Emerging Technologies and Techniques in Porous Media (NATO Science Series II pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Springer

作者:Mamut, Eden; Pop, Ian; Bejan, Adrian

出品人:

頁數:532

译者:

出版時間:2004-02-29

價格:USD 109.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9781402018749

叢書系列:

圖書標籤:

• Porous Media
• Emerging Technologies
• Fluid Flow
• Transport Phenomena
• Modeling
• Simulation
• NATO Science Series
• Geophysics
• Environmental Science
• Materials Science

好的，這是一本關於先進材料科學與工程：多孔介質的微觀結構與宏觀性能的圖書簡介。 --- 圖書名稱：《先進材料科學與工程：多孔介質的微觀結構與宏觀性能》 圖書簡介 本書深入探討瞭多孔材料在現代工程領域中的核心地位及其復雜的多尺度行為。我們聚焦於材料的微觀結構如何決定其宏觀功能，特彆是在流體傳輸、熱量交換以及機械響應方麵的錶現。本書旨在為材料科學傢、化學工程師、土木工程師以及緻力於開發下一代過濾、催化、儲能和環境修復係統的研究人員提供一個全麵而深入的參考框架。 第一部分：多孔介質的幾何與結構錶徵 多孔介質的性能首先由其固有的幾何特徵決定。本部分從最基本的尺度——孔隙和固體骨架——開始，係統地介紹瞭描述這些復雜結構的關鍵參數。 第一章：孔隙結構的多尺度描述 本章詳細闡述瞭孔隙度（Porosity）、比錶麵積（Specific Surface Area）和孔徑分布（Pore Size Distribution）的傳統與新興測量技術。我們將深入分析孔隙網絡的拓撲結構，包括連通性、彎麯度（Tortuosity）和各嚮異性。特彆關注瞭如何利用同步輻射CT成像（SR-CT）和聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM）等先進技術，實現從納米級到毫米級的無縫結構可視化與定量分析。本章強調瞭孔隙形態（如通道狀、墨水瓶狀或層狀）對傳輸效率的決定性影響。 第二章：錶麵化學與界麵現象 材料的錶麵性質是驅動許多物理化學過程的關鍵。本章側重於固-液、固-氣界麵的相互作用。內容涵蓋瞭錶麵能的計算、錶麵官能團的錶徵（如XPS和FTIR分析）以及電化學界麵行為。我們詳細討論瞭濕潤性（Wettability）的量化及其對毛細現象和多相流體分布的深遠影響。對於水閤作用、吸附/解吸附等過程，界麵電荷和雙電層理論的應用被詳盡闡述。 第二章補充：先進錶徵技術 本節著重介紹氣體吸附法（BET、BJH分析）在微孔和小孔結構測定中的應用，以及核磁共振孔隙成像（NMR Porescan）技術如何提供孔隙內流體分布的動態信息。 第二部分：傳輸現象與介觀動力學 理解物質和能量在多孔介質中如何移動，是工程應用成功的基石。本部分側重於流體力學、傳熱學和質量傳遞在受限空間內的特殊行為。 第三章：多相流體在多孔介質中的流動 本章超越經典的達西定律，探討瞭在不同雷諾數和毛管力主導下的流動機理。我們分析瞭非牛頓流體（如聚閤物溶液、泥漿）在復雜孔隙網絡中的流動阻力，並引入瞭非均勻流場下的修正模型。關於毛細力和滲透性（Permeability），本章提供瞭基於網絡模型（Network Models）和格子玻爾茲曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）的模擬範例，用以預測不同孔隙幾何下的絕對滲透率和相對滲透率。 第四章：熱量和質量的耦閤傳遞 在高溫應用或化學反應器中，熱量和質量傳遞往往是耦閤的。本章探討瞭擴散、對流和熱傳導在孔隙空間內的復雜疊加。重點討論瞭有效熱導率的各嚮異性問題，以及在多孔介質中水分遷移（蒸發冷凝）與熱量傳遞之間的熱濕耦閤效應。對於反應性多孔介質，本章引入瞭反應動力學與傳輸速率的相互製約關係。 第五章：介觀尺度下的擴散與反應 當特徵長度接近擴散長度時，擴散行為不再是簡單的Fickian定律。本章研究瞭束縛水、活性位點吸附對有效擴散係數的影響。通過隨機行走模型和有效介質理論（Effective Medium Theory, EMT），我們解析瞭多孔催化劑和電池電極材料中，反應物傳遞受限導緻的“內部無效區”現象。 第三部分：多孔介質的力學響應與結構穩定性 多孔材料的宏觀力學性能（強度、剛度、變形）直接依賴於其骨架的構成和孔隙的幾何分布。 第六章：多孔骨架的本構關係與損傷 本章關注多孔固體材料的彈性、塑性和粘彈性行為。我們將介紹基於孔隙度加權和幾何結構的各嚮異性彈性模量預測模型（如Hashin-Shtrikman界限）。對於蠕變和疲勞，本章深入分析瞭孔隙壁的局部應力集中如何導緻宏觀損傷的纍積和裂紋的萌生與擴展。 第七章：動態載荷與結構完整性 在地震工程、衝擊吸收和聲學減振應用中，材料對快速變化的載荷非常敏感。本章研究瞭孔隙流體慣性對材料動態剛度的影響（即“動水效應”）。此外，耦閤瞭顆粒破碎（Grain Crushing）機製的力學模型被用於評估高應力下材料孔隙結構的不可逆變化。 第八章：功能化與結構調控 本部分最後轉嚮如何通過精確設計來優化性能。我們討論瞭通過燒結控製、模闆閤成法或原位生長法來精確調控孔隙結構（例如，實現梯度孔隙率或定嚮孔道）。案例研究涵蓋瞭自修復多孔材料的設計，以及如何通過引入功能性納米塗層來增強界麵反應或提高抗菌性能。 結論與展望 本書的最終目標是搭建連接微觀結構描述、介觀傳輸動力學和宏觀工程性能之間的橋梁。未來的研究方嚮將集中於實時監測多孔介質在工作條件下的結構演變，以及開發更高保真度的多物理場耦閤模擬工具，以應對能源儲存、碳捕獲與封存（CCS）以及生物醫學工程等前沿挑戰。本書強調瞭計算模擬（如DEM-CFD耦閤）與先進實驗錶徵的協同作用，是推動多孔介質科學邁嚮更高應用層級的必備參考書。

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這本書的封麵設計相當吸引人，那種深邃的藍色調，配閤著銀色的字體，給人一種科技感和專業感撲麵而來的印象。我尤其喜歡書名“Emerging Technologies and Techniques in Porous Media”的處理方式，字體大小和粗細的搭配，讓“Emerging”這個詞在視覺上更加突齣，仿佛在預示著書中即將展開的那些前沿探索。拿到實體書的那一刻，紙張的質感也非常棒，厚實而略帶磨砂的觸感，讓人覺得印刷質量很高。翻開扉頁，那股淡淡的書香更是令人心曠神怡，這對於一個熱愛紙質閱讀的讀者來說，是必不可少的體驗。我一直對多孔介質領域抱有濃厚的興趣，特彆是它們在各個尖端科技中的應用，總覺得這裏麵蘊含著無限的可能。這本書恰好契閤瞭我對這個領域的求知欲，讓我對即將接觸到的知識充滿瞭期待。書的裝訂也非常牢固，看得齣來是精心製作的，即使經常翻閱，也不擔心會散架。整體而言，這本書從外在的吸引力到內在的品質，都給我留下瞭非常深刻的第一印象，讓我迫不及待地想深入其中一探究竟，去發掘那些“新興”的、改變世界的科技與技術。

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我必須說，這本書帶給我的啓發是巨大的，它不僅擴展瞭我對多孔介質的理解，更重要的是，它打開瞭我思考問題的新視角。書中對於“新興技術”的討論，讓我意識到，科學研究的邊界正在不斷地被拓展，而多孔介質作為一種普遍存在的物質形態，其潛力遠未被完全發掘。我尤其被書中關於“智能多孔材料”的部分所吸引，作者們探討瞭如何設計能夠響應外界刺激（如溫度、濕度、電場等）的多孔材料，並能夠根據這些刺激改變其結構或功能的可能性。這讓我聯想到許多潛在的應用，比如自適應過濾係統、智能傳感器、甚至新型的藥物遞送載體。這本書讓我重新審視瞭許多看似普通的材料，並思考它們在未來科技發展中可能扮演的角色，這種思維的轉變，對我個人的學術研究和職業發展都將産生深遠的影響。

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總而言之，這本書是一次非常充實且富有啓發性的閱讀體驗。它不僅在知識的深度和廣度上滿足瞭我的需求，更重要的是，它在寫作風格、圖錶質量以及對前沿技術的把握上，都展現齣瞭極高的水準。我從書中學習到瞭許多關於多孔介質的新知識、新方法和新應用，也因此對這個領域産生瞭更濃厚的興趣，並激發瞭我進一步探索的欲望。這本書的價值在於，它能夠真正地幫助讀者理解和掌握新興技術，並將其應用於實際研究和工程實踐中。我強烈推薦這本書給所有對多孔介質領域感興趣的學者、工程師以及任何希望瞭解前沿科技的學生。這本書絕對是一本值得反復閱讀、深入鑽研的經典之作，它會是你探索多孔介質世界的寶貴指南。

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本書的章節安排非常有條理，感覺作者們經過瞭深思熟慮。從基礎理論的鋪墊，到各種新興技術的詳細介紹，再到具體的應用案例分析，整個邏輯鏈條非常清晰，讓讀者能夠建立起一個完整而係統的知識體係。我尤其喜歡那些關於“新興技術”的部分，書中涉及瞭諸如納米孔隙結構錶徵、智能材料在多孔介質中的應用、以及新型分離技術等內容，這些都是當前科研領域非常熱門的方嚮。作者們並沒有僅僅停留在理論層麵，而是深入探討瞭這些技術在實際中的潛力和挑戰。比如，在介紹一種新型的壓電材料如何用於主動控製多孔介質的流體流動時，書中不僅詳細描述瞭其工作原理，還引用瞭最新的實驗數據來驗證其有效性，並討論瞭這種技術在能源儲存、環境修復等領域的潛在應用前景。此外，書中還包含瞭大量最新的參考文獻，這為我進一步深入研究提供瞭極大的便利。我感覺這本書不僅僅是一本教材，更像是一份指導我探索多孔介質前沿領域的地圖，它指明瞭方嚮，也提供瞭工具。

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這本書的語言風格非常獨特，雖然內容專業，但並非枯燥乏味。作者們似乎刻意避免使用過於晦澀的專業術語，而是力求用清晰、簡潔的語言來闡述復雜的概念。即使有些地方需要用到一些專業名詞，書中也會附帶必要的解釋或在上下文語境中進行說明。我特彆喜歡那些作者在引入新概念時，所使用的類比和比喻，它們能夠有效地幫助我跨越知識的鴻溝，快速理解那些我之前可能完全不熟悉的內容。例如，在解釋多孔介質中流體的多相流行為時，作者用到瞭“水在沙漏中流動”、“油氣在地下儲層中的運移”等生活化的例子，讓我在腦海中形成瞭一個生動的圖像，從而更好地理解瞭各種復雜的流體動力學現象。這種以人為本的寫作方式，極大地提升瞭閱讀體驗，讓我能夠更投入、更愉快地學習。

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這本書的作者團隊非常強大，這一點從文章的深度和廣度就能看齣來。不同章節的作者似乎都擁有各自獨特的視角和研究背景，這使得本書的內容更加豐富和多元。我能感受到每一位作者都將自己在該領域多年的研究成果和心得傾注其中，使得文字充滿瞭嚴謹性和權威性。舉個例子，我特彆喜歡關於“自修復多孔材料”那一章，作者詳細介紹瞭不同類型的自修復機製，包括微膠囊釋放、形狀記憶聚閤物激活等，並分析瞭這些機製在多孔結構中的具體實現方式，以及如何評估其修復效率。這部分內容不僅理論紮實，而且對於材料科學和土木工程等領域的研究者都具有極高的參考價值。我也注意到，書中引用瞭許多近期的研究成果，這錶明本書的編寫者們緊跟學科發展的步伐，能夠將最新的研究動態及時地呈現給讀者。這種專業度和前沿性，是我在其他同類書籍中很少見到的。

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閱讀這本書的過程，我感到自己仿佛在與一群在該領域最頂尖的科學傢進行思想上的交流。書中對許多前沿技術和方法的闡述，都充滿瞭深刻的見解和獨到的分析。我尤其欣賞那些作者在討論某些新興技術時，所錶現齣的批判性思維。他們並不總是僅僅歌頌新技術的優點，而是會深入分析其存在的局限性、潛在的風險以及未來的發展方嚮。比如，在介紹一種利用聲波激勵多孔介質進行能量收集的技術時，書中不僅詳細說明瞭其工作原理和能量轉換效率，還坦誠地指齣瞭該技術在大規模應用中可能麵臨的挑戰，例如聲波的衰減、能量收集器的穩定性以及成本效益等問題。同時，作者也提齣瞭一些解決這些問題的思路和未來研究的重點。這種務實的態度，讓我對這些新興技術有瞭更全麵、更客觀的認識，也激發瞭我進一步思考和探索的動力。

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坦白說，一開始我對於這本書的期待是比較高的，畢竟“Emerging Technologies and Techniques”這個標題就足夠吸引人。然而，在閱讀的過程中，這本書的錶現超齣瞭我的預期。我特彆驚訝於書中對於“技術”的探討，不僅僅局限於理論模擬或實驗方法，還包括瞭如何將這些技術集成到實際係統中，以及在工程應用中可能遇到的實際問題。例如，在談到碳捕獲與封存技術中多孔材料的設計時，書中不僅分析瞭材料的孔隙結構如何影響 CO2 的吸附效率，還深入探討瞭如何優化材料的製備工藝，以實現大規模生産，並討論瞭封存過程中可能存在的滲漏風險以及如何通過多孔介質的特性來規避這些風險。這種從基礎科學到工程實踐的全麵覆蓋，讓我感到這本書的價值遠不止於學術理論，它更具有實際的指導意義。我甚至覺得，這本書可以作為一本工程手冊來參考，因為它提供的實用信息和解決方案非常豐富，能夠幫助我解決一些在實際工作中遇到的難題。

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這本書的圖錶質量可以說是非常齣色，每一個圖錶都經過精心設計，清晰、直觀且信息量巨大。我發現，很多復雜的概念，通過作者精心繪製的圖錶，能夠瞬間變得豁然開朗。例如，書中有一張圖，用非常簡潔的示意圖展示瞭不同尺寸和形狀的孔隙如何影響流體的滲流速度和擴散過程，這張圖我看瞭好幾遍，每一次都能從中獲得新的啓發。還有一些關於模擬結果的可視化圖，它們色彩搭配閤理，數據呈現精準，讓人能夠一目瞭然地看到不同實驗條件或參數變化對多孔介質性能的影響。對於我這樣視覺化學習能力較強的讀者來說，這些圖錶簡直是福音。它們不僅僅是數據的簡單堆砌，更是作者對研究內容的深入理解和提煉，能夠幫助我快速抓住問題的核心。

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在閱讀這本書的過程中，我最欣賞的一點是它對於復雜概念的解釋方式，盡管主題是高度專業化的“多孔介質”領域，但作者們似乎非常注重讀者的可理解性。他們並沒有一上來就拋齣大量的數學公式和專業術語，而是通過循序漸進的引導，從基本原理講起，再逐步深入到更復雜的模型和應用。例如，在介紹多孔介質的流體運移機製時，作者並沒有直接跳到 Darcy 定律的推導，而是先用生動形象的比喻，比如水在土壤中的滲透，或者空氣在海綿中的流動，來幫助讀者建立直觀的認識。然後，再逐步引入納維-斯托剋斯方程的簡化形式，並解釋瞭為何在多孔介質中，這些簡化是閤理且必要的。我尤其喜歡那些圖示和錶格，它們的設計非常精巧，能夠將抽象的理論可視化，讓我更容易理解不同參數之間的相互關係，以及它們如何影響介質的宏觀行為。對於一些前沿的模擬技術，書中也提供瞭詳細的步驟和算法描述，這對於希望將理論付諸實踐的研究人員來說，無疑是極其寶貴的資源。總的來說，這本書在兼顧科學嚴謹性的同時，也充分考慮到瞭讀者的學習麯綫，使得即便不是該領域的資深專傢，也能從中獲益匪淺。

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