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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Tanner, Roger I./ Walters, Kenneth

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:1999-3

价格:$ 209.05

装帧:Pap

isbn号码:9780444829467

丛书系列:

图书标签:

流变学
材料科学
物理学
化学工程
软物质物理
流体力学
聚合物科学
生物流变学
非牛顿流体
表征

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具体描述

The science of rheology remains a mystery to most people, even to some scientists. Some respectable dictionaries have been quite cavalier in their attitude to the science, the small "Collins Gem dictionary", for example, being quite happy to inform us that a Rhea is an three-toed South American ostrich, whilst at the same time offering no definition of rheology. This maybe due to the fact that the science is interdisciplinary and does not fit well into any one of the historical disciplines. This book contains an in-depth study of the history of rheology, beginning with the statements of Heraclitus, Confucius and the prophetess Deborah. It also emphasises the distinctive contributions of Newton, Hooke, Boltzmann, Maxwell, Kelvin and others, and culminates in the flourishing activity in the second half of this century. It is the only book on the subject. It prevents the rediscovery of results already made. It will educate newcomers to the field to the rich heritage in even a relatively recent science like rheology. The book will be invaluable for science and scientific history libraries and will also be of interest to rheologists, and scientists working in the polymer processing, food, lubrication, detergent and similar industries.

领域先驱：现代材料科学的基石书名：《先进材料的结构与性能》作者：艾伦·R. 詹金斯博士，麻省理工学院材料科学与工程系资深教授出版年份： 2024年 ISBN： 978-1-56789-012-3 --- 内容概述：《先进材料的结构与性能》是一部全面且深入的教科书和参考手册，旨在为材料科学家、工程师以及相关领域的研究人员提供理解和预测复杂材料行为的最新理论框架和实验技术。本书的核心聚焦于微观结构（从原子级到纳米级）如何精确地调控宏观尺度下的机械、热学、电学和光学性能，从而指导下一代功能材料的设计与开发。本书不涉及流变学（Rheology）的特定主题，而是专注于固体材料、复合材料以及功能性薄膜的本征特性。全书共分为六大部分，二十章，涵盖了从基础热力学和晶体结构到前沿的智能材料设计策略。 --- 第一部分：材料科学基础与结构表征 (Fundamentals and Structural Characterization) 本部分奠定了理解材料性能的基础，重点是原子级别的排列、缺陷工程以及现代表征手段的应用。第一章：晶体结构、缺陷与对称性 (Crystal Structure, Defects, and Symmetry) 深入探讨了晶体学原理，包括布拉维点阵、密堆积结构、晶体学符号及其在金属、陶瓷和半导体中的体现。重点分析了点缺陷（空位、间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的形成机制及其对材料力学性能（如屈服强度和硬度）的决定性影响。本章详述了晶体缺陷的统计热力学模型。第二章：非晶态结构与短程有序 (Amorphous Structures and Short-Range Order) 区别于周期性晶体，本章详细考察了玻璃、聚合物和许多无机凝胶的无序结构。讨论了径向分布函数（RDF）的计算方法，并介绍了利用X射线散射（XRD/SAXS）和中子散射技术来解析非晶态物质中短程和中程有序特征的技术路线。第三章：先进显微镜技术在材料分析中的应用 (Advanced Microscopy in Materials Analysis) 本章集中介绍高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM/STEM）在原子尺度成像、元素分析（EELS/EDS）中的最新进展。同时，深入讨论了聚焦离子束（FIB）在材料微纳加工和样品制备中的关键作用，以及原子力显微镜（AFM）在表面形貌和局部力学测量中的应用。第四章：光谱学与无损评估 (Spectroscopy and Non-Destructive Evaluation) 涵盖了多种用于确定化学键合和电子结构的工具，如拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）。重点阐述了超声波检测和声发射技术在评估材料内部裂纹扩展和疲劳损伤方面的实用方法。 --- 第二部分：机械性能的微观控制 (Microcontrol of Mechanical Properties) 本部分聚焦于材料如何抵抗载荷、变形和失效，特别是如何通过结构设计来提升强度、韧性和抗疲劳能力。第五章：位错运动与强化机制 (Dislocation Movement and Strengthening Mechanisms) 这是关于金属塑性变形的核心章节。详细分析了攀移、交滑移等复杂位错交互作用。对比了奥氏强化（固溶强化）、加工硬化、晶粒细化（Hall-Petch关系）以及沉淀强化等主要强化途径的定量模型。第六章：断裂力学与损伤容限 (Fracture Mechanics and Damage Tolerance) 基于Griffith理论和Irwin模型，本章系统阐述了脆性断裂和韧性断裂的判据。详细探讨了应力强度因子（K）、断裂韧度（$K_{IC}$）的测量方法，并引入了弹塑性断裂力学（EPFM）中的J积分理论，用于评估含有较大塑性区的材料的失效行为。第七章：疲劳、蠕变与高周/低周寿命预测 (Fatigue, Creep, and Life Prediction) 讨论了循环载荷下的材料退化，包括低周疲劳（LCF）的Basquin关系和高周疲劳（HCF）的S-N曲线。重点分析了蠕变过程中的稳态、瞬态和加速阶段，并介绍了基于时间-温度参数（如Larson-Miller参数）的寿命外推方法。第八章：先进复合材料的力学行为 (Mechanical Behavior of Advanced Composites) 本书详细讨论了纤维增强复合材料（FRPs和CMCs）的宏观力学建模。应用经典层合板理论（CLT）计算各向异性板的应力应变关系，并比较了Tsai-Wu、Hashin等失效准则在预测层间剪切失效中的适用性。 --- 第三部分：热力学、动力学与相变 (Thermodynamics, Kinetics, and Phase Transformations) 本部分关注材料在温度梯度和化学势作用下的演化，这是理解热处理过程和材料稳定性的关键。第九章：材料的热力学基础 (Thermodynamics of Materials) 运用吉布斯自由能最小化原理来分析相平衡。引入了化学计量比、活度和扩散势的概念，并利用相图（如二元合金的Lever Rule）来指导材料的微观结构控制。第十章：固态扩散与动力学 (Solid-State Diffusion and Kinetics) 详细分析了Fick定律在晶体和非晶态材料中的应用。区分了晶格扩散、晶界扩散和快速通道扩散的机制及其激活能。引入了Kirkendall效应的讨论。第十一章：热处理与相变控制 (Heat Treatment and Phase Transformation Control) 重点研究了扩散相变（如析出相形成）和无扩散相变（如马氏体转变）。详细分析了T-T-T图和C-C-T图的构建与解读，以及退火、淬火、时效等热处理工艺对最终材料性能的精确影响。 --- 第四部分：功能材料的电学与磁学特性 (Electrical and Magnetic Properties of Functional Materials) 本部分转向利用材料结构来调控电子和磁矩的行为，专注于电子器件和能源存储领域。第十二章：半导体物理与器件基础 (Semiconductor Physics and Device Fundamentals) 深入分析了能带理论，讨论了本征、n型和p型半导体的载流子浓度计算。详细考察了PN结的形成、肖特基势垒以及载流子迁移率的温度依赖性。第十三章：铁电体与压电材料 (Ferroelectrics and Piezoelectric Materials) 探讨了具有自发极化的材料（如BaTiO3）。解释了电畴的形成、畴壁运动及其在电场驱动下的非线性响应。详细介绍了压电效应在传感器和执行器中的工程应用。第十四章：磁性材料与自旋电子学 (Magnetic Materials and Spintronics) 区分了顺磁、抗磁、铁磁和反铁磁行为。讨论了居里温度、布洛赫壁和磁畴的形成。重点介绍了巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR），及其在数据存储技术中的潜力。 --- 第五部分：聚合物、生物材料与软物质 (Polymers, Biomaterials, and Soft Matter) 本部分关注长链分子材料的独特构象、粘弹性行为及其与生命系统的兼容性。第十五章：聚合物的分子结构与形貌 (Molecular Structure and Morphology of Polymers) 研究了聚合物的链构象、拓扑结构（线性、支化、交联）和分子量分布。分析了结晶度对聚合物机械性能和阻隔性能的影响，包括球晶的形成过程。第十六章：聚合物的粘弹性与时间-温度等效原理 (Viscoelasticity and Time-Temperature Superposition) 详细阐述了粘弹性本构模型，如Maxwell和Voigt模型。重点讨论了动态力学分析（DMA），并应用时间-温度等效原理（WLF方程）来预测聚合物在不同速率下的长期行为。第十七章：生物相容性与可降解材料 (Biocompatibility and Degradable Materials) 本章探讨了材料与生物环境的界面相互作用，包括血栓形成、蛋白质吸附和细胞粘附。讨论了用于组织工程和药物递送的可降解聚酯（如PLGA）的降解动力学。 --- 第六部分：先进制造与材料设计 (Advanced Manufacturing and Materials Design) 第十八章：增材制造中的材料行为 (Material Behavior in Additive Manufacturing) 关注选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中粉末床的快速加热与冷却。分析了由此引起的快速凝固、枝晶生长速率以及残余应力和孔隙率的形成机制。第十九章：薄膜沉积与界面工程 (Thin Film Deposition and Interface Engineering) 系统介绍了物理气相沉积（PVD，如溅射、蒸镀）和化学气相沉积（CVD）的原理。重点分析了薄膜的应力演变、择优取向生长，以及如何通过界面设计来控制多层膜的性能。第二十章：计算材料学导论 (Introduction to Computational Materials Science) 介绍了用于材料模拟的计算方法，包括第一性原理计算（DFT）在预测电子结构和键合能方面的能力。讨论了分子动力学（MD）模拟在研究原子扩散和缺陷迁移中的应用，以及有限元分析（FEA）在预测宏观响应中的地位。 --- 目标读者：材料科学、化学工程、机械工程、物理学及生物工程专业的高年级本科生、研究生，以及从事材料研发和质量控制的工程师和科学家。本书特点：量化驱动：每一理论模型后都附有详尽的数学推导和参数化示例。跨学科整合：将结构、热力学、动力学和性能测试紧密结合，提供全面的视角。案例导向：穿插最新的研究案例，展示如何利用微观理解解决实际工程难题，如高温合金的服役寿命提升、高性能电池电极材料的稳定性优化等。