互换性与测量技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学

作者:张信群 编

出品人:

页数:199

译者:

出版时间:2010-5

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787512400856

丛书系列:

图书标签:

• 互换性
• 测量技术
• 机械工程
• 制造工程
• 精密工程
• 计量学
• 误差分析
• 质量控制
• 标准件
• 公差配合

《材料科学前沿与应用》图书简介 第一章：导论：新材料时代的机遇与挑战 本书旨在为材料科学领域的科研人员、工程师及高年级学生提供一个全面而深入的视角，聚焦于当前全球材料研究的最新进展、关键技术瓶颈以及未来发展趋势。我们正处于一个由新材料驱动的科技革命的浪潮之中，从能源存储到生物医学，从信息技术到土木工程，材料的创新是推动这些领域实现跨越式发展的核心动力。 本章首先回顾了二十世纪材料科学的经典理论框架，如相图学、晶体学基础以及形变与断裂的基本原理。在此基础上，我们将重点探讨进入21世纪以来，材料研究范式发生的深刻转变——从传统的试错法向基于第一性原理的计算模拟和高通量实验方法的演进。我们详细分析了全球主要国家在战略性新材料研发方面的布局，阐述了诸如可持续性、智能化和极端环境适应性等新兴需求对材料设计提出的新要求。 此外，本章还讨论了材料科学研究中日益重要的交叉学科属性。材料的性能不再仅仅由其化学成分决定，其微观结构、表面特性以及与外部环境的动态交互作用，都成为了设计和优化材料的关键维度。我们强调了计算材料学（Computational Materials Science）在加速新材料发现过程中的作用，包括密度泛函理论（DFT）的应用、分子动力学模拟（MD）在原子尺度行为预测上的优势，以及机器学习（Machine Learning）在处理复杂高维材料数据空间中的潜力。 第二章：先进功能材料的突破 本章深入探讨了近年来在电子、光子和磁性材料领域取得的重大进展。 2.1 拓扑材料的物理特性与器件应用：拓扑绝缘体和拓扑半金属因其独特的表面态电子结构而受到广泛关注。我们详细解析了时间反演对称性保护的表面态如何实现无耗散的电子输运，并探讨了它们在低功耗电子器件和量子计算领域（如马约拉纳费米子）的应用前景。 2.2 新型能源转换材料：聚焦于光伏和电化学领域。在光伏方面，钙钛矿材料以其优异的光吸收系数和低成本制备潜力成为研究热点，本节分析了其稳定性挑战及其界面工程的解决方案。在储能方面，我们比较了固态电解质的离子导电机制、界面阻抗问题，以及锂硫、钠离子电池正极材料的容量衰减机理。 2.3 智能响应材料：讨论了形状记忆合金、压电材料和电活性聚合物的最新发展。重点分析了如何通过调控材料的晶体结构或分子链排列，实现对温度、应力、电场或光照的快速、可逆响应。这些材料是开发自修复结构、柔性电子设备和精密传感器的基础。 第三章：结构材料的极致性能探索 结构材料的进步直接关系到航空航天、先进制造和土木工程的安全性和效率。本章侧重于提升材料的强度、韧性、抗疲劳性和耐高温性能。 3.1 高熵合金（HEAs）的设计原理与挑战：高熵合金因其复杂结构和显著的“高熵效应”而展现出非凡的力学性能。我们深入研究了其微观结构演化，如有序相的析出、变形孪晶和位错运动的复杂机制。同时，讨论了如何利用CALPHAD方法和高通量筛选来指导HEAs的成分设计。 3.2 纳米结构金属与复合材料：探讨了通过晶粒细化、 Hall-Petch 关系失效区域的探索，以及梯度结构材料的制备技术。重点分析了界面工程在增强金属基复合材料（如碳纳米管/石墨烯增强的金属基体）中的关键作用，包括界面脱粘与载荷传递效率的优化。 3.3 超高温陶瓷与耐热合金：针对极端工作环境，本章详述了单晶高温合金的微观强化机制（如γ/γ′相的析出与粗化行为），以及新型陶瓷基复合材料（CMCs）在抗热震性、抗氧化性方面的进步，特别是其断裂韧性的提高策略。 第四章：材料的表征与原位科学 材料科学的进步离不开先进的表征手段。本章聚焦于如何获取材料在不同尺度、不同条件下的真实结构信息。 4.1 电子显微学技术的深化应用：超越传统的形貌观察，本章重点介绍球差校正透射电镜（STEM）在原子分辨率成像和元素分析上的突破，如EELS和EDS的空间分辨能力的提升。同时，探讨了同步辐射光源在X射线吸收谱（XAS）和X射线衍射（XRD）中揭示电子态和晶格畸变的应用。 4.2 原位（In-situ）与加速（Operando）表征：这是理解材料动态行为的核心。我们详细阐述了在受控环境下（加热、加载、电化学反应中）同步进行微观结构演化监测的技术，包括原位TEM、原位拉伸-XRD等。这使得研究人员能够捕捉到材料在发生相变、断裂或电化学循环过程中的瞬态结构变化。 4.3 机器学习在数据分析中的整合：讨论了如何利用深度学习模型来处理和解释由高通量实验和模拟产生的大型数据集，从而实现对实验结果的快速分类、性能预测和结构-性能关系的自动提取，加速材料的设计循环。 第五章：可持续材料与绿色制造 面对全球环境挑战，开发环境友好型材料和实现绿色制造是未来材料科学的重要方向。 5.1 生物基与可降解聚合物：分析了从可再生资源中提取聚合物的化学路径，并探讨了聚合物在特定环境（如土壤、水体）下的降解动力学和机理。重点讨论了如何平衡其机械性能与生物降解速率之间的矛盾。 5.2 循环经济与材料回收：关注复杂废弃物（如锂离子电池、电子废弃物）中关键元素的有效分离和纯化技术，特别是湿法冶金和火法冶金的新工艺改进，以提高稀有金属的回收率和经济性。 5.3 增材制造（3D打印）中的材料挑战：增材制造对材料提出了独特的性能要求。本章探讨了如何利用定向能量沉积（DED）或粉末床熔融（PBF）过程中快速凝固和极端热梯度对材料微观结构（如晶粒取向、缺陷分布）的独特影响，并研究如何通过工艺参数控制来优化最终部件的宏观性能。 本书内容聚焦于新材料体系的物理化学基础、先进表征技术以及面向未来挑战的应用探索，旨在推动材料科学研究进入一个更智能、更可持续的阶段。

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