具体描述
This book contains papers presented at the Second International Conference on Solid State Science and Technology 2006, ICSSST 2006, a three-day conference on solid state science and technology. The conference provides a forum for the exchange of knowledge in a highly interdisciplinary field and brings together scientists working in academic and applied research in the field of solid state science and technology.
《新材料科学与工程导论》 内容简介 本书旨在为材料科学与工程领域的初学者提供一个全面且深入的入门指南。它涵盖了从基础理论到前沿应用的广泛内容，旨在培养读者对材料世界的系统性认识和批判性思维能力。全书结构清晰，逻辑严谨，力求在严谨的科学性与生动的案例分析之间取得平衡。 第一部分：材料科学基础 本部分将材料科学的基础理论框架搭建起来，为后续深入学习打下坚实基础。 第一章：材料的分类与结构 材料是人类文明进步的物质基础。本章首先介绍材料的宏观分类，包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料以及新型功能材料。我们将探讨每类材料的基本特征、优缺点及其典型应用场景。随后，深入剖析材料的微观结构，这是理解材料性能的关键。重点讨论晶体结构、晶格缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）及其对材料力学性能、电学性能和热学性能的影响。晶体结构部分的介绍将辅以大量的晶体学图示和对称性分析，帮助读者建立直观的空间想象。 第二章：原子键合与晶体结构热力学 材料的性能源于其内部的原子间作用力。本章详细阐述主要的化学键类型：离子键、共价键、金属键和范德华力。通过比较不同键合类型的能量特征和空间分布，解释材料的宏观性质（如熔点、硬度）如何从原子层面涌现出来。随后，引入晶体结构的热力学基础，包括晶格能、晶格振动及其对材料热容的影响。我们将探讨相图理论，重点解析二元合金体系的相平衡条件、相变过程（如共晶、共析）及其在材料设计中的重要性。 第三章：材料的微观形貌与表征技术 要理解材料，必须能够“看”到它的微观世界。本章集中介绍用于观察和分析材料内部结构的现代表征技术。首先介绍光学显微镜（OM）的基本原理、样品制备流程以及图像分析方法。接着，深入探讨电子显微技术，包括扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。重点分析 SEM 的成像模式（如背散射电子、二次电子）和能谱分析（EDS）在元素定性定量分析中的应用。对于 TEM，将详细讲解高分辨率 TEM（HRTEM）在晶体界面和晶格缺陷成像中的能力。此外，还将介绍 X 射线衍射（XRD）在确定晶相和晶粒尺寸方面的核心作用，以及原子力显微镜（AFM）在表面形貌研究中的独特优势。 第二部分：材料性能与加工 本部分将理论知识应用于实际工程问题，探讨材料如何在外力、热、电、磁等作用下表现出特定的性能，以及如何通过加工手段来优化这些性能。 第四章：金属材料的力学行为 金属材料是工程中最广泛使用的材料之一。本章聚焦于金属的力学性能。首先，详细讲解应力与应变的概念，以及弹性变形和塑性变形的本质区别。塑性变形部分，将围绕位错理论展开，阐述位错的产生、运动及其如何导致金属的加工硬化、蠕变和应力松弛。我们还将分析不同类型的拉伸、压缩、弯曲和扭转试验，解释屈服强度、抗拉强度、韧性与脆性断裂判据（如应力强度因子、断裂韧性 $K_{IC}$）。疲劳和断裂是结构安全的关键，本章将详述疲劳裂纹的萌生、扩展机制以及S-N曲线的意义。 第五章：陶瓷与高分子材料的特性 陶瓷和高分子材料因其独特的结构，展现出与金属截然不同的性能。 陶瓷部分： 重点分析离子键和共价键主导的陶瓷材料的固有脆性、高硬度和耐高温特性。讨论氧化物、非氧化物陶瓷的结构特点，及其在高温、腐蚀环境下的失效模式。 高分子部分： 介绍高分子的链结构、构象和分子量对性能的决定性影响。详细阐述粘弹性行为，如玻璃化转变温度（$T_g$）和熔点（$T_m$）的概念，以及高分子材料的拉伸、蠕变和老化现象。 第六章：材料的热学与电学性能 本章探讨材料在热能和电能驱动下的响应。在热学方面，区分热传导（晶格振动与自由电子）和热膨胀，并分析热导率在热管理系统中的重要性。在电学方面，根据材料的能带结构，系统地分类导体、半导体和绝缘体。对于半导体，深入探讨本征半导体、杂质半导体（N型和P型）的载流子浓度、迁移率及其温度依赖性，为器件应用奠定理论基础。此外，还将简要介绍铁电、压电和磁性材料的基本物理机制。 第七章：材料的加工与制造工艺基础 材料的最终性能往往由其加工历史决定。本章概述主要的材料加工方法。在金属加工方面，涵盖铸造、塑性成形（锻造、轧制、挤压）和连接技术（焊接、钎焊）。在陶瓷和高分子加工方面，着重介绍粉末冶金技术、烧结过程的致密化机制，以及高分子注射成型、挤出等工艺。强调“过程-结构-性能”之间的耦合关系，例如，快速凝固对晶粒细化和非平衡相形成的影响。 第三部分：前沿应用与可持续性 本部分将视角扩展到当代材料科学的热点领域和可持续发展议题。 第八章：功能材料与纳米技术 现代工程越来越依赖于具有特定功能的材料。本章介绍几个关键的功能材料领域：光电材料（如LED、太阳能电池中的半导体材料）、智能材料（如形状记忆合金、压电传感器）以及先进磁性材料。随后，聚焦于纳米材料的独特性能。探讨尺寸效应如何改变材料的力学、光学和催化性能，并介绍薄膜沉积、纳米颗粒合成等关键制备技术。 第九章：复合材料与界面工程 复合材料通过组合不同材料的优点来克服单一材料的局限性。本章深入分析纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料的力学性能模型，特别是对界面（基体与增强体之间的连接）强度的关注。讲解碳纤维增强环氧树补强材料（CFRP）和金属基复合材料（MMC）的设计原则和典型应用。 第十章：材料的失效、评估与可持续性 本章讨论材料在实际使用中可能遇到的各种失效模式，如腐蚀、磨损和疲劳，并介绍如何通过材料选择和设计防护涂层来延长使用寿命。最后，引入材料科学在可持续发展中的角色，包括可再生材料的开发、材料的循环利用（回收技术）以及生命周期评估（LCA）的基本概念，倡导绿色材料工程理念。 结语： 本书内容丰富，理论与实践紧密结合，适合作为大学本科生、研究生入门材料科学与工程专业的教材或参考书。通过学习本书，读者将具备分析和解决实际工程材料问题的基本能力，并对未来材料科学的发展方向有所洞察。
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