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金属材料及热处理习题册，ISBN：9787504565730，作者：李献坤、兰青
《高级材料科学前沿：纳米结构复合材料的制备与性能调控》 内容简介： 本书聚焦于当代材料科学中最具活力和挑战性的领域之一——纳米结构复合材料。本书旨在为材料学、化学工程、物理学以及相关交叉学科的高年级本科生、研究生和科研人员提供一套全面、深入且极具前瞻性的理论指导与实验方法论。 第一部分：基础理论与设计原理 本部分系统梳理了构建高性能纳米结构复合材料所需的关键理论基础。 第一章：纳米尺度效应与界面物理 详细阐述了材料在纳米尺度下（1-100 nm）所展现出的量子尺寸效应、表面能剧增效应以及量子隧穿效应。重点解析了纳米颗粒、纳米纤维或纳米片在复合基体中引入时，其宏观性能（如电学、磁学、力学）如何偏离传统的连续介质模型。深入探讨了不同材料体系（金属/陶瓷、聚合物/碳纳米管）的固-固界面、固-液界面处的相互作用机制，包括范德华力、共价键合、氢键等，并引入吉布斯自由能和界面能的概念来预测界面稳定性。 第二章：复合材料的有效介质理论与多尺度建模 回顾了经典的混合律、里兹模型等，并重点介绍了适用于纳米复合材料的先进有效介质理论（如Bruggeman模型、Maxwell-Garnett模型在高频电磁场下的修正）。随后，本书引入了多尺度建模方法论，包括从分子动力学（MD）模拟到有限元分析（FEA）的尺度衔接技术。详细介绍了如何利用微观结构参数（如填料的形貌、分散度、取向度）作为输入，通过宏观本构关系预测复合材料的宏观响应，特别是针对各向异性结构的设计。 第三部分：先进合成与原位表征技术 本部分侧重于当前制备纳米结构复合材料所依赖的核心技术，强调控制精细结构的能力。 第三章：自下而上（Bottom-Up）的纳米结构构筑 详细介绍化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）在制备高质量、高均匀性薄膜复合材料中的应用。针对颗粒增强型复合材料，深入探讨了溶胶-凝胶法（Sol-Gel）在精确控制前驱体化学计量比和凝胶化速率方面的精妙之处，特别是如何避免团聚和实现纳米颗粒的表面功能化修饰。此外，本书还涵盖了电化学沉积法在制备金属间化合物纳米层方面的最新进展。 第四章：强化与定向排列技术 本章聚焦于如何解决纳米填料在基体中分散不均和取向控制的难题。系统梳理了机械力学混合（如高剪切混合、行星球磨）的技术参数优化，并重点介绍了外部场辅助技术，如电场诱导的纳米纤维定向排列、磁场对磁性纳米颗粒的诱导自组装。针对聚合物基体，详细阐述了熔融插层、溶液浇铸过程中诱导纳米片层结构的动力学过程。 第五章：原位（In-Situ）与同步辐射表征 高质量的结构-性能关联研究离不开先进的表征手段。本书详细介绍了在不同载荷（热、力、电磁）条件下，利用透射电子显微镜（TEM）进行的原位高分辨成像技术，用以捕捉材料失效的瞬间过程。重点分析了同步辐射X射线衍射（XRD）和散射（SAXS/WAXS）技术如何用于实时监测材料在加工过程中的晶化度、应变分布和纳米结构演变。 第三部分：功能化复合材料的性能调控 本部分将理论和制备技术应用于特定功能材料的开发，是本书的亮点和应用导向。 第六章：超高韧性与阻尼材料 探讨了如何通过设计梯度界面和引入能量耗散机制来提升复合材料的断裂韧性。详细分析了拉伸金属基复合材料中“纤维-基体”脱粘、裂纹偏转和载荷转移的机制。对于阻尼材料，重点研究了非晶态金属基复合材料中的自由体积和位错运动对内耗的贡献。 第七章：热电性能的界面工程 深入剖析了热电材料优化的核心矛盾——高电导率、高塞贝克系数与低热导率的冲突。本书强调了纳米结构在声子散射（降低热导率）和电子输运（维持或提高电学性能）中的双重作用。详细介绍了通过在基体中引入高密度、低界面热阻的纳米第二相（如纳米晶界、点缺陷）来优化无量纲优值ZT的策略。 第八章：智能响应与自修复复合材料 本书展望了面向下一代工程应用的智能材料。探讨了基于形状记忆合金（SMA）或相变材料的复合结构，如何实现对外界刺激（温度、应力）的快速响应。此外，对于自修复材料，系统分类了基于微胶囊释放、血管网络渗透以及热力学驱动的化学交联修复机制，并讨论了如何将这些机制集成到具有结构承载能力的复合基体中。 总结与展望： 全书通过大量的案例分析和前沿研究进展，强调了从原子层面理解结构、精确控制界面是实现材料性能飞跃的关键。本书不仅是理论知识的汇集，更是一本指导科研人员如何利用先进手段解决复杂材料挑战的实践指南。
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