Atomistic Aspects of Epitaxial Growth pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:

作者:Kotrla, Miroslav (EDT)/ Papanicolaou, Nicolas I. (EDT)/ Vvendensky, Dimitri D. (EDT)/ Wille, Luc T.

出品人:

頁數:620

译者:

出版時間:

價格:1992.00 元

裝幀:

isbn號碼:9781402006746

叢書系列:

圖書標籤:

• Epitaxy
• Atomistic
• Thin Films
• Materials Science
• Crystal Growth
• Surface Science
• Molecular Beam Epitaxy
• Heterostructures
• Semiconductors
• Nanomaterials
• Simulation

結構材料的形變與斷裂：從微觀機製到宏觀性能 導言：探究材料的內在強度與韌性 本書旨在深入探討金屬、陶瓷及復閤材料在復雜應力狀態下的形變與斷裂行為。我們不關注晶體生長的特定原子層麵細節，而是將焦點置於材料在宏觀載荷下如何響應、內部微結構如何演變，以及最終如何導緻失效的全過程。材料的服役性能，如屈服強度、韌性、疲勞壽命及蠕變抗力，無不依賴於其內部缺陷的産生、運動和交互作用。理解這些機製，是設計和製造高性能結構部件的基石。 本書將係統梳理經典塑性理論的局限性，並引入現代損傷力學和斷裂力學的核心概念，結閤先進的實驗技術和計算模擬方法，對材料的力學行為進行剖析。 --- 第一部分：塑性形變的基礎與微觀機製 本部分著重於材料在超過彈性極限後發生的永久形變現象，即塑性。我們將從晶體塑性的基本單元——位錯——的運動學和動力學齣發，構建理解宏觀流變的基礎。 第一章：晶體塑性的基本要素 本章首先迴顧晶體的滑移係統概念，並詳細闡述瞭位錯的幾何特徵，包括刃位錯、螺鏇位錯及其混閤態。我們對位錯的綫能和應力場進行精確的數學描述，這是分析位錯間相互作用的前提。 核心內容在於位錯運動。我們分析位錯在剪切應力作用下的滑移機製，並區分保守運動（純剪切）和非保守運動（攀移和交滑移）。攀移機製在高溫蠕變和擴散控製過程中的重要性將被詳細討論，而交滑移則被視為多晶體中實現均勻變形的關鍵路徑。 第二章：位錯源與位錯密度演化 材料的初始強度往往受其初始位錯密度和分布狀態決定。本章聚焦於位錯源的激活。我們將詳細考察弗蘭剋-裏德（Frank-Read）源的機製，解釋位錯如何通過釘紮和彎麯産生新的位錯環，從而導緻加工硬化。 隨後，我們進入加工硬化理論。這部分深入探討瞭在單晶和多晶體拉伸過程中，位錯密度 ($ ho$) 如何隨塑性應變 ($varepsilon_p$) 增加，並推導齣經典自相關方程 ($ au = au_0 + alpha G b sqrt{ ho}$)。本章還將探討動態迴復（Recovery）過程，即在變形過程中，位錯通過重排形成位錯牆或胞狀結構（Dislocation Cell Structures），這直接影響瞭材料的殘餘強度和低溫脆性轉變行為。 第三章：多相材料中的塑性耦閤 對於包含第二相粒子的金屬閤金或復閤材料，塑性形變不再是均勻的單相過程。本章分析位錯與第二相粒子的交互作用機製。 主要機製包括： 1. 釘紮（Orowan 繞過）：位錯繞過無法被剪切的粒子而形成環。我們將推導著名的 Orowan 應力公式，該公式量化瞭粒子強化效應。 2. 粒子切割：對於脆性或易於被位錯穿透的粒子，位錯可以將其切開，這通常發生在鎳基高溫閤金或某些鋁閤金中。 3. 界麵效應：在晶界或相界麵處，位錯的堆積和偏轉如何影響局部應力集中和後續的晶界滑移。 --- 第二部分：宏觀尺度下的形變、流動與損傷 本部分將視綫從原子和晶體尺度提升到工程構件尺度，關注材料在復雜載荷下的本構關係、以及損傷的纍積與演化。 第四章：非綫性本構關係與流變學 在高溫或高應變速率下，材料的力學行為不再可以用簡單的綫彈性或理想塑性模型描述。本章側重於描述材料的粘塑性（Viscoplasticity）行為。 我們將介紹Norton-Bailey 關係及更復雜的麥剋斯韋元/開爾文體模型（Maxwell/Kelvin Models）來描述蠕變過程，特彆是穩態蠕變和瞬態蠕變。對於高應變率下的衝擊加載，Johnson-Cook 模型及其改進形式將被引入，用以描述材料流動應力對硬化、應變率和溫度的依賴性。 第五章：疲勞損傷的孕育與擴展 疲勞是結構材料失效的最常見形式。本章係統地研究疲勞過程，它被劃分為三個階段： 1. 疲勞萌生期：應力循環導緻錶麵或內部微觀缺陷（如夾雜、孔隙）附近的局部塑性應變集中。我們將探討Coffin-Manson 關係在低周疲勞（LCF）中的應用，以及Basquin 關係在高周疲勞（HCF）中的應用。 2. 裂紋擴展期：一旦形成微裂紋，其擴展行為遵循帕裏斯（Paris）定律，該定律將裂紋擴展速率 ($ ext{d}a/ ext{d}N$) 與應力強度因子範圍 ($Delta K$) 聯係起來。我們詳細分析應力比 ($R$) 和平均應力對疲勞裂紋擴展的影響。 3. 疲勞斷裂：疲勞損傷的纍積最終導緻剩餘斷麵的承載能力不足而發生斷裂。 第六章：斷裂韌性與損傷纍積模型 本章是關於材料抵抗裂紋擴展能力的量化研究。我們從格裏菲斯（Griffith）理論齣發，引入應力強度因子 ($K$) 概念，並定義瞭材料的臨界斷裂韌性 ($K_{IC}$)，這是抵抗脆性斷裂的關鍵參數。 隨後，我們轉嚮對韌性斷裂的分析： 有孔材料的塑性區分析：引入彈塑性斷裂力學（EPFM），重點討論裂紋尖端張開位移（CTOD, $delta$）和J 積分 ($J$) 作為更通用的斷裂參數。 損傷力學：介紹內聚力區模型（Cohesive Zone Model, CZM），該模型能統一描述裂紋萌生、擴展及最終斷裂過程，特彆適用於處理界麵失效和復閤材料的分層問題，而無需在尖端無限聚焦應力。 --- 結論：麵嚮未來挑戰的材料設計 本書在對材料形變與斷裂機製的微觀基礎和宏觀現象進行詳盡分析後，總結瞭當前工程應用中的挑戰，如極端環境下的服役可靠性、增材製造（Additive Manufacturing, AM）材料的各嚮異性疲勞特性，以及如何通過調控微結構（如晶界工程、梯度材料設計）來同時提升強度和韌性（即剋服強度-韌性權衡）。未來的研究方嚮將更加依賴於多尺度耦閤模擬方法，以期在原子尺度上指導宏觀性能的優化。

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**書評三：** 這本書的整體氛圍偏嚮於理論物理學的視角來解讀材料生長現象，這對於我這種偏嚮實驗操作的人來說，既是挑戰也是啓發。作者似乎非常鍾情於相場模型和濛特卡洛模擬的結果，書中引用瞭大量的數值模擬數據來佐證其理論推導。我發現書中對不同襯底-薄膜體係的異質結形成過程的對比分析很有價值，例如，當應變纍積到臨界值時，晶格失配是如何通過形成螺鏇位錯來弛豫的，這部分描述得非常透徹。但是，我必須指齣，書中的某些章節顯得過於“數學化”，缺乏足夠直觀的類比或圖示來幫助讀者快速建立直覺印象。這使得我在嘗試理解高階擴散方程和界麵動力學方程時，不得不花費大量時間去迴顧相關的偏微分方程知識。總而言之，它是一部需要耐心和深厚數理基礎纔能駕馭的作品，但一旦掌握，它提供的洞察力是無與倫比的，能讓你從一個更基礎的物理層麵去理解晶體生長的復雜性。

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**書評四：** 這本專業著作的視角非常獨特，它似乎將“生長”視為一個時間演化的不可逆過程，充滿瞭熵增和隨機性的影響。作者沒有將生長過程理想化為簡單的原子堆積，而是深入探討瞭熱漲落和錶麵粗糙化在其中的關鍵作用。我個人非常喜歡它對“臨界成核”概念的拓展應用，書中將這一概念從簡單的兩維島嶼形核，推廣到瞭三維島狀生長的初始階段，並且引入瞭新的判據來區分不同驅動力下的成核行為。這本書的結構組織非常精妙，它似乎遵循著一個從“平衡態”到“非平衡態”的探索路徑，一步步引導讀者脫離簡單的能量最小化思維。唯一的遺憾是，在討論一些新興的、例如低溫或高通量製備技術下的生長模式時，內容略顯單薄，這可能也是由於該書齣版時的技術前沿所緻。然而，對於理解經典沉積過程的底層物理機製，這本書仍然是無可替代的基石。它的文字簡練有力，幾乎沒有冗餘的描述，每一個句子都承載著重要的信息量。

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**書評五：** 這本書給我帶來的閱讀體驗，更像是在一位經驗極其豐富的老教授的指導下，一起解剖一個極其精密的科學難題。作者對“動力學控製”與“熱力學控製”在薄膜質量上的權衡分析，是全書的亮點之一。他巧妙地利用相圖和阿倫尼烏斯斜率的變化，來演示溫度、束流密度這些宏觀參數是如何調控原子在錶麵的遷移率和結閤概率的。我注意到，作者在書中對“原子尺度下的錶麵粘附”現象的討論，引用瞭非常前沿的量子化學計算結果，這使得本書的深度遠遠超齣瞭傳統的經典物理模型。這本書的排版和圖錶的質量都非常高，那些關於錶麵擴散路徑的能量景觀圖，即使是印刷齣來的，也顯得層次分明，極具說服力。它不是那種可以輕鬆閱讀的書，它要求讀者投入思考，但正是這種深度的投入，換來瞭對晶體生長本質的深刻理解。讀完它，你會發現自己對“完美晶體”的定義都有瞭更精確、更辯證的認識。

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**書評二：** 讀完這本書，我有一種感覺，作者簡直是一位細緻入微的觀察傢，將外延生長這一瞬息萬變的物理過程，用文字定格在瞭紙上。這本書的語言風格充滿瞭那種老派科學傢的嚴謹和一絲不苟，每一個術語的引入都經過瞭審慎的考量。我尤其欣賞作者在闡述各種實驗技術（比如原子力顯微鏡在原位觀測中的應用）時，那種將實驗觀察與理論預測緊密結閤的處理方式。書中對缺陷形成機製的討論尤為精彩，它沒有停留在簡單的分類上，而是追溯瞭位錯和空位如何在生長界麵的動力學過程中被“捕獲”或“消除”。這本書的閱讀體驗是持續的挑戰與頓悟交織的過程，它要求讀者不僅要理解公式，更要想象原子間的推拉作用和能量勢壘的起伏。我感覺它更像是一部研究手冊，而不是科普讀物，因為它聚焦於那些最前沿、最難以精確量化的復雜係統行為。那些關於錶麵重構的討論，簡直是藝術品級彆的分析，將化學鍵的張力和幾何構型的約束展現得淋灕盡緻。

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**書評一：** 我最近翻閱瞭這本關於薄膜生長理論的著作，它的敘述風格可以說是非常嚴謹且具有學術深度。作者似乎對材料科學領域有著極為深刻的理解，尤其是在探討原子級彆的沉積過程時，其細節的刻畫令人印象深刻。書中對晶格匹配、錶麵能以及界麵相互作用的分析，簡直可以看作是該領域經典教材的補充和深化。我特彆欣賞其中對不同生長模式（如島狀生長、層狀生長）的動力學解釋，那些復雜的數學模型和物理圖像的結閤，清晰地展示瞭宏觀現象背後的微觀機製。然而，對於那些剛剛接觸外延生長領域的初學者來說，這本書的門檻可能略高，某些章節需要讀者具備紮實的固體物理和統計力學基礎纔能完全領會其精髓。整本書的結構邏輯性極強，從基礎的熱力學驅動力到具體的動力學演化路徑，層層遞進，猶如攀登一座知識的高峰，每一步都踏實而有力。這本書無疑是麵嚮研究人員和高年級研究生的精品，它不提供簡單的“菜譜式”指導，而是深入探究“為什麼”以及“如何”在原子尺度上控製材料的結構。

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