Principles of Inorganic Materials Design pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Lalena, John N./ Cleary, David A.

出品人:

页数:419

译者:

出版时间:2005-3

价格:$ 146.90

装帧:HRD

isbn号码:9780471434184

丛书系列:

图书标签:

无机材料
材料设计
固体化学
晶体结构
材料科学
化学键
电子结构
合成方法
性能调控
功能材料

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具体描述

A unique interdisciplinary approach to inorganic materials design Textbooks intended for the training of chemists in the inorganic materials field often omit many relevant topics. With its interdisciplinary approach, this book fills that gap by presenting concepts from chemistry, physics, materials science, metallurgy, and ceramics in a unified treatment targeted towards the chemistry audience. Semiconductors, metal alloys and intermetallics, as well as ceramic substances are covered. Accordingly, the book should also be useful to students and working professionals in a variety of other disciplines. This book discusses a number of topics that are pertinent to the design of new inorganic materials but are typically not covered in standard solid-state chemistry books. The authors start with an introduction to structure at the mesoscopic level and progress to smaller-length scales. Next, detailed consideration is given to both phenomenological and atomistic-level descriptions of transport properties, the metal-nonmetal transition, magnetic and dielectric properties, optical properties, and mechanical properties. Finally, the authors present introductions to phase equilibria, synthesis, and nanomaterials. Other features include: Worked examples demonstrating concepts unfamiliar to the chemist Extensive references to related literature, leading readers to more in-depth coverage of particular topics Biographies introducing the reader to great contributors to the field of inorganic materials science in the twentieth century With their interdisciplinary approach, the authors have set the groundwork for communication and understanding among professionals in varied disciplines who are involved with inorganic materials engineering. Armed with this publication, students and researchers in inorganic and physical chemistry, physics, materials science, and engineering will be better equipped to face today's complex design challenges. This textbook is appropriate for senior-level undergraduate and graduate course work.

晶体结构与材料性能的桥梁：无机材料设计原理的深入探究引言本教材旨在为读者提供一个全面、深入且具有高度实践指导意义的无机材料设计框架。我们将从最基本的晶体化学原理出发，系统地剖析原子、离子及分子层面上的相互作用如何宏观地决定材料的物理、化学和机械性能。本书摒弃了单纯的性质罗列，而是聚焦于“设计”的内在逻辑——如何根据预期的功能需求，反向推导或正向构建出具有特定结构的无机化合物。第一部分：无机结构化学的基石第一章：原子与化学键的视角本章深入探讨了构成无机材料的基本单元——原子的电子结构。我们将详细阐述周期性表背后的量子力学基础，特别是价电子的排布对成键的影响。重点内容包括：化学键的类型与强度：离子键、共价键、金属键以及范德华力的定量描述与混合特性。通过鲍林电负性标度和穆里肯-桑德森电荷转移模型，预测键的极性和强度对晶格能的贡献。有效核电荷与原子/离子尺寸：解释原子半径和离子半径如何影响晶胞参数、堆积密度以及材料的熔点和硬度。第二章：晶体学的几何语言无机材料的性能几乎完全依赖于其周期性排列。本章构建了理解和描述三维点阵的数学和几何工具：点群与空间群：详细介绍布拉维点阵（Bravais Lattices）的分类，并系统梳理14种布拉维点阵和230个空间群的特征。强调对称性在预测材料光学、压电性和铁电性等各向异性性质中的决定性作用。晶体缺陷的类型与热力学：缺陷是决定材料实用性的关键。我们区分了点缺陷（空位、间隙、取代原子、施特略基缺陷）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）。通过热力学模型（如范特霍夫方程），计算不同温度下特定缺陷浓度的平衡状态，并讨论缺陷如何影响扩散、电导率和机械强度。第三部分：结构-性质关系的系统化建模第三章：堆积规则与结构选择本部分将理论知识转化为设计工具。离子晶体结构类型：聚焦于最常见的几何结构——CsCl, NaCl, ZnS, 刚玉（Al₂O₃）和钙钛矿（ABO₃）结构。运用玻恩-兰德（Born-Landé）方程计算晶格能，并利用有效半径比法（Radius Ratio Rule）预测特定阳离子与阴离子组合倾向于形成的几何构型。共价网络结构：探讨硅酸盐、磷酸盐和碳化物等材料中，键角和配位多面体（如SiO₄四面体）的连接方式如何形成二维层状或三维骨架结构，进而决定其热稳定性和化学惰性。第四章：电子结构与材料功能无机材料的功能性源于其电子能带结构。能带理论基础：运用紧束缚近似（Tight-Binding Approximation）和晶体场理论（Crystal Field Theory），解释如何从原子轨道叠加预测金属导体、半导体和绝缘体的能带结构（带隙大小、载流子有效质量）。结构畸变与电子性质：深入分析杰恩-泰勒效应（Jahn-Teller Distortion），阐述局部结构畸变如何导致对称性降低并显著改变材料的磁性、颜色和电荷转移特性。第四部分：动态过程与材料性能调控第五章：扩散、相变与动力学材料的长期稳定性和加工工艺依赖于其原子动力学。扩散机制：详细讨论固态扩散的机制（间隙扩散、空位机制），并应用阿伦尼乌斯方程描述扩散系数与温度的关系。重点分析化学梯度和电场对扩散通量的影响。固态相变：区分涉及原子重排的重建（Reconstructive）相变和位移（Displacive）相变。运用吉布斯自由能最小化原则，预测材料在温度和压力下的相稳定性图（P-T相图），并讨论铁弹性体中畴壁移动的动力学。第六章：材料设计中的热力学约束本章提供指导材料合成窗口的工具。相图的构建与解读：侧重于二元和三元体系的相图分析。利用吉布斯相律确定体系的自由度，并详细解读液相线、固溶体区间和共晶点的意义。这对于陶瓷烧结和薄膜沉积工艺至关重要。亚稳态材料的生成：讨论如何通过快速淬火、溶胶-凝胶法等非平衡工艺，在热力学上避免形成稳定的传统相，从而获取具有优异性能的亚稳态或非晶态材料（如玻璃态金属）。结论：面向应用的理性设计路径本书最后总结了一个结构化的无机材料设计流程：从明确应用需求（如高介电常数、特定催化活性或高强度），到反演所需的基本结构特征（如高配位数、特定的离子极化率或低位错密度），最终利用结构-性质关系和热力学/动力学约束来指导合成路线的选择与优化。本书强调，成功的材料设计是基于对基本物理化学原理的深刻理解，而非简单的试错法。

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目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我感到惊喜的是其广度和视野的开阔性。它不仅仅局限于传统的金属氧化物或硅酸盐，而是大胆地将目光投向了新兴的能源材料和环境催化领域。例如，对固态电解质的离子传导机制的深入剖析，结合了空间位阻、晶格振动和电荷载流子的概念，为下一代电池技术的突破指明了方向。作者没有回避该领域尚存的挑战和未解之谜，反而坦诚地指出了现有理论模型的局限性，这极大地提升了本书的学术价值和前瞻性。阅读这些章节时，我仿佛置身于一个高水平的学术研讨会现场，听取了众多领域顶尖专家的真知灼见。这种对前沿课题的敏锐捕捉和系统梳理，使得这本书的生命力得以持续，即使是几年后，其核心设计哲学依然具有强大的指导意义，而非被快速迭代的技术细节所取代。

评分☆☆☆☆☆

从结构化学的角度来看，本书的贡献是革命性的。它并没有将材料设计仅仅看作是配方比例的调整，而是将其提升到原子尺度和缺陷工程的层面进行系统性优化。我对其中关于晶格畸变对材料力学性能影响的分析尤为印象深刻。作者通过引入先进的计算模拟结果和高分辨电子显微镜图像，清晰地展示了材料内部微观结构如何决定其宏观表现，比如塑性、硬度和抗疲劳性。这种多尺度、多物理场的耦合分析方法，是当代材料科学研究的精髓所在。书中的插图和图表质量极高，每一张图都承载了大量的信息量，且排版设计简洁明了，使得复杂的晶格结构和电子态密度曲线易于理解和比对。对于致力于高性能结构材料研发的工程师而言，这本书无疑是一部不可或缺的参考手册，它提供的设计理念比任何现成的材料数据库都要宝贵得多，因为它教导的是“如何思考”而不是“记住什么”。

评分☆☆☆☆☆

这部巨著的阅读体验，简直像是在攀登一座知识的珠穆朗玛峰。作者对材料科学原理的阐述深入浅出，但其深度足以让资深的化学家和材料工程师都感到醍醐灌顶。我尤其欣赏它在概念构建上的严谨性，每一个公式的推导、每一种晶体结构的介绍，都建立在坚实的物理化学基础之上，而非简单罗列事实。书中对电子结构与宏观性能之间联系的探讨，展现了作者深厚的洞察力。例如，在讨论半导体材料的能带理论时，作者并没有止步于教科书式的描述，而是巧妙地引入了实际应用中的缺陷工程和掺杂策略如何精确调控材料电学特性的案例。这种将基础理论与前沿工程实践无缝对接的能力，使得本书远超一般教材的范畴，更像是一部指导未来材料创新的蓝图。阅读过程中，我感觉自己不再是被动接收知识，而是主动参与到材料设计思维的构建中，每一个章节都像是为我量身定制的思维工具箱，为我解开许多以往困惑我的材料设计难题提供了全新的视角和解决方案。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的难度是摆在那里的，它要求读者具备扎实的无机化学和固体物理基础，否则在某些章节可能会感到吃力。然而，正是这种对深度的坚持，保证了其作为一本“设计”而非“介绍”手册的地位。书中对非晶态材料的结构无序性以及其热力学稳定性的探讨，展现了作者在处理非经典材料体系时的游刃有余。我发现自己不得不经常停下来，对照其他参考资料去理解某些复杂的统计力学模型，但这并非抱怨，而是一种沉浸式的学习体验。每一次攻克一个难题，都会带来巨大的成就感。这本书成功地塑造了一种严谨的、基于第一性原理的材料设计方法论，它教会我们如何从本征属性出发去创造新的材料，而不是仅仅依赖于经验试错。对于志在成为独立研究者或创新型材料科学家的人来说，这本书提供的思维训练，比书本上任何具体知识点的价值都要高出千百倍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏把握得相当老道，它不像有些专业书籍那样晦涩难懂，而是用一种近乎散文诗般的笔触，勾勒出无机材料世界的宏伟图景。翻开任何一页，你都能感受到作者对所讨论材料体系发自内心的热爱和敬畏。当谈及高温陶瓷或功能性薄膜时，行文间那种对材料在极端环境下表现出的“韧性”与“美感”的赞叹，极大地激发了我的求知欲。特别是关于相图学的章节，作者没有采用那种僵硬的二维图表堆砌，而是结合了热力学驱动力和动力学限制，将复杂的固态反应过程描述得如同历史事件的演变，充满了戏剧性和逻辑性。这种富有情感的表达方式，极大地降低了初学者进入这个复杂领域的门槛。对于那些在传统教材中迷失方向的探索者来说，这本书提供了一种全新的、更具人文关怀的学科入口，让人在学习严谨科学的同时，也能体会到探索未知的浪漫。

评分☆☆☆☆☆