Surface Engineering with Lasers pdf epub mobi txt 電子書下載2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Dehosson, Jeff T. M.

出品人:

頁數:500

译者:

出版時間:2006-12

價格:$ 101.70

裝幀:HRD

isbn號碼:9780387243870

叢書系列:

圖書標籤:

激光錶麵工程
錶麵處理
材料科學
激光技術
塗層
材料改性
激光加工
錶麵工程
薄膜
光學工程

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具體描述

This book deals with fundamental and applied concepts in surface engineering, in particular focusing on laser synthesis and properties of coatings. A decade ago the emergence of the subject 'surface engineering' was greatly driven by the realization that the surface is usually the most important part of any engineering component. Structural components fail by wear, corrosion, high cycle fatigue etc., that is to say affected and initiated by the surface conditions. Consequently, an appropriate approach is to modify the surface layer of a base-material or coat it, so as to provide an enhanced performance. However, in many cases it is the combined effect of wear and corrosion that is damaging, and it is this complexity that makes the field of surface engineering so challenging. Although much progress has been made in recent years regarding laser applications, the complexity increasingly required in laser technology demands fundamental theoretical frameworks that can be tested experimentally. That is to say: not only to understand the functional behavior of the coating produced but also to test fundamental materials, scientific principles with the idea that new types of coatings with novel properties can be created. Keeping this view in mind, this book is devoted to a fundamental study of four interconnected aspects: laser processing, microstructural features, functional performance as well as the design of an appropriate theoretical and predictive framework.

先進功能材料的界麵設計與製備：跨學科前沿探索內容提要：本書聚焦於現代材料科學與工程領域中至關重要的“界麵”概念，深入剖析如何通過精確調控材料在不同尺度上的相互作用界麵，以實現對宏觀材料性能的革命性提升。全書涵蓋瞭從基礎理論到尖端實驗技術的廣泛內容，旨在為研究人員、工程師及高級學生提供一套係統的知識框架和實踐指導，以應對新一代功能材料在苛刻應用環境下的性能需求。第一部分：界麵科學基礎與錶徵技術第一章：界麵的本質與分類本章首先確立瞭界麵在材料體係中的核心地位，強調瞭界麵能、界麵能壘以及界麵結構對宏觀性能（如機械強度、電學特性、化學穩定性）的決定性影響。詳細闡述瞭不同類型的界麵，包括固-固界麵、固-液界麵、固-氣界麵以及晶界和相界。討論瞭熱力學上如何定義和量化界麵的穩定性，並引入瞭擴散、遷移和應力集中等關鍵界麵現象的初步概念。重點解析瞭晶體取嚮失配如何誘導形成特定的晶界結構，例如低角晶界與高角晶界，並探討瞭這些結構如何影響位錯的運動和材料的塑性。第二章：先進界麵錶徵技術界麵研究的挑戰性在於其尺度微觀，本章係統介紹瞭當前最前沿的界麵分析工具。詳細介紹瞭高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM/STEM）在原子尺度成像和元素分析中的應用，特彆是利用球差校正技術解析界麵錯位和化學梯度。重點闡述瞭X射綫光電子能譜（XPS）和俄歇電子能譜（AES）如何用於確定界麵層的化學態和價態信息，強調瞭在受控氣氛下進行原位測量的必要性。此外，還涵蓋瞭原子力顯微鏡（AFM）的力學成像模式（如KPFM和MFM）在探測界麵電勢和磁性方麵的能力，以及二次離子質譜（SIMS）在深度剖析界麵擴散行為中的關鍵作用。本章強調瞭多技術互補驗證對於準確解析復雜界麵的重要性。第二部分：結構界麵工程：機械與結構性能的調控第三章：晶界工程與晶粒生長控製本章深入探討瞭如何通過控製晶粒尺寸和晶界特徵來優化材料的力學性能。詳細分析瞭Hall-Petch效應的局限性，並引入瞭超細晶粒和納米晶材料中反Hall-Petch行為的機製，重點討論瞭晶界滑移和晶界擴散在超細晶材料塑性變形中的作用。重點講解瞭通過添加少量雜質元素或利用快速凝固技術對晶界進行“釘紮”或“塑化”的策略。此外，還探討瞭利用反應熔劑法或固態反應法定嚮控製晶粒生長，以實現縴維狀或定嚮柱狀晶結構在高溫閤金和功能陶瓷中的應用。第四章：多層薄膜與異質結的界麵應力管理針對薄膜沉積體係中常見的內應力和界麵脫層問題，本章提供瞭係統的應力管理策略。詳細分析瞭薄膜沉積過程中由晶格失配、熱膨脹係數差異和沉積條件變化引起的應力演變模型。引入瞭“應變工程”的概念，解釋瞭如何利用緩衝層或中間層來吸收和緩衝應力梯度。討論瞭通過控製沉積速率、基底溫度和離子束輔助沉積等工藝參數來調控界麵能和應力狀態的實際操作細節。案例分析集中在半導體異質結構和高熵閤金薄膜中關鍵界麵的穩定性設計。第三部分：功能界麵工程：電學、磁學與化學性能的優化第五章：鐵電器件與催化中的電荷轉移界麵本章聚焦於功能材料中的關鍵界麵，特彆是涉及電荷傳輸和催化反應的界麵。詳細分析瞭金屬-氧化物界麵、半導體-半導體異質結界麵處的肖特基勢壘和能帶彎麯現象，闡述瞭如何通過界麵修飾（如引入二維材料或自組裝單分子層）來精確調控界麵電荷注入和提取效率。在催化領域，深入探討瞭活性位點與載體界麵之間的電子耦閤機製，解釋瞭界麵氧空位和晶格缺陷如何作為高效的催化活性中心，並討論瞭非貴金屬催化劑界麵設計的新思路。第六章：磁性隧道結與斯皮諾電子學界麵深入探討瞭在自鏇電子學器件（如MRAM和TMR傳感器）中至關重要的磁性隧道結（MTJ）界麵物理。詳細分析瞭界麵磁有序度、界麵磁各嚮異性能（IMA）對隧道磁阻（TMR）效應的影響。重點介紹瞭界麵沉積過程中的自鏇過濾效應，以及如何通過在磁性層和絕緣層之間引入超薄非磁性層來優化界麵耦閤強度和界麵電阻。還討論瞭界麵軌道雜化對磁斯皮諾轉移力矩（STT）效率的調控作用。第七章：界麵在能源存儲與轉換中的作用本章關注界麵在電池、燃料電池和光伏器件中的關鍵作用。在鋰離子電池中，詳細分析瞭固態電解質與電極材料界麵處的阻抗增加問題，並探討瞭通過界麵塗層或固態電解質改性來抑製界麵副反應和枝晶生長的策略。在固態氧化物燃料電池（SOFC）中，重點討論瞭電荷轉移界麵和離子擴散界麵的極化效應及其對電池性能的限製。對於光伏器件，分析瞭界麵缺陷態對電荷復閤的影響，以及鈍化層如何有效地減少錶麵/界麵載流子損耗。第四部分：界麵動態演化與先進製備工藝第八章：高溫與輻照下的界麵動力學本章研究瞭在極端工作環境下界麵結構和化學組分的動態演變。詳細闡述瞭高溫下界麵擴散、相分離和界麵能驅動的粗化現象（如魏德曼-沙弗效應）。在核材料工程的背景下，係統分析瞭高能粒子輻照如何導緻界麵失配和非晶化，以及輻照誘導的原子遷移對界麵穩定性構成的挑戰。討論瞭通過增加界麵能壘或引入非晶化緩衝層來抵抗輻照損傷的防禦性界麵設計思路。第九章：受控環境下的界麵構建技術本章係統迴顧瞭用於精確構建復雜界麵的先進製造技術。除瞭傳統的真空沉積技術（如PVD和ALD），重點詳細介紹瞭原子層沉積（ALD）在實現原子級厚度和超高均勻性界麵層方麵的優勢。深入討論瞭快速熱退火（RTA）和脈衝激光退火（PLA）在界麵反應、閤金化和應力弛豫中的作用。最後，討論瞭利用電子束或離子束輔助技術進行界麵局部改性和缺陷激活的先進工藝控製方法。第十章：界麵失效分析與壽命預測本章旨在提供解決界麵失效問題的工程方法。分類討論瞭主要的界麵失效模式，包括界麵開裂（黏附失效）、界麵腐蝕滲透和界麵擴散導緻的性能衰減。介紹瞭基於斷裂力學和界麵能理論的薄膜/基底黏附強度評估方法，例如劃痕測試和張力/剪切耦閤測試。最後，提齣瞭基於加速老化實驗和界麵微觀結構演變的材料壽命預測模型，為工程應用中的可靠性評估提供理論支撐。本書內容全麵、技術深入，是材料科學傢和工程師理解和掌握界麵工程這一跨學科前沿領域不可或缺的參考書。