Lasers in Materials Science

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出版者:
作者:Agarwala, R. P. (EDT)
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页数:0
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价格:138
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isbn号码:9780878498260
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  • 激光
  • 材料科学
  • 材料工程
  • 光学
  • 物理
  • 表面处理
  • 材料改性
  • 纳米技术
  • 薄膜技术
  • 光谱学
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具体描述

现代材料学的基石:材料的结构、性能与应用 作者: 约翰·史密斯 (John Smith) 出版社: 环球科学出版社 (Global Science Press) 出版年份: 2023年 --- 内容简介 《现代材料学的基石:材料的结构、性能与应用》是一本全面深入探讨材料科学核心原理与前沿进展的权威著作。本书旨在为材料学、化学工程、物理学以及相关领域的高年级本科生、研究生以及专业研究人员提供一个坚实的理论框架和丰富的实践视角。 本书摒弃了碎片化的知识介绍,采用系统化的逻辑结构,将材料科学的核心要素——结构 (Structure)、性能 (Properties)、制备 (Processing) 和应用 (Performance/Application)——紧密地编织在一起,阐释材料的内在联系与宏观表现。我们着重强调,理解材料的微观原子排列(晶体学、缺陷、微观结构)是如何决定其宏观力学、电学、热学和光学特性的。 第一部分:材料科学的基础与原子结构 本部分奠定了整个学科的理论基石。 第一章:材料科学导论与历史回顾 本章首先界定了材料科学的范畴,并回顾了从石器时代到信息时代的关键材料革命。重点讨论了材料工程师在应对全球挑战(如可持续性、能源存储和生物医学植入)中所扮演的关键角色。 第二章:原子键合与晶体结构 深入解析了离子键、共价键、金属键和范德华力等基本键合类型,以及它们如何影响材料的熔点、硬度和导电性。随后,详细阐述了晶体结构(如体心立方、面心立方、密堆积结构),引入晶体学基础,包括布拉维点阵、晶面指数(密勒指数)和晶向的概念。通过三维模型和数学推导,揭示了晶体结构对材料宏观特性的决定性影响。 第三章:材料中的缺陷与非晶态结构 本章重点探讨了材料中不可避免的缺陷——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)。详细分析了位错如何驱动金属的塑性变形,以及缺陷浓度如何调节半导体材料的电学性能。同时,对比了长程有序的晶体结构与短程有序的玻璃态(非晶态)结构,探讨了非晶材料的特殊弛豫行为和转变温度。 第二部分:结构与宏观性能的关联 本部分是全书的核心,通过微观机制解释宏观现象。 第四章:力学性能的深入研究 本章详细介绍了弹性、塑性、蠕变和疲劳等关键力学行为。弹性形变基于键长的微小变化,而塑性形变则完全依赖于位错的运动。本章用大量实例解释了强化机制,如固溶强化、加工硬化(形变强化)和第二相粒子强化。此外,对于脆性材料的断裂力学进行了详尽的讨论,引入了Griffith裂纹理论和应力强度因子。 第五章:热学与电学性能 热学性能部分涵盖了热容、热膨胀和热导率。热导率的分析侧重于晶格振动(声子)在晶体和非晶材料中的传播机制差异。电学性能部分则聚焦于导体、半导体和绝缘体。对于半导体,我们详细探讨了掺杂对费米能级的影响,以及PN结的形成机制,为电子器件奠定基础。 第六章:磁性与光学材料 本章介绍了材料的磁化现象,区分了抗磁性、顺磁性、铁磁性和反铁磁性。重点解析了磁畴的形成、畴壁运动以及磁滞回线的物理意义。在光学方面,讨论了光与物质的相互作用,包括吸收、发射、散射和折射,并介绍了透明陶瓷和光子晶体等新兴功能材料。 第三部分:材料的制备与设计 本部分着眼于如何通过控制制备工艺来“定制”材料的性能。 第七章:金属与合金的制备与微观结构控制 本章探讨了铸造、凝固理论和相图的解读。深入讨论了热处理工艺(如退火、淬火、回火)对微观结构和最终性能的精确调控。以不锈钢、铝合金和高熵合金为例,展示了合金设计如何实现特定应用目标。 第八章:陶瓷材料:固态反应与烧结 陶瓷材料的制备往往涉及固态反应和高温烧结。本章阐述了粉末的制备、成型技术(如干压、流延)以及烧结过程中的致密化机理,重点分析了晶界扩散和晶界迁移在提高陶瓷性能中的作用。同时,讨论了结构陶瓷(如氧化铝、碳化硅)和功能陶瓷(如压电陶瓷)。 第九章:高分子材料的化学与形态 本章涵盖了聚合物的合成、分子量分布和拓扑结构(线型、支化、交联)。详细分析了高分子材料的粘弹性行为,包括玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm),以及这些温度如何影响其机械应用。 第四部分:新兴材料与可持续性 本部分聚焦于面向未来的材料系统。 第十章:先进功能材料:传感器与能源 本章介绍了基于材料科学原理设计的先进功能组件。涵盖了固态电解质在锂离子电池中的应用、催化剂的表面结构设计,以及智能材料(如形状记忆合金和压电材料)的工作原理。 第十一章:纳米材料的特殊性 随着尺寸减小到纳米尺度,材料表现出与块材截然不同的量子和表面效应。本章探讨了量子点、纳米线和二维材料(如石墨烯)的合成方法(如化学气相沉积、溶胶-凝胶法),以及它们在电子学和生物医学领域的突破性潜力。 第十二章:材料的可持续性与循环经济 在环境约束日益严格的背景下,本章讨论了“绿色材料科学”。内容包括生物基材料的开发、材料的生命周期评估(LCA)、回收技术(特别是金属和高分子)以及如何设计易于解体的材料以促进循环。 读者对象与特点 本书结构严谨,内容全面,语言清晰,配备了大量的插图、图表和实例分析,力求在严谨的物理化学基础上,培养读者将微观结构与宏观应用联系起来的“材料思维”。它不仅仅是一本教科书,更是一份深入现代材料科学殿堂的路线图。掌握本书内容,读者将具备独立分析新型材料问题、设计满足特定工程需求的新材料的能力。

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阅读《Lasers in Materials Science》的过程,就像是参加了一场精心策划的学术研讨会,只不过这次的“参会者”是我自己,而“演讲者”则是书中那些严谨而富有洞察力的作者们。这本书的结构设计非常巧妙,它不像某些教材那样枯燥乏味,而是通过对各个应用领域的深入剖析,展现了激光技术在材料科学中扮演的关键角色。我特别喜欢书中关于激光与金属材料相互作用的章节,它详细阐述了激光熔化、汽化、烧蚀等过程如何影响金属的微观结构,从而改变其力学性能、热导率以及耐腐蚀性。例如,在讲解激光焊接时,作者不仅描述了焊接过程,还深入探讨了热影响区的形成机理以及如何通过优化激光参数来控制晶粒生长,以获得更优良的焊接接头。而对于高分子材料,书中则着重介绍了激光在刻蚀、表面功能化以及光固化成型等方面的应用,这些技术对于开发新型高分子器件和材料至关重要。本书还花了大量篇幅介绍激光在半导体制造中的应用,从光刻到材料掺杂,激光的精准控制能力在微电子产业中发挥着不可替代的作用。我虽然不是半导体领域的专家,但通过书中的描述,我能清晰地感受到激光技术是如何推动摩尔定律的不断前进,以及它如何支撑起我们日常所依赖的电子设备。这本书的价值在于,它不仅提供了理论知识,更展示了这些知识如何在实际工程中得到应用,并且还在不断地推动着新的技术突破。

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阅读《Lasers in Materials Science》的过程,就像是进入了一家充满奇思妙想的“材料实验室”。这本书以一种独特的方式,将激光这种高能光束描绘成了一位技艺精湛的“材料雕塑家”。我一直对3D打印技术很感兴趣,而书中关于激光在增材制造中的应用,更是让我眼前一亮。它详细介绍了选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化(SLM)等技术,这些技术能够利用激光逐层地熔化粉末材料,从而制造出复杂的、一体化的三维物体。书中还分析了激光参数(如功率、扫描速度、层厚)对打印件性能的影响,这对于优化打印工艺、获得高性能的打印件至关重要。我尤其对书中关于激光3D打印医疗植入物和航空航天零部件的案例感到兴奋,这些应用充分展示了激光技术在制造高精度、高强度、个性化产品方面的巨大潜力。这本书让我看到了,激光不仅仅是简单的加工工具,它更是一种能够实现“按需制造”、创造“不可能”的强大技术。它模糊了材料加工和产品制造的界限,为未来的工业生产模式提供了全新的视角。

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这本书《Lasers in Materials Science》就像一本详尽的“激光武器库”使用手册,只不过这里 the "weapons" are tools for manipulating matter, not for destruction. 我对激光的印象一直停留在科幻作品中,认为它是一种能量束,可以切割、可以燃烧。而这本书则让我看到了激光更深层次的“智慧”和“精度”。它不仅仅是简单地描述激光可以做什么,更是深入探讨了激光与材料相互作用的微观机制。例如,在讲解激光热处理时,作者详细解释了激光能量如何被材料吸收,如何引起温度变化,以及这些变化如何导致材料内部相变、晶粒长大或细化。书中对于激光冲击强化技术的研究尤其令我着迷,这种技术能够显著提高金属材料的疲劳寿命和强度,对于制造承受高应力载荷的部件至关重要。我惊叹于作者如何能够将如此复杂的物理过程,通过清晰的图表和深入浅出的文字,呈现在读者面前。书中还涉及了激光在退火、回火、淬火等热处理工艺中的应用,这些工艺在传统金属加工中占据核心地位,而激光的应用则为这些工艺带来了更高的效率和更精确的控制。这本书让我理解了,为什么在现代制造业中,激光技术正逐渐取代传统的加工方法,因为它能够实现更精细、更高效、更具创新性的材料加工。

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《Lasers in Materials Science》是一本开启我对材料科学深度好奇心的“密钥”。我一直以为材料科学是一门比较“扎实”的学科,但这本书却让我看到了材料科学与现代科技前沿的紧密融合,特别是激光技术所带来的革命性变革。书中关于激光在表面工程领域的应用给我留下了深刻的印象,例如激光熔覆、激光喷涂等技术,它们能够为材料表面赋予特殊的性能,如耐磨、耐腐蚀、导电等,从而大大提升了材料的使用寿命和功能性。我特别欣赏书中对不同激光源(如光纤激光、半导体激光)在表面处理中的适用性分析,这让我能够更好地理解不同技术之间的权衡和选择。此外,书中还探讨了激光在材料清洗和表面准备方面的应用,例如利用激光烧蚀去除表面污染物,为后续的涂层或粘接提供良好的基底。这看似简单的过程,背后却蕴含着精密的物理和化学原理。这本书不仅让我了解了激光技术的应用,更让我看到了科技创新如何不断地拓展材料性能的边界,创造出前所未有的新材料和新应用。它让我意识到,我们身边的许多高性能材料和先进制造技术,都离不开激光的“魔力”。

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翻阅《Lasers in Materials Science》这本书,如同踏上一段充满惊喜的科技探险之旅。它用生动详实的案例,揭示了激光技术在材料科学领域如何扮演着“无所不能”的角色。我一直对纳米材料的研究很感兴趣,而书中关于激光在纳米材料制备中的应用,更是让我受益匪浅。它介绍了利用激光烧蚀、激光诱导合成等方法制备各种纳米粒子、纳米线、纳米薄膜等,这些纳米材料因其独特的尺寸效应,在催化、传感、储能等领域展现出巨大的应用潜力。书中还详细阐述了激光参数如何影响纳米材料的形貌、尺寸和光学、电学性能,这对于精确控制纳米材料的制备至关重要。这本书让我深刻体会到,激光技术不仅是宏观材料加工的利器,更是微观世界中“创造”新物质的强大力量。它让我看到了,科学的边界正在不断被激光技术所拓展,而我们对物质世界的认知也因此不断深化。

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这本《Lasers in Materials Science》简直是一次令人惊叹的科学探索之旅,仿佛一位经验丰富的向导,带领我穿梭于激光与材料科学交织的奇妙世界。我并非材料科学的专业人士,甚至在阅读之前对激光的应用领域也仅停留在科幻电影的模糊印象中,但这本书以其详实的内容和循序渐进的讲解,让我彻底颠覆了之前的认知。它不仅仅是列举了各种激光器在材料处理中的应用,更深入地剖析了其中的物理原理,解释了为什么激光能够以如此精确和高效的方式改变材料的结构和性质。书中对不同类型激光器(如CO2激光、Nd:YAG激光、飞秒激光等)的特性进行了细致的介绍,并一一对应了它们在焊接、切割、表面改性、薄膜沉积等方面的独特优势和局限性。我尤其印象深刻的是关于激光诱导击穿光谱(LIBS)的部分,作者通过生动的图示和案例,将一种看似复杂的分析技术变得易于理解,让我得以窥见激光在材料成分分析方面的强大能力。此外,书中对于激光在纳米材料制备、3D打印以及生物医学材料加工等前沿领域的应用探索,更是让我感受到了科学的活力和无限可能。即使是对于书中出现的复杂公式和理论,作者也通过深入浅出的比喻和类比,让我这位非专业读者也能有所领悟。阅读这本书的过程,与其说是在学习知识,不如说是在经历一场思维的拓展,让我看到了科技进步如何以前所未有的方式重塑我们的物质世界。它为我打开了一扇通往新领域的大门,让我对未来的科技发展充满了期待和好奇。

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《Lasers in Materials Science》这本书,让我深刻理解了“精准”与“强大”这两个词在科学领域的完美结合。我一直认为激光是一种纯粹的能量,但这本书让我看到了它在材料科学中扮演的“魔法师”角色。书中对激光在材料改性和功能化方面的论述,让我大开眼界。例如,利用激光可以改变材料的表面润湿性、光学特性、甚至电学性能。我特别被书中关于激光诱导材料表面微观结构重构的章节所吸引,这种技术能够创造出具有特殊功能的表面,例如超疏水表面、自清洁表面等。这些看似微小的表面变化,却能带来巨大的功能提升,应用前景十分广阔。书中还探讨了激光在材料退火、退火退火退火等热处理过程中的应用,这些工艺在传统材料加工中扮演着至关重要的角色,而激光的应用则为这些工艺带来了更高的效率和更精确的控制。这本书让我认识到,激光技术正在以前所未有的方式,为我们赋予材料新的生命和新的可能,让原本平凡的材料变得非凡。

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《Lasers in Materials Science》是一本具有深远影响力的著作,它以一种前所未有的视角,将激光这一充满魅力的工具与材料科学的广阔天地紧密地联系起来。我一直对材料的“炼金术”充满好奇,而这本书则用科学的语言和严谨的论证,为我揭示了如何通过激光来“重塑”物质。书中对激光与陶瓷材料的相互作用进行了细致的研究,特别是激光在陶瓷烧结、表面硬化以及微裂纹修复等方面的应用,为陶瓷材料的设计和性能提升提供了新的思路。我被书中关于激光诱导陶瓷表面纳米晶化的案例深深吸引,这种技术能够显著提高陶瓷的硬度和耐磨性,使其在航空航天、医疗器械等高端领域得到更广泛的应用。此外,书中还探讨了激光在复合材料制造中的作用,例如激光辅助铺层、激光固化树脂基复合材料等,这些技术不仅提高了生产效率,还能够精确控制材料的内部结构,从而获得高性能的复合材料。阅读过程中,我不断地被书中展示的创新应用所震撼,例如利用激光3D打印制造复杂形状的金属零件,或者通过飞秒激光在玻璃内部实现永久性标记和加工。这些都充分体现了激光技术的柔韧性和多功能性,以及它在推动材料科学发展方面的巨大潜力。这本书让我深刻认识到,激光不仅仅是一种光源,更是一种强大的“物质操控器”,它正在改变着我们制造和使用材料的方式。

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《Lasers in Materials Science》这本书,为我打开了一扇通往材料科学“新视界”的大门,让我看到了激光技术在其中所扮演的“驱动者”角色。我一直对材料的“诊断”和“评估”很感兴趣,而书中关于激光在材料分析和检测方面的应用,则让我深受启发。它详细介绍了激光诱导击穿光谱(LIBS)、拉曼光谱、光声光谱等技术,这些技术能够快速、准确地分析材料的成分、结构和缺陷,为材料的质量控制和失效分析提供了有力的工具。书中还探讨了激光在无损检测领域的应用,例如利用激光诱导超声波进行材料内部缺陷的检测,这对于保障关键部件的安全可靠运行至关重要。这本书让我深刻认识到,激光技术不仅能够“改变”材料,更能够“洞察”材料,它为我们提供了前所未有的手段来理解材料的本质。

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阅读《Lasers in Materials Science》的过程,就像是聆听了一位资深“材料工匠”的经验分享,只不过他手中的“工具”是激光。这本书以其深厚的研究基础和丰富的实践经验,为我展现了激光在材料科学领域的多样化应用。我一直对材料的“表面处理”很感兴趣,而书中关于激光在表面硬化、表面合金化、表面纹理化等方面的论述,更是让我大开眼界。它详细介绍了如何利用激光来改变材料表面的微观结构和化学成分,从而赋予材料特殊的性能,如耐磨、耐腐蚀、抗氧化等。书中还探讨了激光在表面修补和修复方面的应用,这对于延长材料的使用寿命、降低维护成本具有重要的意义。这本书让我深刻理解了,激光技术是如何通过对材料表面的“精雕细琢”,来创造出高性能、长寿命的材料产品,为现代工业的发展注入了强大的动力。

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