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出版者:

作者:Janot, C.

出品人:

頁數:426

译者:

出版時間:

價格:142

裝幀:

isbn號碼:9780198565512

叢書系列:

圖書標籤:

• 準晶體
• 固體物理
• 材料科學
• 晶體學
• 非周期性
• 數學物理
• 相變
• 拓撲學
• 衍射
• 結構分析

晶體學的奇幻旅程：材料科學前沿探索 圖書名稱： 晶體學的奇幻旅程：材料科學前沿探索 內容簡介： 本書將帶領讀者深入材料科學的宏偉殿堂，聚焦於晶體結構、缺陷、生長及其在現代工程技術中的應用。我們摒棄瞭對特定“類晶體”材料的詳盡論述，轉而構建一個更加宏觀、基礎且具有普適性的晶體學知識體係。全書旨在闡明物質的微觀排列如何決定其宏觀性質，為理解從傳統金屬到新型復閤材料的性能提供瞭堅實的理論基礎。 第一部分：晶體學的基石——有序與無序的辯證統一 本部分首先迴顧瞭經典晶體學的基本概念，從最基本的點陣、晶胞到布拉維晶格的分類。我們詳細剖析瞭晶體結構描述的數學工具，包括倒易點陣（Reciprocal Lattice）在X射綫衍射中的核心作用。不同於聚焦於特定結構類型的討論，本章側重於對稱性的深刻內涵。空間群理論被引入，作為描述晶體內部原子排列的終極語言。我們探討瞭對稱操作如何限製瞭材料可能擁有的物理性質，例如壓電性、熱電性等，這些都直接源於晶體的點群和空間群的特定組閤。 隨後，我們深入研究瞭“完美晶體”的理想狀態與其在現實中的局限性。晶體生長理論是本部分的核心內容之一。我們考察瞭從熔融態、溶液和氣相等不同相變過程中的晶核形成與長大機製。剋拉特尼（Kratky）方程和赫爾曼（Hermann-Mauguin）法則在描述界麵能和生長動力學中的應用被詳盡討論。讀者將瞭解到，即使是最精確的生長控製，也無法避免生長缺陷的産生，這為下一部分做瞭理論鋪墊。 第二部分：缺陷的藝術——從統計誤差到功能核心 如果說完美晶體是理論的烏托邦，那麼材料的實際性能則是由其內部的晶體缺陷所塑造的。本部分完全聚焦於這些“不完美性”。我們將缺陷分為零維、一維、二維和三維缺陷，並係統地分析它們對材料力學、電學和光學性質的影響。 零維缺陷，即點缺陷（空位、間隙原子、取代原子），是擴散現象的驅動力。我們運用統計熱力學模型（如布朗-範格夫模型）來計算不同溫度下缺陷的平衡濃度，並闡述瞭這些缺陷在金屬的蠕變、半導體的摻雜效應中扮演的關鍵角色。 一維缺陷，即位錯，是塑性變形的微觀基礎。本書用紮實的幾何學和彈性理論來描述刃型、螺鏇型和混閤型位錯的應力場。不同於單純描述位錯的移動，我們著重於位錯的相互作用和位錯源（如弗蘭剋-裏德源）的啓動機製，解釋瞭加工硬化和晶粒細化背後的物理原理。 二維缺陷，如晶界、孿晶界和相界麵，被視為“內部的晶體學森林”。我們將晶界幾何描述為奧爾良環（O-lattice）理論和Csl模型的應用領域，詳細分析瞭高角和低角晶界的能量與結構差異。特彆地，我們討論瞭晶界工程在提高材料性能方麵的巨大潛力，例如利用晶界阻礙位錯運動以增強閤金強度，或利用晶界加速化學反應。 第三部分：宏觀響應與結構演化 本部分將前兩部分建立的微觀結構知識，聯係到材料的宏觀可觀測性質及其在復雜環境下的動態演化。 在力學響應方麵，我們探討瞭晶體塑性的本構模型，如自洽平均場理論（如CMT）和基於晶體的塑性模型（如CPM）。這些模型如何準確預測多晶體材料在復雜加載路徑下的應力-應變響應，是本章的重點。同時，我們考察瞭疲勞和斷裂的本質——它們是特定缺陷（如錶麵裂紋）在循環載荷下形核、擴展和最終失穩的宏觀錶現。 在電學和熱學響應中，晶體結構的影響更為直接。我們使用能帶理論來解釋晶體周期性勢場對電子運動的約束，區分瞭導體、半導體和絕緣體中載流子行為的根本差異。對於介電材料，我們分析瞭晶格振動（聲子）如何影響熱導率，以及電偶極矩的取嚮與電場響應的關係。 第四部分：前沿視野——結構控製與功能集成 最後，本書展望瞭當前材料科學研究中最具活力和挑戰性的領域。我們聚焦於非平衡態材料的結構控製。這包括快速凝固技術如何産生具有亞穩態或非晶態結構的材料，以及如何利用超快激光處理來誘導固態相變。 我們深入探討瞭界麵調控在納米結構材料中的關鍵作用。例如，如何通過原子層沉積（ALD）技術實現對薄膜厚度和界麵化學的近乎完美的控製，從而為新型存儲器、傳感器和催化劑的開發奠定基礎。 本書的最終目標是培養讀者一種基於結構——性能——過程的係統思維模式。通過對晶體學基礎、缺陷物理及結構演化的全麵梳理，讀者將能以更深刻的視角去理解和設計下一代高性能工程材料，即使麵對那些結構尚未完全明確的復雜體係，也能找到分析問題的通用方法論。全書的討論始終圍繞著“如何通過控製原子尺度上的排列和不完美性，來指導宏觀材料的創造與優化”，這是一場對物質世界的結構性探索。

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