化学工艺学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:潘鸿章

出品人:

页数:406

译者:

出版时间:2010-7

价格:35.80元

装帧:

isbn号码:9787040288766

丛书系列:

图书标签:

• 化学工程
• 化工原理
• 化学工艺
• 工业化学
• 过程工程
• 反应工程
• 分离工程
• 化工设备
• 传热传质
• 化工安全

《现代材料科学前沿探索》 内容提要： 本书深入探讨了当代材料科学领域最前沿的研究方向与技术突破。全书共分十五章，结构严谨，内容翔实，旨在为材料学、物理学、化学、工程技术等相关专业的学生、研究人员及工业界专业人士提供一份全面、深入且富有启发性的参考资料。本书摒弃传统材料学教科书的经典框架，聚焦于跨学科交叉、功能化、智能化三大核心主题，力求展现材料科学在解决人类面临的能源、环境、健康等重大挑战中的关键作用。 第一部分：微观结构与表征新范式 (第一章至第四章) 本部分重点介绍了理解和操控材料微观结构所依赖的先进技术和理论基础。 第一章：原子尺度的精确调控：扫描探针显微镜技术的最新进展。 本章详细阐述了高分辨透射电子显微镜（HRTEM）在原子层级成像中的局限性与突破，特别是球差校正技术如何实现对晶格缺陷和界面结构的无失真解析。同时，着重介绍了非线性光学成像技术在活体材料和动态过程研究中的应用，包括受激拉曼散射（SRS）和二次谐波一代（SHG）显微镜，它们如何揭示复杂生物材料和软物质的结构-功能关系。 第二章：高通量计算材料学与机器学习的融合。 阐述了密度泛函理论（DFT）在预测新材料性质方面的最新发展，特别是如何通过引入更精确的交换关联泛函来提高对复杂体系（如过渡金属氧化物和有机半导体）的预测精度。本章的核心在于介绍“数据驱动”的方法：如何构建和筛选高质量的材料数据库，以及如何利用深度学习模型（如图神经网络 GNNs）来加速新材料的发现过程，例如预测催化剂活性位点和优化电池电解质配方。 第三章：复杂晶体缺陷的拓扑学描述。 传统的晶体学主要关注完美的晶格结构，而本章则转向研究缺陷——如位错、孪晶界和晶界——在材料宏观性能中扮演的关键角色。通过引入拓扑不变量和非欧几何概念，本章深入分析了如何利用这些“结构异质性”来设计具有独特力学、电学或磁学特性的新型晶体材料，特别是对高熵合金（HEAs）中无序度和局域结构的量化分析。 第四章：原位与非平衡态材料表征。 强调了在真实工作条件下（高温、高压、强电场或化学反应环境）研究材料行为的重要性。本章重点介绍了同步辐射X射线衍射（XRD）和中子散射技术在实时监测相变过程中的应用，以及如何利用微秒级分辨率的瞬态吸收光谱技术来捕获电子在激发态下的能量转移路径和载流子弛豫机制，这对于理解光电器件的效率极限至关重要。 第二部分：功能材料的创新设计与合成 (第五章至第十章) 本部分集中探讨了为特定功能目标而设计的具有新颖结构的材料体系。 第五章：二维材料的异质结构构建。 详细介绍了如何通过范德华力（vdW）组装技术，将不同种类的二维材料（如石墨烯、二硫化钼 MoS2、氮化硼 h-BN）精确堆叠，构建出具有新颖电子耦合效应的“异质结”。重点分析了这些结构在电子器件中的单层隧穿效应、激子工程学以及作为新型光电探测器的潜力。 第六章：先进能源储存材料的突破。 聚焦于下一代固态电池的关键挑战。本章深入剖析了锂离子、钠离子和钾离子电池中固态电解质材料的设计原则，特别是陶瓷基和聚合物基固态电解质的界面阻抗问题。同时，探讨了金属锂负极的枝晶生长抑制策略，以及全固态电池的电化学稳定窗口扩展技术。 第七章：自修复与刺激响应型高分子材料。 本章关注智能高分子材料的设计。介绍了基于可逆共价键（如Diels-Alder反应）和超分子作用力（如氢键、金属配位）实现的材料自修复机制。同时，深入分析了如何设计对光、热、电场敏感的形状记忆聚合物，及其在微流控设备和软体机器人中的应用前景。 第八章：面向可持续发展的催化材料。 探讨了在温和条件下高效转化温室气体（如CO2还原）和利用水分解制氢的催化剂设计。重点讨论了单原子催化剂（SACs）的设计理念，如何通过精确控制金属位点与载体之间的电子相互作用来优化反应的能垒和选择性。此外，还包括了光催化剂在污染物降解中的应用。 第九章：生物相容性与组织工程支架。 这一章聚焦于材料与生命系统的深度融合。介绍了可降解高分子（如PLA, PLGA）在药物缓释系统中的应用，以及通过3D生物打印技术构建具有特定孔隙结构和机械性能的组织工程支架，以引导细胞生长和组织再生。探讨了表面功能化技术如何调控细胞粘附与分化。 第十章：拓扑绝缘体与马约拉纳费米子。 这是一个理论与实验前沿的结合。本章解释了拓扑性质在材料分类中的重要性，并详细阐述了如何通过晶格结构或界面效应来诱导出拓扑表面态。核心讨论集中在基于超导-拓扑材料界面的研究，以期实现对拓扑量子计算基础单元——马约拉纳费米子的探索与操控。 第三部分：材料系统的集成与工程化应用 (第十一章至第十五章) 本部分将目光投向如何将实验室的材料创新转化为实际可用的系统和设备。 第十一章：微纳加工技术与集成电路的材料限制。 讨论了摩尔定律的物理极限，以及如何通过新材料来克服这些限制。重点介绍了铁电体（如HfO2基）在下一代存储器（FeRAM）中的应用，以及二维材料在沟道材料和高频器件中的潜力。同时，分析了先进光刻技术（EUV）对光刻胶材料的严苛要求。 第十二章：柔性电子学中的应变工程。 探讨了如何设计具有高导电性、高稳定性和优异拉伸性的电子元件。本章介绍了基于金属纳米线、液态金属和导电高分子复合材料的柔性电极设计，以及如何通过控制应变梯度来调节材料的电子能带结构，实现“应变可调”的传感器和晶体管。 第十三章：增材制造（3D打印）中的材料科学挑战。 重点讨论了选择性激光熔化（SLM）和立体光刻（SLA）过程中，材料从粉末/液体到固态部件的复杂热力学和动力学过程。分析了如何通过优化烧结路径和粉末配方来控制最终部件的晶粒尺寸、残余应力和各向异性，特别是针对高性能金属和陶瓷的打印。 第十四章：量子点与钙钛矿光电器件的长期稳定性。 针对当前火热的量子点发光二极管（QLEDs）和钙钛矿太阳能电池，本章深入剖析了导致器件性能衰减的主要降解机制，如水氧侵蚀、离子迁移和激子猝灭。提出了一系列材料工程策略，包括界面钝化层的设计、封装技术优化以及新型无铅替代材料的探索。 第十五章：复杂系统的多尺度建模与预测性维护。 本章作为总结与展望，强调了将材料科学与系统工程相结合的必要性。介绍了如何利用数字孪生（Digital Twin）的概念，集成多尺度的实验数据和模拟结果，对关键服役材料（如航空发动机叶片、核反应堆组件）的疲劳寿命和服役可靠性进行高精度预测，从而实现基于状态的预测性维护。 本书特色： 本书结构覆盖了从原子到系统层面的完整材料科学链条，强调了计算模拟与先进实验手段的协同作用。语言力求精准严谨，注重前沿理论的阐述，并紧密结合工业应用实例，是理解21世纪材料科学发展方向的必备参考书。

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