Materials: A Very Short Introduction

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出版者:Oxford University Press
作者:Christopher Hall
出品人:
页数:160
译者:
出版时间:2014-10
价格:GBP 7.99
装帧:Paperback
isbn号码:9780199672677
丛书系列:Very Short Introductions
图书标签:
  • 英文
  • 牛津通识读本
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具体描述

Looks at a wide range of materials from steel, concrete, and plastics to wood, semiconductors, oil, gas, and food

Considers materials within their scientific, industrial, and cultural context - influencing communications, the media, architecture, building, and the fine arts

Explains how materials are made and how they behave as we use them

Shows how material science brings together engineering and technology with physics, chemistry, and biology

Part of the bestselling Very Short Introductions series - over six million copies sold worldwide

The study of materials is a major field of research that supports and drives innovation in technology. Using modern scientific techniques, materials scientists and engineers explore and manipulate materials, and create new ones with remarkable strength and extraordinary optical and electrical properties. In this Very Short Introduction, Christopher Hall looks at a wide range of materials, from steel, wood, and rubber, to gold, silicon, and graphene, describing how materials are used, how their properties arise from their internal structure, and how useful and novel things are made from them. He concludes by looking at how the global scale of materials consumption now threatens the goal of sustainability.

ABOUT THE SERIES: The Very Short Introductions series from Oxford University Press contains hundreds of titles in almost every subject area. These pocket-sized books are the perfect way to get ahead in a new subject quickly. Our expert authors combine facts, analysis, perspective, new ideas, and enthusiasm to make interesting and challenging topics highly readable.

Readership: Will be of interest to students studying engineering and the physical sciences, and to material scientists and engineers.

物质的奥秘:从原子到宇宙的探索之旅 引言 我们生活的世界,从最微小的粒子到最宏大的星系,都由物质构成。物质的本质是什么?它如何以千变万化的形式存在?又是如何驱动着宇宙的演化?《物质的奥秘:从原子到宇宙的探索之旅》将带领读者进行一场深刻而引人入胜的探索,揭示物质世界的底层逻辑和令人惊叹的多样性。本书旨在为普通读者提供一个清晰、系统且富有洞察力的视角,去理解物质科学的基石,并展望其前沿的挑战与机遇。 第一部分:物质的基石——从经典到量子的转变 本部分将追溯人类对物质认知的历史演变,聚焦于从宏观经验观察到微观结构认知的飞跃。 第一章:物质的经典视角与局限性 我们将从古希腊的四元素说开始,探讨亚里士多德的哲学影响,以及随后炼金术在物质转化和提纯方面的实践。牛顿力学为我们描绘了一个基于确定性、可预测的机械宇宙图景,物质被视为由不可分割的粒子构成的集合体,其行为完全服从宏观定律。然而,随着实验的深入,经典物理学在解释黑体辐射、光电效应等现象时暴露了其根本性的局限。 第二章:原子时代的黎明:道尔顿到卢瑟福 原子论的复兴是理解物质的关键一步。道尔顿的原子理论为化学反应提供了坚实的定量基础。随后,电子的发现揭示了原子并非不可分割的最小单位。汤姆逊的“葡萄干布丁”模型虽具开创性,但很快被卢瑟福的金箔实验所颠覆。卢瑟福的核式结构模型,确立了原子由致密、带正电的原子核和外围电子构成的基本框架,为后续的量子革命铺平了道路。 第三章:量子革命:物质行为的奇异性 物质世界的真正奥秘隐藏在微观尺度之下。普朗克的能量量子化假设和爱因斯坦对光子概念的引入,标志着量子力学的诞生。波尔的原子模型成功解释了氢原子光谱,引入了能级和量子化的概念。随后,德布罗意提出物质波的假说,将波动性与粒子性统一起来,这彻底颠覆了我们对“物质”的直观理解。薛定谔方程成为描述电子在原子中概率分布的核心工具,海森堡的测不确定性原理则确立了量子世界固有的随机性和限制性。本章深入剖析了量子叠加态、隧穿效应等非经典现象,解释了它们如何塑造了我们今天所见的物质特性。 第二部分:物质的组织与相互作用 物质并非孤立存在,其性质由原子间的组织结构和基本作用力所决定。本部分着眼于化学键、材料科学的基础以及驱动这些现象的基本力量。 第四章:化学键合:连接世界的桥梁 原子如何结合形成分子和固体?本章详细阐述了离子键、共价键和金属键的本质。共价键中电子的共享,导致了分子几何结构的多样性;离子键的静电吸引构成了晶体结构的基础;而金属键中离域电子的“海”则赋予了金属独特的导电性和延展性。此外,我们还将探讨范德华力和氢键等较弱的分子间作用力,它们对于理解生物分子结构和液体的性质至关重要。 第五章:凝聚态物质的奇迹 地球上绝大多数物质以固态或液态存在。固体物质的周期性排列(晶体结构)是理解其宏观性质(如硬度、熔点、导电性)的关键。本章将介绍晶格、晶格缺陷的概念,并深入探讨半导体物理的核心——能带理论。能带结构解释了导体、绝缘体和半导体的本质区别,为现代电子技术奠定了理论基础。我们还将涉猎液晶、非晶态物质的特性,以及它们在显示技术中的应用。 第六章:基本作用力与粒子物理学 物质的相互作用由四种基本力支配:强核力、弱核力、电磁力和引力。本章将从粒子物理学的标准模型出发,介绍构成物质的基本粒子——夸克和轻子,以及传递这些力的规范玻色子。我们探讨强核力如何将夸克束缚在质子和中子内部,以及弱核力在放射性衰变中的作用。最后,我们将讨论对标准模型之外的探索,例如暗物质和暗能量的线索,以及引力在量子尺度上的难题。 第三部分:物质的动态演化与前沿探索 物质的世界是动态的,其性质可以通过极端条件(如高温、高压)或新的结构设计而被重新定义。本部分将聚焦于物质在极端环境下的行为以及当代科学对物质极限的挑战。 第七章:极端条件下的物质形态 在地球深处或恒星内部,物质会以我们日常生活中无法想象的形式存在。高压物理学揭示了物质在巨大压力下如何发生相变,例如将普通物质压缩成金属氢的潜力。高温物理学则探讨了等离子体——物质的第四态——的特性,它是恒星发光和核聚变反应的基础。本章还将介绍超导现象,即在极低温下电阻消失的奇特属性,以及其在能源传输和磁悬浮技术中的巨大潜力。 第八章:功能材料与纳米尺度 现代科技的进步在很大程度上依赖于对物质结构的精细控制。本章侧重于功能材料的定制与设计。从新型催化剂到高强度复合材料,从具有特定光学性质的超材料到可以自我修复的智能材料,它们都体现了“结构决定性质”的原则。纳米技术使我们能够操纵单个原子和分子,创造出具有全新电子、光学和生物相容特性的纳米器件和纳米机器人,彻底改变了我们制造和感知世界的方式。 第九章:生命物质与信息 生命本身是基于复杂有机化学物质的精妙组织。本章将探讨蛋白质、核酸等生物大分子的结构如何决定其功能。从DNA的双螺旋结构到酶催化的精确性,生命现象是物质在特定温度和水环境中自我组织的典范。我们还将审视信息如何在物质载体中存储、处理和传递,探讨计算的物理极限,以及开发生物启发电子器件的前景。 结论:物质的未竟之问 本书的探索之旅最终将我们带回到那些尚未解决的宏大问题:暗物质和暗能量究竟是什么?如何将广义相对论与量子力学统一起来,形成一个描述所有物质和相互作用的终极理论?对物质边界的持续探索不仅是为了满足人类的好奇心,更是为了解锁下一代科技革命的钥匙。物质世界的奥秘是无穷无尽的,我们对它的理解越深入,就越能更好地塑造我们的未来。

作者简介

Christopher Hall, Professor Emeritus and Senior Professorial Fellow, University of Edinburgh

Christopher Hall is Professor Emeritus and Professorial Fellow at the University of Edinburgh, where he was previously Professor of Materials. He is a Fellow of the Royal Society of Edinburgh, and a Fellow of the Royal Academy of Engineering.

目录信息

1: Gold, sand, and string
2: Close observation
3: Tough but slippery
4: Electric blue
5: Making stuff and making things
6: Such quantities of sand
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Index
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我很少会主动去阅读那些我原本并不熟悉的学科的书籍,但《Materials: A Very Short Introduction》的封面设计和简洁的书名吸引了我,而里面的内容更是让我惊喜连连。作者以一种非常人性化的方式,引导我进入了材料科学的殿堂。他并没有试图将所有知识一次性灌输给我,而是循序渐进,步步为营。我尤其喜欢书中对于材料“属性”的梳理,他会从多个维度去分析一种材料的特性,例如它的强度、硬度、导电性、导热性、耐腐蚀性等等,并解释这些属性是如何相互关联的。这种条理清晰的叙述,让我能够对每一种材料都有一个比较完整的认识,也让我能够将学到的知识融会贯通。

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我必须承认,在翻开《Materials: A Very Short Introduction》之前,我对材料科学的理解是非常有限的,甚至可以说是模糊的。我以为它就是一些关于金属、塑料、玻璃之类的知识。然而,这本书彻底颠覆了我的认知。作者以一种非常系统但又不失趣味的方式,为我构建了一个庞大而精密的材料世界。他不仅仅是介绍不同材料的物理和化学性质,更重要的是,他深入到材料的微观结构层面,解释这些结构是如何决定宏观性能的。例如,他在解释高分子材料的弹性和韧性时,会详细描述长链分子的缠绕和滑移,这种解释让我对日常用品的强度和柔韧性有了全新的理解。这本书就像一扇窗户,让我得以窥见物质世界的奥秘。

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《Materials: A Very Short Introduction》这本书的叙事风格充满了节奏感,仿佛是在引导我进行一场穿越材料世界的奇幻之旅。作者在不同章节之间切换自如,时而回到遥远的古代,探寻人类早期对火和石头的运用;时而又跳跃到现代的实验室,介绍纳米材料的最新进展。这种跳跃并非随意,而是有逻辑地串联起材料科学发展的脉络。我喜欢书中那种对材料的“生命周期”的关注,它不仅仅关注材料的性能,更关注它们是如何被创造、使用,最终又如何影响环境的。这让我意识到,材料科学并非孤立的学科,它与我们的生活、社会、环境都息息相关。当我读到书中关于可再生材料和可持续发展的讨论时,我感到一种强烈的共鸣,这不仅仅是科学知识的传递,更是一种对未来负责任的态度。

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《Materials: A Very Short Introduction》这本书的魅力还在于它能够引发我无限的联想和思考。作者在探讨各种材料的应用时,并没有止步于简单的功能介绍,而是引导我思考这些材料是如何改变了我们的生活方式,甚至塑造了我们的社会结构。例如,他谈到玻璃的出现如何改变了建筑的采光,也如何催生了观景台和透明穹顶;他谈到塑料的普及如何带来了便利,同时也引发了对环境污染的担忧。这些讨论让我意识到,材料科学不仅仅是关乎物质本身,更关乎人类的创造力、社会的进步以及我们对未来的选择。读完这本书,我开始以一种全新的眼光看待我身边的每一个物体,它们不再是单纯的商品,而是承载着科技、历史和人类智慧的载体。

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《Materials: A Very Short Introduction》这本书给我最大的感受就是,它能够将我从一个被动的接受者,变成一个主动的探索者。作者的叙述方式充满了启发性,他不仅仅是告诉我“是什么”,更重要的是引导我思考“为什么”和“怎么样”。例如,在讨论材料的强度时,他会引导我思考不同结构下的原子如何相互作用,从而影响整体的强度。在谈到材料的加工时,他会引导我思考不同的加工方式会对材料的最终性能产生怎样的影响。这种互动式的阅读体验,让我仿佛置身于一个充满活力的科学课堂,而不是枯燥的知识堆砌。这本书让我对我们所处的世界有了更深刻的理解,也让我对未来充满了好奇和探索的动力。

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这本书给我的最大触动,在于它让我重新认识了“普通”的意义。我们每天都在接触各种各样的材料,从我们身上的衣物,到我们使用的电子产品,再到我们居住的房屋,它们无处不在,但我们却很少真正去思考它们从何而来,又是如何被创造出来的。作者通过《Materials: A Very Short Introduction》这本书,打开了我对这个“普通”世界的全新视角。他不仅仅是介绍材料的种类,更重要的是,他揭示了材料的“故事”——从原材料的开采、提炼,到加工、应用,再到最终的回收或降解,每一个环节都凝聚着人类的智慧和劳动。书中的一些篇章,让我联想到了自己曾经亲手制作或修理过的物品,突然间,这些物品在我眼中不再是简单的工具,而是承载着一段段历史和技术的结晶。我开始更加尊重和珍惜我身边的一切物质,因为我知道,它们背后都有着不为人知的精妙工艺和科学原理。

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我一直以来都对那些能够将复杂事物简单化、却又不失深度的书籍情有独钟,而《Materials: A Very Short Introduction》恰恰做到了这一点。作者在有限的篇幅里,为我勾勒出了材料科学的壮丽图景。他没有回避科学的严谨性,但却巧妙地运用比喻和类比,将那些看似枯燥的物理和化学原理变得生动有趣。我尤其欣赏他对于材料“选择”的讨论,即为什么在不同的应用场景下,人们会选择不同的材料。这不仅仅是性能上的考量,还涉及到成本、加工性、美观度,甚至文化和历史的因素。这些细致入微的观察,让我对材料科学有了更全面的认识,也让我对人类的创造力和解决问题的能力有了更深的敬意。

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不得不说,这本书在将抽象的科学概念转化为易于理解的语言方面做得非常出色。我原本以为“材料科学”这个词会让我望而却步,但《Materials: A Very Short Introduction》的书名之下,隐藏的是一位真正懂得如何与读者沟通的作者。他并没有使用大量晦涩的专业术语,而是通过一系列贴近生活的例子,将材料的分子结构、晶体排列、宏观性能等概念娓娓道来。例如,在解释金属的延展性时,他会引用日常生活中我们熟悉的铜丝、铝箔,然后深入浅出地剖析原子键合的原理。又比如,在讨论陶瓷的脆性时,他会借用破碎的瓷器,然后谈论其原子排列的牢固但缺乏滑动的特性。这种“由小见大”的叙述方式,不仅让我对材料的微观世界有了更清晰的认知,更重要的是,让我体会到了科学的魅力并非遥不可及,而是就蕴藏在我们身边的一草一木、一砖一瓦之中。

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《Materials: A Very Short Introduction》这本书给我带来的不仅仅是知识的增长,更是一种对科学探索精神的赞美。作者在字里行间流露出对材料世界的热爱,这种热情也感染了我。他带领我从最基础的原子和分子,一路探索到最先进的复合材料和智能材料。书中对于材料发展趋势的展望,也让我对未来的科技充满了期待。我看到了科学家们是如何通过不断地实验和创新,去发现和创造新的材料,去解决人类面临的各种挑战。这不仅仅是一本关于材料的书,更是一本关于人类智慧和不懈追求的书。它让我明白,科学的发展是永无止境的,每一次的突破都可能带来巨大的变革。

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这次我买到了一本名为《Materials: A Very Short Introduction》的书,尽管书名听起来简洁明了,但我必须说,这本书的内容之丰富、视角之独特,绝对超出了我最初的预期。它并非仅仅罗列各种材料的性质和用途,而是以一种引人入胜的方式,将我们置于物质世界的宏大叙事之中。作者巧妙地从历史的长河中撷取了几个关键的节点,比如人类最早是如何学会利用和加工原材料,从粗糙的石器时代到青铜器、铁器时代的飞跃,再到近代工业革命对材料科学的巨大推动。我尤其欣赏书中对于材料创新如何塑造人类文明进程的深刻剖析,这不仅仅是技术上的进步,更是社会结构、经济模式乃至生活方式的根本性改变。书中举例的那些虽然在我们今天看来或许有些简陋,但在当时却是划时代的发明,它们如何改变了战争、农业、建筑,甚至思维方式,都让我脑海中浮现出一幅幅生动的画面。作者并非简单地叙述事实,而是通过对历史事件的深入解读,揭示出材料科学背后的人类智慧与不懈探索的精神。

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