具体描述
This monograph is the first roadmap for transparent electronics. It defines and assesses what and where the field is, where it is going, and what needs to happen to get it there. Although the central focus of this monograph involves transparent electronics, many of the materials, devices, circuits, and process integration strategies discussed will be of great interest to researchers working in other emerging fields, including printed electronics, large-area electronics, low-cost electronics, and disposable electronics.
塑形未来：先进复合材料在结构工程中的创新应用 图书简介 本书深入探讨了先进复合材料在当代结构工程领域中的革命性应用与未来趋势。面对日益严苛的工程挑战——从极端环境下的可靠性到对可持续性的迫切需求——传统材料的局限性愈发凸显。本书聚焦于如何通过精妙的材料设计、先进的制造工艺以及创新的结构集成策略，使复合材料成为构建下一代基础设施、航空航天器以及高性能机械系统的核心驱动力。 第一部分：复合材料的基石与前沿发展 本部分系统梳理了高性能结构复合材料的材料学基础，并着重介绍了当前研究热点。 第一章：从微观到宏观的性能解析 本章详细阐述了纤维增强聚合物基复合材料（FRPs）的微观结构如何决定其宏观力学性能，包括纤维类型（碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维及其高模量变体）的选择与排列对拉伸、压缩、弯曲和剪切强度的影响机制。重点分析了界面结合的质量控制及其对层间剪切强度（ILSS）和疲劳寿命的关键作用。此外，我们探讨了纳米增强剂（如碳纳米管、石墨烯片层）的引入如何实现基体的性能调控，以期突破传统树脂体系的性能瓶颈。本章还涉及了热固性与热塑性基体的特性对比，特别是热塑性复合材料在韧性提升和可回收性方面的潜力。 第二章：智能与功能化复合材料的兴起 结构不再是惰性的。本章聚焦于复合材料的功能集成，即如何使结构件同时具备承载能力和感知、自修复或能源存储能力。内容涵盖了内置传感器网络（如光纤布拉格光栅或压电纳米发电机）的无损集成技术，以及自修复聚合物基体的设计原理和修复效率的量化评估方法。此外，对具有电磁屏蔽或热管理特性的功能化复合材料的结构设计考量进行了深入分析，这对于电子设备外壳和敏感结构件的保护至关重要。 第三部分：先进制造技术与工艺优化 复合材料的性能实现依赖于精确的制造过程。本部分侧重于如何通过自动化、智能化手段，确保复杂结构件的质量和成本效益。 第三章：自动化铺层与成型工艺的革新 本章详细介绍了自动化纤维铺放（AFP）和自动丝束缠绕（ATL）技术在复杂曲面结构制造中的应用挑战与解决方案。重点讨论了预浸料（Prepreg）的管理、铺层缺陷（如褶皱、孔隙）的识别与避免策略。在成型环节，我们深入分析了热压罐（Autoclave）固化与非热压罐工艺（如树脂转移模塑RTM、真空辅助树脂传递模塑VARTM）的工艺窗口控制，特别是针对大尺寸和复杂几何结构的优化参数设定。针对航空航天领域，对快速固化树脂体系与低成本、高通量的快速成型技术进行了比较研究。 第四章：增材制造在复合结构中的角色转变 增材制造（AM）正在重塑复合材料的应用边界。本章探讨了基于连续纤维增强热塑性塑料的3D打印技术（如CFF技术）如何实现几何自由度和材料性能的同步提升。我们详细分析了层间粘结强度（Bond Strength）与打印路径规划对最终结构强度的影响。同时，本书也评估了对传统预浸料进行分层打印或用于制造复杂模具的潜力，以及如何通过集成在线监测系统确保增材制造复合结构的质量一致性。 第三部分：结构设计、分析与寿命预测 先进材料的应用必须与创新的结构设计理念相结合，以充分释放其性能潜力。 第五章：多尺度建模与结构完整性分析 本章侧重于复合材料结构件的分析方法，从微观尺度的失效机制建模到宏观尺度的有限元分析（FEA）。深入探讨了分层、基体开裂、纤维断裂等关键失效模式在不同载荷条件下的演化路径。重点介绍了分层扩展理论（如能量释放率法）和非线性有限元模拟在预测复杂载荷下的结构响应中的应用。此外，对复合材料结构独特的屈曲行为和稳定性分析进行了专门论述。 第六章：疲劳、损伤容限与结构健康监测（SHM） 复合材料在循环载荷下的疲劳特性是其结构应用中的核心挑战。本章详细阐述了不同纤维/基体组合的S-N曲线构建方法，以及考虑微裂纹扩展的寿命预测模型。针对损伤容限设计（Damage Tolerance Design），本书分析了损伤积累对结构剩余承载能力的影响，并探讨了结构健康监测系统（SHM）如何通过实时数据反馈来指导维护决策，实现从预防性维护向状态监测维护的转变。 第七章：可持续性与循环经济：复合材料的未来路径 面对环境压力，结构工程必须实现绿色转型。本章专门探讨了复合材料在生命周期评估（LCA）中的挑战与机遇。内容包括：开发可化学回收的环氧树脂替代品、利用热塑性基体实现部件的有效解聚与再利用技术。此外，还讨论了使用生物基纤维（如麻、竹）和低能耗制造工艺对降低结构碳足迹的贡献，旨在推动结构工程向更可持续的方向发展。 结语：迈向多功能集成结构的新纪元 本书总结了先进复合材料在实现轻量化、高可靠性结构设计中的关键作用，并展望了材料科学、智能制造与人工智能算法深度融合的未来，预示着一个高度集成化、自适应性和环境友好的结构工程新时代的到来。本书旨在为结构工程师、材料科学家及相关领域的研发人员提供一套全面而深入的理论指导与实践参考。
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