Foundations of Nanomechanics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Berlin Heidelberg

作者:Andrew N. Cleland

出品人:

页数:888

译者:

出版时间:2009-12-28

价格:USD 119.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783642078217

丛书系列:

图书标签:

理论
纳米力学
纳米材料
固体力学
材料科学
微观力学
纳米技术
连续介质力学
分子动力学
有限元分析
结构力学

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具体描述

《微观世界的力学基石：材料、结构与应用》在这部引人入胜的书籍中，我们将踏上一段探索物质在微观尺度下力学行为的旅程。本书旨在揭示纳米尺度材料所展现出的独特而迷人的力学特性，以及这些特性如何支配着它们的结构、性能和最终的应用。第一部分：微观世界的基石——纳米材料的力学独特性我们将从理解为什么材料在纳米尺度下会展现出与宏观世界截然不同的力学行为开始。这包括深入探讨：量子力学的影响：电子态的改变，如尺寸限制和表面效应，如何重塑材料的弹性模量、屈服强度以及韧性。我们将分析诸如量子尺寸效应、量子隧穿等现象在微观力学中的体现。表面与界面效应的主导地位：在纳米结构中，原子数量的绝大部分集中在表面和界面。我们将详细阐述表面张力、表面能、以及界面耦合力如何成为决定材料宏观力学响应的关键因素。这将包括对晶界、相界以及各种纳米颗粒表面势的深入研究。缺陷的几何与拓扑约束：纳米材料中位错、空位等缺陷的行为方式与宏观材料存在显著差异。本书将探讨在纳米尺度下，经典位错理论的局限性，并介绍如纳米孪晶、空位团簇等新的缺陷结构如何影响材料的塑性变形和断裂机制。统计力学的视角：纳米体系的力学行为往往表现出统计涨落的特征。我们将引入概率论和统计物理学的概念，解释为何纳米材料的力学性能会呈现分布特征，以及如何通过统计模型来预测和理解这些行为。第二部分：精巧的结构——纳米尺度下的力学设计与制造理解了纳米材料的力学独特性后，本书将进一步探讨如何利用这些特性来设计和制造具有特定力学功能的微观结构。这部分内容将涵盖：自组装与定向生长：探索如何利用分子间的弱相互作用，如范德华力、氢键等，实现纳米结构在特定形状和尺寸上的自组装。我们将介绍各种化学合成方法，如溶胶-凝胶法、水热法、以及化学气相沉积（CVD）等，在精确控制纳米结构几何形状方面的应用。纳米制造技术：详细介绍当前主流的纳米制造技术，包括聚焦离子束（FIB）、电子束光刻（EBL）、原子层沉积（ALD）等，它们如何在原子或分子层面精确地构筑复杂的纳米结构。我们将讨论这些技术在微机电系统（MEMS）和纳机电系统（NEMS）制造中的关键作用。多尺度建模与仿真：鉴于纳米尺度力学行为的复杂性，本书将重点介绍多尺度建模和仿真方法。我们将探讨如何将分子动力学（MD）、密度泛函理论（DFT）与有限元分析（FEA）等不同尺度的计算方法相结合，以更全面地理解和预测纳米材料的力学响应。纳米复合材料的力学设计：深入分析如何通过将不同纳米材料（如纳米颗粒、纳米管、纳米纤维）嵌入基体材料中，设计出具有优异力学性能的纳米复合材料。我们将研究增强体与基体之间的界面力学，以及如何通过控制增强体的形貌、尺寸分布和取向来优化整体力学性能。第三部分：变革性的应用——纳米力学驱动的未来技术最后，本书将聚焦于纳米力学在各个领域中日益广泛且深刻的应用，展示这项科学如何驱动着下一代技术的突破：生物医学领域的微创介入：探讨纳米机器人、纳米药物递送系统在体内精确诊断和治疗中的力学挑战与机遇。我们将分析生物相容性材料的力学设计，以及如何在复杂的生物环境中保证这些纳米装置的稳定性和功能性。先进传感器的设计与集成：介绍基于纳米材料压电效应、压阻效应等力学传感原理，开发高灵敏度、低功耗的生物传感器、环境传感器以及结构健康监测传感器。我们将深入研究传感器材料的表面形貌、晶体结构如何影响其传感性能。下一代能源器件的性能提升：分析纳米材料在电池、超级电容器、燃料电池等能源存储和转换器件中的力学作用，例如电极材料的形变稳定性、电解质界的力学耦合等。高性能工程材料的开发：展望纳米力学在轻质高强合金、抗疲劳材料、自修复材料等领域的应用前景，以及如何通过纳米结构的调控来赋予宏观材料前所未有的性能。微观机器人的运动与控制：探索微纳尺度下机器人执行运动、抓取、操作等任务所需的力学原理，包括粘附力、摩擦力、以及流体动力学在微观环境中的特殊表现。《微观世界的力学基石：材料、结构与应用》为工程师、研究人员、学生以及对纳米技术充满好奇的读者提供了一个全面而深入的视角，理解并驾驭纳米尺度下物质世界的力学奥秘，并为未来的科技创新奠定坚实的理论基础。