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出版者:化学工业

作者:郭锴，唐小恒，周

出品人:

页数:242

译者:

出版时间:2008-1

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787122016447

丛书系列:

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《现代材料科学与技术前沿》 图书简介 本书深入探讨了二十一世纪材料科学领域最前沿的研究方向、关键技术突破以及面向未来的应用前景。全书内容涵盖了从基础理论到尖端实验的广泛光谱，旨在为材料学、物理学、化学以及相关工程技术领域的研究人员、高级本科生和研究生提供一个全面、深入且具有前瞻性的参考。 第一部分：结构、性能与计算模拟的深度融合 本部分着重于现代材料研究的基石——从原子尺度理解宏观性能的内在联系，并引入先进的计算方法进行预测和设计。 第一章：先进表征技术的新视野 本章详细阐述了超越传统方法的、用于揭示材料微纳尺度结构与动态行为的关键技术。重点介绍了同步辐射光源在时间分辨X射线吸收谱（TR-XAS）和高分辨率衍射（HR-XRD）中的应用，这些技术能够实时捕捉催化反应、相变过程中的电子结构和晶格畸变。此外，还深入探讨了冷冻电子显微镜（Cryo-EM）在生物材料和软物质体系中的结构解析潜力，以及扫描隧道显微镜（STM）和原子探针层析成像（APT）在三维原子重构方面的最新进展。本章强调了多尺度数据融合的重要性，即如何将量子化学计算的结果与实验观测数据有效集成。 第二章：第一性原理计算与机器学习在材料设计中的集成 材料发现的速度正在被计算能力的飞跃所驱动。本章聚焦于密度泛函理论（DFT）的最新发展，特别是在处理强关联电子体系和非周期性结构（如缺陷、界面）时的精度提升。随后，详细介绍了如何构建和训练基于图神经网络（GNNs）的势函数，以实现超越传统分子动力学（MD）的超长时间尺度模拟。章节的亮点在于阐述了“高通量计算筛选”的流程，如何结合贝叶斯优化算法，快速定位具有目标特性的潜在新材料，如高熵合金（HEAs）和无机钙钛矿。 第二部分：能源与环境驱动的功能材料创新 材料的创新是解决全球能源短缺和环境污染问题的核心驱动力。本部分聚焦于能源转换、存储及环境净化领域取得的突破性进展。 第三章：下一代储能系统的界面化学与稳定性 本章超越了传统电池的电极材料本身，将研究重点转移到关键的固态电解质界面（SEI）和电解质-电极界面的动态演化。针对锂离子电池的快速衰减问题，深入分析了锂金属负极的枝晶生长机制，以及如何通过原位光谱技术监测界面反应的中间产物。对于固态电池，重点讨论了硫化物和氧化物固态电解质的离子传导机理，以及如何通过界面工程（如添加缓冲层）来降低界面阻抗和提高循环稳定性。此外，也简要介绍了钠离子电池和镁离子电池在电化学性能上的独特挑战与机遇。 第四章：高效光电转换材料：从钙钛矿到有机半导体 本章全面梳理了光伏领域的前沿进展。在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池方面，深入探讨了卤素缺陷的调控策略，特别是如何通过表面钝化技术提高器件的长期环境稳定性，并分析了无铅化替代方案的性能瓶颈。对于有机太阳能电池（OSCs），重点阐述了非富勒烯受体（NFAs）的设计原理，以及通过控制薄膜形貌和相分离来优化激子分离效率的关键因素。本章还覆盖了光电探测器和低成本光催化剂的设计原则。 第五章：环境修复与可持续性材料 本章关注材料在水处理、大气净化和碳捕集中的应用。详细介绍了新型多孔材料，如金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）在选择性吸附重金属离子和持久性有机污染物方面的独特优势。在催化方面，重点阐述了基于单原子催化剂（SACs）的高效污染物降解体系，这些体系利用原子尺度的调控实现了极高的活性和稳定性。此外，章节也探讨了可降解高分子材料和生物基复合材料在减少塑料污染方面的潜力。 第三部分：先进制造与智能响应材料 本部分聚焦于如何利用精确制造技术赋予材料全新的功能，并实现对外部刺激的智能响应。 第六章：增材制造（3D打印）中的材料设计与性能控制 增材制造正在革新材料的结构设计自由度。本章着重于如何针对不同的3D打印技术（如选择性激光熔化SLM、光固化SLA）调整材料配方和工艺参数，以实现对微观结构（如晶粒尺寸、孔隙率）的精确调控。内容特别涵盖了梯度材料的制造技术，即如何在一件构件内实现性能的连续变化，例如从高强度到高韧性的转变。此外，也讨论了打印过程中因快速加热和冷却导致的残余应力和微观组织演变机理。 第七章：自修复与刺激响应型智能材料 智能材料是实现未来人机交互和可靠系统的关键。本章详细介绍了化学自修复聚合物和复合材料的机理，包括封装修复剂的破裂与反应、本征愈合机制（如动态共价键或超分子键的重构）。在刺激响应方面，深入分析了形状记忆合金（SMAs）和智能水凝胶在温度、pH值、光照等外界刺激下发生的巨大形变和功能切换的分子基础。本章强调了如何将这些功能集成到实际应用，如可穿戴设备和先进传感器中。 第八章：生物界面工程与组织再生 本章探讨了材料与生命系统的精确交互。重点介绍了用于组织工程支架的生物活性材料，包括可生物降解聚合物和生物陶瓷，以及如何通过表面改性（如蛋白吸附控制、肽段修饰）来引导细胞的黏附、增殖和分化。详细分析了生物电子学接口材料（Bioelectronic Interface Materials）的设计原则，这些材料需要具备优异的离子/电子传导性、生物相容性和长期稳定性，以实现对神经信号或心脏活动的精确监测与调控。 总结与展望 全书最后一部分将对材料科学的未来发展趋势进行总结和展望，强调跨学科合作（材料学、信息科学、生物学）将是下一阶段创新的主要驱动力，特别是对极端条件下的新材料探索和可持续发展材料体系的构建提出了深刻的思考。本书力求以严谨的科学态度和详实的案例分析，为读者构建一个立体、动态的现代材料科学知识图谱。

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这本书的理论深度令人印象深刻，它不仅仅停留在对基本化学过程的表面描述，而是深入挖掘了反应动力学和反应器设计的底层逻辑。特别是关于多相催化反应的章节，作者构建了一个严谨的数学框架来分析催化剂孔隙结构对反应速率的影响，这对于我们理解和优化工业催化剂的性能至关重要。书中对非均相反应的扩散限制效应的探讨尤为精彩，通过引入佩克雷尔数（Peclet number）和泰勒模型，清晰地揭示了宏观反应速率与微观催化剂表面活性的耦合机制。我花了大量时间去钻研那些复杂的偏微分方程组的求解方法，虽然过程有些烧脑，但最终对反应器内物料传递和反应速率的耦合理解达到了一个新的高度。书中配有大量精心挑选的算例，这些算例不仅仅是数字的堆砌，而是紧密结合了实际化工生产中的难题，比如费托合成塔的温度控制和选择性问题，让抽象的理论立刻鲜活起来，具有极强的实战指导意义。对于有志于从事前沿催化过程研究的工程师来说，这本书无疑是案头必备的经典参考资料。

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这本书的语言风格充满了浓郁的学院派气息，用词精准，逻辑链条几乎没有断裂之处，适合已经有一定基础、希望进行深入研究的读者。最让我感到震撼的是其对“反应与分离耦合”这一前沿领域的系统性梳理。它没有将反应和分离过程割裂开来，而是深入讨论了诸如反应萃取和膜分离反应器等集成化装置的理论基础。作者对活塞流反应器中轴向混合的修正模型推导得极其详尽，它考虑到了多组分体系中的非理想流动效应，这一点在很多主流教材中往往是被一带而过的简化假设。此外，书中对反应器设计中“绿色化学”原则的应用也有专门的讨论，提倡如何通过提高原子经济性和减少副产物来优化反应过程的本质安全性和可持续性。虽然某些章节的数学推导需要反复对照公式和变量定义，但这份严谨保证了其内容的可靠性与权威性，是指导我们进行工艺流程创新的宝贵财富。

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这本书的编排风格非常独特，它似乎更侧重于从“系统工程”的角度审视化学反应过程，而不是单纯的化学计算。我特别欣赏它对“工艺窗口”概念的阐释。作者不是简单地给出最佳操作条件，而是详细分析了在不同压力、温度和停留时间组合下，反应系统稳定性和经济性之间的权衡取舍。例如，书中对爆炸极限和热失控风险的评估模型，引入了非线性动力学的概念，用相平面分析法直观地展示了系统可能陷入的稳态和振荡状态。这使得我们这些偏重于操作层面的工程师，第一次真正理解了为什么一些看似合理的工艺调整会导致灾难性的后果。书中对反应器选型（从CSTR到PFR再到复杂的管式反应器）的对比分析，也并非简单地列举优缺点，而是基于具体的反应器内流场模拟结果，用图表说话，让选择过程具备了坚实的量化基础。读完后，感觉自己看待生产装置的视角都变得更为宏观和审慎了。

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坦率地说，初次翻开这本厚重的著作时，我确实感到了一丝压力。它不像市面上那些流行的科普读物那样轻松易读，字里行间充满了严谨的学术术语和复杂的数学推导。然而，一旦沉下心来，你会发现作者在知识的组织上极为用心。全书的脉络清晰得像一幅精密的工程图纸，从最基础的反应速率定律开始，逐步引入热力学限制、流体力学效应，最终汇聚到对复杂反应系统（如反应精馏塔和流化床）的整体建模与优化。其中关于反应器失活机制和再生策略的论述，简直是“救命稻草”，它打破了我过去那种认为反应器性能一旦下降就只能停工检修的传统思维。作者引入了先进的机器学习方法来预测催化剂寿命，并在附录中提供了Python脚本的伪代码示例，这显示了作者紧跟时代潮流，将经典理论与现代计算工具完美融合的智慧。这本书的价值在于，它不是教你“怎么做”，而是教你“为什么会这样”，这种根本性的理解是任何快速学习指南都无法替代的。

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我个人认为，这本书的最大亮点在于其对“过程控制”与“反应动力学”交汇点的深刻洞察。它不仅仅是一本关于反应器设计的手册，更是一本关于如何“驾驭”复杂化学过程的指南。作者花费了大量篇幅讲解了先进的过程控制策略，比如基于模型的预测控制（MPC）在反应温度和组分控制上的应用，并提供了多个案例展示如何利用反应动力学参数来建立准确的预测模型。这些内容对于现代自动化工厂的优化至关重要，因为我们知道，在实际生产中，控制系统对反应器的影响往往比设计初期的假设更为关键。书中对间歇反应器的批次优化也进行了非常深入的讨论，特别是如何通过优化加料速率和冷却曲线来最大化收率和纯度，这对于精细化工和小批量高附加值产品的生产具有直接的指导意义。总而言之，这本书超越了传统的化工原理范畴，成功地架起了从基础化学到先进过程控制的桥梁，是值得反复研读的精品之作。

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我还要说什么呢……反正对于81这种分数不能释怀就对了！虽然李建伟也算是我的二号男神（误）。不过，我确实很喜欢维尼上课啊，虽然给分为什么这么令人悲伤！

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我还要说什么呢……反正对于81这种分数不能释怀就对了！虽然李建伟也算是我的二号男神（误）。不过，我确实很喜欢维尼上课啊，虽然给分为什么这么令人悲伤！

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我还要说什么呢……反正对于81这种分数不能释怀就对了！虽然李建伟也算是我的二号男神（误）。不过，我确实很喜欢维尼上课啊，虽然给分为什么这么令人悲伤！

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谢特看不懂！

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我还要说什么呢……反正对于81这种分数不能释怀就对了！虽然李建伟也算是我的二号男神（误）。不过，我确实很喜欢维尼上课啊，虽然给分为什么这么令人悲伤！