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出版者:7-122

作者:张瑾 编

出品人:

页数:245

译者:

出版时间:2008-3

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787122019646

丛书系列:

图书标签:

• 环境化学
• 化学
• 环境科学
• 环境工程
• 污染控制
• 生态毒理学
• 分析化学
• 环境监测
• 可持续发展
• 化学导论

现代材料科学：从原子到宏观性能的探索 图书简介 《现代材料科学：从原子到宏观性能的探索》 是一本深度剖析当代材料科学核心原理、前沿技术与实际应用的权威著作。本书旨在为材料学、化学、物理学、工程学等相关领域的学生、研究人员及专业人士提供一个全面、系统且富有洞察力的知识框架。它超越了传统材料教科书的范畴，着重强调了原子结构、电子态如何决定材料的宏观力学、热学、电学和光学性能，并详细阐述了先进的材料设计与制备策略。 第一部分：材料科学的基石——结构与键合的原理 本部分奠定了理解材料行为的基础。我们首先深入探讨了晶体结构与缺陷。不同于简单的晶格描述，本书详细分析了晶体结构对材料对称性、衍射行为和机械性能的决定性影响。我们不仅涵盖了金属、陶瓷和聚合物的典型晶体学，还引入了准晶体和无序结构的概念，探讨了它们独特的性质。 随后，化学键合的精细调控被放在核心位置。摒弃传统的离子键、共价键、金属键的简单分类，我们利用量子力学原理（如分子轨道理论和能带理论的简化模型）来解释键的性质、强度及其对材料熔点、硬度、导电性的直接影响。特别关注了氢键、范德华力在软材料（如高分子和生物材料）中的关键作用。 第二部分：性能的调控——热力学、动力学与相变 材料的性能并非静态不变，而是依赖于其所处的环境和历史。本部分聚焦于材料热力学与相图分析。我们详细解读了吉布斯自由能、相平衡的条件，并着重讲解了如何利用多元相图（如三元合金系统）来指导材料的工艺设计与成分选择。对亚稳态和非平衡态的讨论，解释了为什么在实际生产中经常需要快速冷却或热力学上看似“不合理”的结构。 动力学部分则深入研究了材料随时间变化的机制。扩散理论是本章的核心，我们从菲克的定律出发，探讨了点缺陷如何驱动扩散过程，并分析了高扩散率在烧结、渗碳等热处理过程中的重要性。此外，相变动力学，包括成核与长大理论，被用来解释沉淀硬化、马氏体转变等关键冶金现象。 第三部分：先进材料的制造与表征技术 本部分是本书的前沿和实践导向部分，它连接了理论与工程应用。在材料制备技术方面，本书详细介绍了从传统方法到尖端技术的演变： 金属与合金：涵盖了精密铸造、粉末冶金（PM）及其增材制造（3D打印）中的关键烧结机制。 陶瓷与复合材料：重点介绍了溶胶-凝胶法（Sol-Gel）、反应烧结等高纯度陶瓷制备方法，以及纤维增强复合材料（FRC）中界面结合强度的优化。 高分子材料：深入讨论了聚合反应的精确控制、共聚物的设计，以及链段运动对玻璃化转变温度（Tg）的影响。 材料表征是理解性能的前提。本书提供了对现代分析工具的深入应用指南，而非仅仅停留在原理介绍： 结构分析：透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）的高级应用，包括电子背散射衍射（EBSD）在晶粒取向和应力分析中的应用。 化学成分与键合分析：X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）如何揭示材料表面的化学状态和价态信息。 性能测试的力学意义：除了传统的拉伸测试，还包括疲劳、蠕变、断裂韧性等高级力学测试背后的微观损伤机制。 第四部分：功能材料的深度解析 现代材料科学的价值在于其为特定功能提供的解决方案。本部分针对几类关键的功能材料进行了详尽的剖析： 1. 电子与半导体材料：详细解释了P型和N型掺杂的物理基础，PN结的形成与整流特性。讨论了新型二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的载流子输运机制及其在集成电路和传感器中的潜力。 2. 磁性材料：从朗之万理论到布洛赫壁的运动，解释了软磁材料（低矫顽力）和硬磁材料（高矫顽力）的微观结构差异。重点介绍了磁阻效应（GMR/TMR）及其在存储技术中的革命性影响。 3. 光学与光电材料：探讨了材料的发光机制，包括荧光、磷光和电致发光。对有机发光二极管（OLED）中的载流子注入与复合效率进行了详细的建模分析。 4. 生物相容性材料：跨学科的交叉领域，关注材料表面能、蛋白质吸附动力学如何影响植入物的长期稳定性，以及可降解聚合物的体内降解路径。 总结与展望 本书的最终目标是培养读者像材料科学家一样思考的能力——即建立“成分-结构-性能-工艺”之间的清晰、量化的关联。展望未来，本书将材料科学的焦点投向了可持续性、人工智能辅助材料发现（Materials Informatics），以及自修复与智能响应材料等前沿领域，为下一代材料创新者指明方向。 本书特色： 深度与广度的完美结合：理论深入严谨，应用案例丰富前沿。 强调跨学科联系：清晰展示材料科学如何融合物理、化学和工程学的核心概念。 丰富的图表与实例：大量原创性插图和来自工业界和学术界的真实数据案例，增强理解与记忆。

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这本书的价值在于，它为理解我们这个星球的化学过程提供了一个非常扎实的基础。我一直在思考，为什么有时候我们看到的河流会呈现出奇怪的颜色，或者空气中会弥漫着刺鼻的气味，这本书终于让我找到了答案。它系统地介绍了水体中各种无机和有机污染物的化学特性，以及它们在水体中发生的各种转化和迁移过程，比如沉淀、络合、氧化还原等。这些化学反应的解释，让我对水污染的复杂性有了全新的认识。同样，对于大气污染，书中也详细阐述了各种气态污染物和颗粒物在大气中的化学反应，包括光化学反应、催化反应等，这些过程解释了为什么有些污染在白天会更加严重，或者为什么会出现“光化学烟雾”。读完这本书，我感觉自己对环境问题的理解不再是片面的，而是能够从更深层次的化学机理上去把握。

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我是一名对环境议题充满好奇心的普通读者，一直想深入了解我们赖以生存的地球正在面临哪些环境挑战，以及这些挑战背后隐藏着怎样的科学原理。这本书就给了我这样一个绝佳的平台。它在描述化学物质对环境的影响时，不仅仅是罗列现象，更是深入到微观层面，解释了各种化学反应在其中的作用。例如，关于臭氧层空洞的形成，书中详细介绍了氯氟烃（CFCs）等物质在大气高层如何催化臭氧分解，这个过程的解释让我仿佛置身于实验室，亲眼见证了这些化学反应的发生。再比如，书中对土壤污染的论述，从重金属、农药残留到石油类污染，都进行了系统的梳理，并解释了这些污染物在土壤中的行为，比如吸附、解吸、降解等，这让我意识到土壤的净化并非易事，需要长期的努力。整体而言，这本书提供了一个科学的视角，让我能够更理性地看待环境问题，而不是仅仅停留在感性的层面。

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从一个更宏观的视角来看，这本书就像是一份环境的“体检报告”，它详细地描绘了地球的“健康状况”，并试图从化学的角度找出“病因”。我尤其欣赏书中关于全球气候变化部分的处理方式，它不仅仅停留在“变暖”这个表象，而是深入分析了温室气体（如二氧化碳、甲烷）在大气中的浓度变化，以及它们对地球能量收支平衡的影响。书中对这些气体来源的解释，也让我了解了人类活动（如燃烧化石燃料、农业活动）在其中扮演的关键角色。此外，书中关于生态毒理学的章节，让我开始理解不同化学物质对生物体产生的毒性效应，比如致癌性、致畸性、内分泌干扰等，这让我更加关注我们日常生活中接触到的各种化学品，提醒我要更加谨慎地选择产品。总而言之，这本书不仅仅是关于化学，更是关于我们如何与自然和谐相处的一堂深刻的课。

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这本书的出版，绝对是为广大环境科学爱好者和从业者提供了一份珍贵的入门指南。我个人在阅读过程中，最受益的是它将复杂的化学原理以一种相对易懂的方式呈现出来，没有过多艰深的术语，即使是初学者也能循序渐进地掌握。它巧妙地将化学知识与我们身边的环境问题紧密结合，比如关于酸雨形成机理的讲解，将大气化学的知识点融入其中，让我能直观地理解工厂烟囱排放的二氧化硫、氮氧化物是如何在大气中反应，最终对土壤、植被造成破坏。书中对地下水污染的分析也十分到位，从污染物的来源、迁移途径到对饮用水安全的影响，都做了细致的阐述，这让我意识到保护地下水资源的重要性不亚于地表水。另外，书中关于环境监测和分析方法的介绍，虽然不是我的专业领域，但我也从中了解到了科学家们是如何通过各种技术手段来评估环境质量的，这让我对科学研究有了新的敬畏。

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这本书我买来是抱着学习的目的，想着能系统地了解一下我们生活环境中的各种化学物质是如何产生的，它们又会对生态系统带来哪些影响。读完之后，我感觉自己对很多日常现象有了更清晰的认知。比如，之前看到新闻里提到PM2.5，总是觉得是个抽象的概念，现在我才明白它背后涉及到的复杂化学反应和来源，包括工业排放、汽车尾气等等，而且它不是单一的化学物质，而是多种颗粒物的混合体，这让我对空气污染的治理有了更深层次的理解。书中还详细介绍了水体污染的成因，比如农业化肥的过量使用导致富营养化，以及工业废水排放带来的重金属污染，这些都给我留下了深刻的印象。我尤其对书中关于有机污染物在环境中的迁移转化过程的描述感到惊叹，一些看似无害的物质，在经过光照、微生物作用后，可能会变成更具毒性的化合物，这让我对环境保护有了更强的紧迫感。总的来说，这本书不仅拓宽了我的知识面，也让我对环境保护的重要性有了更深刻的认识。

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