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出版者:科学出版社

作者:陈敏伯

出品人:

页数:391

译者:

出版时间:2009-3

价格:75.00元

装帧:平装

isbn号码:9787030233523

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 计算化学
• 计算
• 理论化学
• 催化
• 数学
• 经典
• 物理学
• 计算化学
• 量子化学
• 分子模拟
• 材料科学
• 药物设计
• 从头算
• 密度泛函理论
• 分子力学
• 计算方法
• 化学信息学

深入探索：现代材料科学的基石 一本关于材料结构、性能及其宏观应用的权威指南 作者： [此处可虚构一位资深材料科学家的名字，例如：张宏伟 教授] 字数： 约1500字 --- 卷首语：重塑我们对物质的理解 在二十一世纪，人类文明的进步速度与我们对物质本质的掌握程度息息相关。从超高速计算芯片到高效的能源存储设备，再到能够自我修复的生物医用植入物，所有这些突破的共同基石，正是对材料微观结构的深刻洞察与精准调控。 《深入探索：现代材料科学的基石》并非仅仅是一本教科书，它是一份引人入胜的旅程地图，旨在引导读者穿越原子尺度的迷宫，理解宏观世界中材料所展现出的奇特性质是如何“自下而上”涌现的。本书强调跨学科的综合视角，将物理学、化学、工程学以及先进表征技术无缝地结合起来，为研究人员、工程师以及高年级本科生提供一套全面、严谨且极具启发性的知识体系。 第一部分：晶体结构与缺陷的几何学 本部分奠定了材料科学的基础，深入剖析了固体物质的排列规律，这是决定其诸多基本属性的根本要素。 第一章：晶体学的基本原理 详细阐述了晶体学的基本概念，包括点阵、晶胞、布拉维点阵的分类及其在二维和三维空间中的表征方法。重点讨论了密堆积结构（如面心立方FCC和六方最密堆积HCP）的几何构建与堆积效率的计算。不同晶系（立方、四方、六方、单斜、三斜、正交、三方）的对称性操作及其对材料宏观各向异性的影响将被细致推导。 第二章：晶体衍射与结构解析 本章聚焦于如何“看清”原子排列。详尽介绍了X射线衍射（XRD）的基本理论，包括布拉格定律的物理意义、衍射峰的强度分析与晶体质量的关系。同时，也引入了电子衍射（SAED）在透射电子显微镜（TEM）中用于晶体定向和缺陷识别的应用。读者将学习如何通过解析衍射图谱来确定未知材料的晶格常数和空间群。 第三章：晶体缺陷的分类与工程意义 材料的实用性往往不在于其完美结构，而在于其“缺陷”。本章系统分类了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错——刃型、螺型及混合型）和面缺陷（晶界、孪晶界）。篇幅重点讨论了位错运动如何解释塑性变形的机制，并深入分析了小角晶界和原子尺度的晶界结构对材料电学和力学性能的决定性影响。 第二部分：热力学、动力学与相图的构建 物质的稳定性和转变是材料应用中的核心考量。本部分从能量角度出发，解析材料在不同温度、压力下的演化规律。 第四章：材料的热力学基础 构建了基于吉布斯自由能的相平衡理论框架。详细讲解了化学势、活度、相律在多组分体系中的应用。通过拉乌尔定律、亨利定律的延伸，探讨了固溶体的形成条件和过饱和现象。本章通过实例分析了界面能对纳米颗粒稳定性的影响。 第五章：扩散现象与原子迁移 扩散是材料加工过程中的“生命线”。本章深入探讨了菲克第一和第二定律，并细致区分了固态扩散的几种主要机制（取代式扩散、间隙式扩散）。特别关注了扩散系数对温度的依赖性（阿累尼乌斯关系），以及晶界扩散、快速通道扩散在非晶态或纳米结构材料中的重要性。 第六章：相变与相图的解读 相图是材料科学家和工程师的蓝图。本章详尽解析了二元系相图（如Eutectic, Eutectoid, Peritectic反应），强调了杠杆定律在确定相比例中的应用。更进一步，引入了非扩散相变（如马氏体转变）的动力学模型，解释了热处理过程如何精确调控微观结构以达到预期的宏观性能。 第三部分：电子结构与功能材料的物理特性 材料的电、磁、光学特性源于其电子的能级排布。本部分将理论物理模型与实际功能材料联系起来。 第七章：能带理论与电子输运 从晶体周期性势场出发，推导了布洛赫定理和能带的形成。深入区分了导体、半导体和绝缘体在费米能级位置上的本质区别。重点分析了本征半导体、杂质半导体（n型和p型）的载流子浓度与迁移率，并讨论了电子有效质量的概念。 第八章：磁性材料的微观起源 本章系统介绍了几种主要的磁性行为：抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。详细阐述了居里-外斯定律，重点解析了铁磁性中交换相互作用的量子力学本质，并讨论了磁畴结构、磁滞回线以及软磁材料和硬磁材料的设计原则。 第九章：光学特性与功能器件应用 探讨了光与物质相互作用的机制，包括吸收、发射、散射和折射。介绍了晶体的光学各向异性（双折射）现象。此外，本章还介绍了介电材料的极化机制，并将其应用于电容器和压电材料的设计中，展示了材料结构如何直接服务于信息和传感技术。 第四部分：机械性能的本构关系与工程应用 材料在承受外部载荷时的响应是工程设计中最直接的考量。 第十章：弹性、粘弹性与蠕变 详细阐述了胡克定律在三维应力状态下的张量形式（杨氏模量、泊松比、剪切模量）。区分了弹性形变与粘弹性形变（如高分子材料），并引入了蠕变的概念，分析了高温环境下材料寿命预测的关键因子——稳态蠕变速率。 第十一章：强度、韧性与断裂力学 超越屈服极限，本章专注于材料的失效行为。介绍了拉伸试验的标准流程与硬度测试方法。核心内容是线性断裂力学（LEFM），详细推导了应力强度因子（$K_I$）和断裂韧度（$K_{IC}$）的概念，并解释了裂纹的起裂、扩展和最终断裂过程。疲劳问题的分析也将被纳入，探讨了S-N曲线的构建与寿命预测。 第十二章：工程应用案例：从微观到宏观的转化 本章将前述所有原理应用于实际的工程挑战。案例分析包括： 1. 高强度钢的相变设计： 如何通过马氏体回火精确控制碳化物析出以平衡强度和韧性。 2. 半导体器件的界面工程： 解释了肖特基势垒的形成及其对整流效率的影响。 3. 陶瓷的增韧技术： 介绍裂纹偏转、桥接等机制如何在脆性基体中提高断裂抗力。 --- 本书特色： 本书的叙述风格严谨而不失流畅，每章末尾均附有深入的思考题和具有挑战性的案例分析，鼓励读者主动应用所学知识解决实际问题。图表丰富、推导清晰，旨在成为材料科学领域未来创新者的必备工具书。它不只是告诉您“是什么”，更深入地揭示了“为什么”和“如何做”。

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阅读完这本《计算化学》，我最大的感受是：它更像是一部关于“计算方法学”的编年史，而不是一本教人如何进行“计算化学研究”的操作手册。内容结构上，它对不同计算方法的描述，例如Hartree-Fock方法、后HF方法（MPn, CCSD(T)）的优缺点对比，写得非常详尽，甚至细致到了电子结构理论的哲学辩论层面。但是，当实际应用的问题出现时，比如如何处理溶剂效应、如何进行激发态计算、或者如何有效地在有限的计算资源下进行预筛选，书中的指导性内容就显得力不从心了。我期待的是能看到一个清晰的决策树：面对一个特定的化学问题（比如反应活化能计算），哪些方法是首选，它们的计算成本和精度范围如何。这本书更像是把所有工具都摆在了桌面上，却没怎么教你如何挑选最适合手头任务的那一把。这种对实践流程的缺失，使得这本书在指导日常科研工作时，显得有些“高高在上”了。

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这本《计算化学》的书，初次翻阅时，我的期待值其实挺高的，毕竟这个领域本身就充满了理论的深度和实际应用的潜力。但读完之后，我感觉作者似乎陷入了一种过于追求理论完备性的怪圈。全书花了大量的篇幅去阐述量子力学的基础，从薛定谔方程的推导到各种近似方法的细致讲解，这对于一个想快速掌握计算化学核心应用的研究生来说，负担未免太重了。更让我感到困惑的是，对于那些已经被广泛使用、极具实用价值的计算软件包（比如Gaussian、ORCA等）的操作指南和案例分析，书中却着墨不多，或者说描述得过于笼统。我更希望看到的是，如何将那些深奥的数学公式转化为实际的模拟步骤，而不是停留在公式的完美展现上。举个例子，在谈到分子动力学模拟时，书里详细讨论了力场构建的理论基础，但对于如何处理长时间尺度的问题、如何有效地采样构象空间，这些实际操作中的难点和解决方案却轻描淡写，这使得这本书更像是一本高阶的物理化学教科书，而非一本面向实际应用的“计算化学”工具书。我希望这本书能更平衡地处理理论深度与实践广度，让读者在理解“为什么”的同时，也能清晰地知道“怎么做”。

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从语言风格来看，这本书的叙述极其冷静、客观，几乎没有夹带任何个人色彩或引导性倾向，这很符合严谨的学术著作的要求。然而，这种极致的客观性也带来了一个副作用：它使得概念的介绍缺乏必要的“情感连接”。对于初学者来说，很难建立起对某些计算结果的直观感受和批判性思维。例如，在讨论计算误差的来源时，书里只是罗列了基组不完备性、电子相关缺失等因素，但没有给出实际例子说明在什么情况下，哪种误差会占据主导地位，或者如何通过一个简单的计算测试来初步判断误差的性质。它把知识点堆砌得很扎实，但缺乏将这些知识点串联起来、形成“化学直觉”的引导性文字。我需要的不只是公式的证明，更需要那种“过来人”的经验之谈，告诉我在实际计算中哪些陷阱最常见，这本书在这方面留下了很大的空白。

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拿到这本书的时候，我就被它那极其严谨的学术风格所吸引。作者的逻辑链条是那种非常教科书式的、层层递进的，每一个概念的引入都建立在坚实的前置知识之上。对于那些对理论物理有扎实背景的读者来说，这无疑是一份宝藏。它深入剖析了密度泛函理论（DFT）的各种泛函的发展历程，从LDA到GGA再到后来的混合泛函，那种对理论局限性和改进方向的探讨，展现了作者深厚的学术功底。然而，作为一个并非专业理论化学出身的实验工作者，我在阅读过程中确实遇到了不少障碍。很多章节需要我不断地查阅额外的数学和物理参考资料才能跟上作者的思路。特别是涉及到数值积分和线性代数在高斯基组计算中的应用部分，文字描述相对抽象，缺乏直观的图示或简化模型来辅助理解。如果能加入更多的“思想实验”或者将理论与具体的计算结果进行对比分析，或许能让非理论背景的读者更好地把握这些工具的适用范围和局限性。这本书的价值毋庸置疑，但它的“门槛”设置得略高，使得一些急需计算工具支持的交叉学科研究人员望而却步。

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这本书的排版和图表质量令人称赞，清晰、专业，体现了出版的高水准。但在内容呈现上，它似乎过于偏向于电子结构理论的核心部分，对分子动力学和蒙特卡洛模拟的关注度明显不足。例如，在处理凝聚态体系或复杂生物大分子系统时，基于势能面的量子化学方法往往不是最优选。而这本书对那些基于经典力学和统计物理的模拟技术，比如解析力场参数化、GROMACS等常用软件的接口逻辑，讨论得非常简略。对于一个希望在材料科学或生物物理领域应用计算方法的读者来说，这本教材提供的工具箱显得不够全面。它在量子化学的小世界里非常深入，但在广阔的计算化学领域，尤其是在处理大规模、长时间尺度问题上，显得有些“偏科”了。我希望作者能在后续的版本中，投入更多篇幅来系统性地介绍这些面向大系统的、成熟的模拟方法。

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理论写得不错，其实就是抄的，可读性还行。缺乏编程实例，全是理论

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理论写得不错，其实就是抄的，可读性还行。缺乏编程实例，全是理论

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眼界开阔，物理原理介绍比较多，是基础入门书，偏贵。

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理论写得不错，其实就是抄的，可读性还行。缺乏编程实例，全是理论

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很难想象我曾经看过这书，不过是半本。