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出版者:

作者:Summerlin, Lee R./ Ealy, James L., Jr.

出品人:

页数:200

译者:

出版时间:1988-5

价格:$ 55.31

装帧:

isbn号码:9780841214811

丛书系列:

图书标签:

• 化学演示
• 化学实验
• 科学教育
• 实验教学
• 化学教学
• 演示实验
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• 趣味化学
• 化学原理
• 实验安全

探索未知的领域：现代材料科学的宏伟蓝图 一本关于二十一世纪材料科学前沿进展的权威著作 作者： [此处可填写真实作者姓名或虚构的资深学者名称] 出版社： [此处可填写真实或虚构的知名学术出版社] 页数： 约 1200 页（精装，配有大量高清图表与实验数据） 定价： [请根据书籍的厚度和内容价值自行设定] --- 内容简介： 《探索未知的领域：现代材料科学的宏伟蓝图》并非一本关于基础化学反应或标准实验室操作的指南。它是一部深刻而前瞻性的专著，致力于剖析自本世纪初以来，材料科学领域取得的突破性进展及其对人类文明产生的深远影响。本书聚焦于跨学科的融合，如何将量子力学、纳米技术、计算模拟与工程应用无缝衔接，从而开创材料设计与制造的新纪元。 本书结构严谨，分为六大部分，每一部分都深入探讨了一个当前研究最为活跃、最具颠覆性的材料子领域。 第一部分：量子材料与拓扑物理的交汇点 本部分着重探讨了材料的宏观性能如何由其微观的、基于量子力学的行为所决定。我们不再满足于对经典材料的优化，而是致力于设计具有特定电子结构的物质。 电子结构工程： 深入分析了能带理论的局限性，并介绍了密度泛函理论（DFT）在预测新颖电子相变中的应用。重点讨论了如何通过应变工程（Strain Engineering）和掺杂策略来调控材料的导电性、磁性和光学响应。 拓扑材料的发现与应用： 详细阐述了拓扑绝缘体、拓扑半金属等概念的物理基础。本书展示了这些材料在保护信息传输、实现低能耗电子器件方面的巨大潜力，并分析了室温下实现拓扑相变的理论挑战。 激子的操控与利用： 探讨了在二维材料（如过渡金属硫化物）中，激子（电子-空穴对）的稳定化与长寿命化技术。这为开发下一代光电器件和量子信息处理单元提供了新的思路。 第二部分：纳米尺度下的结构革命与自组装 材料性能的终极控制权在于原子排列。本部分将读者的视野聚焦于十亿分之一米尺度，研究如何通过精确控制形貌和尺寸来解锁新的物理化学特性。 复杂纳米结构的精确合成： 区别于传统的自下而上或自上而下的方法，本书详细介绍了一种基于场诱导的定向自组装技术，用于制造具有周期性超晶格结构的新型复合材料。 低维材料的异质结： 深入研究了原子级厚度的二维材料（如石墨烯、h-BN、二硫化钼）在垂直堆叠时形成的异质结的界面物理学。重点分析了范德华力（van der Waals force）在稳定这些复杂结构中的作用，及其在超快光电转换中的应用。 活性纳米颗粒的表面化学： 探讨了在催化、生物传感领域中，纳米颗粒的表面配体工程（Ligand Engineering）如何影响其活性位点的暴露和稳定性，特别关注了非贵金属催化剂在苛刻环境下的性能提升策略。 第三部分：智能与响应性材料系统的崛起 现代工程不再需要静态的材料；我们需要能够感知环境、做出反应并自我修复的物质。本部分聚焦于那些具有“生命力”的材料系统。 多刺激响应聚合物网络： 详细描述了如何设计能够对温度、pH值、光照甚至电场做出精确、可逆响应的高分子水凝胶。应用案例涵盖了精确药物输送系统、软体机器人驱动器。 应力诱导的相变材料： 深入分析了形状记忆合金（SMA）和应力诱导孪晶的机理，特别关注了新型镍钛锆合金的开发，以拓宽其在航空航天和微机电系统（MEMS）中的应用范围。 自修复材料的分子设计： 探讨了基于休眠反应物（Dormant Reagents）和动态共价键（Dynamic Covalent Bonds）的材料自修复机制。本书提供了一套量化的模型，用于预测修复效率与损伤程度之间的关系。 第四部分：高通量计算与材料基因组计划（MGI） 材料研发的速度瓶颈在于实验探索的低效率。本部分阐述了如何利用强大的计算能力和大数据来指导发现和优化过程。 基于机器学习的材料预测： 介绍了如何构建包含数百万种材料结构和性能数据的数据库（Materials Genome Database），并利用高斯过程回归（GPR）和深度神经网络（DNN）来预测具有特定目标属性的未知化合物。 动力学模拟的突破： 探讨了从第一性原理计算到粗粒化（Coarse-Graining）模型的尺度衔接技术，使得对复杂界面扩散和宏观材料疲劳过程的模拟成为可能。 自动化实验平台（Autonomous Labs）： 描述了集成机器人、高通量筛选和在线数据分析的“自驱动”材料合成系统，极大加速了新型电池电解质和催化剂的筛选速度。 第五部分：能源存储与转换的材料前沿 能源挑战是当代科学的核心议题。本书将大量篇幅献给那些有望彻底改变我们获取、储存和使用能源的材料技术。 固态电解质的设计与界面稳定化： 聚焦于下一代全固态锂离子电池的关键挑战——界面阻抗。本书详细分析了陶瓷-聚合物复合电解质的微观结构控制技术，以及如何通过原位表征技术监测固-固界面的演变。 光催化制氢的效率瓶颈： 探讨了半导体光阳极材料（如氮化碳、钙钛矿）在可见光驱动下分解水制氢的量子效率限制。分析了表面缺陷工程在提升电荷分离效率方面的作用。 先进热电材料的塞贝克系数优化： 阐述了如何通过“晶格玻璃化”（Phonon Glass, Electron Crystal, PGEC）策略，在保持高导电性的同时有效散射晶格声子，从而提高热电材料的综合性能因子（ZT）。 第六部分：极端环境下的结构完整性与可持续性 材料的可靠性需要在极端温度、高辐射或腐蚀性介质中得到保证。本部分探讨了应对这些挑战的先进材料体系。 增材制造（3D打印）的材料挑战： 详细分析了选择性激光熔化（SLM）和定向能量沉积（DED）过程中，快速冷却导致的微观组织缺陷（如枝晶生长、孔隙率）对疲劳寿命的影响，并提出了通过过程参数优化实现晶粒细化的新方法。 耐极端温度的陶瓷基复合材料（CMCs）： 重点讨论了SiC/SiC纤维增强复合材料在超高温燃气轮机中的应用，特别是针对裂纹扩展的增韧机制和抗氧化涂层技术。 循环经济与材料回收： 探讨了如何从原子层面设计易于解聚或可逆键合的“可循环”高分子，以及针对稀有金属（如钴、镍）的高效湿法冶金和电化学回收工艺，实现闭环材料系统。 --- 读者对象： 本书面向材料科学、化学工程、物理学及相关领域的高年级本科生、研究生、研究人员以及工业界的研发工程师。它要求读者具备扎实的物理化学和固体物理基础。 本书的独特价值： 本书的核心价值在于其前瞻性和跨界性。它不仅系统梳理了当前的研究热点，更重要的是，它构建了一个将基础科学发现与实际工程应用紧密联系起来的理论框架，为未来十年材料科学的研究方向提供了清晰的导航图。全书语言精确、论证严密，是理解和推动下一代材料革命的不可或缺的参考工具。

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