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出版者:

作者:Snedden, Robert

出品人:

页数:32

译者:

出版时间:

价格:$ 9.03

装帧:

isbn号码:9781432900991

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
• 材料技术
• 工程材料
• 金属材料
• 高分子材料
• 陶瓷材料
• 复合材料
• 材料工程
• 材料性能
• 纳米材料

《现代材料科学前沿探索》 图书简介 本书旨在为读者呈现材料科学领域中最具活力、最前沿的研究方向与技术突破。它并非对传统“材料技术”的简单回顾，而是聚焦于那些正在重塑未来工业、能源、医疗乃至信息技术格局的新兴材料体系与创新制备方法。本书的视野超越了传统的结构材料、功能材料范畴，深入探讨了跨学科交叉融合所催生的颠覆性材料体系。 第一部分：智能与自适应材料的崛起 本部分聚焦于那些能够感知环境变化并做出实时响应的“活的”材料。 1. 响应性高分子与形状记忆合金的深度融合： 我们将详细解析基于分子机器理论设计的响应性聚合物网络，它们如何通过外部刺激（如光照、pH值、电场）实现精确的结构重构和功能切换。特别是，我们探讨了将纳米级响应单元集成到宏观形状记忆合金（SMA）基体中的复合材料设计策略，以实现多刺激响应的超弹性与自修复功能，这对于航空航天和微机电系统（MEMS）中的动态结构至关重要。 2. 活性物质组装与软体机器人： 书中辟章讨论了活性粒子（如自驱动胶体、化学催化机器人）在复杂流体环境中的自组织行为。重点研究了如何利用这些活性材料构建自主运动的微型器件，以及在生物医学领域中，利用梯度材料实现药物的靶向释放和微创手术导航。 3. 动态共价化学与自修复机制： 我们深入探讨了动态共价键（如Diels-Alder反应、亚胺键交换）在构建可逆网络中的应用。本书不仅展示了材料如何“愈合”宏观裂纹，还深入分析了不同温度和应力条件下，修复效率与键合能之间的定量关系，这为开发具有无限使用寿命的高性能涂层和结构件奠定了理论基础。 第二部分：超越硅基的电子与量子材料 本部分着眼于下一代电子器件和信息存储技术所需的革命性材料。 1.二维（2D）材料的异质结构工程： 传统的二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的潜力已逐渐被挖掘。本书更侧重于“范德华异质结”的精确堆叠技术，即通过控制不同2D材料的层间耦合（如扭转角控制），以实现对电子带结构的人工调控。我们分析了如何利用这种异质结构构建具有非互易输运特性的新器件，例如拓扑绝缘体与铁磁材料的界面效应。 2.拓扑材料与自旋电子学： 拓扑绝缘体和拓扑半金属因其表面或边缘态的保护性导电特性而备受瞩目。本书详细介绍了拓扑材料的分类、理论预测方法，以及如何通过化学掺杂或表面修饰来打开拓扑材料的能隙，从而实现室温下的自旋电子器件，旨在克服传统CMOS技术的能耗瓶颈。 3.有机与钙钛矿光电器件的稳定性突破： 虽然有机光伏（OPV）和钙钛矿太阳能电池（PSC）效率不断攀升，但长期稳定性仍是商业化的主要障碍。本书聚焦于新型界面钝化层材料（如全氟化有机分子、金属卤化物簇）的设计，用以抑制离子迁移和界面降解。同时，我们也探讨了新型空穴传输材料（HTMs）在提升器件寿命和降低迟滞效应方面的最新进展。 第三部分：极端条件下的高性能结构与能源材料 本部分关注材料在极端环境（高温、高压、强辐射）下所需具备的非凡性能，并探索可持续能源转化的关键材料。 1.高熵合金（HEAs）的微观结构控制： 高熵合金以其无序性提供的优异强度和韧性而著称。本书不再局限于成分设计，而是深入探讨了通过快速凝固、增材制造（AM）或热变形路径对HEAs中析出相、晶界结构进行精确调控的方法，以期实现高温蠕变抗性和辐照损伤的平衡。 2.先进陶瓷基复合材料的韧化策略： 针对航空发动机和核能应用对轻质、耐热材料的需求，本书详细分析了陶瓷基复合材料（CMCs）中纤维/基体界面本征强度的调控。研究了通过预先设计界面反应层（如SiC/BN/SiC结构）来实现“准脆性”断裂机制，从而大幅提高材料的断裂韧性。 3.固态电解质与下一代电池： 锂离子电池正向固态电池演进，核心在于开发高离子电导率、高界面稳定性的固态电解质。本书深入比较了氧化物、硫化物和聚合物固态电解质的优点和瓶颈，重点介绍了原位表征技术在揭示电极/电解质界面副反应机理中的应用，以及如何通过界面工程（如原位生长保护层）来抑制锂枝晶的形成。 第四部分：计算材料学与数据驱动的发现 本书的最后一部分着眼于工具和方法论的革新，即如何利用计算能力加速材料的研发周期。 1.机器学习在材料相图预测中的应用： 阐述了如何利用高通量计算数据训练机器学习模型，以预测复杂多组元体系的稳定相图、晶体结构以及材料的宏观性能（如硬度、磁性）。书中提供了具体的案例分析，展示了如何从数百万个潜在组合中筛选出最具潜力的候选材料。 2.密度泛函理论（DFT）的局限与超越： 虽然DFT仍是基础计算工具，但本书讨论了处理长程相互作用（如范德华力）和强关联体系（如过渡金属氧化物）时的计算挑战。同时，我们介绍了基于片段或分子动力学的先进量子化学方法，这些方法在模拟复杂分子体系和催化反应机理时展现出更优的精度。 3.原位/非原位表征与数据融合： 介绍了先进的同步辐射、中子散射技术在材料服役状态下进行实时监测的能力。更重要的是，本书强调了如何将这些实验数据与计算模拟结果进行交叉验证和深度融合，建立起“理论-实验-应用”的闭环反馈系统，以实现对材料微观结构-性能关系的全面、动态理解。 本书面向材料科学、物理学、化学以及工程学领域的研究人员、博士生和资深工程师，旨在提供一个全面、深入且极具前瞻性的视角，助力读者把握材料科学领域未来十年的发展脉络。

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