Materials Science And Technology pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Cahn, R. W. (EDT)/ Haasen, Peter (EDT)/ Kramer, E. J. (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:$780.00

装帧:Pap

isbn号码:9783527313952

丛书系列:

图书标签:

材料科学
材料工程
材料技术
工程材料
金属材料
陶瓷材料
高分子材料
复合材料
纳米材料
材料性能

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具体描述

《现代材料的理论基础与前沿应用》本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探讨构成我们日常技术世界的各种材料背后的基础科学原理，并聚焦于当前及未来最具潜力的材料科学研究方向与工程应用。本书并非仅仅是材料性能的简单罗列，而是力求在微观结构、中观组织与宏观性能之间建立起坚实的理论桥梁。我们深入剖析了晶体结构的热力学稳定性、缺陷在材料响应中的核心作用，以及相变动力学如何决定最终材料的形态与功能。第一部分：基础理论的深度构建本部分是理解所有高级材料现象的基石。我们从原子尺度开始，详述了化学键合的本质——离子键、共价键、金属键和范德华力——及其对材料电学和机械性能的决定性影响。晶体学与衍射原理：详细阐述了晶体结构（如体心立方、面心立方、密堆积结构）的数学描述，晶格点阵、布拉维点阵的概念，以及对称性的重要性。随后，本书全面讲解了X射线、电子束和中子衍射技术，如何用于精确解析材料的晶体结构、晶粒取向和微观应变，并将其与布拉格定律等基础物理原理紧密结合。材料的热力学与动力学：重点讨论了吉布斯自由能的最小化原理在控制材料平衡态中的作用。通过相图（二元、三元系统）的构建与解读，阐明了温度和压力如何驱动微观结构演变。在动力学方面，我们细致考察了扩散机制（包括固态扩散和扩散性相变），阿伦尼乌斯方程在描述反应速率中的应用，以及形核与生长理论如何指导材料的微结构控制。缺陷工程的艺术：结构缺陷，包括点缺陷（空位、间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错），被视为材料性能的“调谐器”。本书深入探讨了位错的运动（滑移与攀移）如何导致塑性变形，以及晶界在晶体材料力学响应、电学传输和腐蚀过程中的关键作用。我们展示了如何通过控制缺陷密度来优化材料的硬度、强度和导电性。第二部分：传统材料的结构-性能优化本部分将理论知识应用于理解和改进我们已经广泛使用的核心材料系统，强调通过精细的加工技术来实现性能的突破。金属与合金：深入分析了钢铁材料（从铁素体、奥氏体到马氏体转变）的热处理工艺，如退火、正火、淬火和回火，如何精确调控碳化物析出和晶粒尺寸，从而实现从韧性到高强度的平衡。对铝合金、钛合金和镍基高温合金的强化机制——固溶强化、沉淀强化、晶界强化——进行了系统的对比分析，并探讨了疲劳裂纹萌生的物理机制及其在航空航天工程中的意义。陶瓷的挑战与机遇：陶瓷材料的脆性源于其离子和共价键的特性。本书着重介绍了陶瓷的烧结过程，晶界能耗散对断裂韧性的影响。我们详细讨论了氧化物（如氧化铝、氧化锆）和非氧化物（如碳化硅、氮化硅）的制备技术，以及如何利用反向韧性机制（如氧化锆的相变增韧）来克服其固有的脆性。高分子材料的粘弹性：从高分子链的构象统计力学出发，解释了聚合物的玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）。本书详述了结晶度、取向度和交联密度如何影响聚合物的蠕变、应力松弛和疲劳寿命。我们还涵盖了热塑性弹性体和工程塑料的特定应用场景。第三部分：先进功能材料的前沿探索本部分聚焦于那些因其独特的结构或组分而展现出非凡电、磁、光、热特性的新型材料，代表了材料科学的研究前沿。半导体材料与器件物理：基于能带理论，系统阐述了P型和N型掺杂的物理本质，PN结的形成与特性。重点分析了硅基材料的加工挑战，以及对第三代半导体材料（如GaAs, GaN, SiC）在高速电子学和电力电子学中的应用潜力。磁性材料与存储技术：讨论了磁畴、磁化过程和磁滞回线的物理基础。区分了软磁材料（用于变压器和电感器）和硬磁材料（用于永磁体）的微观结构差异。深入探讨了自旋电子学（Spintronics）的基本概念，特别是巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR），及其在下一代数据存储中的应用。智能与响应性材料：这一领域是材料科学与工程交叉的焦点。我们详细介绍了： 1. 压电与铁电材料：探究其在传感器和执行器中的应用，重点分析其耦合系数和畴壁动力学。 2. 形状记忆合金（SMA）：阐释其马氏体相变与奥氏体相变的可逆性，以及在医疗器械和主动结构中的应用。 3. 光电响应材料：涵盖了用于LED和太阳能电池的有机和无机光伏材料，探讨了激子分离与载流子传输的效率瓶颈。纳米材料的特殊尺寸效应：本部分专述了当材料尺寸进入纳米尺度时（如量子点、纳米线、二维材料），其物理性质如何发生根本性改变。我们讨论了量子限域效应如何影响光学和电子特性，以及表面能和高比表面积对催化和储能性能的影响。特别关注了石墨烯、二硫化钼等二维材料的制备方法（如化学气相沉积）及其在柔性电子学中的潜力。第四部分：可持续性与未来方向最后，本书展望了材料科学在解决全球挑战中的角色，包括能源储存、环境修复和增材制造。储能材料的革新：详细考察了锂离子电池的电极材料（正极、负极）与电解质的界面化学，以及固态电池的挑战。同时也涵盖了下一代储能方案，如钠离子电池和超级电容器的材料设计原则。生物相容性与植入材料：探讨了材料表面处理对细胞黏附和生物反应的影响。分析了可降解聚合物和陶瓷涂层在组织工程和药物递送系统中的应用，强调了材料的长期稳定性和毒性评估。增材制造（3D打印）的材料科学：阐释了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等技术如何影响材料的快速凝固过程，导致传统铸造中难以获得的非平衡微结构。讨论了针对增材制造优化的粉末材料的设计与筛选标准。本书以严谨的科学态度，结合最新的研究成果，为材料科学专业的学生、研究人员以及希望深入了解现代工程材料基础的工程师，提供了一个全面且具有前瞻性的学习资源。它不仅仅记录了“什么材料可以做什么”，更重要的是阐明了“为什么这些材料能做到，以及如何让它们做得更好”。