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isbn号码:9787564604233

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现代材料科学进展：从基础理论到前沿应用 书籍简介 《现代材料科学进展：从基础理论到前沿应用》是一部全面、深入探讨当代材料科学核心概念、研究方法和最新突破的权威性著作。本书旨在为高年级本科生、研究生以及材料研发领域的专业人士提供一个结构清晰、内容详实的学习和参考平台，帮助读者建立起坚实的理论基础，并追踪当前材料科学领域最激动人心的研究方向。 本书的编纂秉持“基础扎实，前沿突出”的原则，系统地梳理了构成现代材料科学的四大支柱：结构、性能、加工与应用。全书内容涵盖了从原子尺度到宏观尺度的跨越，力求展现材料科学作为一个多学科交叉领域的广阔图景。 第一部分：材料科学的基石——结构与热力学 本部分奠定了理解材料行为的物理和化学基础。首先，我们详细回顾了晶体结构与缺陷。内容不仅包括经典的晶格理论，如布拉维点阵、密堆积结构、晶体学符号的使用，更重点阐述了各类晶体缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）的形成机制、对材料宏观性能的影响，以及如何通过热力学和动力学手段控制这些缺陷的浓度和分布。特别地，我们引入了高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）在结构解析中的应用案例，展示了原子尺度的直接成像技术如何革新我们对界面和纳米结构的认识。 紧接着，材料热力学与相图被系统阐述。这部分深入探讨了吉布斯自由能、化学势在材料平衡中的作用。我们详细分析了二元、三元合金体系的相图绘制原理与解读方法，特别是范特霍夫方程和吉布斯相律在实际材料设计中的应用。此外，本书关注了非平衡态热力学对材料加工过程（如快速凝固、薄膜生长）的重要性，解释了亚稳态相的形成与演变规律。 第二部分：性能的探寻——力学、电学与磁学 材料的性能是其结构在特定条件下的宏观体现。本部分聚焦于解读和调控三大核心性能。 在材料力学行为方面，本书超越了传统的弹性与塑性理论。我们详细讲解了断裂力学的线性弹性基础（如应力强度因子、断裂韧性），并扩展至疲劳、蠕变和高熵合金的变形机制。对于新型材料，如复合材料和生物医用材料，本书探讨了界面效应和多尺度模型在预测其力学响应中的关键作用。此外，还专门辟章节讨论了高熵合金中独特的无滑移线、高熵效应以及其在极端环境下的服役潜力。 电学与电子性能是现代电子工业的命脉。本章深入探讨了半导体物理，包括能带理论、载流子输运、PN结的形成与器件原理。针对介电材料和铁电材料，本书着重分析了畴壁运动、驰豫机制以及在存储器和传感器中的应用。对于导电聚合物和离子导体（如固态电解质），我们讨论了它们在能源存储和转换中的前景，包括锂离子电池和燃料电池的关键界面问题。 在磁性材料方面，本书涵盖了从经典铁磁性到现代斯格明子（Skyrmions）的研究前沿。内容包括磁各向异性、磁畴结构、磁记录技术原理。我们重点讨论了磁阻效应（GMR/TMR）在自旋电子学中的应用，以及如何通过结构设计实现对磁热效应、磁致伸缩效应的优化。 第三部分：面向未来的加工与设计 材料的性能与其制备工艺密不可分。本部分聚焦于先进的材料制备技术和计算模拟方法。 先进制造技术章节详细介绍了粉末冶金、增材制造（3D打印）对材料微结构控制的可能性与挑战。特别是对于增材制造，我们分析了激光熔化过程中的快速凝固效应、残余应力控制以及如何利用定向凝固技术获得具有特定性能的晶体结构。 薄膜与表面工程是实现特定功能化表面的关键。本书阐述了物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）的机理，并探讨了原子层沉积（ALD）在实现超薄、高均匀性薄膜方面的优势。表面改性技术，如离子注入和等离子体处理，也被纳入讨论范围，用以优化材料的耐磨损、耐腐蚀性能。 计算材料科学作为第四范式，在本领域占据了日益重要的地位。本书详细介绍了第一性原理计算（DFT）在预测材料性质、揭示反应机理中的应用，并对分子动力学模拟（MD）如何捕捉原子尺度的动力学过程进行了阐述。读者将学习如何利用这些工具来指导实验设计，加速新材料的发现进程。 第四部分：交叉学科与前沿领域聚焦 本书的最后部分将目光投向材料科学与其他学科的深度融合，展示了该领域最具活力的研究热点。 能源材料部分聚焦于光伏、储能和催化。对钙钛矿太阳能电池的稳定性和寿命问题进行了深入分析；对固态电池的界面阻抗和离子迁移率进行了详细探讨；并介绍了新型多相催化剂的设计策略。 生物材料与仿生设计是快速成长的领域。我们探讨了生物相容性、生物活性的概念，以及如何设计可降解植入物、组织工程支架。仿生材料部分则着重于从自然界中汲取灵感，实现结构与功能的协同优化。 最后，纳米材料的特殊效应章节总结了尺寸效应如何导致体相材料所不具备的新奇性质，包括量子限制效应、表面等离子体共振等，并探讨了其在传感器和光电器件中的应用潜力。 《现代材料科学进展》力求以严谨的科学态度和前瞻性的视角，为读者构建一个完整、深刻的知识体系，激励下一代材料科学家和工程师们迎接材料设计与创新的挑战。全书配有大量的图表、习题和案例分析，确保学习的深度与广度。

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坦白讲，在翻阅这本书之前，我对“有机化学实验”这个主题的想象，仅仅停留在刻板的图谱和无休止的步骤堆砌上。然而，这本书以一种出人意料的细腻和前瞻性，打破了我固有的认知壁垒。作者在叙述每一个实验单元时，都不仅仅局限于操作本身，而是将其置于一个更广阔的学科背景和应用场景中去解读。例如，在介绍某种合成方法时，书中不仅会详细阐述其化学反应机理，还会提及该方法在工业生产中的实际应用，或者是在药物研发中的重要地位。这种宏观与微观的结合，让我深刻体会到有机化学实验的价值和意义，不再是孤立的学术活动，而是与现实世界紧密相连的实践科学。书中的许多细节处理也令人称道，比如对实验安全性的强调，对废物处理的规范，以及对常见实验错误的预警，都体现了作者高度的责任感和对读者安全的关怀，让我觉得这本书不仅仅是一本学习资料，更是一位值得信赖的良师益友。

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我一直觉得，科学理论的学习往往比实际操作更容易让人产生倦怠感，尤其是在面对复杂的有机化学反应时。但是，这本书以一种非常独特且引人入胜的方式，将枯燥的理论与生动的实践巧妙地融合在一起。它不是简单地罗列反应式和命名法，而是通过引人入胜的故事和案例，将抽象的概念具象化。当我读到作者如何通过一个看似不起眼的实验，揭示了某个重要化学键的形成规律时，我感到了一种前所未有的震撼。书中的每一个实验设计，都充满了智慧和巧思，作者不仅讲解了“如何做”，更重要的是引导你去思考“为什么这样设计”。他会从不同的角度分析问题，提出备选方案，并对比各自的优劣，这种开放式的引导，极大地激发了我主动思考和解决问题的能力。更让我欣喜的是，书中对于实验数据的处理和图谱解析的讲解，也清晰明了，让我不再对这些“硬核”内容感到恐惧，而是能够逐步掌握分析和解读的方法，这对我未来在学术研究上的发展，无疑有着至关重要的意义。

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这是一本让我重新认识“实验”的书。我一直以来都认为，做实验就是按照步骤来，完成就好，结果如何似乎并不是最重要的。但这本书完全颠覆了我的认知。它让我明白，每一个实验背后，都蕴含着精妙的设计和深厚的理论基础。作者在描述实验步骤时，不仅仅是陈述，而是充满了“为什么”。例如，在进行某一步分离操作时，书中会详细解释为什么选择这种溶剂，为什么需要进行多次萃取，以及每一步操作对最终产物纯度的影响。这种深入的讲解，让我不再是机械地执行命令，而是真正理解了实验的逻辑和目的。书中的图文并茂，清晰地展示了各种仪器设备的使用方法，甚至连一些容易被忽略的操作细节都一一提及，这对于初学者来说，无疑是一份宝贵的财富。我感觉自己不再是孤军奋战，而是在一位经验丰富、耐心细致的向导的带领下，一步步地探索有机化学的奥秘，也让我对未来在实验室中的实践充满了信心。

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说实话，拿到这本书的时候，我以为它会是那种纯粹的“教科书式”读物，充斥着公式、图表和僵硬的文字。然而，事实证明我错了，而且错得离谱。这本书的叙述风格极其生动活泼，仿佛是一位经验丰富的导师在耳边娓娓道来。作者用一种近乎讲故事的语调，将那些复杂的概念变得通俗易懂，甚至可以说是有趣。比如，在介绍某种催化剂时，他会用一个生动的类比来解释它的作用机制，让我瞬间就能明白其核心思想，而不是死记硬背那些晦涩的专业术语。更让我惊叹的是，这本书不仅仅关注“是什么”，更深入地探讨了“为什么”。它会引导读者去思考，为什么我们要选择某种溶剂，为什么需要控制一定的反应温度，以及这些参数的微小变化会带来怎样的连锁反应。这种探究式的学习方式，极大地激发了我对有机化学的好奇心和求知欲。我不再是被动地接受信息，而是主动地去理解、去分析，甚至会在脑海中模拟实验过程，思考可能遇到的问题。

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这本书给我带来的惊喜，远远超出了我对一本“有机化学实验”的预期。一开始，我只是抱着学习课程、完成作业的目的去翻阅，但很快就被它严谨而又充满人文关怀的叙述方式所吸引。书中并非简单罗列着枯燥的实验步骤和数据，而是巧妙地将历史故事、科学家的探索历程、甚至是实验过程中可能遇到的“坑”都融入其中。当我读到关于某个经典反应的起源，了解到实验者在无数次失败中摸索前进的艰辛，再看到书本是如何将这些宝贵的经验提炼出来，变成我们现在可以轻松借鉴的指导时，我深切地感受到了科学传承的力量。更让我印象深刻的是，作者在讲解每一个实验时，都会深入浅出地解释其背后的原理，不仅仅是“为什么这样做”，更是“为什么不这样做”，并且会详细阐述不同操作可能带来的后果，这种对细节的极致追求，让我觉得不仅仅是在学习操作，更是在学习一种科学的思维方式。书中的图示也尤为精良，每一个仪器、每一个反应装置都清晰明了，甚至连细微的连接方式都标注得一丝不苟，这对于我这样在实验操作上还有些生疏的学生来说，无疑是雪中送炭。

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