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出版者:

作者:Gunasekaran, Sundaram/ Ak, M. Mehmet

出品人:

页数:456

译者:

出版时间:

价格:1544.00 元

装帧:

isbn号码:9781587160219

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现代应用化学基础：从分子到宏观体系的界面研究 本书简介 《现代应用化学基础：从分子到宏观体系的界面研究》是一本面向高年级本科生、研究生以及从事化学工程、材料科学、物理化学等领域的研究人员的深度专著。本书旨在系统地梳理和阐述现代应用化学的核心概念，尤其侧重于物质在不同尺度——从原子分子层面到宏观体系——之间相互作用的界面现象。我们相信，理解和控制这些界面行为是推动新材料开发、优化化学过程效率以及解决环境问题的关键。 第一部分：基础理论的重构与深化 本书的第一部分聚焦于应用化学的理论基石，但视角着眼于其在现代工业和前沿研究中的实际应用。 第一章：热力学与动力学的再认识 本章首先回顾了化学热力学的基础原理，如吉布斯自由能、焓变与熵变，但重点在于如何利用这些工具来预测复杂体系（如混合物、胶束或高分子溶液）的相图和稳定性。我们详细讨论了活度系数模型（如NRTL, UNIQUAC）在非理想溶液中的应用，以及相平衡的计算方法。 在动力学方面，本书超越了简单的反应速率常数讨论，转而深入探讨了反应器设计中的传质与传热耦合效应。详细分析了菲克扩散定律和牛顿粘性定律在非均相反应体系中的局限性，并引入了更先进的描述，如分数阶导数动力学在描述复杂催化剂孔道内扩散限制时的优势。 第二章：量子化学与分子模拟的桥梁 本章将理论化学工具与应用需求紧密结合。我们探讨了密度泛函理论（DFT）如何精确预测催化剂活性位点的电子结构和吸附能。更重要的是，本书着重讲解了如何将这些高精度的微观计算结果，通过多尺度建模方法（如介观模拟、粗粒化分子动力学），有效地映射到宏观尺度的性能预测上。章节最后讨论了机器学习（ML）在加速材料筛选中的应用潜力，特别是如何利用训练好的势能面来模拟数百万个时间步长的分子行为。 第二部分：界面科学：驱动性能的核心 本书的第二部分是全书的核心，深入探讨了物质界面在物理、化学、生物应用中的关键作用。 第三章：表面张力与润湿现象的定量分析 本章详细介绍了表面和界面张力的测量技术，包括吊滴法、最大泡压法以及动态表面张力测量。我们深入剖析了杨氏方程（Young’s Equation）在不同几何构型下的修正形式，并讨论了表面活性剂在液-液和液-固界面上的吸附等温线（如Langmuir、Frumkin等）。特别关注了梯度表面和超疏水表面的构筑原理及其在自清洁涂层中的应用。 第四章：电化学界面与腐蚀控制 在电化学界面研究中，本书强调了电双层（Electrical Double Layer, EDL）的结构对电荷转移速率的决定性影响。系统阐述了Gouy-Chapman-Stern模型，并将其应用于理解电催化和电池电极界面的性能。腐蚀部分侧重于钝化膜的形成机制、电化学阻抗谱（EIS）在监测腐蚀动力学中的应用，以及缓蚀剂分子如何在金属表面形成保护性吸附层。 第五章：胶体与分散体系的稳定性 本章涵盖了胶体科学的关键挑战：如何维持体系的长期稳定性。详细分析了DLVO理论（Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek）在解释颗粒间吸引力和排斥力平衡中的作用。随后，本书转向非DLVO效应，深入探讨了空间位阻稳定机理，特别是聚合物链在颗粒表面的吸附、铺展和构象变化如何有效阻止絮凝。此外，还讨论了不同剪切速率下颗粒团聚体的结构演变，这对于油漆、陶瓷浆料和乳液聚合过程至关重要。 第三部分：材料科学中的界面工程 本书的第三部分将理论知识应用于实际的材料系统，展示了界面控制在功能材料开发中的决定性作用。 第六章：多孔介质的流动与传输 本章专注于研究多孔结构内部的复杂传输现象。我们将达西定律（Darcy’s Law）扩展到非牛顿流体和多相流动的环境。详细分析了孔隙结构（孔隙度、渗透率、比表面积）对流体流动和物质扩散的影响。重点讨论了如何利用微米/纳米尺度的孔道设计来优化气体分离膜、储能材料（如超级电容器电极）以及土壤和岩石中的污染物迁移过程。 第七章：生物材料与蛋白质相互作用界面 针对生物医学应用，本章探讨了材料表面对细胞和生物分子的响应。分析了蛋白质吸附的动力学和热力学，以及如何通过表面化学修饰（如PEG化、等离子体处理）来调控材料的生物相容性。讨论了生物膜的形成过程，以及界面间范德华力、氢键和静电相互作用如何驱动细菌粘附和生物活性分子的释放控制。 第八章：高分子与复合材料的结构-性能关系 本章探讨了聚合物基复合材料中，界面粘结强度对宏观力学性能（如拉伸强度、韧性）的决定性影响。详细介绍了偶联剂（如硅烷偶联剂）在无机填料和有机基体之间的桥接作用机制。研究了纤维/基体界面缺陷的表征技术（如拉伸断裂分析），并展示了如何通过界面改性来提高复合材料的疲劳寿命和耐冲击性。 结语：前沿展望 全书以对新兴交叉领域的展望作结，包括利用人工智能进行界面材料的逆向设计，以及在极端环境（如深空、高压深海）下材料界面行为的稳定性预测。 本书的特点在于其强调“应用”二字，通过大量详实的案例分析和工程实例，将抽象的物理化学原理转化为解决实际工程问题的强大工具。读者在阅读过程中，将建立起一个从分子尺度理解界面现象，到宏观尺度预测材料和过程性能的完整知识体系。

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这本书的行文风格简直是一股清流，它没有采用那种令人望而生畏的纯粹公式堆砌，而是用了一种近乎散文的叙事方式来阐释那些原本可能枯燥的物理化学原理。作者似乎深谙如何将复杂的概念“翻译”成普通人也能理解的语言，比如，在解释宏观现象与微观结构之间的联系时，他会巧妙地引入一些生活中的类比，比如用“蜂巢的结构”来比喻某种晶格排列的稳定性，一下子就把抽象的理论具象化了。我常常在阅读时，会产生一种错觉，仿佛不是在读一本教材，而是在听一位知识渊博的长者娓娓道来，他既有深厚的学术功底，又不失与读者沟通的耐心与智慧。尤其欣赏那些穿插其中的历史典故和人物小传，它们不仅丰富了阅读的趣味性，更让人明白了科学发展并非一蹴而就，而是充满了无数次的试错与顿悟。这种“润物细无声”的教学方法，极大地降低了阅读的心理门槛，让我这个非专业背景的读者也能从中汲取到不少养分，体会到探索未知世界的乐趣和魅力。

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这本书的装帧设计简直是一场视觉的盛宴，封面那深邃的藏青色与烫金的书名形成了强烈的对比，散发出一种低调而又不失内涵的学术气息。当我第一次翻开它的时候，纸张的触感就给我留下了深刻的印象，那种略带纹理的厚重感，让人感觉这不是一本快消的读物，而是值得细细品味的知识结晶。内页的排版也极其讲究，字体大小和行间距的拿捏恰到好处，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。而且，书中插入的那些历史手稿插图和早期的实验设备照片，不仅提升了整体的美感，更让人仿佛穿越回了那个学科初创的年代，体验到先驱者们探索未知的激情。我特别欣赏作者在章节间的过渡处理，逻辑衔接得如同精妙的乐章，让你在不知不觉中就被引导着深入到更复杂的理论体系中去，丝毫没有那种生硬的转折感。这本书不仅仅是知识的载体，它本身就是一件艺术品，放在书架上，就能为整个空间增添一份沉静的书卷气。我甚至愿意花时间去研究一下它所使用的油墨和装订技术，因为这种对细节的极致追求，往往预示着内容本身的深度和严谨性。

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这本书的深度和广度着实令人咋舌，它所构建的知识体系如同一个巨大的多维网格，将看似分散的理论点巧妙地编织在一起。我原以为这只是对某一特定领域的深入挖掘，但读下来才发现，它实际上是在探讨一个更宏大命题下的多个侧面。书中对实验设计哲学的讨论，尤其发人深省，作者不仅仅罗列了“怎么做实验”，更深入剖析了“为什么选择这样的方法”背后的理论假设和局限性。这种批判性的思维训练，是任何纯粹的知识点罗列所无法比拟的。每一次阅读，都会触发我对自己既有知识框架的重新审视和修正。书中引用的参考文献列表也极其详尽且具有前瞻性，涵盖了从古典文献到最新的顶会论文，显示出作者在信息整合和判断上的高超能力。它不是一本提供标准答案的书，而更像是一把钥匙，帮助读者开启更深层次的思考之门，让你在合上书本后，仍然能感受到思维的余热，不断地探索其背后的更多可能性和更深层次的联系。

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这本书最让我感到惊喜的是它对跨学科交流的推动作用。我原本以为这会是一本极其“自闭”的专业著作，但它却以一种令人意外的方式，打开了我与不同领域沟通的桥梁。书中巧妙地引入了来自材料科学、生物力学甚至信息论的视角来阐释核心概念，这种多重视角的融合，极大地拓宽了我对问题复杂性的理解。例如，作者在探讨某个结构变化时，竟然引用了生态系统演化的理论模型，这种跨界的类比不仅生动有趣，更揭示了自然界中普遍存在的优化原则。它教会我，解决复杂问题往往需要打破学科壁垒，从更宏观的视角去寻找共性规律。这本书不仅充实了我的专业知识，更重要的是，它重塑了我看待世界的方式，让我意识到，知识的边界是流动的，真正的创新往往诞生于不同思想的交汇点。它真是一本能提升思维格局的宝典。

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阅读体验上，这本书给我带来了一种久违的“挑战感”，但这种挑战绝非令人沮丧的晦涩，而是一种令人兴奋的智力攀登。作者的论证过程极其严谨，每一步推理都像是走在刀刃上，步步为营，不留一丝逻辑上的空隙。特别是书中对特定现象的数学建模部分，那些复杂的微积分和张量分析，要求读者必须保持高度的专注力，稍有分心便可能跟不上作者的思路。但这恰恰是这本书的魅力所在——它拒绝了对读者的“投喂式”阅读，而是要求读者必须主动参与到知识的建构过程中去。我不得不经常停下来，拿起草稿纸演算一番，或者回溯前几章的内容来巩固理解，这种主动的、高强度的脑力活动，带来的成就感是巨大的。它强迫我走出了舒适区，去面对和解决那些真正硬核的问题，让我的思维在反复的碰撞和磨砺中变得更加清晰和有力。

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