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出版者:

作者:Brandt, A. M.

出品人:

页数:544

译者:

出版时间:2009-2

价格:$ 237.24

装帧:

isbn号码:9780415409094

丛书系列:

图书标签:

• 水泥基复合材料
• 混凝土
• 材料科学
• 土木工程
• 结构工程
• 耐久性
• 高性能混凝土
• 水泥化学
• 建筑材料
• 复合材料

探索建筑与工程材料的未来：《先进结构与功能材料的突破》 书籍简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，聚焦于当前工程科学与材料领域的前沿发展，尤其侧重于那些推动结构效率、环境可持续性以及功能集成化的创新材料体系。我们不再局限于传统的、以单一基体为主导的材料范畴，而是将目光投向跨学科交叉领域——纳米技术、生物启发材料、智能响应系统以及极端环境下的高性能应用。 《先进结构与功能材料的突破》是一部面向结构工程师、材料科学家、土木工程专业研究人员以及高新技术产业从业者的高级参考著作。它综合了理论基础、实验验证以及实际应用案例，旨在揭示下一代材料如何重塑基础设施、航空航天、能源存储乃至生物医学设备的潜力。 --- 第一部分：结构性能的重新定义与超材料的应用 本部分着重探讨了如何通过精妙的微观结构设计，实现宏观力学性能的飞跃，并引入了超材料（Metamaterials）的概念及其在工程中的应用。 第一章：晶体塑性与多尺度建模 我们深入分析了晶体材料在复杂应力状态下的变形机制，特别是位错动力学在疲劳和蠕变过程中的作用。本章详细阐述了从原子尺度（分子动力学模拟）到宏观尺度（有限元分析）的有效耦合方法。讨论的重点在于如何利用晶体塑性模型预测复杂加工过程（如轧制、锻造）对最终部件性能的影响，尤其关注具有高度织构材料的各向异性力学响应。我们探讨了先进的电子显微镜技术如何用于验证和校准这些多尺度模型。 第二章：超材料与负刚度设计 超材料的概念突破了自然界材料的限制，通过精确设计的周期性结构单元（Subwavelength Structures），实现了对波（电磁波、声波、机械波）前所未有的控制。本章详细介绍了机械超材料的设计原理，特别是如何构造具有负泊松比（拉胀材料）、负模量或可编程刚度的结构。我们探讨了三维打印技术如何成为实现复杂超材料结构的使能技术，并分析了它们在振动隔离、冲击吸收以及超透镜制造中的潜在应用。 第三章：纤维增强复合材料的高级界面工程 虽然纤维增强复合材料是成熟的技术，但本章聚焦于界面（Interphase）工程的最新进展。重点分析了界面化学改性、表面功能化涂层以及纳米粒子在增强界面韧性和提高载荷传递效率中的作用。我们探讨了不同铺层设计（如非正交铺层、3D编织）对复合材料抗层合、抗剪切性能的影响，并讨论了原位损伤监测技术（如声发射、光纤传感）在评估界面失效机制中的应用。 --- 第二部分：环境响应性与可持续性创新 在面对全球气候变化和资源约束的挑战下，材料科学必须向更智能、更绿色的方向发展。本部分关注具有环境响应能力的材料以及实现循环经济的途径。 第四章：自修复与形状记忆合金系统 自修复材料的概念旨在赋予材料“生命力”，使其在遭受微裂纹或损伤后能自动恢复功能。本章详细介绍了基于微胶囊释放、可逆化学键（如Diels-Alder反应）以及热诱导聚合物网络重构的修复机制。此外，我们对镍钛（NiTi）及其合金中的马氏体相变和双程形状记忆效应进行了深入分析，讨论了它们在可部署结构、医疗器械以及高效执行器中的应用。 第五章：绿色无机材料与低碳足迹 本部分探讨了如何减少传统建筑和结构材料生产过程中的碳排放。我们研究了地质聚合物（Geopolymers）的化学激活机制及其替代波特兰水泥的潜力，重点分析了原材料的选择（如粉煤灰、矿渣）对最终力学性能和耐久性的影响。同时，还涵盖了生物基聚合物在结构应用中的可行性研究，包括其水解稳定性、抗紫外线老化性能以及复合化潜力。 第六章：能源存储材料的结构集成 本章探讨了将储能功能直接集成到结构载体中的“结构储能”概念。我们分析了固态电解质的离子导电机制、界面阻抗的控制，以及如何在复合材料基体中均匀分散活性电极材料。讨论对象包括高比能量的锂硫电池、钠离子电池的结构优化，以及用于轻量化交通工具的集成式电池包设计。 --- 第三部分：极端环境下的功能材料与先进制造 材料的性能往往在极端条件（高温、高压、强辐射或腐蚀性介质）下暴露其局限性。本部分聚焦于能够承受这些挑战的特种材料，并考察了增材制造如何推动其发展。 第七章：耐高温与抗氧化涂层技术 在航空发动机、核反应堆和燃气轮机等领域，材料必须在极高温度下保持结构完整性。本章深入探讨了热障涂层（TBCs）的微观结构设计，特别是对氧化锆基陶瓷的相稳定性和热物理性能的优化。我们研究了多层涂层系统在热循环条件下的界面粘结失效模式，并介绍了化学气相沉积（CVD）和等离子喷涂技术在实现高可靠性涂层方面的最新进展。 第八章：增材制造（AM）对材料微观结构的影响 增材制造，特别是激光粉末床熔融（LPBF）和电子束熔炼（EBM），正在改变我们制造复杂部件的方式。本章的核心在于理解增材制造过程中快速加热和冷却速率对材料微观结构（晶粒尺寸、残余应力、缺陷分布）的独特影响。我们详细分析了定向凝固、再熔池动力学，以及如何通过优化工艺参数来控制晶粒生长，从而实现各向异性可控的力学性能。 第九章：辐射防护与轻质防护材料 本章关注于在核工业和航天领域对辐射屏蔽的需求。我们分析了高原子序数元素在吸收伽马射线中的作用，以及氢化材料在慢化中子方面的优势。此外，我们还考察了通过孔隙结构或梯度材料设计来提高材料在特定能量范围内的屏蔽效率，并讨论了如何平衡防护性能与结构自重之间的矛盾。 --- 总结与展望 本书的最终目标是激励读者超越现有的材料范式，将对材料的理解从“被动承载者”转变为“主动功能执行者”。通过对多尺度模拟、先进制造以及跨学科集成的深入剖析，我们相信读者将能更好地驾驭下一波材料创新浪潮，为构建更安全、更高效、更可持续的未来世界提供坚实的材料基础。本书不仅是对现有知识的梳理，更是对未来十年材料科学发展方向的有力预测与指引。

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