Properties of Glass-Forming Melts pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:CRC Press

作者:Pye, L. David (EDT)/ Montenero, Angelo (EDT)/ Joseph, Innocent (EDT)

出品人:

頁數:512

译者:

出版時間:2005-5-12

價格:USD 179.95

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9781574446623

叢書系列:

圖書標籤:

• 玻璃
• 熔融態
• 玻璃物理
• 材料科學
• 非晶態
• 相變
• 熱力學
• 動力學
• 結構
• 性質

玻璃形成熔體性質探究：從微觀結構到宏觀性能的係統解析 圖書名稱：Properties of Glass-Forming Melts 圖書簡介： 本書旨在為材料科學傢、物理化學傢、工程師以及對無定形固態材料科學感興趣的研究人員提供一個全麵而深入的視角，聚焦於玻璃形成熔體這一復雜且至關重要的物質態。不同於關注已凝固玻璃的穩定結構或最終應用，本書的核心在於探索玻璃形成過程中，熔體本身所展現齣的獨特動力學、熱力學以及結構特性。 在固態物理和材料科學的領域中，理解玻璃的形成機製，即液體如何繞過結晶路徑轉變為無序固體，是長期以來的一大挑戰。這個過程的關鍵在於過冷液態——溫度低於晶體熔點但仍處於液態的物質。本書通過詳盡的理論框架和實驗觀測的整閤，係統地剖析瞭這些熔體在形成玻璃過程中的微妙平衡與劇變。 第一部分：熔體的基本熱力學與粘度 本書首先建立起理解玻璃形成熔體的理論基礎，重點闡述瞭熱力學驅動力與動力學限製之間的相互作用。 玻璃轉變溫度（$T_g$）的精確界定與影響因素： 我們將深入探討 $T_g$ 的本質，它並非一個嚴格的熱力學轉變點，而是動力學速率依賴的現象。書中詳述瞭不同測量方法（如DSC、DMA）對 $T_g$ 測定的差異，並分析瞭組分、冷卻速率和壓力對該溫度的係統性影響。 粘度與弛豫時間： 粘度是描述熔體抵抗流動的核心參數，直接決定瞭玻璃轉變的難易程度。本書詳細迴顧瞭從阿倫尼烏斯方程到Vogel-Fulcher-Tammann (VFT) 模型的演變，這些模型如何精確描述熔體粘度隨溫度的指數級下降。特彆地，我們分析瞭“粘度激增”區域的物理機製，即分子或結構單元的擴散受阻現象。 熱膨脹與熱容異常： 探討瞭在接近 $T_g$ 時，熔體熱力學性質（如體積和熱容）的非綫性變化。這些變化反映瞭結構弛豫的積纍和自由體積的演變。 第二部分：微觀結構與局域有序性 理解熔體的性能，必須深入其微觀結構。與晶體清晰的晶格結構不同，玻璃形成熔體的結構是瞬態且高度異質的。 短程有序與中程有序（SRO與MRO）： 本部分側重於使用先進的結構錶徵技術，如X射綫衍射（XRD）、中子散射（ND）和擴展X射綫吸收精細結構（EXAFS）來解析熔體中的連接性（Bonding Topology）和配位數。書中詳細討論瞭矽酸鹽、氧化物、硫係以及有機聚閤物熔體中特有的結構單元（如二氧化矽網絡中的四麵體、五麵體等）的形成與重排機製。 自由體積理論與孔隙結構： 自由體積理論是解釋粘滯流動的核心模型之一。本書闡述瞭如何通過實驗手段（如氣體吸附或體積收縮測量）來量化熔體中的有效空隙空間，以及這些空間如何充當結構重排的“跳闆”。 動力學異質性（Dynamical Heterogeneity）： 這是一個新興的研究熱點。我們討論瞭理論和模擬證據錶明，在過冷液態中，分子運動並非均勻的。某些區域（“運動區域”）的分子流動性遠高於其他“堵塞區域”。本書將整閤熒光探針技術和高時間分辨率的實驗結果，描繪齣熔體內部的“運動地圖”。 第三部分：熔體動力學與弛豫過程 熔體的弛豫行為——即從非平衡態嚮平衡態恢復的內在傾嚮——是玻璃形成研究的精髓。 α-弛豫與β-弛豫： 我們將詳細區分主要的結構弛豫過程（α-弛豫，與粘度直接相關）和次級弛豫過程（β-弛豫，通常與局部自由基團的翻轉或運動有關）。通過寬頻介電譜分析（Broadband Dielectric Spectroscopy），本書展示瞭如何分離這些重疊的過程，並探討瞭它們如何相互影響最終的玻璃化轉變。 擴散與傳輸性質： 熔體中的離子和原子擴散係數直接影響材料的化學穩定性和電化學性能（尤其在鋰離子電池電解質玻璃中）。本書對比瞭“Stokes-Einstein關係”在過冷液態中的失效情況，並探討瞭新的動力學模型如何更準確地描述低擴散率下的物質傳輸。 模擬方法的應用（分子動力學與濛特卡洛）： 書中專門闢齣章節，詳細介紹如何利用高保真度的勢函數來模擬熔體的冷卻過程。這些模擬不僅提供瞭原子級彆的實時快照，還允許計算隨時間變化的結構函數和動態結構因子 $S(q, t)$，從而驗證實驗觀測結果。 第四部分：特殊玻璃形成體係的性質 為增強實用性，本書針對幾類重要的玻璃形成體係，探討瞭它們特有的熔體性質。 氧化物玻璃（矽酸鹽與磷酸鹽）： 重點關注網絡結構（Network Structure）的構建與斷裂，以及添加劑（如堿金屬氧化物）對熔體粘度和結構連接度的雙重作用。 金屬玻璃（Bulk Metallic Glasses, BMGs）： 聚焦於極高的冷卻速率要求，以及如何利用高熵閤金設計來拓寬玻璃形成區間（GFA）。分析瞭金屬熔體中存在的類玻璃態轉變的特殊現象。 離子液體與聚閤物熔體： 探討瞭受分子間作用力（如氫鍵、範德華力）主導的無序體係的粘彈性行為，並討論瞭其結構單元的尺寸效應。 結語： 本書結構清晰，從宏觀的熱力學描述過渡到微觀的動力學機製，最終落腳於具體材料體係的應用。它不僅是理論的匯編，更是對實驗技術與計算模擬結果的批判性綜閤，旨在為讀者提供一個堅實的基礎，以期能更有效地設計、控製和預測玻璃形成熔體的行為，從而推動下一代功能性無定形材料的開發。

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閱讀完這部作品後，我有一種強烈的感覺，它更像是一份整閤瞭多位不同領域專傢的、主題略顯鬆散的會議文集，而非一部由單一核心思想貫穿的學術專著。不同章節的專業術語使用頻率和嚴謹程度差異巨大，有時一個關鍵術語的定義在相隔幾頁後就發生瞭微妙的偏移。例如，關於“中程有序性”（MRO）的討論，某一章節將其與短程有序性（SRO）的偏差緊密聯係起來，強調瞭連接單元的作用；而在另一章節，MRO卻被抽象地描述為一種統計上的密度波動，與具體的化學鍵閤信息脫節。這種內部邏輯和概念定義上的不一緻性，使得讀者在試圖建立一個連貫的玻璃熔體模型時感到非常吃力。一個理想的教材或參考書應該提供一個統一的、精確的語言框架，引導讀者理解現象背後的物理實在，而這部作品在這一點上，確實缺乏必要的統一性和權威性，它更像是一本信息點密集的資料匯編，而非一部精煉的知識結晶。

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我對這本書的結構和行文風格感到十分睏惑，它似乎在努力平衡技術深度和科普廣度，結果卻在兩者之間搖擺不定。有一章專門討論瞭熔體的光學性質，特彆是高摺射率玻璃的色散麯綫如何受到氧化物組成的影響，這部分內容寫得非常紮實，充滿瞭具體的數值和擬閤方程，讀起來很有學術性。但是，緊接著下一章，作者突然轉嚮瞭對熔體攪拌技術曆史的迴顧，詳細描述瞭上世紀四十年代到七十年代間不同熔爐設計的演變，穿插著一些關於坩堝材料腐蝕的軼事，這部分內容對於理解“玻璃形成熔體本身的性質”而言，顯得冗餘且分散注意力。我希望讀到的是關於過冷液體製備中的熱曆史對最終玻璃缺陷影響的嚴謹分析，例如，如何量化和控製剪切誘導的非平衡態，或者熔體中微小氣泡的成核與長大機製的定量模型。這本書的敘事節奏很不穩定，讓人感覺作者在某些他自己感興趣的領域投入瞭過多的筆墨，而在那些對理解玻璃形成至關重要的核心物理概念上，卻顯得蜻蜓點水，留下瞭許多需要讀者自行填補的知識空白。

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我對書中關於“玻璃形成能力”的討論感到最為不滿。作者似乎將玻璃形成能力簡單地等同於“足夠低的結晶速率”，並主要從冷卻速率和過冷度窗口大小的角度進行討論。這種宏觀的、現象學的描述雖然實用，但完全避開瞭玻璃形成理論的核心爭論。例如，關於“玻璃形成體”的局部結構單元的構建，或者熔體在接近玻璃轉變溫度時，不同組成成分的擴散係數差異如何影響結構弛豫的異質性——這些都是現代玻璃科學中至關重要的議題。我期待這本書能夠提供一個清晰的比較，例如，將高熵玻璃形成體（HEGFs）與傳統矽酸鹽玻璃的形成機製進行對比分析，或者探討無定形相與有序晶體之間的自由能壘在不同化學環境下的變化。這本書似乎滿足於描述“什麼發生瞭”，而非深入探究“為什麼能形成玻璃，以及哪些因素最有效地阻止瞭晶體的優先形成”，其理論深度遠沒有達到一個專業參考書應有的水準。

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這本書在實驗方法論的論述上，也展現齣一種令人費解的傾嚮性。例如，在介紹如何測量熔體粘度時，作者用瞭大量的篇幅來詳細闡述經典的鏇轉粘度計的操作流程，包括如何校準轉子幾何形狀、如何處理流變學中的壁麵效應等，這些細節對於經驗豐富的實驗人員來說是常識。然而，對於現代更精確的、基於激光或共聚焦技術的高溫光學測量方法，書中僅僅是提及瞭其存在，並未深入探討其在剋服高粘度、高不透明度體係中應用的挑戰和優勢，更沒有展示任何利用這些先進技術獲得的、超越傳統方法的洞察力。我更期待看到的是關於高溫原位錶徵的深度討論，例如，如何利用同步輻射技術實時觀察熔體快速冷卻過程中結構單元的演變，或者如何通過聲學弛豫譜來區分不同尺度的動態過程。這本書似乎停留在瞭一種“可靠但陳舊”的實驗範式中，對於前沿的、能夠揭示熔體動態本質的工具展示不足，使得整部作品的視野顯得有些局限和過時。

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這部作品的標題《Properties of Glass-Forming Melts》聽起來就讓人心頭一緊，仿佛置身於一個充滿高溫、黏稠液體的世界。我本以為會讀到關於玻璃形成過程中那些復雜的熱力學和動力學機製的深入探討，尤其是在轉變溫度附近，熔體結構如何從無序嚮準晶態演變，或者那些關於弛豫時間和粘度隨溫度變化的精細測量。然而，這本書卻將我的期望引嚮瞭一個完全不同的方嚮，它似乎更關注於熔體在宏觀尺度上的行為，比如它在不同壓力下的體積變化，或者在特定冷卻速率下形成的非晶態結構對後續機械性能的影響。我期待看到的那些微觀層麵的原子排列、配位數的統計分布，或者光譜學證據（如拉曼或X射綫衍射）來佐證玻璃化轉變的本質，在這本書中卻被輕描淡寫地帶過，取而代之的是大量關於熔體流動性、錶麵張力在不同氣氛下的微小波動，以及如何通過添加微量雜質來調控結晶傾嚮的經驗性描述。這讓一個緻力於材料科學底層原理的讀者感到略微失落，這本書更像是一本麵嚮工藝工程師的實踐手冊，而非麵嚮理論物理學傢的基礎理論專著。它確實提供瞭許多可操作的參數，但缺乏對“為什麼”的深刻洞察。

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