生物力學 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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林燕慧

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《現代材料科學導論》 圖書簡介 引言：材料的基石與未來 在人類文明的演進曆程中，材料的進步始終扮演著核心驅動力的角色。從最初的石器時代到如今的納米技術時代，我們對物質結構的理解和操控能力的提升，直接決定瞭我們生活方式、技術水平乃至文明形態的邊界。本書《現代材料科學導論》旨在為讀者構建一個全麵、深入且富於洞察力的材料科學知識框架。它不僅是一本技術手冊，更是一部關於物質世界奧秘的探索之旅，強調從原子尺度到宏觀性能之間內在聯係的理解。 本書的定位是麵嚮工程技術人員、高年級本科生及研究生，力求在理論深度與應用廣度之間取得精妙的平衡。我們不滿足於簡單地羅列材料的特性，而是深入剖析這些特性是如何由其微觀結構（原子排列、晶體缺陷、微區相變）所決定的，並探討如何通過材料設計和加工工藝來優化或定製所需的功能。 --- 第一部分：材料的微觀結構基礎 (The Atomic and Crystalline Foundation) 本部分是理解整個材料科學體係的基石。我們將從最基礎的原子結構和化學鍵閤講起，詳細闡述離子鍵、共價鍵、金屬鍵和範德華力在不同材料體係中的作用。 第一章：原子與化學鍵閤 深入探討周期錶與電子構型對外層電子行為的決定性影響。重點分析材料的宏觀性能（如硬度、導電性、熔點）與微觀鍵閤能、鍵長之間的定量關係。 第二章：晶體結構與對稱性 晶體結構是理解固體材料的第二道門檻。我們詳細介紹瞭布拉維點陣、晶體學基礎理論，並對立方係、六方晶係等常見晶體結構進行詳盡的幾何分析。讀者將學習如何運用密堆積概念來預測材料的堆積密度。 第三章：晶體缺陷：結構與性能的交匯點 材料的非完美性恰恰是其功能性的來源。本章集中討論點缺陷（空位、間隙原子、取代原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界、孿晶界）。我們不僅描述瞭這些缺陷的幾何特徵，更重要的是，探討瞭它們如何決定材料的塑性變形機製（位錯滑移與攀移）和擴散行為。特彆關注位錯密度對金屬強度的影響機製。 第四章：電子結構與能帶理論 這是連接量子力學與材料宏觀電學、光學性質的關鍵。本書采用半經典物理圖像，闡述瞭晶體周期性勢場如何導緻能帶的形成。詳細區分導體、半導體和絕緣體在費米能級位置和能帶隙上的差異。此外，還引入瞭本徵半導體和摻雜半導體的載流子輸運理論。 --- 第二部分：材料的組織結構與熱力學驅動力 (Microstructure and Thermodynamic Drivers) 材料的性能往往取決於其組織結構——即相的分布、尺寸和形態。本部分聚焦於驅動結構演變的能量與動力學過程。 第五章：相平衡與熱力學 以吉布斯相律為核心工具，分析單組分和多組分體係的相圖。本書對二元閤金係統（如Fe-C係、Cu-Ni係）的相圖進行瞭深入的案例分析，解釋瞭固溶體、共晶反應和共析反應的發生條件。強調瞭亞穩態在實際材料加工中的重要性。 第六章：相變動力學與形核長大 相變過程需要時間和能量。本章詳述瞭形核理論（均相與非均相形核）和長大機製（擴散控製的邊界遷移）。引入瞭經典熱力學理論和動力學模型，解釋瞭退火、淬火等熱處理工藝如何控製最終的微觀組織。 第七章：擴散現象 原子在固體中的運動是許多製造工藝（如燒結、滲碳、薄膜生長）的基礎。詳細介紹瞭Fick第一和第二定律，並區分瞭晶格擴散、晶界擴散和短程有序擴散的差異。對溫度依賴性（Arrhenius關係）進行瞭量化分析。 --- 第三部分：主要材料體係的結構、性能與應用 (Classes of Materials: Structure-Property Relationships) 本部分將前兩部分的理論應用於三大類核心工程材料，展示結構-性能-加工的閉環關係。 第八章：金屬材料 金屬的優異強度、韌性和導電性源於其麵心立方（FCC）、體心立方（BCC）或密排六方（HCP）結構。重點討論瞭固溶強化、加工硬化（形變強化）、晶界強化（Hall-Petch關係）和沉澱強化機製。詳述瞭鋼的馬氏體轉變（無擴散轉變）及其在熱處理中的應用。 第九章：陶瓷材料 陶瓷（如氧化物、碳化物、氮化物）以其高硬度、耐高溫性和化學惰性著稱，但其脆性是主要限製。本章深入探討瞭離子和共價鍵閤對陶瓷結構穩定性的影響，分析瞭高精度燒結技術（如液相燒結）如何控製緻密度和晶界行為。著重討論瞭增韌技術，如縴維增韌和裂紋偏轉機製。 第十 অঞ্জ：聚閤物與復閤材料 聚閤物的性能極度依賴於其分子鏈的長度、纏繞程度和結晶度。闡述瞭熱塑性材料和熱固性材料的分子結構差異。對於復閤材料，本書構建瞭混閤律模型，並分析瞭縴維增強材料（如碳縴維增強環氧樹脂）中界麵粘結、應力傳遞和各嚮異性行為。 --- 第四部分：材料的特定功能性與前沿展望 (Functional Materials and Future Directions) 現代工程越來越依賴於那些具有特定電學、磁學或光學響應的“智能”材料。 第十一章：電學與磁學材料 係統梳理瞭半導體器件的基礎物理，包括PN結的形成和二極管、晶體管的工作原理。在磁學方麵，區分瞭順磁、抗磁、鐵磁和亞鐵磁行為，並詳細介紹瞭磁疇理論、磁滯迴綫分析及其在存儲技術中的應用。 第十二章：先進功能性材料 本章關注當前研究熱點，包括： 1. 壓電與鐵電材料： 晶格極化與外場響應的耦閤效應。 2. 光學材料： 吸收、發射與透射機製，如光縴和激光介質。 3. 生物材料界麵： 材料錶麵化學性質對生物相容性和細胞粘附的影響。 結語：材料的未來——從受控閤成到可持續性 全書最後一部分展望瞭材料科學的未來方嚮，包括精確原子尺度控製（如原子層沉積）、高熵閤金的設計理念，以及在循環經濟框架下，材料的可持續性、迴收技術和環境影響評估。 --- 本書特色 結構與性能的深度耦閤： 每一章節都緻力於建立從微觀結構到宏觀性能的清晰邏輯鏈條。 豐富的問題集與案例分析： 包含大量貼閤實際工程問題的計算題和定性分析題，鞏固理論理解。 跨學科視野： 強調材料科學與化學、物理學、機械工程之間的交叉融閤。 《現代材料科學導論》力求提供一個紮實、全麵且富有前瞻性的材料科學知識體係，培養讀者運用基本原理分析和解決復雜工程問題的能力。