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出版者:Springer

作者:Zurada, Jacek M. (EDT)/ Yen, Gary G. (EDT)/ Wang, Jun (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2008-06-01

价格:USD 79.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540688587

丛书系列:

图书标签:

• 老师赠书
• 计算智能
• 人工智能
• 机器学习
• 优化算法
• 神经网络
• 模糊逻辑
• 进化计算
• 数据挖掘
• 模式识别
• 专家系统

好的，这是一份关于一本名为《高级材料科学与工程导论》的图书简介，内容力求详实、深入，完全不涉及“计算智能”相关主题。 --- 《高级材料科学与工程导论》图书简介 宏大叙事：驾驭物质世界的未来 在人类文明的每一个关键转折点，材料的进步总是扮演着核心驱动力的角色。从青铜时代的工具革新到硅基时代的计算飞跃，再到如今面向可持续发展和极端环境挑战的尖端研究，材料科学与工程的深度和广度从未如此引人注目。 《高级材料科学与工程导论》并非一本简单的教科书，它是一部系统性的、前瞻性的指南，旨在为读者，无论是初入该领域的研究生、资深的工程师，还是渴望跨学科洞察的科研人员，构建一个全面、严谨且富有洞察力的知识框架。本书深入剖析了从原子尺度到宏观性能的复杂关联，强调理解“结构-性能-加工-应用”之间的内在联系，是连接基础理论与工程实践的坚实桥梁。 本书的独特之处在于其平衡性与深度。它不仅涵盖了经典的热力学、动力学基础，更将重心放在了当代材料科学研究的前沿热点，如新型能源材料、生物相容性材料、智能响应材料以及极端环境下的结构材料等。 --- 第一部分：理论基石与结构解析 (Fundamentals and Structure) 本部分为理解材料行为的基石，构建了从微观到介观尺度的分析视角。 第一章：晶体结构与缺陷工程 (Crystallography and Defect Engineering) 本章详尽回顾了理想晶体的构型、对称性与空间群理论。重点深入探讨了材料宏观性能的决定性因素——晶体缺陷。从点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）的统计热力学处理，到线缺陷（位错）的滑移与攀移机制，再到面缺陷（晶界、堆垛层错）对材料强度、导电性和扩散行为的影响。内容将结合X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）的图像解析方法，教授如何通过控制缺陷密度与类型，实现材料性能的精确调控。 第二章：材料热力学与相图解析 (Thermodynamics and Phase Diagram Interpretation) 材料的稳定性和相变是其应用潜力的首要限制因素。本章从吉布斯自由能最小化原理出发，系统阐述了多组分多相系统的热力学驱动力。深入分析了二元和三元相图的构建、解析与应用，包括共晶反应、包析反应、固溶体的形成与溶解度限制。特别关注了非平衡态热力学在快速凝固和薄膜沉积过程中的作用。 第三章：动力学、扩散与反应 (Kinetics, Diffusion, and Reactions) 材料的演化过程是动力学控制的。本章聚焦于原子尺度的迁移现象。详细推导了Fick扩散定律，并分析了不同微观结构（如晶界、空位聚集体）对扩散系数的影响。引入了反应速率理论（如阿伦尼乌斯方程），并将其应用于固态相变（如析出、沉淀）和界面反应过程的建模与预测。 --- 第二部分：核心材料体系与功能化 (Core Material Systems and Functionalization) 在奠定理论基础后，本书转向对三大核心材料家族的深入剖析，并着重讲解如何通过工程手段赋予它们特殊功能。 第四章：金属合金与高性能结构材料 (Metals and High-Performance Structural Materials) 超越传统的钢和铝，本章探讨了镍基高温合金的微观结构稳定性、钛合金的相变强化机制，以及镁合金的轻量化潜力。重点讨论了金属的塑性变形理论，包括加工硬化、蠕变与疲劳断裂的机制。先进的材料设计理念，如高熵合金（HEA）的设计原理及其在极端载荷下的表现，将作为核心案例进行展示。 第五章：陶瓷与玻璃：硬度与耐热性的极限 (Ceramics and Glasses: Limits of Hardness and Refractoriness) 陶瓷材料因其极高的熔点、化学惰性和优异的电绝缘性而不可替代。本章详细阐述了离子键和共价键材料的特性，重点分析了粉体制备、烧结过程中的致密化动力学与孔隙演化。针对脆性问题，深入研究了陶瓷的断裂韧性提升策略，包括掺杂第二相粒子和纤维增强复合陶瓷。玻璃的结构弛豫和玻璃化转变过程也将得到细致的论述。 第六章：聚合物科学与软物质工程 (Polymer Science and Soft Matter Engineering) 本章构建了从单体到高分子链的思维路径。详述了聚合反应的机理、分子量分布的控制。深入解析了聚合物的粘弹性行为、玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）的测量与影响因素。此外，高分子复合材料的界面粘接、纤维增强热塑性塑料的力学性能分析，以及可生物降解聚合物的设计思路将贯穿全章。 --- 第三部分：前沿交汇与工程应用 (Frontier Convergence and Engineering Applications) 本部分将视野扩展到多学科交叉领域，聚焦于当前驱动技术革命的关键材料。 第七章：半导体材料与电子器件基础 (Semiconductor Materials and Electronic Device Fundamentals) 聚焦于材料对电子和光子行为的调控能力。详细解析了能带理论在半导体材料中的应用，包括掺杂对费米能级的调控、PN结的形成与特性。着重探讨了III-V族和新型二维材料（如过渡金属硫化物）在光电器件中的应用潜力。 第八章：功能复合材料与界面控制 (Functional Composites and Interface Control) 复合材料是实现特定综合性能的有效途径。本章侧重于功能性界面设计。探讨了金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料的力学性能增强理论（如混合法则、逆混合法则），并着重分析了界面相在热膨胀失配和载荷传递中的关键作用。涉及的领域包括结构导热材料和电磁屏蔽材料。 第九章：能源材料：存储与转换 (Energy Materials: Storage and Conversion) 本章聚焦于可持续发展的核心挑战。深入研究了锂离子电池中的正负极材料的结构要求、电化学反应动力学以及循环稳定性问题。同时，对燃料电池催化剂载体的设计、太阳能光伏材料（钙钛矿、III-V族）的光吸收特性与载流子分离效率进行了系统的梳理和评估。 第十章：先进表征技术与性能关联 (Advanced Characterization and Property Correlation) 有效的材料科学研究离不开先进的表征手段。本章对当前主流的高分辨率技术进行了综述和方法论介绍，包括高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）在原子分辨率成像中的应用、同步辐射X射线散射技术在实时监测相变过程中的优势，以及原子力显微镜（AFM）在表面力学性能测量中的细节。强调如何将多尺度表征数据整合，以构建完整的材料性能模型。 --- 目标读者与学习价值 本书结构严谨，论述深入，图表丰富，是研究生阶段进行专业化学习的理想教材，也是从事材料研发和应用工程人员的必备参考手册。通过对本书的学习，读者将不仅掌握理解和预测材料行为的理论工具，更能洞察当前材料科学研究的未决难题与未来发展方向，从而在各自的工程实践中，真正实现对物质世界的精妙操控。 ---

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，硬壳包裹着那种略带磨砂质感的纸张，拿在手里沉甸甸的，透着一股专业范儿。封面上的字体排版非常讲究，那种冷峻的蓝灰色调，配上精妙的几何图形，一下子就把我对内容的好奇心提到了顶点。我原本是冲着某个特定的前沿技术方向来的，希望能找到一些深入的理论推导和最新的应用案例，但拿到手仔细翻阅后，发现它更像是一部百科全书式的导览图。它并没有急于展示那些让人眼花缭乱的公式或者炫酷的算法，而是花了大量的篇幅去梳理整个学科的历史脉络和基本哲学思想。比如，关于“学习”这个概念，作者就从生物学的启发，过渡到早期的符号主义，再到后来的连接主义，逻辑清晰，层层递进。这种宏观的视角对于初学者来说简直是福音，它能帮你建立起一个坚实的知识框架，不至于在后续学习复杂模型时迷失方向。不过，对于那些已经浸淫此道多年的老手来说，可能需要耐心才能找到他们真正渴求的深度细节，这本书的价值更多体现在其广博的视野和严谨的梳理上，像是一个高质量的起点站台，而非终点站。

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我发现这本书的一个非常有趣的特点是，它对“模型的可解释性”这一主题的处理方式，简直是教科书级别的鞭辟入里。在当前这个“黑箱”模型大行其道的时代，很多书籍只是象征性地提一下可解释性的重要性，然后草草收场。然而，这本书却用几乎一个完整的章节，系统地梳理了从早期的决策树可视化到最新的注意力机制反向工程等一系列技术。作者不仅清晰地展示了每种方法的优势和局限，更重要的是，他还深入探讨了可解释性本身带来的伦理和社会责任问题。比如，在一个高风险的决策场景中，一个高精度的黑箱模型和一个略低精度但完全透明的模型之间，我们到底应该如何权衡？这种对技术后果的深刻反思，让这本书的格局一下子拔高了。它不再仅仅是一个技术手册，而更像是一本关于“负责任的智能系统设计”的伦理指南。阅读过程中，我几次停下来思考，这本书真正培养的，不仅仅是工程师，更是具有批判性思维的架构师。

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坦白讲，这本书的阅读门槛确实不低，我必须承认，在阅读初期的几个章节时，我不得不频繁地查阅相关的线性代数和多元微积分知识点。这绝不是一本可以“翻着玩”的休闲读物，它要求读者具备一定的数理基础，并且愿意投入大量时间去消化那些严谨的数学推导。作者在介绍某些核心算法的收敛性证明时，那种步步为营的逻辑构建，令人肃然起敬，同时也让人感到一丝压力。我感觉自己像是在攀登一座知识的高山，每一步都需要脚踏实地，绝不能有丝毫的侥幸心理。这种硬核的风格，无疑将一部分非专业读者拒之门外，但对于目标读者——那些致力于成为领域专家的学生和研究人员——来说，这恰恰是其最大的魅力所在。它拒绝提供任何简化的“捷径”，而是坚持将理论的根基打得无比牢固。我个人认为，这本书的价值在于其**不可替代的深度**，如果你的目标是理解“为什么”而不是仅仅学会“怎么做”，那么这本书的投资绝对是值得的，尽管过程会略显艰辛。

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我是在一个漫长的项目瓶颈期接触到这本书的，当时感觉自己被困在某一种特定的优化算法里出不来，急需一些“跳出盒子”的思路。这本书的阅读体验非常独特，它没有采用那种教科书式的“先定义，后证明”的枯燥模式，而是更偏向于一种学术思辨录的形式。章节间的过渡非常自然，仿佛是在跟一位经验丰富的导师进行一对一的深入交流。尤其让我印象深刻的是它探讨“不确定性处理”那一章，作者没有简单地罗列概率论和模糊逻辑，而是巧妙地将两者置于一个统一的框架下进行对比分析，甚至引入了一些哲学上的观点来解释为什么我们在面对真实世界的数据时，必须接受某种程度的模糊性。这种跨学科的融合，让原本枯燥的数学工具立刻变得生动起来，也为我提供了解决实际工程难题的新视角——原来有些问题，用绝对精确的数学语言去描述本身就是一种误导。读完这一部分，我立刻回去重新审视了我的模型结构，尝试用更具弹性的方法来构建决策流程，效果出乎意料地好，这已经超越了我对一本技术书籍的期望了。

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这本书的插图和图表设计水平，老实说，比我最近读过的几本顶尖会议的论文集还要精良。很多复杂的概念，比如高维空间中的流形学习或者不同优化器之间的能量景观差异，仅靠文字描述是很难在脑海中构建出清晰画面的。但这本书的绘图师似乎完全理解读者的困境，他们使用的那些三维透视图、动态演化示意图，简直是“化繁为简”的艺术品。举个例子，书中描绘梯度下降过程的那个动态图，用不同颜色的轨迹线清晰地展示了动量、自适应学习率等机制是如何协同作用，帮助模型跳出局部最优的鞍点，这种视觉冲击力是任何文字堆砌都无法比拟的。我甚至打印了几张关键的图表贴在我的工作台前，它们成了我日常调试代码时的“精神指引”。这种对视觉传达的极致追求，极大地提升了学习的效率和愉悦感，让那些原本可能令人望而生畏的数学概念，变得触手可及，这无疑是这本书在众多专业书籍中脱颖而出的重要因素之一。

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