Microfluidics, Biomems, and Medical Microsystems II pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:Woias, Peter (EDT)/ Papautsky, Ian (EDT)

出品人:

页数:258

译者:

出版时间:

价格:80

装帧:Pap

isbn号码:9780819452535

丛书系列:

图书标签:

• Microfluidics
• Biomems
• Medical Microsystems
• Lab-on-a-Chip
• Bioengineering
• Microtechnology
• Sensors
• Diagnostics
• Biomedical Engineering
• Healthcare

好的，这是一本关于“先进材料的结构设计与功能化”的图书简介，重点介绍材料科学、表面工程、以及多尺度结构对材料宏观性能影响的研究。 --- 图书名称： 先进材料的结构设计与功能化 作者团队： [虚构] 约翰·D·史密斯、艾米丽·R·陈、李·伟 出版信息： [虚构] 先进工程材料出版社 图书简介： 本书深入探讨了现代材料科学领域的核心议题——如何通过精确控制材料的微观和介观结构，实现对其宏观性能的定制与优化。面对日益复杂和严苛的应用需求，传统的材料发现模式正被一种基于结构设计与功能集成的新范式所取代。《先进材料的结构设计与功能化》旨在为材料科学家、化学家、工程师以及研究生提供一个全面且深入的理论框架和实践指导，聚焦于从原子尺度到宏观尺度的结构调控对材料性能的决定性影响。 全书内容围绕“结构-性能关系”的建立与应用展开，侧重于那些依赖于精确结构工程才能实现突破性性能的材料体系。我们将材料的结构化过程分为三个核心维度进行探讨：本体结构调控、界面与表面工程、以及多孔与复合结构的设计。 第一部分：基础理论与多尺度表征 本部分首先为读者奠定坚实的理论基础，探讨结构调控的物理化学原理，并重点介绍实现这些调控所需的先进表征技术。 1. 结构-性能关系的基础： 详细阐述热力学和动力学在材料相变和结构演化中的作用。讨论晶体结构、缺陷工程（如位错、晶界、析出相等）对机械、电学和光学性质的耦合影响。 2. 尺度效应与界面热力学： 深入解析材料在纳米尺度下出现的量子限域效应、表面能主导现象，以及尺寸依赖性对材料极限性能的限制与机遇。对界面能、润湿性、以及异质结的形成机制进行详尽的数学建模与分析。 3. 先进结构表征工具箱： 重点介绍如何利用同步辐射X射线衍射（SAXS/WAXS）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM/STEM）、原子力显微镜（AFM）的先进模式（如PFM, KPFM）以及原位（In-situ）表征技术，实时监测和解析材料在应力、温度或电场作用下的动态结构演变。 第二部分：本体结构工程：晶体与聚合物的形貌控制 本部分聚焦于材料本体的微观结构控制，特别是在高强度金属、功能性陶瓷以及高性能聚合物中的应用。 4. 晶体塑性与梯度结构： 探讨如何通过定向凝固、轧制、辐照或增材制造技术，精确控制晶粒尺寸分布、晶界取向和位错密度，以实现超高韧性、超高强度或特定磁各向异性。详细分析梯度纳米晶（GNC）材料的制备路径及其显著提高的屈服强度和疲劳寿命。 5. 聚合物的拓扑与结晶度调控： 深入研究聚合物链的缠结、拓扑结构（如星形、梳形聚合物）如何影响其粘弹性、玻璃化转变温度和介电性能。讨论“受限结晶”现象在薄膜和纤维材料中的应用，及其对光学透明度和机械模量的影响。 6. 介电与铁电材料的域结构工程： 针对能源存储和传感器应用，阐述如何通过施加外场或改变化学计量比，调控铁电畴和电畴的尺寸、形状与分布，以优化材料的介电响应速度和能量密度。 第三部分：界面与表面功能化：从原子层到宏观界面 本部分是全书的重点，关注界面和表面作为材料功能主要载体的角色，以及如何通过精确的界面工程实现新颖的功能集成。 7. 原子层沉积（ALD）与界面钝化： 详述ALD技术如何实现厚度以单原子层计量的薄膜生长，强调其在实现超薄、均匀、无针孔的界面层（如栅氧化物、阻挡层）方面的不可替代性。讨论ALD在改善半导体器件、电池电极界面的化学惰性和稳定性中的关键作用。 8. 自组装单分子层（SAMs）与表面润湿性控制： 探讨有机分子自组装在固体表面形成有序单分子膜的驱动力与结构控制。重点分析SAMs如何作为分子级的开关，调控润湿性（超疏水/超亲水）、摩擦学性能，以及作为生物分子固定化的平台。 9. 异质结与界面耦合效应： 研究不同材料在界面处发生的电子转移、电荷俘获以及应力传递机制。通过构建p-n异质结、肖特基结，实现光催化效率、热电转换效率的协同增强。分析界面能垒高度和态密度在这些效应中的决定性作用。 第四部分：多孔结构与复合材料设计 本部分关注如何通过构建具有特定孔隙率、孔径分布或相间结构的复合体系，来突破单一材料的性能瓶颈。 10. 多孔骨架材料的拓扑优化： 涵盖从金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）到多孔玻璃和陶瓷的制备技术。重点分析孔隙的连通性（Tortuosity）和排布对气体吸附/脱附动力学、催化剂传质效率的影响。讨论如何利用冰晶模板法（Ice Templating）实现大尺度、定向通道的构建。 11. 增强型复合材料的界面强韧化： 探讨纤维增强复合材料（FRC）和颗粒增强复合材料（PRC）中，界面区对疲劳裂纹扩展和冲击吸收的调控机制。详细分析界面粘结强度、界面过渡区（ITZ）的结构特性，以及如何通过界面涂层或纳米粒子分散来有效阻碍裂纹偏转和桥接。 12. 响应性与可逆结构： 介绍基于外部刺激（光、pH、温度、电场）的智能材料，如形状记忆合金（SMA）、刺激响应水凝胶和可逆交联聚合物网络。分析这些材料中结构变化如何转化为可量化的宏观形变或功能输出，以及其在软体机器人和药物控释系统中的潜在应用。 总结与展望 《先进材料的结构设计与功能化》不仅是对现有知识的系统梳理，更是对未来材料创新方向的指引。本书强调跨学科思维，鼓励读者将计算模拟（如密度泛函理论、分子动力学）与精密的实验技术相结合，以实现对材料微观结构的精准预测和控制。本书的读者将能掌握如何从根本上理解和设计具有特定功能的下一代先进材料。

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