材料学导论

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出版者:河北大学出版社
作者:张留成
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1999-05-01
价格:28.0
装帧:
isbn号码:9787810285292
丛书系列:
图书标签:
  • 材料学
  • 材料科学
  • 工程材料
  • 材料导论
  • 金属材料
  • 高分子材料
  • 陶瓷材料
  • 复合材料
  • 材料性能
  • 材料应用
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具体描述

书籍名称:《材料科学的宏伟蓝图:从原子到宏观结构的演进与应用》 书籍简介 本书旨在为材料科学领域的初学者和有志于深入研究的专业人士提供一个全面、深入且具有前瞻性的导论。我们摒弃了传统教材中常见的、局限于特定材料体系的僵硬框架,转而构建一个以“结构-性能-加工-应用”四元一体化为主线的宏大叙事体系。全书不以罗列知识点为目的,而是致力于揭示材料科学作为一门交叉学科的内在逻辑与发展脉络。 第一部分:基础的奠基——物质世界的微观视角 本部分将带领读者回归材料科学的本源:原子与电子的微观世界。我们不会止步于简单的晶体结构图示,而是深入探讨原子尺度的相互作用力,包括离子键、共价键、金属键以及范德华力,如何共同决定了材料的基本性质。 第一章:原子排列与晶体学基础的重构 本章首先系统回顾了晶体结构的基本概念,如晶胞、布拉维点阵和密堆积结构。重点在于引入“结构因子”与“衍射”的物理意义,解释X射线衍射(XRD)如何成为我们探查材料内部秩序的“眼睛”。我们详细剖析了面心立方(FCC)、体心立方(BCC)和六方最密堆积(HCP)结构在工程应用中的差异性体现,例如它们对延展性和屈服强度的影响。此外,非晶态材料的结构描述也被纳入讨论,重点阐述短程有序与长程无序的界限,为后续涉及玻璃和聚合物的章节打下基础。 第二章:电子结构与能带理论的工程化解读 本章聚焦于电子在材料中的行为。从量子力学的基本假设出发,逐步推导出能带理论。我们着重阐述能带结构如何划分导体、半导体和绝缘体,并引入费米能级、有效质量等关键概念。与传统教材不同,本章将大量篇幅用于讨论应变效应(Strain Engineering)对能带结构的影响,这是现代半导体器件设计中的核心技术。此外,磁性材料的起源——电子自旋的有序化——也将以更直观的物理图像进行阐释,涵盖铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的微观机制。 第三部分:微观结构对宏观性能的调控 这是本书的核心部分,旨在建立结构与性能之间的精确桥梁。我们认为,材料的宏观性能并非固有属性,而是微观结构演化过程的累积结果。 第三章:缺陷工程——无序中的秩序 材料的“不完美”才是其可塑性和强度的关键。本章系统梳理点缺陷(空位、间隙原子)、线缺陷(位错)和面缺陷(晶界、堆垛层错)的形成机制和运动规律。特别强调位错动力学在塑性变形、蠕变和疲劳过程中的核心作用。通过引入Orowan公式,我们量化了强化机制(如固溶强化、沉淀强化和晶界强化)对位错运动的阻碍作用,为材料的强度设计提供量化工具。 第四章:相变与动力学——材料的“时间旅行” 材料的性能往往与其热历史密切相关。本章深入探讨相变的热力学驱动力(吉布斯自由能最小化原理)和动力学限制。引入扩散理论的Fick定律,并重点分析扩散在固态反应、相变形核与长大过程中的决定性作用。书中将详细解析相图的构建与解读,特别是二元和三元相图在合金设计中的应用。例如,如何利用马氏体相变实现钢铁的淬火强化,以及共晶/共析反应在铸造工艺中的意义。 第五章:界面科学与材料性能的界面效应 界面是不同微观结构单元的交界处,也是能量最高、反应最活跃的区域。本章将界面视为一个独立的物理实体进行研究。内容涵盖晶界能、晶界扩散、晶界电学特性。重点讨论异质结(Heterojunctions)在光电器件中的应用,如p-n结的建立与势垒的形成,以及复合材料中增强体与基体界面结合强度的策略。 第三部分:先进材料的定制与功能化 本部分聚焦于如何根据特定需求,利用材料科学原理设计和加工具有特定功能的先进材料。 第六章:金属材料的先进加工与微结构演变 本章超越了传统的拉伸、压缩测试,关注塑性变形对材料微观结构和性能的深度影响。详细介绍高能塑性变形技术,如严重塑性变形(SPD)对晶粒细化的影响及其带来的超高强度。讨论疲劳和断裂力学的基础,特别是如何通过残余应力控制和断裂韧性的设计来提升结构件的服役可靠性。 第七章:聚合物科学:构象、流动性与力学响应 聚合物部分的讨论将从其链状分子结构入手,阐述高分子链的构象自由度、缠结与玻璃化转变温度(Tg)。重点分析聚合物的粘弹性行为,引入Maxwell和Voigt模型来描述其时间依赖性。在加工方面,详述挤出、注塑过程中的取向现象对最终产品性能(如薄膜的各向异性)的影响。 第八章:功能材料的设计与前沿展望 本章着眼于面向未来的材料系统。我们探讨智能材料(如形状记忆合金、压电陶瓷)如何将物理刺激(温度、电场)直接转化为宏观响应。在半导体材料方面,深入探讨第三代半导体(如GaN、SiC)的优势及其在电力电子领域的突破。最后,本书以材料基因组计划(Materials Genome Initiative, MGI)的理念作结,展望计算材料学、高通量实验和人工智能如何加速新材料的发现与优化过程。 本书特色 系统性与连贯性强: 知识点之间层层递进,强调微观机制与宏观现象之间的内在逻辑联系。 工程应用导向: 每一个理论概念都紧密结合实际的工程问题和前沿技术。 计算思维引入: 适度引入计算模拟(如分子动力学、有限元分析的基本思想)在材料研究中的作用,培养读者的多尺度分析能力。 本书适合材料科学、化学工程、机械工程、物理学以及相关交叉学科的高年级本科生、研究生,以及致力于从事材料研发与工程应用的技术人员。阅读本书,读者将掌握的不仅仅是关于材料的知识,更是理解和驾驭物质世界的科学思维框架。

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读后感

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用户评价

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我是一名正在准备考研的学生,为了充实我的专业知识背景,我选择购买了这本《材料学导论》。在翻阅过程中,我惊喜地发现这本书的内容远超我原本的预期。它不仅仅是简单地罗列概念和公式,而是提供了一个非常系统和完整的材料科学知识框架。从晶体结构、相变理论到力学性能、电学磁学性能,再到热力学和动力学在材料学中的应用,这本书都做了清晰且深入的阐述。我特别赞赏作者在讲解相变原理时,运用了大量的相图和金相组织照片,这使得原本抽象的相变过程变得可视化,大大加深了我对不同材料在不同温度和成分下的微观结构演化的理解。同时,书中对各种测试方法的介绍也十分详尽,例如X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等,并配有丰富的实物图片和分析结果示例,这对于我理解实验数据的解读非常有帮助。这本书的编排逻辑清晰,章节之间的过渡自然,使得知识点能够连贯地学习和记忆。对于我这样需要系统性掌握材料学基础知识的学生来说,这本书无疑是一本极佳的学习资料,能够帮助我打下坚实的基础,为后续更深入的学习做好准备。

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这本书真是让我大开眼界!原本以为“材料学导论”会是一本枯燥乏味的教科书,充斥着各种公式和专业术语,没想到读起来却像在探索一个全新的、充满奇妙物质的世界。作者的叙述方式非常生动,不像我之前接触的任何一本理工科教材。他从我们日常生活中最常见的物品讲起,比如坚固的桥梁、轻巧的飞机、甚至是我们每天使用的手机,然后层层剥开,揭示了它们背后隐藏着的精妙材料科学原理。我尤其喜欢他关于金属的那一部分,讲解了不同合金是如何通过微小的原子排列组合,就能产生截然不同的强度和韧性,这让我对身边的金属制品有了全新的认识。而且,书中穿插的许多历史故事,比如早期人类是如何发现并利用青铜,或是近代材料科学的几次重大突破,都让学习过程不再是单调的知识灌输,而更像是一次穿越时空的发现之旅。即使是对材料科学完全不了解的初学者,也能轻松上手,并且在阅读过程中感受到科学的魅力。这本书的图片和图示也非常精美,很多时候一张图就能胜过千言万语,让我对抽象的概念有了直观的理解。总的来说,这是一本颠覆了我对“导论”类书籍看法的优秀读物,强烈推荐给所有对物质世界充满好奇的朋友!

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老实说,我买这本书纯粹是出于一种“凑单”的心态,并没有抱太大的期望。毕竟,“材料学导论”听起来就不是什么轻松愉快的读物。然而,当我开始阅读后,我才意识到我错得有多离谱。这本书以一种极其幽默且通俗易懂的方式,解释了那些原本听起来高深莫测的材料学概念。作者就像一位经验丰富的说书人,用生动形象的比喻和生活化的例子,将复杂的理论娓娓道来。我最喜欢的部分是关于高分子材料的章节,作者用“串珠子”和“煮面条”来形容聚合物的形成过程,一下子就让我明白了分子链的连接和形变是如何影响材料的弹性和强度的。还有关于陶瓷的讲解,他将陶瓷的脆性归结于其微观结构中的“裂纹”,并解释了如何通过改进工艺来增强其韧性,这让我对那些易碎的陶瓷器皿有了新的理解。书中还穿插了不少有趣的“冷知识”,比如为什么有些金属会生锈,为什么塑料会老化,这些都是我平时生活中会遇到的问题,现在终于找到了科学的解释。总而言之,这本书的语言风格非常接地气,没有一点“学究气”,读起来毫无压力,甚至让我忍俊不禁。它成功地将我从一个对材料学一窍不通的门外汉,变成了一个能够津津有味地和朋友们讨论不同材料特性的“半专家”。

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作为一名已经对材料领域略有涉猎的在读研究生,我抱着学习最新前沿动态的心态翻开了这本《材料学导论》。然而,出乎意料的是,这本书并没有像我预期的那样,直接深入到最新的科研论文或者晦涩难懂的理论模型。相反,它采取了一种非常宏观且富有哲思的视角,将材料学置于人类文明发展的宏大叙事之中。作者着重探讨了材料如何塑造了人类社会的进步,从石器时代、青铜时代到铁器时代,再到现代的半导体和纳米材料,每一个时代的标志性材料都引领了生产力的飞跃和生活方式的变革。这种“大历史”的叙事方式让我深受启发,我开始重新思考材料研究的意义,不再仅仅关注技术细节,而是将其视为推动社会发展的核心驱动力。书中关于材料伦理和可持续发展的讨论也让我印象深刻,这部分内容在很多技术导向的教材中是鲜有提及的。作者提出的关于“负责任的材料创新”的观点,引导我思考如何在追求技术进步的同时,兼顾环境和社会影响。虽然这本书在具体技术深度上可能不如一些专业书籍,但它提供的宏观视角和深刻洞察,对于拓宽研究生的学术视野,培养全局观和人文关怀,有着不可估量的价值。

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作为一位对科技发展趋势有着敏锐洞察力的爱好者,我经常会关注那些能够影响未来社会发展的关键领域,而材料科学无疑是其中最重要的一环。因此,我毫不犹豫地选择了这本《材料学导论》,希望能够从中获得对新材料和未来趋势的深刻理解。这本书并没有让我失望。它以一种前瞻性的视角,系统地介绍了当前材料科学的几个热门领域,例如纳米材料、智能材料、生物医用材料以及新能源材料等。作者深入浅出地解释了这些材料的独特性能是如何实现的,以及它们在各个领域的潜在应用前景。我尤其对关于“负折射率材料”和“形状记忆合金”的章节印象深刻,作者不仅解释了它们的科学原理,还描绘了它们在隐身技术、医疗器械等领域的激动人心的应用场景。这本书还关注了材料科学与人工智能、大数据等新兴技术的交叉融合,这让我看到了材料研究的新方向和新的可能性。书中对于新材料研发过程中面临的挑战和机遇的分析也十分到位,让我对未来的材料科技发展有了更全面、更客观的认识。总而言之,这本书不仅是一本介绍材料学基础知识的读物,更是一扇展望未来科技前沿的窗口,对于任何想要了解未来科技发展脉络的读者来说,都具有极高的阅读价值。

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