子传输材料。同时，对有机光伏（OPV）中非富勒烯受体的分子设计原理及其对效率提升的贡献进行了详尽的阐述。 第六章：环境催化与吸附材料的精准设计 环境修复依赖于高效的催化剂和吸附剂。本章详细介绍了金属有机框架材料（MOFs）在气体分离（如CO2捕集）和选择性催化中的应用。通过控制MOF的孔径结构和金属节点的配位环境，实现了对特定分子的高效筛分和活化。此外，对新型纳米催化剂的设计进行了探讨，特别是单原子催化剂（SACs），分析了载体材料（如石墨烯、氮化碳）对贵金属原子分散性和催化活性的协同效应。 --- 第三部分：先进表征技术与数据科学融合 材料科学的发展离不开先进的表征手段。本部分着重介绍用于揭示微观机制的尖端技术，及其与计算模型相结合的趋势。 第七章：同步辐射光源下的原位动态表征 同步辐射技术为材料研究提供了前所未有的窗口。本章介绍了如何利用高能X射线吸收谱（XAS）、X射线衍射（XRD）和散射技术（SAXS/WAXS）在原位（in-situ）条件下，实时追踪材料在反应、加热或应力加载过程中的结构变化。特别关注了电池充放电过程中的电极材料相变动力学和催化剂的活性位点演变监测。 第八章：电子显微镜的先进谱学技术 透射电子显微镜（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）是微观成像的基石。本章深入讲解了球差校正TEM在原子尺度成像方面的突破，以及如何结合电子能量损失谱（EELS）对局部化学态和电子结构进行定量分析。此外，还讨论了高通量（High-throughput）的微区分析技术，即利用聚焦离子束（FIB）结合自动化TEM样品制备，实现对材料微区成分和微结构的快速统计分析。 第九章：材料信息学与高通量计算 本章探讨了大数据与人工智能如何加速材料发现。内容涵盖了如何建立和利用材料数据库（如Materials Project, OQMD），以及如何运用机器学习（ML）模型来预测材料的特定性能（如硬度、带隙）。重点介绍了高通量计算流程，即结合自动化结构搜索算法和密度泛函理论计算，快速筛选出具有目标性能的潜在新材料。 --- 总结与展望 本书的每一章节都力求在严谨的理论基础上，紧密结合最新的实验进展和工程应用实例。通过跨越结构、能源和信息三大领域，旨在培养读者从多尺度、多维度理解和解决复杂材料问题的能力。本书的最终目标是为下一代材料科学家提供一套整合理论预测、实验验证与智能决策的综合性工具箱。

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这本书的装帧设计，初看之下，就给人一种沉稳而又专业的印象。封面采用了深邃的蓝色调，搭配烫金的书名，在光影变幻间，散发出一种古典与现代交织的学术气息。纸张的选择也颇为考究，触感厚实，微微泛着哑光，即便是长时间翻阅，眼睛也不会感到过度的疲劳。内页的排版布局，更是体现了设计者的匠心独运。章节标题醒目突出，正文的字体大小和行间距拿捏得恰到好处，使得即便是面对那些密集的公式和复杂的图表，阅读起来也显得井然有序，不至于让人心生畏惧。尤其是那些核心概念的插图，线条清晰，透视准确，极大地辅助了我们对抽象物理现象的直观理解。装订工艺方面，平整且坚固，即便是经常携带外出或在案头摊开，书脊也不会轻易出现松动或断裂的迹象，这对于一本需要反复查阅的工具书来说，无疑是一个巨大的加分项。总而言之，从拿起它的那一刻起，就能感受到出版方在实体呈现上所倾注的心血，它不仅仅是一本知识的载体，更像是一件值得收藏的学术精品，预示着其中内容的不凡深度与广度。

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初次翻阅时，最让我印象深刻的是作者在引入新概念时所采用的叙事方式。他似乎并不急于抛出那些晦涩难懂的数学表达，而是先从我们日常生活中常见的宏观现象入手，用极其生动的语言描绘出流体行为的复杂性与内在的规律性。这种“由表及里，循序渐进”的讲解模式，极大地降低了初学者的心理门槛。举例来说，在解释层流到湍流转变的临界条件时，作者没有直接引用雷诺数的公式，而是通过描述一条河流在不同流速下水面纹理的微妙变化，辅以细腻的文字描写，让读者“看”到能量如何在粘滞力和惯性力之间进行微妙的博弈。这种将抽象的物理过程“具象化”的能力，是衡量一本优秀教材的关键标准，而本书在这方面做得尤为出色。它仿佛有一位耐心的老师，在你每一步困惑的地方停下来，轻声点拨，而不是用一连串的定义和定理将你淹没。这种对话式的教学语言，让我感觉自己不是在被动地接受知识，而是在主动地探索自然界的奥秘。

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本书在例题和习题的设计上，显示出极强的目的性和系统性。它们并非仅仅是公式的简单代入验证，每一个习题背后似乎都蕴含着一个精心设计的物理情境或工程应用背景。初级的练习旨在巩固对基本运动学和动力学方程的理解，确保基础知识的扎实。而越往后，习题的复杂性呈指数级增长，往往需要综合运用多个章节的知识点，甚至是需要读者进行一定的模型简化和假设。我尤其欣赏那些“思考题”部分，它们往往抛出一个开放性的问题，不直接给出解题路径，而是引导我们去质疑现有模型的局限性，或者探讨在特定边界条件下，理论预测与实际现象可能存在的偏差。这种培养批判性思维的训练模式，对于培养未来的研究人员至关重要。完成一组高难度的习题后，那种融会贯通的成就感，远比仅仅记住几个公式来得深刻和持久，这使得学习过程充满了挑战的乐趣。

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从整体的结构组织来看，这本书的逻辑流向极其清晰，如同构建一座宏伟的知识殿堂，每一部分都是不可或缺的支撑。它遵循了一种非常合理的知识建构路径：先是基础的运动描述和本构关系（第一部分），接着是主要的守恒定律的推导与应用（第二部分），随后进入特定几何和物理条件下的精确解探索（第三部分），最后将视野投向了数值方法和实验验证（第四部分）。这种层层递进的组织结构，使得读者可以非常明确地知道自己所学知识在整个理论体系中的位置。即便是中途停下来一段时间后，也很容易通过查阅目录和回顾前一章节的总结，迅速找回上下文的连贯性。这种布局上的条理性和完整性，极大地提升了学习效率。对于需要跨学科进行知识迁移的读者而言，这种清晰的模块化划分，也方便了他们针对性地提取所需信息，证明了编纂者对该学科体系的深刻洞察和高超的组织能力。

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深入阅读后，我发现本书在处理理论体系的深度和广度上，达到了一个非常高的平衡点。它并没有止步于教科书层面常见的理想流体或牛顿流体的基本方程推导，而是将视野拓展到了诸多前沿和交叉领域。例如，其中关于非牛顿流体行为的章节，内容之详尽令人赞叹，不仅涵盖了剪切增稠、剪切稀化的经典模型，还深入探讨了粘弹性流体在复杂交变应力下的响应特性，这对于后续进行材料科学或生物工程方面的研究非常有指导价值。更难能可贵的是，每当介绍到一个复杂的模型，作者总是会附带简短的参考文献注释，指明了其理论的源头和发展脉络，这极大地便利了希望进一步深挖特定课题的读者。这种严谨的学术态度，让这本书的参考价值远远超出了普通教材的范畴，更像是一本结构清晰、内容前沿的专业参考手册，让人在阅读过程中能不断感受到知识的阶梯式攀升，每一次翻页都是向更深层次理解迈进。

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