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出版者:Prentice Hall

作者:A. De Sa

出品人:

页数:416

译者:

出版时间:1997-01-15

价格:USD 94.00

装帧:Textbook Binding

isbn号码:9780133594805

丛书系列:

图书标签:

• 电子学
• 科学
• 工程
• 物理
• 电路
• 电子设备
• 测量
• 实验
• 高等教育
• STEM

跨越学科的知识桥梁：深度解析《材料科学与工程导论》 一、 本书概述：构建未来世界的基石 《材料科学与工程导论》并非仅仅是一本关于物质构成的教科书，它是一座横跨基础物理、化学与实际工程应用的宏伟桥梁。本书旨在为读者提供一个全面、系统且深入的视角，理解材料的微观结构如何决定其宏观性能，以及如何通过精确的工程设计来定制具有特定功能的材料。从古老的冶金术到尖端的纳米技术，本书贯穿了人类文明对物质认识与利用的演进历程，强调材料作为现代科技和工业发展的核心驱动力这一地位。 本书内容结构严谨，逻辑清晰，以模块化方式组织，确保初学者能够稳步建立起坚实的理论基础，同时为高年级学生和研究人员提供深入探索的参照框架。我们摒弃了单纯的公式堆砌，转而着重于物理图像的构建和工程实际问题的解决。 二、 核心内容深度解析 本书的深度和广度主要体现在以下几个关键章节中： 第一部分：材料的本质与结构（The Essence and Structure of Materials） 本部分是理解所有后续工程应用的基础。我们首先从原子尺度出发，探讨晶体结构和非晶态结构的形成机制。 1. 晶体学基础与缺陷工程： 详细阐述了晶格、晶向和晶面的概念，运用密堆积原理来预测和理解金属的塑性变形行为。特别地，本书投入大量篇幅讨论晶体缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）的作用。我们强调，正是这些“不完美”的结构缺陷，而非完美的晶体结构，赋予了材料其关键的工程特性，如强度、导电性和半导体行为。读者将学习如何通过热处理和加工来控制缺陷的密度和分布。 2. 电子结构与结合力： 深入剖析材料中电子的能带理论，解释为什么金属导电、绝缘体绝缘、而半导体则介于两者之间。我们通过量子力学的基本原理（简化处理，侧重直观理解）来解释离子键、共价键、金属键和范德华力的本质区别，并阐明这些基本作用力如何决定材料的熔点、硬度和弹性模量。 第二部分：四大类基础材料的性能与应用（Performance and Application of Core Material Classes） 本部分是本书的核心应用章节，分别对金属、陶瓷、聚合物和复合材料进行了详尽的分析。 1. 金属材料的力学行为： 侧重于相图（Phase Diagrams）的应用，特别是铁碳相图在钢铁冶金中的决定性作用。本书不仅展示了相图，更教会读者如何“阅读”和“使用”相图来指导合金的成分设计和热处理工艺（如退火、淬火、回火）。力学性能部分，系统阐述了屈服、断裂、疲劳和蠕变的机理，并引入了断裂力学的基本概念，如应力强度因子和韧性评估。 2. 陶瓷材料的挑战与机遇： 陶瓷因其高硬度、耐高温和化学惰性而备受青睐。本书重点讨论了陶瓷的离子/共价键合特性如何导致其本质上的脆性。内容涵盖了氧化物、非氧化物陶瓷的制备方法（如粉末冶金、烧结技术），以及如何利用增韧技术（如引入第二相颗粒或纤维）来提高其抗断裂能力。 3. 聚合物的粘弹性世界： 聚合物的独特之处在于其长链结构和粘弹性行为。本书详细区分了热塑性塑料和热固性塑料，并引入了自由体积理论来解释聚合物的松弛和蠕变现象。读者将理解温度和时间对聚合物性能的耦合影响，这对于包装、生物医学材料和结构胶粘剂的设计至关重要。 4. 复合材料的设计与界面控制： 复合材料是实现“材料性能超越单一组分”的关键。本书详细分析了纤维增强复合材料（如碳纤维增强塑料CFRP）和夹层结构的设计原则。重点讨论了界面（Interface）的重要性——界面是载荷从基体传递到增强相的关键通道，界面性能的优化直接决定了复合材料的整体力学表现。 第三部分：功能材料的前沿探索（Frontiers in Functional Materials） 本部分将读者的视野引向了现代高科技领域不可或缺的材料： 1. 半导体与电子学基础： 对掺杂（Doping）过程如何精确控制N型和P型半导体的载流子浓度进行了清晰的阐述。内容延伸至半导体器件的基本工作原理，如PN结的形成和二极管/晶体管的宏观响应，为理解现代集成电路奠定了材料科学基础。 2. 磁性材料与能源应用： 探讨了磁畴理论、磁滞回线以及硬磁材料和软磁材料的区别与应用场景。特别关注了铁氧体和稀土永磁体在电机和存储设备中的核心作用。 3. 光学与生物医学材料（选讲）： 简要介绍了光纤通信中的材料要求（低损耗），以及生物相容性材料在植入物和药物递送系统中的设计考量，强调了跨学科合作的趋势。 三、 本书的教学特色与目标 本书的设计核心理念是“从结构到性能，再到设计”。 问题导向学习： 每章末尾均设置了具有工程背景的案例分析（例如，飞机起落架的疲劳分析、高压电缆的绝缘选择），引导读者应用所学知识解决现实问题。 图表与模拟辅助： 大量使用高质量的微观结构图、相图以及有限元分析（FEA）的初步概念图，帮助读者建立抽象概念的直观模型。 批判性思维培养： 鼓励读者不仅要知道“是什么”，更要探究“为什么”以及“有没有更好的替代方案”，培养对材料选择的权衡与决策能力。 总结： 《材料科学与工程导论》致力于培养新一代工程师和科学家，使其具备扎实的材料学基础，能够理解并驾驭物质世界的复杂性，从而在未来的技术创新中，从“如何制造”深入到“用什么制造”的关键层面。本书是所有致力于进入航空航天、能源、电子信息以及高端制造领域的读者不可或缺的工具书。

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这本书的导论部分简直是一场精彩的“思维热身操”，作者完全没有直接跳入晦涩难懂的半导体物理，而是用一种极富启发性的笔触，勾勒出了现代科学研究中电子学工具的不可或缺性。他巧妙地通过几个历史上的关键实验——比如早期的晶体管发明和后来的集成电路发展——来引出核心概念，这种叙事手法极大地激发了我的求知欲。我感觉自己像是一个刚进入实验室的新手，被一位经验丰富的前辈带着，一步步揭开电子学的神秘面纱，而不是被一堆冰冷的定义和公式淹没。特别是作者在探讨测量误差和噪声处理时，他没有简单地给出标准差公式，而是通过一个生动的比喻——“信号是水滴，噪声是湖面的涟漪”——来解释信号提取的难度，这比死记硬背要有效得多。我特别喜欢作者那种“先让你理解‘为什么’，再教你‘怎么做’”的教学思路，它建立了一种扎实的认知框架，为后续复杂章节的学习打下了坚实的基础。

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在深入阅读关于模拟电路的部分时，我发现作者的深度和广度都令人印象深刻。他对待运算放大器（Op-Amp）的讲解，绝不仅仅停留在理想模型的层面。我所读过的许多教材，往往在引入非理想特性时会显得仓促，但这本书却花了整整一个章节来系统地剖析了失真、漂移和共模抑制比（CMRR）的实际影响。作者提供的案例分析非常贴近实际科研环境，比如如何设计一个低噪声的前置放大器来处理微弱的生物电信号，这些都是我日常工作中会遇到的头疼问题。书中给出的仿真结果截图清晰明了，并且附带了具体的Spice模型参数，这对于想要验证自己设计思路的读者来说，价值无可估量。更难能可贵的是，作者在讨论反馈机制时，引入了控制论的视角，将电路设计提升到了系统优化的层面，这让我对传统的反馈网络有了全新的、更宏观的认识。

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关于数字电子学和微控制器接口的部分，这本书的处理方式显得异常现代和实用。很多老旧的教材还在喋喋不休地讨论TTL和CMOS逻辑电平的细微差别，而这本书却迅速聚焦到了FPGA和高性能ADC/DAC的应用上。作者对于数据采集链的描述极为详尽，从信号的抗混叠滤波设计，到A/D转换器的时序匹配要求，再到数据总线的带宽限制，每一步都考虑到了实际工程中的“陷阱”。我特别欣赏他没有将微控制器视为一个黑箱，而是深入探讨了中断响应时间、DMA（直接内存存取）的效率优化等底层概念。当我读到关于串行通信协议（如SPI和I2C）的细节时，作者不仅画出了协议时序图，还列出了不同速率下数据传输的实际吞吐量估算表，这种量化分析的严谨性，让我对如何选择合适的通信接口胸有成竹。

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这本书的装帧设计实在让人眼前一亮，那种沉稳的深蓝色调配上简洁有力的字体，初次拿到手里就有一种专业而可靠的感觉。我特别喜欢封面上那组抽象的电路图样，它们不是那种教科书上刻板的示意图，而是带有一点艺术感的线条勾勒，仿佛在暗示这本书的内容会是理论与实践的完美结合。内页的纸张质量也相当出色，触感温润，即便是长时间翻阅，眼睛也不会感到明显的疲劳，这对于需要反复查阅公式和图表的理工科书籍来说，简直是福音。装订线非常牢固，我敢肯定它能经受住我在实验室里各种粗暴的对待。翻开第一页，扉页的设计干净利落，版权信息清晰明了，没有多余的花哨装饰，直奔主题，这种务实的态度我很欣赏。尤其值得一提的是，这本书的排版布局非常合理，章节标题和正文之间的留白恰到好处，使得即使是内容密集的公式推导部分，看起来也不会让人感到拥挤和压迫。这种对细节的关注，足见出版团队的专业水准，让人对即将展开的阅读之旅充满了期待。

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总而言之，这本书的价值远超出一本普通的参考书范畴，它更像是一位全天候的资深工程师在你身边提供指导。全书的语言风格在保持学术严谨性的同时，始终保持着一种鼓励探索、勇于实践的精神。即便是那些看似枯燥的数学推导，作者也总能找到一个直观的物理意义去支撑它。例如，在讨论傅里叶变换在频谱分析中的应用时，他用了一个非常巧妙的例子，将复杂的复数运算与光波的干涉图样联系起来，一下子就让那个抽象的数学工具变得“可见”了。这本书的强大之处在于它的平衡感——既有深入理论的深度，又不失工程应用的广度，它成功地搭建了一座从基础物理到尖端实验的坚固桥梁。对于任何需要利用电子学原理解决实际科学问题的研究人员或学生来说，这绝对是一本值得收藏并反复研读的“案头宝典”。

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