具體描述
《材料科學基礎與前沿進展》 圖書簡介 本書旨在為材料科學領域的學生、研究人員以及工程師提供一套全麵而深入的理論框架與前沿視野，深入探討材料的本徵屬性、結構-性能關係、製備工藝及其在現代工程中的應用。本書聚焦於從原子尺度到宏觀尺度的多尺度研究方法，強調材料的理性設計與功能化。 第一部分：材料科學的基石 本部分係統梳理瞭構成現代材料科學的經典理論與基本概念。 第一章：原子結構與化學鍵閤 詳細闡述瞭晶體結構理論，包括晶格、晶胞、布拉維點陣及其在描述金屬、陶瓷和聚閤物結構中的應用。深入剖析瞭離子鍵、共價鍵、金屬鍵和範德華力等基本化學鍵的性質及其對材料宏觀性能（如熔點、硬度、電導率）的決定性影響。引入瞭電子帶理論，解釋瞭材料的導電性、半導體特性及絕緣機理。 第二章：晶體缺陷與擴散 本章重點探討瞭晶體缺陷的類型——點缺陷（空位、間隙原子、取代原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界、孿晶界）。詳細分析瞭位錯的滑移和交滑移機製，這是材料塑性變形的微觀根源。隨後，深入講解瞭原子擴散的基本定律，包括菲剋定律，並討論瞭溫度、擴散路徑和晶體結構對擴散速率的影響，這對於熱處理過程的設計至關重要。 第三章：材料的熱力學與相圖 從統計熱力學和相平衡的角度齣發，解釋瞭材料體係的穩定性判據。重點解析瞭吉布斯相律，並詳細介紹瞭單組分和二元閤金相圖的解讀方法，例如共晶反應、固溶體形成與相變順序。探討瞭熱力學驅動力在相變過程中的作用，為理解材料的微觀結構演化奠定瞭理論基礎。 第二部分：結構與性能的相互作用 本部分將理論基礎與具體的材料性能聯係起來，闡述瞭微觀結構如何調控材料的機械、電學和熱學性能。 第四章：機械性能基礎 本章是材料力學行為的微觀基礎。係統介紹瞭應力-應變關係、彈性模量和屈服強度等概念。著重講解瞭斷裂力學理論，包括格裏菲斯裂紋擴展理論和應力強度因子，用於評估材料的抗脆斷能力。對疲勞和蠕變現象的機製進行瞭深入分析，討論瞭這些過程如何受微觀結構和環境因素的影響。 第五章：金屬材料的形變與強化 聚焦於金屬材料的加工性能和強化機製。詳細描述瞭金屬塑性變形的過程，包括加工硬化、晶粒細化對強度的貢獻。全麵梳理瞭各種強化手段，如固溶強化、沉澱強化（析齣強化）、晶界強化（Hall-Petch關係）以及形變孿生等，旨在指導工程師如何通過微觀結構調控來優化材料的力學性能。 第六章：陶瓷與玻璃材料 本章專門探討瞭離子晶體和共價晶體材料的特性。分析瞭陶瓷材料的固有脆性及其與晶體結構、晶界結構的關係。詳細介紹瞭玻璃的結構特點（無長程有序）和粘滯流變行為，探討瞭玻璃化轉變溫度及其對材料應用的影響。討論瞭陶瓷的抗氧化和耐腐蝕性能。 第七章：高分子材料的結構與動力學 本部分深入研究瞭聚閤物的特殊結構，包括鏈段的纏結、結晶度對性能的影響。闡述瞭高分子材料的粘彈性行為，這是理解其在不同溫度和應力條件下響應的關鍵。討論瞭聚閤物的拉伸、模塑等加工過程中的分子取嚮與鬆弛現象。 第三部分：先進材料的製備與功能化 本部分展望瞭當前材料科學的研究熱點，側重於功能材料的閤成策略和應用。 第八章：材料的錶麵科學與界麵工程 強調瞭錶麵在材料性能中的關鍵作用，尤其對於催化、摩擦學和腐蝕而言。介紹瞭薄膜沉積技術（如PVD, CVD）的基本原理，以及界麵能、潤濕性和界麵粘閤力的影響因素。討論瞭如何通過錶麵改性（如滲碳、離子注入）來改善材料錶麵的耐磨損和抗腐蝕能力。 第九章：功能材料與智能材料 係統介紹瞭具有特定電學、磁學、光學或熱學功能的材料體係。深入探討瞭半導體材料的摻雜技術與器件基礎。對壓電材料、鐵電材料的工作原理進行瞭詳盡的闡述。引入瞭形狀記憶閤金和智能響應材料的概念，分析瞭它們在傳感器和執行器中的潛在應用。 第十章：材料的綠色製備與可持續性 本章關注材料工程的可持續發展趨勢。探討瞭先進的快速凝固技術、增材製造（3D打印）中材料的微結構演化問題。討論瞭材料的迴收、再利用技術以及環境友好型材料（如生物基材料、納米復閤材料）的開發策略，旨在實現資源的有效利用和環境影響的最小化。 總結 本書內容覆蓋瞭材料科學的核心理論、微觀結構分析方法以及現代工程材料的製備與應用。通過對多尺度現象的深入剖析，培養讀者運用科學原理分析和解決實際工程問題的能力。
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