Functional Nanostructures pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Seal, Sudipta 编

出品人:

页数:608

译者:

出版时间:2007-12

价格:$ 145.77

装帧:HRD

isbn号码:9780387354637

丛书系列:

图书标签:

纳米结构
功能材料
纳米技术
材料科学
纳米工程
自组装
表面科学
生物纳米
传感器
催化

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具体描述

This is the first book about functional nanostructures. Nanocrystalline materials exhibit outstanding properties and represent a new class of structural materials having a wide range of applications. In particular, there is considerable interest in developing nanocrystalline materials to be used as functional materials in aerospace applications, automotive industry, wear applications, etc. Future progress in these high technological applications of nanocrystalline materials depends on development of new methods of their fabrication and understanding of the underlying nano-scale and interface effects causing their unique mechanical properties.

聚焦前沿：高分子复合材料的结构、性能与应用导言：新材料时代的基石在当代材料科学的宏伟蓝图中，高分子复合材料无疑占据着核心地位。它们凭借着优异的力学性能、轻量化特性以及在极端环境下的稳定表现，正在深刻地重塑航空航天、汽车制造、生物医学乃至能源储存等多个关键领域。本书并非探讨纳米尺度的结构操控，而是将焦点集中于宏观至介观尺度下，高分子基体与增强相（如纤维、颗粒或片状填料）相互作用所形成的复杂结构，及其如何精确调控最终材料的宏观性能。本书旨在为材料工程师、高分子科学家以及致力于工业应用的研发人员，提供一套系统而深入的理论框架与实验指导，以期实现高性能复合材料的理性设计与高效制备。 --- 第一部分：复合材料的结构基础与界面科学本部分深入剖析了高分子复合材料的微观形貌，这是理解其宏观性能的出发点。第一章：高分子基体的本构特性与加工流变学详细考察了常见热塑性树脂（如环氧树脂、聚酰亚胺、聚丙烯）和热固性树脂在熔融或固化过程中的粘弹性行为。我们着重分析了高分子链的长程有序性、自由体积理论在预测玻璃化转变温度（$T_g$）中的应用。特别关注了复合材料加工过程中，高剪切速率下基体的非牛顿流变特性，以及如何利用流变学参数指导纤维铺放和浸渍过程，确保无缺陷的界面接触。第二章：增强相的形态、排列与取向系统梳理了增强材料的分类，包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维及天然纤维（如麻、竹纤维）。重点探讨了纤维在模塑过程中因应力场变化而发生的动态取向现象。引入了基于流体力学模型的纤维在流动介质中的“眯缝效应”（rod-rolling）和“剪切诱导聚集”现象。通过偏光显微镜（POM）和扫描电子显微镜（SEM）的图像分析，阐述了如何量化纤维的长度分布、空间随机性与局部富集区域，这些是预测材料各向异性的关键输入。第三章：界面/相界面的物理化学界面是复合材料性能的决定性因素。本章深入探讨了高分子基体与增强体之间的化学键合（共价、离子键）与物理相互作用（范德华力、氢键）。详细阐述了表面处理技术，如对玻璃纤维的硅烷偶联剂处理，以及对碳纤维的氧化改性，如何通过引入官能团来增强基体树脂的润湿性和化学锚固。利用动态热机械分析（DMA）和差示扫描量热法（DSC）来表征界面层（Interphase）的弛豫行为，揭示界面区域高分子链的受限运动状态。 --- 第二部分：宏观性能的预测与表征本部分的核心在于建立结构-性能之间的定量联系，并介绍先进的实验表征技术。第四章：力学性能的经典模型与现代修正全面回顾了经典的混合律（Rule of Mixtures）、玻恩（Halpin-Tsai）模型在预测杨氏模量、泊松比方面的适用性与局限性。重点讨论了层合板理论（Classical Lamination Theory, CLT）及其在预测铺层角度对整体刚度和强度的影响。随后，引入了基于损伤力学的渐进损伤模型（Progressive Damage Modeling, PDM），用于模拟层间剪切失效（Interlaminar Shear Failure, ILSS）和纤维拔出（Fiber Pull-out）机制，这对于评估复合材料的韧性至关重要。第五章：热学与电学性能的各向异性分析了高分子复合材料的热膨胀系数（CTE）如何受纤维体积分数和取向度的影响，以及如何通过设计负向CTE纤维增强系统来实现零热膨胀结构。在电学方面，探讨了当纤维填充率超过渗透阈值（Percolation Threshold）时，复合材料内部导电网络形成的过程及其电阻率的变化规律。这对于设计静电耗散型（ESD）或电磁屏蔽（EMI Shielding）材料具有指导意义。第六章：失效分析与断裂韧性专注于复合材料的宏观失效模式，包括基体开裂、纤维/基体脱粘和纤维断裂。详细介绍了基于能量释放率的断裂韧性测试方法（如双悬臂梁梁/DCB测试），以及关键应力强度因子（$K_{IC}$）在预测裂纹萌生与扩展中的作用。通过声发射（Acoustic Emission, AE）技术，实时监测材料内部微裂纹的孕育和扩展过程，实现对材料健康状态的无损评估。 --- 第三部分：先进复合材料的制备工艺与应用拓展本部分聚焦于工业化生产流程以及面向特定高性能需求的材料设计。第七章：湿法铺放与固化动力学控制详述了树脂传递模塑（RTM）和真空辅助树脂转移模塑（VARTM）工艺。着重分析了树脂渗透率（Permeability）对工艺窗口的影响，即如何通过控制树脂粘度、模具压力和温度曲线来避免干斑（Dry Spots）和孔隙的产生。深入探讨了固化动力学模型（如 Kamal-McEwan模型），用于优化加热速率和保温时间，确保树脂达到最大转化率并避免热应力累积。第八章：热塑性复合材料的连接与修复与热固性材料相比，热塑性复合材料具有更高的抗冲击性和可回收性。本章探讨了其连接技术，如超声波焊接、激光焊接和热压接合。详细解析了“再流动”（Re-flow）过程中的界面熔融与再结晶行为，这是实现高强度热塑性复合材料接头的关键。此外，还讨论了热塑性预浸料在承受冲击损伤后的局部热修复技术。第九章：功能化复合材料的应用实例结合作者多年的研究经验，提供了几个突破性的应用案例： 1. 高阻尼结构件设计：利用具有高内耗因子（Loss Factor）的特殊改性基体或夹层结构，设计用于抑制结构振动的轨道交通和风力发电机叶片材料。 2. 自修复机制的引入：探讨在树脂中预埋微胶囊或血管网络，当材料受损时，释放修复剂实现裂纹的闭合与强度的恢复，重点分析了修复剂的扩散与固化动力学对修复效率的影响。 3. 多尺度增韧策略：通过引入具有特定长径比的中间相填料（如短纤维或特定微米级颗粒），在微观脱粘和宏观裂纹钝化之间建立桥梁，显著提升材料的断裂韧性，同时保持高刚度。 --- 总结与展望本书的最终目标是培养读者基于物理原理进行材料设计的思维能力，从宏观性能需求反推至微观结构和界面控制的工程策略。未来的高分子复合材料研究将更加注重可持续性、智能响应性以及与增材制造技术的深度融合。我们相信，通过对现有理论和工艺的深入理解，读者将能够站在更高的起点，迎接下一代高性能复合材料的挑战。