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生物力學為以應用物理學及工程學的概念來描述身體骨骼肌肉係統的運動，以及在正常或異常受力狀態時力與運動之間的相互關係。
　　
　　本書編排由簡入繁，共分為八個章節，首先從靜力學、動力學等基本工程理論開始，並逐步介紹骨骼肌肉係統與相關組織，包括骨骼、軟骨、肌肉、肌腱、韌帶與口腔咬閤等之生物力學；接著以生物力學基本原理的角度來介紹上肢肩、肘與手腕關節生物力學、下肢髖、膝與足踝關節生物力學、脊椎結構及顳顎關節等部位的運動學及運動力學；最後以臨床應用實例，包括人工關節置換、脊椎固定手術、創傷骨摺、復健輔具與牙科植體等應用來引導讀者將生物力學學問應用在臨床醫學或工程之中。這些都是屬於應用生物力學的基本章節，並未深入探討其他相關的課題，主要目的是希望帶給讀者更全麵、完整的生物力學重要基本知識，並以這些知識為基礎，開拓臨床應用的康莊大道。

《材料科學基礎與前沿應用》 —— 一部深入探索物質世界奧秘的經典之作 前言 在現代科技的宏偉藍圖中，材料科學無疑是驅動創新的核心引擎之一。從微觀的原子結構到宏觀的宏觀性能，材料的特性決定瞭我們能夠製造齣何種工具、設計齣何種結構，乃至拓展齣何種人類能力的邊界。本書《材料科學基礎與前沿應用》，旨在為讀者提供一個全麵、係統且富有洞察力的視角，剖析構成我們世界的物質基礎，並追蹤這些基礎在尖端科技領域中的最新發展和變革性應用。 本書並非對某個特定學科分支的深入鑽研，而是力求構建一個多學科交叉的知識框架，連接起物理學、化學、工程學以及信息科學的橋梁。我們相信，隻有理解瞭材料的“為什麼”和“如何”，纔能真正掌握創新的“可能性”。 第一部分：材料科學的基石——微觀結構與宏觀性能 本部分是全書的理論基礎，旨在鞏固讀者對材料基本行為模式的認知。我們從最基礎的層麵——原子和電子的排列與相互作用入手。 第一章：晶體結構與缺陷工程 晶體學的幾何美學： 詳細闡述瞭體心立方（BCC）、麵心立方（FCC）和密堆積六方（HCP）等基本晶格結構。通過立體幾何模型和布拉維點陣的數學描述，揭示瞭晶體學對稱性如何預示材料的宏觀各嚮異性。 非晶態的無序之美： 對玻璃、聚閤物等無序結構進行瞭深入探討，分析瞭長程有序的缺失如何影響材料的熱力學穩定性和力學響應。 結構中的“不完美”： 重點剖析瞭材料中不可避免的晶體缺陷——點缺陷（空位、間隙原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界）。著重論述瞭位錯如何成為塑性變形的根本機製，並介紹瞭如何通過引入人工缺陷（如沉澱物、晶界工程）來精確調控材料的強度和韌性。 第二章：熱力學與相圖的語言 平衡態的驅動力： 從吉布斯自由能的角度，闡述瞭材料體係達到熱力學平衡的內在驅動力。詳細分析瞭化學勢、活度和活度係數在多組分體係中的重要性。 構建相圖的藝術： 深度解析瞭單組元、二元乃至三元相圖的繪製與解讀。特彆關注瞭固溶體、相變點（共晶、共熔）的物理意義，並結閤實例（如鐵碳閤金的奧氏體-鐵素體轉變）說明相圖在材料設計中的指導作用。 動力學控製的轉變： 區彆於平衡相變，本章探討瞭相變速率對最終組織形態的影響。引入瞭擴散理論（Fick定律）和形核-長大機製，解釋瞭退火、淬火等熱處理工藝如何塑造材料的微觀結構和最終性能。 第三章：電子結構與電磁特性 能帶理論的構建： 采用能帶理論模型，解釋瞭導體、半導體和絕緣體之間本質區彆的來源——費米能級的空間位置和布裏淵區結構。 電學性質的調控： 討論瞭材料的電阻率、電導率及其溫度依賴性。在半導體領域，重點分析瞭本徵半導體與摻雜半導體的載流子濃度、遷移率及其霍爾效應的測量方法。 磁性與介電響應： 區分瞭抗磁性、順磁性和鐵磁性的微觀根源（電子軌道和自鏇矩）。詳細介紹瞭鐵電體、壓電材料的偶極矩行為，以及鐵磁材料的磁疇結構和磁滯迴綫特性。 第二部分：性能的塑造——加工、性能與失效機製 本部分聚焦於如何將理論知識轉化為具有特定功能的實際材料，並研究它們在服役條件下的可靠性。 第四章：先進的加工製造技術 塑性加工與成形： 涵蓋瞭軋製、鍛造、拉拔等傳統塑性加工的本構關係。分析瞭加工硬化現象及其對後續熱處理的耦閤效應。 粉末冶金與增材製造（3D打印）： 重點探討瞭通過粉末壓製燒結（P/M）工藝製備復雜零部件的優勢與挑戰。深入剖析瞭激光選區熔化（SLM）和電子束熔化（EBM）等增材製造過程中的快速凝固效應、殘餘應力産生機製及其對孔隙率和晶粒結構的影響。 薄膜與錶麵工程： 介紹瞭化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）技術在製備功能性塗層中的應用，強調瞭界麵工程在提高耐磨性、耐腐蝕性以及實現異質結特性方麵的重要性。 第五章：力學行為的量化分析 彈性與粘彈性： 基於鬍剋定律和廣義鬍剋定律，建立瞭描述材料在應力作用下的彈性變形模型。對聚閤物和復閤材料的粘彈性行為，引入瞭鬆弛時間和蠕變模型進行描述。 斷裂力學原理： 引入應力強度因子、裂紋尖端張開位移（CTOD）和斷裂韌性（KIC）等核心參數，分析瞭材料在存在裂紋時的承載極限。探討瞭韌性斷裂和脆性斷裂的本質區彆及其錶徵方法。 疲勞與蠕變： 疲勞是工程結構失效的首要原因，本章詳細分析瞭低周疲勞（LCF）和高周疲勞（HCF）的S-N麯綫（Wöhler麯綫）特徵，並探討瞭Paris定律在裂紋擴展速率預測中的應用。蠕變現象則側重於高溫下材料的長期穩定性問題。 第六章：材料的退化與失效診斷 腐蝕的電化學本質： 闡述瞭濕法腐蝕（電化學腐蝕）和乾法腐蝕（高溫氧化）的機理。重點分析瞭鈍化膜的形成、點蝕、應力腐蝕開裂（SCC）的協同作用。 失效分析的實踐： 介紹瞭掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）以及能譜分析（EDS）在確定失效斷口形貌、識彆第二相粒子和汙染物方麵的應用。強調瞭從宏觀到微觀的係統性失效診斷流程。 第三部分：麵嚮未來的功能材料與交叉前沿 本部分將視野擴展到當前科學研究的熱點領域，展示材料科學如何解決人類麵臨的重大挑戰。 第七章：高性能復閤材料的時代 增強機製與建模： 詳細分析瞭縴維增強復閤材料（FRC）和顆粒增強復閤材料的增強效應。引入瞭混閤律和剪切滯後模型來預測縴維/基體界麵的荷載傳遞效率。 結構與功能一體化： 探討瞭自修復復閤材料、智能阻尼復閤材料的設計思路，以及碳縴維增強聚閤物（CFRP）在航空航天結構中的輕量化和應力監測應用。 第八章：能源轉換與存儲材料 光電轉換： 深入研究瞭傳統矽基太陽能電池的工作原理，並重點聚焦於鈣鈦礦（Perovskite）材料的晶體結構、缺陷容忍性及其在高效光伏器件中的巨大潛力與穩定性挑戰。 儲能技術： 詳述瞭鋰離子電池的電極材料（如高鎳三元、磷酸鐵鋰）的結構穩定性和循環壽命。討論瞭固態電解質的離子傳導機理及其對下一代高安全電池的意義。 第九章：納米材料的尺寸效應 量子限域： 闡釋瞭當材料尺寸進入納米尺度時，量子效應（如量子尺寸效應、錶麵等離激元共振）如何改變材料的電子、光學和催化性能。 新型納米結構： 詳細介紹瞭一維材料（碳納米管、納米綫）、二維材料（石墨烯、二硫化鉬）的製備方法（如化學氣相沉積法、機械剝離法）及其在電子器件、柔性電子學中的前沿應用。 結語 《材料科學基礎與前沿應用》力求在嚴謹的科學原理與蓬勃發展的應用需求之間架設起一座堅實的橋梁。我們期望，本書不僅能成為材料科學專業學生的必備參考書，也能為從事相關工程、物理、化學領域的研發人員提供深刻的啓發與指導，共同推動物質世界的創新與進步。 ---

作者簡介

歐耿良 教授

　　現職：
　　颱北醫學大學口腔醫學院院長
　　颱北醫學大學特聘教授
　　颱北醫學大學醫學工程學院籌備主任
　　颱北醫學大學生醫材料暨組織工程研究所教授
　　颱北醫學大學 生醫器材研發暨産品試製中心主任
　　颱北醫學大學 生醫植體暨微創醫療研究中心主任
　　北海道醫療大學客座教授
　　永義防癌基金會董事
　　颱灣口腔醫學工學會理事長
　　颱灣金屬熱處理學會理事
　　颱灣生物力學學會監事

　　學經曆：
　　科技部生物處副召集人
　　中華電漿學會常務理事
　　颱北醫學大學生醫材料暨組織工程研究所副教授
　　國立交通大學機械工程研究所博士

魏鴻文 教授

　　現職：
　　中原大學醫療器材科技轉譯中心協同主持人
　　陽明大學物理治療暨科技輔具係兼任助理教授
　　颱灣骨科器材發展協會理事
　　颱灣創新醫療器材發展協會理事
　　生醫器材研發暨産品試製中心顧問

　　學經曆：
　　閤一生技投資股份有限公司醫療器材投資經理
　　陽明大學人工關節研發中心副主任
　　陽明大學人工關節研發中心專任助理研究員
　　陽明大學醫學工程研究所畢業
　　清華大學動力機械係畢業

第一章 生物力學簡述    
1.1　生物力學定義
1.2　生物力學轉譯應用
1.3　基本材料力學
1.4　生物力學基本概念
1.5　生物力學應用
1.6　材料試驗分析儀器
參考文獻

第二章 骨骼與軟骨生物力學    
2.1　骨骼形成及組成
2.2　成熟骨骼之分類及功能
2.3　骨骼的力學特性
2.4　關節軟骨解剖構造
2.5　軟骨組織分類
2.6　關節軟骨的結構與功能
2.7　軟骨下骨
2.8　關節軟骨生物力學特性
2.9　退化性關節炎
參考文獻

第三章 軟組織生物力學    
3.1　軟組織的生物力學特性
3.2　肌肉生物力學特性
3.3　肌腱生物力學特性
3.4　韌帶生物力學特性
3.5　關節軟骨生物力學特性
參考文獻

第四章 下肢關節解剖與生物力學    
髖關節
4.1　髖關節之骨骼解剖與關節組成
4.2　髖關節之韌帶組成
4.3　髖關節的運動範圍
4.4　髖關節生物力學
4.5　髖關節之穩定度
膝關節
4.6　膝關節之骨骼解剖與關節組成
4.7　膝關節之韌帶與肌肉組成
4.8　膝關節生物力學
踝關節
4.9　踝關節之骨骼解剖與關節組成
4.10　踝關節之韌帶組成
4.11　踝關節之活動幅度
4.12　踝關節之生物力學
4.13　踝關節的穩定性
參考文獻

第五章 上肢關節解剖與生物力學    
肩關節
5.1　肩關節之骨骼解剖與關節組成
5.2　肩關節之韌帶組成
5.3　肩關節之運動範圍
5.4　肩關節之穩定結構
5.5　肩關節之力學分析
肘關節
5.6　肘關節之骨骼解剖與關節組成
5.7　肘關節之韌帶組成
5.8　肘關節的運動範圍
5.9　肘關節生物力學
5.10　肘關節的穩定性
腕關節
5.11　腕關節之骨骼解剖與關節組成
5.12　腕關節之韌帶組成
5.13　腕關節之生物力學
參考文獻

第六章 脊椎生物力學    
頸椎的解剖學及生物力學
6.1　頸椎功能性解剖
6.2　頸椎生物力學
6.3　頸椎受傷生物力學
腰椎的解剖學及生物力學
6.4　腰椎功能性解剖
6.5　腰椎生物力學
參考文獻

第七章 顳顎關節之生物力學    
7.1　顳顎關節解剖結構
7.2　顳顎關節之病理學
7.3　有限元素分析
7.4　治療與手術
7.5　全人工顳顎關節
參考文獻

第八章 生物力學之臨床應用範例    
8.1　關節臨床應用
8.2　脊椎臨床應用
8.3　近關節骨摺臨床應用
8.4　神經電刺激與平衡
8.5　義肢臨床應用
8.6　牙科植體

參考文獻

第一章　生物力學簡述
 
近年來，生物力學的相關議題在各領域持續發展，同時亦有許多令人振奮的新發現。由於時代進步與設備的改良，骨科研究的範圍變得相當廣泛，議題有小至細胞的力學刺激反應，亦有大至肢體的動作分析。生物學與力學間的關係可謂是近來最熱門的課題，而相關的新興研究報告包含應用骨與軟骨病理學的遺傳基礎探討，骨質疏鬆及退化性關節炎等常見的病癥機製。其他熱門探討的骨骼肌肉相關議題包括組織工程、生物醫學材料的應用、肌腱與韌帶的修補、人工植入物以及顯微組織的力學性質。此外，目前有許多跨領域的生物力學相關研究議題，如以不同形態的力學環境刺激細胞，觀察其生理變化及迴應。而部分新的研究方法包括以計算機（如有限元素模型）模型模擬顯微構造（如鬆質骨架構）的力學機製及一些相對長期的活體研究。總之，生物力學是一門相當廣泛的科學，其主要是促進臨床手術技術、手術器械以及人工植入物的進步，如骨摺固定模式、人工關節組件設計、義肢等方麵均是生物力學對於臨床的主要貢獻。
 
生物力學（biomechanics）一詞，是由生物學（biology）與力學（mechanics）二字所集閤而成。由字麵上淺顯地解釋為一門以力學理論和方法，探討人體及其他生命體有關力學問題的學科。事實上若要進一步瞭解生物力學這個領域，應該從曆史的因果關係開始。在1638年，Galileo在他的著作《Two New Sciences》中便導入瞭「力學」一詞，並概述其包含瞭一切物體及物質在靜、動態的敘述與力量、速度之間的關係。力學應用於眾多課題，包括材料中應力與應變的分布、對於材料力學性質的敘述、材料的強度與不同受力模式下的破壞模式、流體力學與粒子的運動、熱流、質傳、結構力學與強度、波動與震波問題。這些課題看似近乎工程的領域，很難跟生命科學問題相連。但是在重力場下，環顧任何生物體組織、器官所構成的生理係統中，從分子生物層次所有化學分子間的互動與傳遞，到器官如何發揮其生理功能，再到整個個體的運動控製，幾乎很難找到生物體中哪一個器官的運作不包含在以上所敘述的力學課題中。

评分☆☆☆☆☆

第一次翻開《生物力學》，我就被它宏大的視角和精密的分析所吸引。這本書不隻是在講述“如何運動”，而是在解析“運動的本質”。它將人體看作一個極其復雜的工程係統，並用物理學的語言來解讀這個係統的運作。書中對“杠杆原理”在人體的應用，對“慣性”和“摩擦力”在運動中的影響，都進行瞭深入淺齣的分析，讓我恍然大悟。我尤其對書中關於“生物力學分析方法”的介紹很感興趣，例如如何通過視頻分析技術來評估運動員的錶現，或者如何利用計算機模擬來預測人體在不同運動狀態下的受力情況。這本書的知識體係非常完整，它不僅僅關注宏觀的運動，還深入到微觀的組織和細胞層麵，探討瞭生物力學在這些層麵的影響。書中還涉及到瞭許多前沿的研究成果，讓我看到瞭生物力學這個領域無限的可能性。這本書的內容讓我受益匪淺，它不僅提升瞭我對運動的認知，更激發瞭我對科學探索的濃厚興趣。

评分☆☆☆☆☆

《生物力學》這本書，徹底顛覆瞭我之前對人體運動的一些片麵認知。我過去總以為，運動能力主要取決於肌肉的力量和耐力，但這本書卻讓我認識到，生物力學原理在其中起著至關重要的作用。書中對“關節的運動學”和“動力學”的講解，讓我明白瞭關節的活動範圍、運動速度以及運動過程中所受到的力是如何相互影響的。我特彆喜歡書中關於“重心”和“支撐麵”在維持身體平衡中的作用的分析，這讓我對很多需要高難度平衡技巧的運動有瞭更深刻的理解。書中還探討瞭生物力學在運動損傷預防和康復中的應用，這讓我意識到，瞭解身體的生物力學特性，對於避免不必要的傷害至關重要。這本書的寫作風格非常嚴謹，但又不失趣味性，它通過大量的圖示和案例，將抽象的理論變得生動形象，讓我能夠輕鬆地理解和吸收。讀完之後，我感覺自己對身體的運作機製有瞭更全麵的認識，仿佛一個隱藏的“設計藍圖”被揭開瞭麵紗。

评分☆☆☆☆☆

這本《生物力學》真是一本讓我腦洞大開的書！我一直對人體如何運動、肌肉和骨骼如何協同工作感到好奇，但總是覺得那些專業的解剖學和物理學知識遙不可及。這本書，簡直就像一位循循善誘的老師，用一種非常直觀易懂的方式，把那些曾經讓我望而卻步的概念一個個剖析開來。它沒有一開始就拋齣復雜的公式和圖錶，而是從我們生活中最熟悉的場景切入，比如走路、跑步、跳躍，甚至提東西。通過分析這些日常動作，它巧妙地引入瞭關於力、力矩、能量守恒等基本物理原理，並解釋瞭它們是如何作用於我們的身體的。我尤其喜歡書中對“生物力學”這個概念的定義，它不僅僅是關於“力”在生物體內的應用，更是一種理解生命運動規律的全新視角。讀完第一部分，我仿佛擁有瞭一雙“生物力學之眼”，能看到運動背後隱藏的精妙設計，對運動訓練、康復甚至一些體育項目的技巧有瞭更深刻的理解。這本書不是那種純粹的科普讀物，它更像是一扇門，推開它，就能進入一個充滿智慧和奧秘的全新世界，讓人迫不及待地想繼續探索下去。

评分☆☆☆☆☆

買到這本《生物力學》，算是滿足瞭我一直以來對運動科學的好奇心。這本書的視角非常獨特，它不是那種枯燥的教科書，而是把我們身體的每一個細微動作都當作一個值得研究的課題。我發現，很多我們習以為常的動作，背後都蘊含著復雜的生物力學原理。比如，書中對“內力和外力”在人體運動中的作用進行瞭詳細的闡述，讓我明白瞭為什麼在某些運動中，我們需要主動發力，而在另一些情況下，則需要藉助外界的力量。書中對“生物力學測試”的介紹也讓我大開眼界，原來通過一些科學的測量和分析，我們可以如此精確地瞭解人體的運動能力和潛在問題。我特彆欣賞書中對“能量傳遞”和“動量守恒”在人體運動中的應用的講解，這讓我對如何更有效地分配身體能量、如何更好地控製運動軌跡有瞭全新的認識。這本書的內容非常豐富，涵蓋瞭運動生理學、解剖學、物理學等多個領域，但它通過一種非常融洽的方式將它們串聯起來，讀起來一點也不費力，反而充滿瞭探索的樂趣。

评分☆☆☆☆☆

我真的非常驚嘆於《生物力學》這本書在知識深度和廣度上的融閤。我之前對運動的理解，更多地停留在“感覺”層麵，知道用力、知道發力，但具體到“如何更有效地用力”以及“為什麼這樣用力更有效”，就有些模糊瞭。這本書就像給我提供瞭一份精確的“人體動力學地圖”，它不僅講解瞭人體骨骼、肌肉、關節的結構特點，更重要的是，它將這些結構與物理學原理緊密結閤。書中對不同運動模式的分析，例如如何通過調整步態來提高跑步效率，或者如何在舉重時優化身體姿勢以減少損傷，都充滿瞭科學的嚴謹性和實用的指導意義。我尤其對書中關於“生物力學模型”的討論印象深刻，它讓我明白，我們並非在進行一次次的獨立運動，而是一個由無數相互作用的組件組成的復雜係統。書中還涉及到瞭許多與生物力學相關的工程學和計算機科學的應用，例如步態分析儀、假肢設計等，這讓我看到瞭生物力學在現代科技發展中的重要地位。這本書的論述清晰，邏輯性強，即使是涉及一些較復雜的概念，也能通過生動的例子和恰當的比喻來解釋，讓我這個非專業人士也能有所領悟。