具体描述
This volume contains two articles on topics in materials science of great importance: the thermodynamics of stressed solids, a fundamental problem that goes back to Gibbs, and hydrogen in materials, an area that is both scientifically rich and of great current technological importance.
好的，这是一本名为《现代材料科学导论》的图书简介，内容聚焦于材料结构、性能与应用，与固体物理的范畴有所区别： --- 现代材料科学导论：从原子结构到宏观应用 导言：材料科学的跨学科本质 材料科学是现代工程技术和前沿科学发展不可或缺的基石。本书《现代材料科学导论》旨在为工程、物理、化学及生命科学等领域的学生和研究人员提供一个全面且深入的视角，探讨材料的微观结构、性能特征、加工工艺及其在实际应用中的行为。本书的核心理念在于建立起材料的原子级/微观结构与宏观可观测性能（如机械强度、导电性、热学特性等）之间的明确联系。 与侧重于晶体电子理论和能带结构的经典固体物理学不同，本书将重点放在材料的组织结构控制、性能调控以及面向特定应用的材料设计上。我们将探索如何通过精细控制材料的化学成分、微结构（晶粒尺寸、相分布、缺陷等）以及加工历史，来实现我们对材料性能的期望。 第一部分：材料基础与结构表征 本部分为后续深入学习奠定基础，重点介绍材料的基本分类、原子键合类型以及用于研究材料结构的实验技术。 第1章：材料的分类与基本概念 我们将系统地回顾材料的四大主要类别：金属、陶瓷、聚合物和复合材料。每类材料的典型原子结构、化学键合特征（离子键、共价键、金属键、范德华力）及其对宏观性质的影响将被详细分析。此外，本章还将介绍晶体结构的基础知识，如晶格常数、晶胞、晶面指数（密勒指数）和晶向指数，这些是理解材料各向异性性质的关键。 第2章：晶体结构与缺陷工程 详细分析常见的晶体结构，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方密堆积（HCP）。重点讨论晶体结构如何影响材料的塑性变形能力。随后，本书将深入探讨材料中的缺陷，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面积缺陷（晶界、堆垛层错）。我们将阐述位错理论如何解释金属的塑性，以及如何通过控制晶界来调控材料的强度和韧性。 第3章：材料的微观结构表征技术 材料的“看病”工具。本章详细介绍用于观察和分析材料微观结构的关键技术。内容涵盖： 1. X射线衍射（XRD）：用于确定晶相结构、晶粒大小和残余应力。 2. 扫描电子显微镜（SEM）与透射电子显微镜（TEM）：提供高分辨率的形貌观察和结构分析能力，包括能谱分析（EDS）和高分辨成像。 3. 光学显微镜与能谱分析：用于宏观形貌检查和元素分布的初步判断。 第二部分：材料性能与机理 本部分是本书的核心，聚焦于如何从结构角度解释材料在不同物理场下的响应。 第4章：机械性能与变形机理 深入探讨金属、陶瓷和聚合物的力学性能，包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度、硬度和韧性。重点分析材料的应力-应变曲线特征。机械性能的调控策略是本章的亮点，包括固溶强化、加工硬化（形变）、晶粒细化强化（Hall-Petch关系）以及第二相钉扎效应。对于聚合物，将讨论粘弹性行为和高分子链的取向对力学性能的决定性影响。 第5章：电学性能与电子传输 本章区别于固体物理中对能带理论的纯粹阐述，而是侧重于材料的宏观电学行为与结构缺陷、杂质和微结构的关系。讨论导体（金属）、半导体（掺杂与载流子浓度）和绝缘体（介电常数与击穿强度）。我们将分析薄膜材料中的界面效应和电导率的各向异性。 第6章：热学与扩散行为 介绍材料的热力学基础和热传输机制。重点讨论晶格热导率在晶体和非晶材料中的差异，以及如何利用材料结构（如多孔结构或纳米结构）来降低热导率，这在热电材料和隔热材料设计中至关重要。此外，本章将阐述材料中的原子扩散机制（如菲克定律），及其对热处理和相变过程的控制意义。 第7章：化学稳定性与腐蚀 探讨材料在环境中的热力学和动力学稳定性。对金属的电化学腐蚀机理进行详尽分析，包括氧化还原反应、局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀）的发生条件。同时，介绍如何通过表面改性、涂层技术和合金化来提高材料的耐腐蚀性能。 第三部分：材料加工、设计与前沿应用 本部分将理论知识应用于实际的制造过程和新兴技术领域。 第8章：材料的加工工艺原理 系统介绍金属、陶瓷和聚合物的主要加工方法。对于金属，我们将关注塑性加工（轧制、锻造）和铸造过程中的凝固组织控制。对于陶瓷，将讨论粉末冶金和烧结过程中的致密化机制。对于聚合物，将涵盖注塑、挤出和吹塑等成型技术。理解加工过程如何直接决定最终材料的微观结构和性能是本章的关键。 第9章：热处理与相变 热处理是现代材料工程中最重要的性能调控手段之一。本章详细介绍退火、正火、淬火和回火等热处理工艺对金属组织（如铁素体、奥氏体、贝氏体、马氏体）演变的影响。重点分析固态相变的热力学驱动力和动力学规律，以及如何利用相图指导材料设计。 第10章：复合材料与功能梯度材料 探讨如何通过材料的组合来超越单一材料的性能极限。详细分析纤维增强和粒子增强复合材料的性能预测模型（如混合律）。此外，还将介绍功能梯度材料（FGM）的概念，即材料性能沿空间连续变化的结构，及其在极端温度和应力梯度环境下的应用潜力。 第11章：面向未来应用的新兴材料 本章展望了材料科学的最新进展，包括纳米材料的特殊尺寸效应、智能材料（如形状记忆合金、压电材料）的工作原理及其工程化挑战。同时，本书也会触及生物医用材料（生物相容性、可降解性）和能源材料（电池电极、催化剂）的基本材料要求。 总结 《现代材料科学导论》力求提供一个结构清晰、联系紧密的学习框架，帮助读者理解“为什么”某种材料具有特定的性能，以及“如何”通过科学方法去创造具有所需性能的新材料。本书的深度和广度确保了读者不仅掌握基础知识，还能具备分析和解决复杂材料工程问题的能力。
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