Biopolymers

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出版者:John Wiley & Sons Inc
作者:Steinbuchel, Alexander (EDT)/ De Baets, S. (EDT)/ Hofrichter, Martin (EDT)
出品人:
页数:644
译者:
出版时间:
价格:224.00 元
装帧:HRD
isbn号码:9783527302277
丛书系列:
图书标签:
  • Biopolymers
  • Polymers
  • Biomaterials
  • Biodegradable polymers
  • Sustainable materials
  • Green chemistry
  • Polymer science
  • Biochemistry
  • Materials science
  • Bio-based materials
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具体描述

塑性形变与材料科学前沿:从宏观力学到微观结构解析 本书旨在全面探讨塑性形变现象在材料科学中的复杂性和多层次性,深入剖析金属、陶瓷、聚合物乃至先进复合材料在受力作用下发生不可逆形变(塑性)的内在机制与宏观表现。本书的重点在于连接微观尺度的晶体学、缺陷运动与宏观尺度的本构关系、工程应用,为研究人员、工程师及高年级本科生提供一个严谨而深入的理论框架与实验视角。 --- 第一部分:塑性形变的基础理论与热力学根源 第一章:连续介质力学基础与应力-应变分析 本章首先回顾了弹性形变在Hooke定律框架下的描述,随即引入非线性粘弹性与粘塑性的概念。我们将详细阐述柯西应力张量、拉格朗日应变张量与阿尔曼修正应变张量的数学定义及其在描述大变形过程中的适用性。重点讨论了屈服判据,包括Tresca准则和Von Mises准则,并对比了它们在描述各向同性材料塑性起始点上的优劣。此外,本章还将引入应变速率张量与应变速率依赖性,为后续讨论高温及高应变率下的形变奠定数学基础。 第二章:晶体塑性学导论:位错理论的核心 塑性形变的微观机制在晶体材料中,归根结底是晶格位错的运动。本章将详尽介绍位错的几何特征,包括边缘位错、螺型位错及其混合位错的 Burgers 矢量和滑移面。通过Frank-Read源模型,解释位错如何在外力作用下增殖,这是宏观塑性应变积累的根本原因。本章后续深入探讨位错之间的相互作用(如纠缠、交割),以及攀移(Climb)机制在扩散控制下的塑性行为中的作用。对晶体学取向与形变模式(如孪晶)之间的关系也将进行细致分析。 第三章:热力学驱动力与缺陷平衡 塑性形变是一个不可逆过程,其驱动力源于吉布斯自由能的降低或能量耗散。本章从统计力学和热力学角度审视形变过程。讨论如何利用能量平衡方程来描述形变过程中的热量释放(焦耳热)和内部能量累积(如位错缠结导致的储存能)。重点关注位错线能量的计算方法及其在确定临界剪切应力中的作用。此外,本章还将涉及点缺陷(如空位和间隙原子)在塑性形变,特别是蠕变过程中对位错运动的调控作用。 --- 第二部分:宏观塑性行为与本构模型 第四章:金属的加工硬化与应变路径依赖性 加工硬化是描述材料在塑性变形过程中强度增加的核心现象。本章系统分析了各种硬化模型,从最基础的随动硬化(Kinematic Hardening)模型,到更复杂的随动与各向同性复合硬化模型(如 Chaboche 模型)。讨论了应变路径(加载、卸载、再加载)如何影响材料的 Bauschinger 效应和包辛格效应。实验方法,如双轴拉伸和扭转组合加载,在揭示材料本构响应方面的应用也将被介绍。 第五章:高温塑性与蠕变行为 在接近材料熔点的温度下,扩散控制的蠕变成为主导的塑性机制。本章聚焦于稳态蠕变和瞬态蠕变。详细阐述了基于位错运动的蠕变机制,如Nabarro-Herring蠕变(晶格扩散)和Coble蠕变(晶界扩散)。本章将对比并推导Norton-Bailey等经验模型,并探讨其在高温工程部件(如涡轮叶片)寿命预测中的应用。对蠕变断裂判据和时间-温度等效原理(TTPA)的深入解析将是本章的重点。 第六章:高应变率塑性与动态响应 本章探讨材料在极高应变率(如冲击、爆炸或高速切削)下的行为。引入了应变率依赖性本构模型,例如Johnson-Cook模型及其改进型。讨论了动态响应中,应变梯度塑性理论(Strain Gradient Plasticity, SGP)的必要性,以解释尺寸效应和孔洞形成机制。冲击加载下材料的动态屈服面拓展以及相变诱发的塑性(如马氏体转变)也将被纳入讨论范围。 --- 第三部分:非金属材料中的塑性与形变耦合 第七章:聚合物的粘塑性与时间-温度依赖性 聚合物的塑性形变与小分子晶体材料存在本质差异。本章侧重于聚合物的粘弹性形变,引入了Maxwell模型、Voigt模型及其推广形式(如广义Maxwell模型)来描述松弛过程。重点讨论了自由体积理论如何解释聚合物屈服强度对温度和应变率的强依赖性(Time-Temperature Superposition Principle, TTSP)。对比了玻璃化转变温度附近和橡胶态下的分子链段运动机制。 第八章:多孔材料与损伤演化中的塑性 多孔材料(如泡沫金属、岩石)的塑性通常伴随着孔洞的萌生、成长与连接,即损伤演化。本章提出Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) 模型,用以描述孔隙率对屈服强度的影响。分析了塑性应变场中应力集中如何导致微裂纹的形成。对于岩石和混凝土等脆性材料,本章将分析在三轴应力状态下,如何通过考虑摩擦、闭合等机制来修正其塑性流动规则。 第九章:复合材料的界面塑性与基体-增强相相互作用 在纤维增强复合材料中,基体的塑性行为与增强相的刚性特性相互耦合。本章探讨了在层合板结构中,不同层之间的界面剪切和基体的塑性流动如何共同决定复合材料的整体力学响应。对于颗粒增强材料,需要考虑强化效应(如Orowan强化)以及颗粒与基体之间的界面脱粘引起的塑性损伤。本章还将探讨先进材料中,如形状记忆合金(SMA)中的孪晶相变诱发塑性(TRIP)效应。 --- 第四部分:先进计算方法与实验表征 第十章:数值模拟中的塑性本构关系实现 本章聚焦于将复杂的塑性本构模型集成到有限元分析(FEA)软件中的技术细节。详细讨论了位移公式的显式和隐式积分方法,特别是涉及非线性刚度矩阵的牛顿-拉夫森迭代过程。介绍如何处理路径依赖性、应变梯度效应以及接触大变形问题中的收敛性挑战。 第十一章:微观结构表征技术在塑性研究中的应用 最后,本章介绍用于直接观测塑性形变微观机制的实验技术。重点阐述透射电子显微镜(TEM)中的原位加载技术,如何捕捉位错的实时运动和相互作用。利用同步辐射X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)技术,实时或事后分析晶粒尺寸、晶格畸变和取向分布的变化,以量化宏观应变到微观晶体学响应的转换。 本书旨在提供一个跨越尺度、连接理论与应用的综合视角,深入解析塑性形变这一材料科学中最基本也最复杂的现象之一。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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从排版和术语的规范性来看,这本书无疑是经过严格审校的。我最初对它的期望是,它能提供一个关于高分子合成反应机理的全面、深入的视角,尤其是那些对反应选择性和分子量控制至关重要的催化体系。我特别关注了活性聚合,比如RAFT或ATRP机制中,引发剂和链转移剂的优化策略,以及如何精确控制反应温度和浓度梯度以获得窄分子量分布。不幸的是,关于这些现代精细合成控制的章节,内容显得相当保守和基础。它详细描述了早期的自由基聚合过程,但对于如何克服链转移副反应或如何实现“一锅法”多嵌段共聚的最新策略,却语焉不详。我从中没有获得任何能帮助我优化实验条件、提高产物纯度的“秘密武器”。它更像是一部介绍“什么是聚合反应”的入门指南,而不是一部指导“如何进行高效、可控的聚合反应”的进阶手册,这让期待突破实验瓶颈的我感到有些意犹未尽和信息量不足。

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这本书的封面设计简洁到让人有些出乎意料,墨绿色的底色配上烫金的字体,透着一股老派的学术气息。我满心期待地翻开第一页,希望能在其中找到关于高分子化学领域那些令人耳目一新的突破性进展,尤其是在可持续材料和生物降解性方面。然而,读完前几章,我发现这本书似乎更倾向于对基础理论的梳理,比如聚合物的分子结构、热力学性质,以及一些经典合成方法的详尽回顾。它花了大量的篇幅去解释聚乙烯和聚丙烯这些传统石化基材料的性能极限,用大量的公式和图表来支撑论点,这对于一个追求前沿应用的我来说,多少有些“不合时宜”。我原本指望看到关于新型生物基单体如何通过绿色化学路径高效聚合的案例研究,或者新型酶促聚合反应的最新进展,但这些内容几乎没有触及。整体感觉,它更像是一本面向本科高年级学生的教材,扎实,但缺乏令人兴奋的“新意”。我甚至怀疑,作者是否特意避开了近十年来生物聚合物领域最热门的研究方向,转而专注于打磨那些教科书式的知识体系。这种“求稳”的写作风格,虽然保证了内容的准确性,却牺牲了对读者好奇心的最大化激发。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书时,我正处于一个项目瓶颈期,急需一些关于功能化聚合物表面改性的灵感,特别是那些能提高生物相容性或靶向性的新技术。我快速浏览了目录,试图定位到“表面活性与界面工程”这一章节,希望能找到一些创新的交联技术或者等离子体处理的新参数。然而,这本书对“表面”的讨论,大多集中在宏观的机械性能测试,比如拉伸强度和冲击韧性,对于纳米尺度上的分子排列和界面反应的探讨显得十分单薄。特别是涉及到生物医学应用时,作者提供的都是一些非常基础的溶胀度计算和简单的细胞毒性测试结果,缺乏对复杂生物微环境相互作用的深入剖析。我尝试从中提取一些关于高分子链段运动性的描述,希望能反推优化我的涂层配方,但这些描述过于抽象,并没有提供任何可操作的实验指导。读完相关章节后,我感到一阵失落,这完全不是一本能指导解决实际工程问题的“工具书”,更像是一部理论体系的“全景图”,让你知道有哪些东西存在,但对于如何高效地“构建”和“改造”它们,提供的线索少得可怜。这让我在期望得到具体方案时,反而陷入了更基础的概念回顾中,效率大打折扣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的篇幅相当可观,装帧也十分精良,这通常预示着内容的深度和广度。我个人对于材料的“环境影响”评估一直很感兴趣,特别是生命周期分析(LCA)如何被应用于评估新型生物衍生材料的碳足迹和能源消耗。我期待这本书能有专门的一章,详细对比不同生物质原料(如淀粉、纤维素、藻类)转化为聚合物的能耗差异,并讨论最新的回收技术对整体环境效益的影响。遗憾的是,全书对于“可持续性”的讨论,更多地停留在概念层面,比如“可降解”这个词汇被频繁提及,但几乎没有深入探讨降解速率与环境因素(湿度、微生物群落、温度)的定量关系。我甚至没有找到关于热解或化学回收过程中产生的副产物毒性评估的数据。它似乎更侧重于“是什么”而非“如何做到更好”或者“代价是什么”。对于一个关注绿色化学实践的读者来说,这种缺乏量化环境指标的论述,使得它的说服力大打折扣,读起来就像是在阅读一份十年前的行业报告,而不是紧跟时代步伐的学术专著。

评分☆☆☆☆☆

我一直以来在研究领域的一个兴趣点是如何利用先进的表征技术,例如同步辐射散射(SAXS/WAXS)或原子力显微镜(AFM),来解析复杂高分子网络的微观形貌和动态行为。我非常希望这本书能够包含一些将这些高端表征技术与特定聚合物体系(如水凝胶或弹性体)性能关联起来的案例分析。例如,如何通过同步辐射数据解释拉伸过程中晶体取向的变化,或者如何利用AFM观察到交联点密度的分布不均性如何影响材料的蠕变行为。然而,这本书中的表征部分,主要集中在传统的DSC、TGA和基础的力学测试上。这些方法固然重要,但对于理解现代高分子材料的精细结构和高阶功能来说,已经显得力不从心。我翻遍了最后的附录和索引,也找不到任何关于先进散射技术或动态力学分析(DMA)在复杂体系中应用的深入讨论。这使得我对这本书的整体评价降低了一个档次,它似乎未能跟上材料科学对微观结构理解的飞速发展。

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