From the Periodic Table to Production pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Midgley, Thomas

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页数:0

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出版时间:

价格:193.00 元

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isbn号码:9780964385306

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• 科普
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《从元素周期表到工业生产：材料科学与工程的宏大叙事》 本书聚焦于材料科学与工程领域的核心思想、前沿技术以及它们在现代工业生产中的实际应用，旨在为读者构建一个从原子层面的理解延伸至宏观产品制造的完整知识体系。 第一部分：基础奠基——理解材料的微观世界 第一章：元素的本源与周期性的力量 本章深入探讨了元素周期表的建立历史、其内在的逻辑结构以及它如何预示元素的化学和物理性质。我们将追溯门捷列夫的洞察力，分析量子力学如何解释原子轨道填充的规律，并阐明电负性、离子半径和电离能等关键周期性趋势如何决定材料的结合模式。重点讨论了主族元素、过渡金属和稀土元素在结构和功能上的根本差异。 第二章：原子键合与晶体结构的基础 材料的宏观性能根植于其微观结构。本章详细解析了离子键、共价键、金属键和范德华力这四种主要的原子间作用力，以及它们如何决定材料的熔点、硬度和导电性。随后，我们转向晶体学，介绍晶格、晶胞、晶面指数（如布拉维点阵、密堆积结构）的概念，并通过X射线衍射（XRD）技术来阐明如何“看见”这些原子排列。特别关注金属的体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和密排六方（HCP）结构及其对塑性的影响。 第三章：缺陷的必然性与材料行为的调控 理想晶体在自然界中几乎不存在，材料的性能往往由缺陷决定。本章系统梳理了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）的形成机制、运动规律及其对材料力学性能（如屈服强度、蠕变）的关键作用。我们还将探讨如何通过热处理或掺杂来故意引入或消除特定缺陷，从而实现对材料性能的精确控制。 第二部分：结构决定性能——经典材料体系的深入剖析 第四章：金属的塑性、强度与断裂 金属是现代工程的基石。本章聚焦于金属的变形机制，详细阐述位错的滑移和缠结如何导致加工硬化。讨论了合金化原理——固溶强化、沉淀强化、晶界强化和加工硬化——这四大强化机制，以及如何通过这些机制设计高强度钢、超高强度铝合金和镍基高温合金。随后的内容转向断裂力学，分析韧性断裂、脆性断裂、疲劳裂纹的萌生与扩展，以及断裂韧性（$K_{IC}$）的概念。 第五章：陶瓷——耐高温与耐磨损的艺术 陶瓷材料因其强共价/离子键而表现出极高的硬度、耐热性和化学惰性。本章分类介绍氧化物（如氧化铝、氧化锆）、非氧化物（如碳化硅、氮化硅）陶瓷的制备方法（粉末冶金、反应烧结）。重点分析陶瓷的本征脆性，讨论增韧技术，如马氏体相变增韧和裂纹偏转/桥接机制。探讨陶瓷在耐火材料、生物医学植入物和电子绝缘体中的应用。 第六章：聚合物的柔性与动态行为 聚合物（塑料、橡胶、纤维）的性能由其长链结构和缠绕程度决定。本章解释了聚合反应的类型（加成、缩聚）以及分子量对机械性能的影响。深入探讨聚合物的粘弹性行为，介绍玻璃化转变温度（$T_g$）和熔点（$T_m$）对材料使用范围的限定。分析交联和结晶度如何影响橡胶的弹性恢复和塑料的刚性。 第三部分：功能材料与前沿技术——迈向高性能时代 第七章：半导体与电子材料 本章将目光投向信息技术的核心。解释半导体的本征特性，区分直接带隙和间接带隙材料。详细阐述掺杂（N型和P型）如何改变费米能级和载流子浓度。探讨晶圆制造过程中的关键技术，如外延生长、光刻和刻蚀，并展望如钙钛矿和二维材料在下一代光电器件中的潜力。 第八章：磁性材料与能源存储 介绍铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的微观起源（自旋相互作用）。讨论畴壁运动在磁化过程中的作用，以及软磁材料（如坡莫合金）和硬磁材料（如钕铁硼）的性能差异。在能源方面，重点分析锂离子电池中正极、负极材料的结构要求，以及固态电解质的发展方向。 第九章：复合材料——协同效应的实现 复合材料通过结合不同材料的优点来克服单一材料的局限性。本章专注于纤维增强复合材料（如碳纤维增强环氧树脂）和颗粒增强复合材料的力学建模，分析界面结合强度对整体性能的决定性影响。讨论层合板的各向异性特性及其在航空航天结构设计中的应用。 第四部分：从实验室到市场——材料的加工、制造与可持续性 第十章：材料的塑性加工与成形技术 本章关注如何将原材料转化为可用的零部件。详细分析金属的铸造（凝固过程控制）、塑性加工（轧制、锻造、挤压）中的应力状态和微观结构演变。探讨高能束流技术在焊接和增材制造（3D打印）中的应用，以及热力学和动力学如何共同指导加工路径的选择。 第十一章：表面工程与材料的寿命管理 材料的失效往往始于表面。本章介绍提升材料表面性能的技术，包括热喷涂、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等，以增强耐磨损、抗腐蚀能力。同时，探讨腐蚀的电化学机制（电偶腐蚀、应力腐蚀开裂）和保护策略（钝化层、阴极保护）。 第十二章：可持续材料科学与循环经济 本章探讨材料生命周期中的环境影响。分析如何通过“绿色化学”原则设计无毒、可生物降解的聚合物。深入研究关键原材料（如稀土元素、钴）的回收技术，包括湿法冶金和火法冶金的挑战。强调循环经济模式下，材料的二次利用和能耗优化设计的重要性。 总结： 本书力图构建一座坚实的桥梁，连接了原子尺度的物理化学原理与宏观尺度的工程实践。它不仅是材料科学的原理阐述，更是对如何通过材料创新推动技术进步的系统性思考。读者在合上本书时，将能够以一个材料工程师的视角，洞察现代工业中几乎所有产品的核心——它们是由什么构成的，以及如何被制造出来。

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阅读完引言部分，我产生了一种强烈的期待：这本书可能不仅仅是介绍现有的成熟技术，更可能触及未来化学制造的前沿方向。标题中的“生产”一词，虽然指向现实，但优秀的著作往往会指向未来。《从元素周期表到规模化生产》是否探讨了诸如连续流化学（Flow Chemistry）取代传统间歇反应釜的趋势？或者是在新材料，比如先进电池电解质或碳捕获技术中，元素周期表的哪些新成员正在扮演关键角色？我非常好奇作者对于“工业4.0”与化学合成的结合有何见解。数据驱动的决策、人工智能在反应条件筛选中的应用，这些现代工具如何被应用到传统的化学工程领域中，从而实现更快速、更安全的规模化转化？我希望它能提供一个前瞻性的视角，让我们看到化学工业在未来十年可能走向何方，而不是仅仅停留在对二十世纪成就的回顾上。这种面向未来的洞察力，是判断一本技术书籍是否具有长久价值的重要标准。

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这本书的封面设计非常引人注目，那种深邃的蓝色背景上点缀着闪烁的元素符号，让人立刻联想到化学的魅力与工业的宏大。虽然我还没有深入阅读内文，但仅仅是这本书的标题——《从元素周期表到规模化生产》，就已经勾起了我对现代化学工业发展历程的无限遐想。我期待它能像一个向导，带领我穿越那些复杂的化学反应方程式和实验室的玻璃器皿，最终抵达那些支撑我们现代生活的巨大工厂和精密的生产线。我希望作者能够深入挖掘那些看似枯燥的化学原理是如何被巧妙地转化为实际应用，比如我们日常使用的塑料、药物，甚至是新能源技术的关键材料。我特别想了解其中关于“突破性创新”的部分，那些将实验室小试成功转化为万吨级产能的关键技术瓶颈是如何被一一攻克的。这本书似乎不仅仅是一本技术手册，更像是一部关于人类智慧如何将微观世界的规律，构建成宏观物质世界的史诗。这种跨越尺度的叙事，对我这种对科学和工程交叉领域感兴趣的读者来说，无疑具有极强的吸引力。我猜想，书中定会对那些改变了人类生活面貌的化学品，如合成氨、聚合物的诞生过程，给予详尽而生动的描绘。

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这本书的文风，从我快速浏览的几页试读内容来看，似乎采取了一种非常务实的叙述方式，没有过多的文学修饰，直击核心概念，这非常对我的胃口。我讨厌那种为了增加趣味性而故意模糊关键科学细节的科普读物，我更倾向于精准、清晰的阐述。我的一个核心兴趣点在于催化剂科学在现代工业中的角色。元素周期表上的许多金属和非金属，其价值的真正体现，就在于它们作为高效催化剂的能力。我期望这本书能详尽地解析不同类型的催化反应器是如何设计的，以及为什么某些反应需要在极端的条件下才能实现经济性。这本书如果能成功地解释“为什么是这个反应路径而不是另一个”，而不是仅仅陈述“这个反应路径被采用了”，那么它的价值将是无可估量的。我想看看作者如何处理信息密度，如何在保证专业深度的同时，避免让非专业背景的读者望而却步。这种平衡的艺术，决定了一本书的最终生命力。

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初翻目录时，我感受到一种强烈的逻辑性和系统性，这预示着作者对这一复杂主题进行了极为细致的梳理。章节的划分似乎遵循着从基础科学到工程实践的递进关系，这对于我这种虽然有基本化学知识背景，但在工业化细节上知之甚少的读者来说，简直是福音。我尤其关注其中关于“工艺优化与可持续性”的章节，因为在当今这个强调绿色制造的时代，任何关于化学生产的书籍如果不能触及环境影响和能效提升，那无疑是有所欠缺的。《从元素周期表到规模化生产》这个名字本身就蕴含着一种对效率的极致追求，我期待它能揭示那些看似简单的产品背后，隐藏着的数十轮迭代和无数次的失败尝试。我想知道，在追求产量的同时，如何保持或提升产品纯度，这中间的权衡艺术是如何在工业现场被拿捏的？那些看似精确到小数点后几位的温度和压力控制，背后是否有着引人入胜的故事？我希望它不仅仅是罗列事实，而是能讲述这些流程背后“人”的故事——那些在车间里摸爬滚打的工程师们，是如何将理论转化为可以日夜运转的机器的。

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这本书的装帧和排版给我的第一印象是非常专业和严谨的。图表的清晰度、公式的规范性，都显示出出版方在编辑环节的专业投入。对我而言，一本关于生产的书籍，如果没有大量高质量的流程图、设备剖面图或者关键反应机理的示意图，那么它的说服力会大打折扣。我极其看重书中对“放大效应”（Scale-up Effect）的论述。从实验室的毫升级别到工厂的万吨级别，中间横亘着巨大的物理和化学鸿沟，热量和质量传递效率的变化是其中最大的难题。我希望作者能用具体的案例来剖析，当反应釜的体积增加百倍、千倍时，那些在小试中可以忽略不计的因素（如混合效率、壁面传热速率）是如何主导整个生产过程的成败的。这种对工程细节的精妙把握，才是区分“化学家”和“化学工程师”的关键所在。这本书如果能在这方面提供深刻的见解，它将不仅仅是一本参考书，更是一本宝贵的实战指南。

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