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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:William D. Callister

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-02-03

价格:USD 35.50

装帧:Paperback

isbn号码:9780471389125

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
• 材料工程
• 工程材料
• 金属材料
• 陶瓷材料
• 聚合物材料
• 复合材料
• 材料性能
• 材料结构
• 材料应用

探寻物质世界的奥秘：材料科学与工程的前沿篇章 本书并非一本传统意义上的教科书，它更像是一次对材料科学与工程领域最前沿探索的深度聚焦，一次对那些正在重塑我们世界、推动科技进步的创新材料及其背后深刻原理的详尽解读。我们将在本书中，一同踏上一段发人深省的旅程，穿越原子、分子、晶格的微观尺度，抵达宏观应用层面，洞察材料如何塑造我们的生活，又如何被人类的智慧所革新。 第一篇：微观世界的基石——原子、键合与晶体结构 本书开篇，我们将深入材料科学的根基——原子。我们并非仅仅停留在元素周期表上简单的符号排列，而是要揭示原子内部的精妙结构，电子的跃迁与能量状态如何决定了元素的化学性质。随后，我们将探讨原子之间如何通过不同形式的化学键合（如离子键、共价键、金属键、范德华力）凝聚成稳定的物质。理解这些键合的本质，是理解材料宏观性能的关键。例如，强烈的共价键使得钻石坚不可摧，而自由电子的流动则赋予了金属优异的导电导热性。 紧接着，我们将聚焦于原子在三维空间中的排列方式——晶体结构。从最基础的面心立方（FCC）、体心立方（BCC）到更复杂的结构，我们将分析不同晶体结构的几何特性，以及它们如何影响材料的密度、硬度、延展性等基本力学性能。缺陷，是晶体结构中不可避免的存在，它们在材料科学中扮演着至关重要的角色。我们将在书中详细阐述点缺陷、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的存在形式、形成机制以及它们对材料塑性变形、扩散、强度等方面产生的深远影响。例如，位错的运动是金属材料塑性变形的根本原因，而晶界的数量和性质则直接影响材料的晶粒尺寸和高温强度。 第二篇：性能的塑造者——相变、扩散与强化机制 物质并非一成不变，相变是材料科学中一个极其活跃的研究领域。本书将深入探讨固态相变，例如固溶体相变、共析转变、马氏体转变等。我们将详细解析相变过程的驱动力——自由能变化，并结合相图（如二元合金相图）来理解不同温度和成分下稳定存在的相。相变的速率、形核和生长机制，将直接影响最终材料的微观组织和性能。例如，钢中的马氏体转变，在淬火过程中迅速发生，赋予了钢极高的硬度，而后续的回火处理则可以通过控制碳化物的析出细化来调节韧性。 扩散，是原子在材料内部迁移的过程，它是许多热处理过程和化学反应的基础。我们将探讨菲克定律（Fick's Laws）在描述扩散速率中的应用，并深入理解扩散机制，如填隙扩散和空位扩散。温度、浓度梯度、晶格缺陷等因素如何影响扩散速率，我们将通过具体的案例进行分析。例如，在渗碳过程中，碳原子通过扩散进入钢的表面，从而提高表面硬度；在高温合金中，元素扩散的阻碍能力直接关系到材料的抗氧化和抗热腐蚀性能。 强化机制是提高材料强度和硬度的核心技术。本书将系统地介绍各种强化机制，包括固溶强化、位错强化（加工硬化）、晶粒细化强化以及沉淀强化。我们将深入解析每一种机制的微观机理，以及它们如何协同作用来提升材料的屈服强度和抗拉强度。例如，通过细化晶粒，可以显著提高材料的屈服强度，这被称为Hall-Petch效应。而通过析出细小、弥散的第二相粒子，则可以有效阻碍位错运动，实现强大的沉淀强化。 第三篇：材料的“感知”与响应——热、电、磁、光学性能 材料并非静止的存在，它们与外界环境进行着复杂的相互作用。本书将深入探讨材料的热学、电学、磁学和光学性能，并揭示这些性能背后的微观机制。 在热学方面，我们将解析材料的导热机理，包括晶格振动（声子）和自由电子的贡献，并探讨影响导热系数的因素，如晶体结构、晶界、杂质等。此外，我们还将讨论材料的比热容、热膨胀系数以及它们在热管理和热防护领域的应用。 电学性能是现代电子技术和能源领域的核心。我们将从电子的能带理论出发，区分导体、半导体和绝缘体的电学特性。对于导体，我们将探讨电阻率的来源，如晶格散射和杂质散射；对于半导体，我们将深入研究载流子的产生与复合，以及掺杂对其导电性的影响，并初步涉猎半导体器件的基本原理。 磁学性能则源于材料内部电子的自旋和轨道运动。我们将介绍顺磁性、抗磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性等不同类型的磁行为，并分析它们与材料微观结构和电子构型之间的关系。从软磁材料到硬磁材料，我们将探讨其在电机、传感器、存储设备等领域的广泛应用。 光学性能则与光子与材料的相互作用密切相关。我们将解析材料的吸收、反射、透射、折射以及发光特性。从透明玻璃到发光二极管（LED），从光伏材料到光学传感器，我们将探讨材料在光电子学、显示技术和激光技术中的关键作用。 第四篇：面向未来的创新——功能材料与先进制造 进入本书的最后篇章，我们将目光投向材料科学与工程最激动人心的前沿——功能材料和先进制造技术。 功能材料是那些具有特定、可调控的物理、化学或生物功能的材料。我们将重点介绍几类具有代表性的功能材料： 智能材料（Smart Materials）：这些材料能够响应外界刺激（如温度、电场、磁场、光、压力等）而发生可逆的性能变化。例如，形状记忆合金（Shape Memory Alloys）在特定温度下能够“记忆”并恢复到预设的形状，广泛应用于医疗器械和航空航天；压电陶瓷（Piezoelectric Ceramics）能够将机械能转化为电能，或将电能转化为机械能，是传感器和执行器的重要组成部分。 纳米材料（Nanomaterials）：尺寸在纳米尺度（1-100 nm）的材料，由于其巨大的比表面积和量子效应，表现出与宏观材料截然不同的特性。我们将探讨纳米颗粒、纳米线、纳米管、石墨烯等典型纳米材料的结构特点、制备方法以及在催化、储能、生物医药等领域的应用潜力。 生物相容性材料（Biocompatible Materials）：这些材料能够与生物组织和体液在不引起不良免疫反应的情况下和谐共存。本书将关注用于植入物、药物递送系统和组织工程的生物陶瓷、生物玻璃、生物可降解聚合物等。 复合材料（Composite Materials）：将两种或两种以上不同性质的材料组合而成的材料，以获得单一组分无法实现的优异性能。我们将探讨纤维增强复合材料（如碳纤维增强聚合物）、颗粒增强复合材料等，分析其界面设计和性能增强的原理，以及在航空、汽车、体育器材等领域的应用。 先进制造技术是实现和发挥材料性能的关键。本书将介绍几种正在颠覆传统制造模式的先进技术： 增材制造（Additive Manufacturing），即3D打印技术，允许按需制造复杂形状的零件，大大缩短了产品开发周期，并为定制化生产提供了可能。我们将探讨不同类型的3D打印技术（如选择性激光熔化SLM、熔融沉积FDM等）及其在金属、陶瓷、聚合物等材料领域的应用。 精密加工与表面工程，通过精密的机械加工、化学刻蚀、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等技术，实现材料的高精度成型和表面性能的优化，例如提高耐磨性、耐腐蚀性或导电性。 本书并非旨在罗列所有材料的性能参数或制造工艺，而是致力于勾勒出材料科学与工程领域研究的思想脉络和前沿方向。我们期望通过对这些深刻原理的探讨，激发读者对物质世界的无限好奇，并理解材料科学与工程如何作为一门交叉学科，在推动人类社会可持续发展和科技进步的道路上扮演着不可或缺的关键角色。每一次材料的创新，都意味着一次生产力的飞跃，一次生活品质的提升，一次对未知疆域的拓展。这本书，正是这场激动人心的探索之旅的起点。

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这本书最让我感到震撼的，是它对“前沿”和“未来趋势”的把握能力。在看似传统的材料学框架下，作者巧妙地引入了当前最热门的研究方向，比如纳米结构材料的设计原理，以及先进功能材料（如能源和生物材料）的最新进展。这些内容的加入，使得整本书的生命力得以延续，避免了专业教材容易陷入的陈旧感。它不仅教会我们“现在”的知识，更重要的是，它在引导我们思考“明天”的材料会是什么样子，以及我们应该如何参与到这场变革中去。这种前瞻性的视野，对于培养学生的创新思维至关重要。我感觉自己读完后，不仅仅是掌握了一套知识体系，更是获得了一张通往未来材料科学领域的路线图，对于确定未来的研究方向，具有极强的启发和导向作用。

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这本书的叙事逻辑简直是教科书级别的典范，它没有急于抛出那些晦涩难懂的公式，而是循序渐进地搭建起整个材料科学的知识体系框架。开篇对于原子结构和化学键的梳理，就像是为后续复杂的宏观现象打下了坚实的地基，每一个概念的引入都经过了深思熟虑，确保读者能够平滑过渡。尤其是在介绍晶体缺陷及其对材料性能影响的部分，作者似乎深谙读者的思维定势，总能在读者感到困惑的节点及时插入恰到好处的类比和案例分析，让人有种“原来如此”的豁然开朗感。这种由浅入深、环环相扣的编排方式，极大地降低了初学者进入这个领域的门槛。相比于我过去读过的几本同类书籍，这本书的章节衔接更为紧密，过渡自然，读起来完全没有跳跃感，简直就像是在听一位顶尖的学者进行一次结构严谨、娓娓道来的深度讲座。

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我对书中对实验方法和表征技术的描述印象极为深刻，这部分内容简直就是一份实战指南。它不仅仅停留在对衍射、光谱等技术的原理进行理论阐述，更重要的是，它深入探讨了如何解读这些数据，以及这些数据背后的物理意义。比如，在介绍扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）时，作者没有简单罗列操作步骤，而是花费了大量篇幅去解析不同衬度成像背后的机制，这对于未来想在实验室工作的我来说，是无价的经验之谈。书中还穿插了许多经典的、具有开创性的实验案例，通过这些真实的“故事”，读者能更真切地理解材料科学研究是如何一步步深入的。这种理论与实践紧密结合的撰写风格，使得这本书超越了纯粹的理论参考书，更像是一本能指导实际研究工作的工具书，让人感觉手上拿的不是冰冷的知识，而是解决实际问题的钥匙。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，厚实的封面摸上去有种沉甸甸的质感，仿佛能透过封面就感受到内容的份量。内页的纸张选择也相当考究，白度适中，既保证了印刷清晰度，又不至于反光刺眼，长时间阅读下来眼睛也不会太累。我特别喜欢它在排版上的用心，图文的穿插布局非常自然流畅，那些复杂的晶体结构图和相图，配上清晰的标注和精美的插图，使得原本枯燥的理论知识变得生动直观起来。光是翻阅这本书，就能感受到出版方在制作上的投入和对读者的尊重，这对于一本专业性如此强的教材来说，是极其难得的体验。封面上的字体设计也很有现代感，既不失学术的严谨，又透露出对前沿科技的追求，让人在拿起它的第一时间，就对接下来的学习内容充满了期待和敬畏。可以说，这本书在硬件和软件的结合上，达到了一个非常高的水准，为深入学习打下了坚实的物质基础。

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语言风格上，这本书展现出一种成熟且富有洞察力的学术腔调，但又保持了惊人的可读性。它用词精准，没有冗余的修饰，每一个句子都似乎经过了反复推敲，直击核心要点。在处理像热力学和动力学这样的抽象概念时，作者巧妙地运用了极其精炼的数学语言来概括现象，同时又用精准的文字对这些数学表达背后的物理情境进行了细致入微的描摹，形成了一种力量感十足的平衡。我尤其欣赏它在面对不同材料体系——从金属到陶瓷再到高分子——时所展现出的统一视角，即始终坚持从本征的原子尺度去解释宏观性能的起源。这种深层次的归纳能力，体现了作者深厚的学术功底和广博的知识视野，让读者在学习过程中不断被激发去建立更高级别的知识关联，而不是仅仅停留在对具体知识点的记忆上。

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