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出版者:Taylor & Francis

作者:Heinen

出品人:

頁數:300

译者:

出版時間:2010-11

價格:$ 158.14

裝幀:HRD

isbn號碼:9780824723958

叢書系列:

圖書標籤:

• 結構設計
• 柔性設計
• 機械設計
• 結構力學
• 有限元分析
• 材料力學
• 工程力學
• 彈性力學
• 設計方法
• 結構優化

好的，為您撰寫一本名為《材料科學前沿進展》的圖書簡介。 --- 圖書名稱：《材料科學前沿進展》 圖書簡介 導言：材料的未來圖景 《材料科學前沿進展》並非一本專注於特定結構或力學行為（如“彎麯設計”）的專著，而是一部宏大敘事，旨在全麵梳理和深入剖析當前材料科學領域中最具突破性、最具應用潛力的研究方嚮和新興技術。本書的視野橫跨原子尺度到宏觀應用，涵蓋瞭從基礎理論建構到尖端製造工藝的完整鏈條，為讀者勾勒齣一幅激動人心的未來材料世界藍圖。 本書的核心宗旨是提供一個多維度的、跨學科的視角，探討如何通過對物質本徵性質的精準調控，解決當前人類社會在能源、環境、健康以及高端製造領域麵臨的嚴峻挑戰。我們相信，下一輪技術革命的驅動力，必將源於對材料的更深層次理解和更精妙的構築能力。 第一部分：量子與原子尺度的革新 本部分著重探討材料科學中最基礎但最具顛覆性的研究領域：原子和電子尺度的精確控製。 1. 新型二維材料的能帶工程 二維材料（如石墨烯、過渡金屬硫化物）因其獨特的錶麵效應和優異的電子特性，已成為信息技術領域的研究熱點。本書詳細闡述瞭如何通過垂直堆疊、錶麵功能化以及缺陷工程等手段，實現對二維材料能帶結構的精確調控。我們不僅分析瞭傳統晶體管器件的局限性，更深入探討瞭如何利用範德華異質結構（van der Waals heterostructures）構築具有拓撲絕緣體特性的新材料，以及在超快光電子器件中的應用潛力。內容聚焦於如何通過第一性原理計算，預測並指導新型二維材料的閤成路徑，擺脫傳統試錯法的限製。 2. 缺陷與界麵：從“雜質”到“功能單元” 在傳統材料學中，晶格缺陷常被視為性能的“敵人”。然而，本書顛覆性地展示瞭如何係統性地利用點缺陷、位錯和晶界來賦予材料新的功能。例如，我們探討瞭如何精確調控氮化鎵（GaN）和金剛石中的氮空位（NV中心），使其成為高效的量子比特和生物成像探針。此外，界麵工程（Interface Engineering）被提升到核心地位，分析瞭晶體與非晶、有機與無機界麵處産生的相分離、電荷轉移等現象，及其對催化效率和電池性能的關鍵影響。 3. 拓撲材料與量子計算基石 本章深入介紹瞭拓撲絕緣體和拓撲半金屬的理論基礎。重點闡述瞭如何通過晶體對稱性保護其錶麵的無能隙的狄拉剋錐或外爾點，以及這些拓撲性質如何轉化為對外部擾動（如磁場、應力）的極度敏感性。書中結閤最新的實驗進展，討論瞭利用這些材料實現低功耗信息傳輸和構建抗退相乾的拓撲量子計算的可能性。 第二部分：結構設計與復雜體係的自適應 本部分將研究的尺度擴展到微米和宏觀，聚焦於如何設計具有復雜、自適應和多功能性的結構。 4. 高熵閤金與非晶態材料的性能極限 高熵閤金（HEA）以其打破傳統閤金設計範式的“五種及以上元素等原子比”特點，展現齣卓越的耐高溫、抗輻照和高韌性。本書係統性地梳理瞭HEA的設計原則，包括無序固溶體、形成難易度（φ值）的判據，以及如何利用高通量計算篩選齣具有特定微觀結構（如納米沉澱相）的超級閤金。同時，對大塊非晶閤金（Bulk Metallic Glasses, BMGs）的超高彈性極限和類金屬塑性機製進行瞭深入剖析，探討瞭如何剋服其加工窗口窄的難題。 5. 活性材料的結構-性能耦閤：從電池到燃料電池 針對能源存儲與轉換領域對輕量化、高能量密度和長循環壽命的要求，本書重點分析瞭活性材料（如鋰離子電池正負極、固態電解質）的結構演變。內容包括：材料在充放電過程中的體積變化與應力積纍，以及如何通過納米化、孔隙結構設計和塗層技術來緩衝這些應力，從而抑製裂紋擴展和界麵副反應。特彆關注瞭固態電解質中的離子傳導機製，及其在界麵處的動力學限製。 6. 仿生與自修復材料：模仿自然的智能演化 本部分探討瞭材料科學如何從自然界汲取靈感，設計齣具有生命特性的智能材料。詳細介紹瞭仿生礦化過程在陶瓷和復閤材料製造中的應用，以提高材料的韌性和抗疲勞性。核心內容是自修復機製的設計，包括：基於膠囊釋放修復劑的宏觀修復策略，以及利用動態共價鍵或可逆氫鍵實現的分子尺度上的“自我愈閤”機製，以延長材料的使用壽命並降低維護成本。 第三部分：先進製造與跨尺度錶徵 本部分關注材料從概念走嚮實際應用的關鍵環節：如何高效、精確地製造齣所需結構，並對其進行無損、實時的監測。 7. 增材製造（3D打印）中的材料行為控製 增材製造技術極大地拓寬瞭材料設計的自由度，但同時也帶來瞭新的挑戰。本書詳細分析瞭選區激光熔化（SLM）和電子束熔化（EBM）過程中，液態金屬池的快速凝固、熔池對流、以及由此産生的殘餘應力與宏觀缺陷。重點介紹瞭如何通過優化激光掃描策略、引入Ti/Al等閤金體係，來控製晶粒取嚮和微觀組織，實現各嚮異性性能的精確調控，以滿足航空航天部件的嚴苛要求。 8. 活體與原位錶徵技術 要真正理解材料的“行為”，必須在它們“工作”時進行觀察。本書係統地介紹瞭同步輻射光源、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）結閤加載裝置的應用，實現瞭對材料在極端溫度、高壓或電化學循環下的實時結構演變的捕獲。此外，還探討瞭中子散射技術在探測輕元素分布和磁性結構方麵的獨特優勢，為材料科學的理論模型驗證提供瞭強有力的實驗支撐。 結論：麵嚮可持續性的材料創新 《材料科學前沿進展》的終篇聚焦於材料創新如何服務於地球的可持續發展目標。我們討論瞭碳捕獲與轉化（CCU）所需的新型多孔催化劑、可生物降解聚閤物的力學性能優化，以及先進熱電材料在溫差發電中的潛力。本書旨在激勵材料科學傢和工程師，以更廣闊的視野和更嚴謹的科學態度，驅動下一代功能材料的誕生。 目標讀者： 本書麵嚮材料科學、化學、物理學、機械工程等相關專業的研究生、博士後、高校教師及工業界研發人員。對先進材料設計與製造感興趣的工程師，也將從中獲益良多。

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