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isbn号码:9787507725032

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《现代材料科学基础：从微观到宏观的应用前沿》 本书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的现代材料科学的知识体系。内容聚焦于材料的结构、性能、制备工艺以及它们在当代高新技术领域中的具体应用，尤其强调从原子和分子层面的微观机制到宏观性能之间的内在联系。全书结构严谨，逻辑清晰，理论与实践紧密结合，是材料科学、化学工程、物理学以及相关交叉学科学生和研究人员的理想参考读物。 第一部分：材料科学的基石与结构 第一章：材料科学的范畴与发展脉络 本章首先界定了材料科学的学科边界，阐述了其作为一门交叉学科的本质，融合了化学、物理学、工程学等多学科的理论基础。随后，追溯了材料科学从早期冶金术到二十世纪高分子化学兴起，再到当前纳米技术和智能材料时代的演进历程。重点探讨了20世纪后半叶以来，材料设计理念从“发现”到“按需设计”的深刻转变，并展望了未来材料研究的几个关键方向，如可持续性材料和极端环境材料。 第二章：晶体结构与缺陷工程 深入探讨了固体材料的微观结构。详细解析了晶体结构的基本类型，包括面心立方（FCC）、体心立方（BCC）、六方紧密堆积（HCP）等，并运用密堆积原理解释了其空间排布规律。对于非晶态材料，则引入了短程有序和长程无序的概念。 核心内容聚焦于晶体缺陷：点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）。通过引入位错理论，系统阐述了金属塑性变形的内在机制，如滑移和攀移，并解释了加工硬化、固溶强化、沉淀强化等强化机制如何通过调控位错运动来实现材料性能的提升。此外，探讨了半导体材料中施主和受主杂质对载流子浓度的影响，这是理解电子器件工作原理的关键。 第三章：电子结构与能带理论 本章是理解材料电学和光学性质的理论基础。从量子力学的基本原理出发，引入了布洛赫定理，解释了周期性晶格势场下电子的运动状态。重点阐述了能带理论，清晰区分了导体、半导体和绝缘体在能带结构（禁带宽度、导带与价带）上的差异。 深入分析了费米能级在不同温度和掺杂条件下的变化，并结合有效质量的概念，解释了电荷载流子在材料中的传输特性。对于光学性质，则讲解了光与电子的相互作用，包括吸收、发射和散射过程，为后续的陶瓷和光学材料的讨论奠定基础。 第二部分：主要材料类别及其性能调控 第四章：金属材料的相图与热处理 本章专注于金属及其合金。详细解析了相图（如二元系、三元系相图）的绘制与解读，强调相平衡定律（杠杆原理、冷却曲线分析）在合金设计中的应用。以铁碳合金系为例，细致分析了奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体、贝氏体、马氏体的形成过程及其对钢材强度的影响。 大量的篇幅用于介绍热处理工艺，包括退火（消除内应力、细化晶粒）、正火（均匀组织）、淬火（获得高硬度马氏体）和回火（提高韧性、降低脆性）。同时，引入了现代热处理技术，如固溶处理和时效强化，以实现对特定金属性能的精准控制。 第五章：陶瓷材料的制备与结构 陶瓷材料因其优异的耐高温、耐腐蚀和绝缘特性，在现代工程中不可替代。本章从化学键的角度解释了陶瓷材料的高硬度、高脆性特性。细致介绍了传统陶瓷（如氧化铝、氧化锆）和先进功能陶瓷（如压电陶瓷、铁电陶瓷）的制备方法，包括粉体制备（共沉淀法、溶胶-凝胶法）、成型技术（干压、流延）和烧结过程。 重点分析了烧结动力学，阐述了如何通过控制烧结温度、时间和气氛来优化陶瓷的致密度和晶粒尺寸，从而有效改善其抗弯强度和断裂韧性，例如通过晶界工程引入第二相来阻碍裂纹扩展。 第六章：高分子材料的分子动力学 高分子是材料科学中最为复杂且应用广泛的类别之一。本章首先讲解了聚合反应类型（加聚与缩聚）和高分子链的结构特征（分子量、分子量分布、拓扑结构）。 核心在于阐述高分子形变机理：从玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）的角度，解释了材料在不同温度下的粘弹性行为。详细讨论了取向、结晶对拉伸强度、模量的影响。随后，介绍了热塑性塑料和热固性塑料的性能差异及其在注塑、挤出等成型过程中的流动特性。 第三部分：功能材料与前沿技术 第七章：半导体材料与器件物理 本章侧重于材料的电子功能。系统回顾了本征半导体和外掺半导体的载流子浓度、迁移率与温度的关系。重点剖析了PN结的形成、能带弯曲和耗尽层的形成过程，这是理解二极管和晶体管工作原理的关键。 讨论了集成电路制造中关键的半导体材料（硅、锗、砷化镓）的纯化和外延生长技术，并展望了宽禁带半导体（如GaN, SiC）在电力电子和高频器件中的应用前景。 第八章：磁性材料与信息存储 本章探讨了材料的磁学性质。从宏观的磁化强度、磁滞回线出发，深入到微观的磁畴理论和朗之万方程。详细分类和分析了软磁材料（低矫顽力，用于变压器铁芯）和硬磁材料（高矫顽力，用于永磁体）。 重点介绍了现代信息存储技术中使用的磁性材料，如磁记录介质和磁阻效应（GMR/TMR）在传感器和MRAM中的应用，强调了纳米尺度磁性材料设计对存储密度和速度的提升作用。 第九章：生物相容性材料与组织工程 作为材料科学的前沿交叉领域，本章关注材料与生命系统的相互作用。界定了生物相容性的概念（无毒性、无免疫反应、适当的机械匹配）。详细介绍了用于植入物（如骨替代材料、血管支架）的金属（如钛合金）、陶瓷（如羟基磷灰石）和高分子材料。 深入讨论了生物活性与生物可降解材料的设计原理，例如PLLA/PLGA在药物缓释和组织再生中的应用。探讨了材料表面处理技术（如表面粗糙度、涂层改性）对细胞粘附和组织整合过程的影响。 第十章：纳米材料与跨尺度设计 本章聚焦于材料尺寸效应。解释了当材料尺寸进入纳米尺度时，由于表面能、量子尺寸效应导致的宏观性质的显著变化。详细介绍了制备纳米结构材料的主要技术，包括自下而上的（如化学气相沉积CVD、分子束外延MBE）和自上而下的（如机械球磨、激光烧蚀）。 重点分析了碳纳米管、石墨烯及其衍生物的独特电子和力学性能，并探讨了如何通过界面工程，将纳米颗粒均匀分散到基体中，制备高性能的纳米复合材料，实现跨尺度的性能优化。 总结与展望 全书在理论阐述后，均设有“案例分析”和“前沿思考”部分，引导读者将所学知识应用于实际工程问题中，并鼓励对未来材料的智能化、环境友好化发展进行深度思考。本书旨在培养读者运用系统思维解决复杂材料问题的能力。

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这本书的练习和测评部分的设置，可以说是对传统题型的颠覆与升级。它最大的亮点在于，它完全跳脱了那种重复、机械的填空和选择，而是专注于培养实际的史料解读和论述能力。比如，它提供了大量来自不同历史时期的原始材料、图片、表格，要求我们像历史学家一样去解读信息、推断结论，而不是仅仅依赖课本记忆。尤其是那些需要学生进行长篇论述的题目，它提供的评分细则非常清晰和具体，明确指出了拿到高分需要具备哪些要素——比如论据的充分性、论证的逻辑性、史实的准确性等等。这不仅是在模拟考试，更是在训练我们未来进行深度阅读和批判性思考的能力。通过这些练习，我明显感觉到自己分析问题的角度变得更全面、更立体了，这比单纯刷题提高分数更有价值。

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这本书在章节编排上的逻辑严密性和递进性做得非常出色，体现了编者对初中历史教学脉络的深刻理解。它不是简单地按照时间顺序罗列史实，而是将知识点进行了功能性的划分和优化组合。比如，它会把所有与某一主题相关的分散知识点提炼出来进行集中讲解和对比分析，这对于构建系统的知识网络极为关键。每次单元测试前的复习模块设计得尤其巧妙，它不是简单地重复前面的内容，而是采用了一种“逆向思维”的练习方式，要求读者运用所学知识去解决一些综合性的、跨越多个章节的案例分析题。这种设计强迫我们必须进行知识的整合与迁移，而不是停留在碎片化的记忆层面。对于我们这种临近中考，需要高效复习的学生来说，这种结构化的内容组织，大大节省了我们自己梳理和归纳的时间，确保了复习的效率和深度。

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这本书的装帧设计相当用心，封面色彩搭配和谐，字体清晰易读，给人一种专业且又不失活泼的感觉。内页纸张质量上乘，即使用钢笔书写，墨迹也不会洇开，这对于需要大量圈点批注的学生来说简直太友好了。排版布局上，重点知识点和例题的展示逻辑清晰，层次分明，让人在快速浏览时也能迅速抓住核心内容。尤其值得称赞的是，它在章节的开头部分设置了“学习目标导览”，简洁明了地告诉读者本章需要掌握哪些核心概念和技能，帮助我们提前建立知识框架，避免了盲目学习带来的效率低下。此外，书中的插图和图表制作精美且信息量适中，既避免了过于花哨分散注意力，又有效地辅助了抽象概念的理解，比如对某些历史事件发生的地理背景的描绘，或者复杂公式的几何解释，都做得非常到位。整体来看，这本书从物理触感上就传递出一种“值得信赖”的信号，让人有持续阅读和深入钻研的动力，这在众多教辅材料中是难能可贵的体验。

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我惊喜地发现，这本书在对历史细节的处理上展现出了极高的专业水准，远超普通教辅书的水平。它不仅仅关注“是什么”和“何时发生”，更深入地探讨了“为什么会发生”以及“产生了什么影响”。例如，在讲解近代史上某些条约的签订时，它会详细剖析当时国内国际的政治博弈格局，以及对中国社会产生的深远且多维度的后果，这种深度分析，让我对历史事件的理解不再停留在表面。更赞的是，它在提供史实资料时，经常会引用一些经典的、但又不常见的历史文献片段或地图资料作为佐证，这无疑是给喜爱历史的读者提供了一手阅读材料的惊喜。这种对史料的谨慎选取和精确引用，让整本书的知识含金量大大提升，感觉更像是一本经过精心打磨的学术入门读物，而不是单纯的应试工具书。

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这本书的讲解风格简直是为我这种“历史小白”量身定制的，它没有采用那种干巴巴的、像教科书原文的复述方式，而是融入了非常生动的叙事手法。作者似乎非常擅长讲故事，把那些冷冰冰的年代和人物事件，通过充满画面感的描述串联起来，读起来一点都不觉得枯燥。比如在讲述某个重要的历史转折点时，作者会巧妙地穿插一些当时社会风貌的小细节，让人仿佛能亲身感受到那个时代的氛围和人物的心理活动。再者，它对一些关键历史概念的界定非常精准且易于理解，不像有些资料那样用晦涩的学术术语堆砌，而是用大白话，辅以恰当的类比，一下子就把复杂的问题点透了。我特别喜欢它在处理有争议的历史观点时所采取的平衡态度，既呈现了主流观点，也提及了不同的学术探讨方向，拓宽了我的视野，而不是简单粗暴地给出标准答案，培养了我的思辨能力。

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