材料科学研究与工程技术系列：功能材料 [Function Materials] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李长青，张宇民，张云龙 等 著

图书标签:

• 功能材料
• 材料科学
• 材料工程
• 先进材料
• 纳米材料
• 复合材料
• 凝聚态物理
• 材料化学
• 生物材料
• 电子材料

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560341958

版次：1

商品编码：11507357

包装：平装

丛书名： 材料科学研究与工程技术系列

外文名称：Function Materials

开本：16开

出版时间：2014-06-01

用纸：胶版纸

页数：195

字数：289000

正文语种：中文

内容简介

　　《材料科学研究与工程技术系列：功能材料》重点介绍磁性材料、导电功能材料、形状记忆合金、储氢材料、光学功能材料、非晶态合金、超导材料及生物医学功能材料等各类新材料，并系统阐述材料的成分、组织、性能特点及其生产应用。
　　《材料科学研究与工程技术系列：功能材料》可作为材料专业、土木工程专业和其他相关专业本科生和研究生的教材，也可供从事材料研究和生产的技术人员参考，还可作为材料工程技术方面的工具书。

内页插图

目录

第0章 绪论
0.1 功能材料在材料科学与工程中的地位
0.2 功能材料发展概况

第1章 非晶态合金
1.1 非晶态合金的发展概况
1.2 非晶态合金的结构及特征
1.3 非晶态合金的形成
1.4 非晶态合金的性能
1.5 非晶态合金的制备方法
1.6 非晶态合金的应用
1.7 非晶态合金的研究现状

第2章 磁性材料
2.1 磁性材料的发展概况
2.2 磁性材料的基本原理
2.3 物质的磁性分类
2.4 磁性材料的基本性质
2.5 磁性材料的分类及其制备
2.6 磁性材料的应用

第3章 导电材料
3.1 导电材料的发展概况
3.2 导电材料的导电机理
3.3 导电材料的分类
3.4 金属导电材料
3.5 导电陶瓷材料
3.6 导电碳素材料
3.7 导电高分子材料

第4章 形状记忆合金
4.1 形状记忆合金的发展概况
4.2 形状记忆合金的原理
4.3 形状记忆合金的性质及其制备
4.4 形状记忆材料的应用

第5章 储氢材料
5.1 储氢材料的发展概况
5.2 储氢材料的定义及分类
5.3 储氢原理
5.4 储氢材料的制备方法
5.5 典型的储氢材料
5.6 储氢材料的应用

第6章 光学材料
6.1 光学材料的发展概况
6.2 光学材料的分类
6.3 光学材料的透明机理及影响因素
6.4 光学材料的制备方法
6.5 光学材料的应用

第7章 超导材料
7.1 超导材料的发展概况
7.2 超导现象、超导理论及超导性质
7.3 低温超导材料制备
7.4 高温超导材料
7.5 超导材料的应用

第8章 生命医学材料
8.1 生命医学材料的发展概况
8.2 生物医学材料的基本要求和分类
8.3 生物医学材料的应用
8.4 生物医学材料的制备
参考文献

前言/序言

先进功能材料的设计、制备与应用 本书系统地阐述了现代功能材料领域的前沿研究进展与工程技术应用。它不仅深入探讨了各类功能材料的内在机制、设计原理和制备方法，更着眼于其在关键技术领域中的实际应用，旨在为材料科学家、工程师、以及对功能材料感兴趣的研究人员和学生提供一本全面、深入且具有指导意义的参考。 第一部分：功能材料的科学基础 本部分为理解功能材料的核心概念奠定坚实基础，深入剖析了材料的微观结构、电子行为和宏观性能之间的精妙联系。 晶体结构与缺陷工程： 详细介绍了不同晶体结构的特点，包括点缺陷、线缺陷和面缺陷等，以及它们对材料电学、磁学、光学和力学性能的影响。重点阐述了如何通过精确控制缺陷的种类、数量和分布来调控材料的功能。例如，掺杂引入的杂质原子如何改变半导体的导电性，位错的存在如何影响金属的塑性变形等。 电子理论与能带结构： 深入讲解了固体的电子理论，特别是能带理论，解析了金属、半导体和绝缘体之间的根本区别。阐述了晶体对称性、晶格振动（声子）以及电子-声子相互作用如何影响材料的导电、导热和光学性质。对于复杂材料，如强关联电子体系，也将进行深入探讨，解释其独特的电子行为。 磁性理论与相变： 详细介绍了铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性等各类磁性现象的微观起源，包括电子自旋、轨道角动量以及交换相互作用。分析了不同温度下的磁畴结构、磁畴壁动力学以及磁相变的机理，如居里温度和尼尔温度的意义。探讨了磁各向异性、磁致伸缩等重要磁性参数的来源及其对应用的影响。 光学原理与光-物质相互作用： 阐述了光的传播、吸收、发射、散射以及衍射等基本光学现象。深入分析了材料的介电常数、折射率、吸收系数等光学参数与材料微观结构和电子结构的关联。重点介绍了几种重要的光-物质相互作用，如光致发光、电致发光、非线性光学效应等，为理解各种光学功能材料奠定基础。 热力学与相图分析： 介绍了相平衡、相变动力学等热力学基本原理，并重点阐述了相图的构建和解读方法。通过分析二元、三元甚至更高组分体系的相图，揭示不同成分和温度下材料可能形成的物相以及相间的转化过程。这对于材料的合成、热处理和性能优化至关重要。 界面科学与纳米结构效应： 强调了界面在材料性能中的关键作用，包括晶界、表面、相界以及异质结等。深入分析了界面结构、化学状态以及电子态对材料性能的影响。同时，探讨了当材料尺寸进入纳米尺度时，由于表面效应、量子尺寸效应等引起的独特性能，如高比表面积、强催化活性、增强的光学和电学特性等。 第二部分：先进功能材料的设计与制备 本部分聚焦于功能材料的设计理念、合成策略和先进的制备技术，强调了“按需设计”的思路，以及如何通过精准的工艺控制来实现预期功能。 第一性原理计算与材料设计： 详细介绍如何利用密度泛函理论（DFT）等第一性原理计算方法，预测材料的晶体结构、电子能带、磁性、热力学性质等，从而指导新材料的设计与筛选。阐述了高通量计算和机器学习在材料设计中的应用，加速新材料的发现过程。 薄膜制备技术： 全面介绍了物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等主流薄膜制备技术，包括溅射、蒸发、原子层沉积（ALD）等。深入分析了不同工艺参数（如基底温度、生长速率、气氛控制）对薄膜的厚度、形貌、结晶度、组分均匀性以及界面质量的影响。 纳米材料合成方法： 详细介绍了各种纳米材料的制备技术，包括溶液法（如溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法）、气相法（如化学气相合成、电弧放电）以及固相法等。重点关注如何控制纳米颗粒的尺寸、形貌、晶相等关键因素，以及这些因素如何影响材料的宏观性能。 陶瓷与复合材料制备： 介绍了高性能陶瓷的粉体制备、成型（如压制、注浆）和烧结技术。深入讨论了烧结过程中的致密化机理、晶粒生长控制以及缺陷抑制。对于复合材料，重点阐述了基体与增强体之间的界面设计、制备工艺以及如何实现协同增强效应。 增材制造（3D打印）技术： 深入探讨了激光熔融沉积（LMD）、选择性激光烧结（SLS）、立体光刻（SLA）等增材制造技术在功能材料制备中的应用。分析了不同3D打印技术如何实现复杂结构的功能材料构筑，以及打印参数对材料微观结构和宏观性能的影响。 后处理与性能优化技术： 介绍了退火、热压、化学刻蚀、表面修饰等后处理技术，用于优化材料的微观结构、消除缺陷、改善界面性能，从而提升材料的整体功能。 第三部分：主要功能材料及其工程应用 本部分将重点介绍几类具有代表性的功能材料，系统阐述其基本原理、关键性能以及在各个技术领域的广泛应用。 半导体材料： 电子半导体： 详述了硅、锗、砷化镓等传统半导体材料的特性，以及其在集成电路、传感器、功率器件中的应用。重点介绍有机半导体、二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）等新型半导体材料的电子输运机制，以及在柔性电子、光电子器件中的潜力。 光电半导体： 深入探讨了窄带隙和宽带隙半导体材料在光电器件中的作用，如LED、激光器、光伏电池、光探测器等。分析了激子、载流子复合、能带工程等关键概念，以及如何通过材料设计和界面调控来提升器件效率。 磁性材料： 硬磁材料与软磁材料： 详细介绍了用于永磁体的稀土永磁材料（如NdFeB）和铁氧体材料，以及用于电磁器件的软磁材料（如铁硅合金、坡莫合金）。分析了磁滞回线、矫顽力、饱和磁化强度等参数的意义，以及它们如何影响材料的储存能量和磁响应速度。 磁致伸缩材料： 介绍了Terfenol-D等磁致伸缩材料的工作原理，以及在传感器、执行器、能量收集等方面的应用。 磁阻材料： 重点介绍了巨磁电阻（GMR）、隧道磁电阻（TMR）材料，以及它们在磁头、磁存储器、传感器中的核心作用。 压电与铁电材料： 压电材料： 深入讲解了锆钛酸铅（PZT）、钛酸钡等压电材料的微观结构与宏观电学响应的关联。分析了其在传感器（如加速度计、麦克风）、执行器（如微定位器、超声换能器）和能量收集方面的应用。 铁电材料： 详细阐述了铁电畴、极化翻转、铁电相变等现象，以及其在非易失性存储器（FRAM）、传感器、热释电红外探测器中的应用。 介电材料： 高介电常数材料： 介绍了氧化物（如TiO2、HfO2）和聚合物（如PVDF）等高介电材料在电容器、绝缘层中的应用，以及如何通过材料设计和微观结构调控来提高介电常数和击穿电压。 低介电常数材料： 探讨了在高速集成电路中至关重要的低介电常数材料（low-k材料），分析了其多孔结构和化学组成对其电学性能的影响。 功能陶瓷： 结构陶瓷： 介绍了氧化铝、碳化硅、氮化硅等高性能结构陶瓷，以及其在耐磨、耐高温、抗腐蚀等极端环境下的应用，如航空航天、机械制造等。 功能陶瓷： 重点介绍了压电陶瓷、铁电陶瓷、热敏陶瓷、气敏陶瓷、固态电解质陶瓷等，以及它们在不同领域的应用。 纳米功能材料： 纳米颗粒与纳米线： 详细介绍了纳米金属、氧化物、半导体纳米颗粒的制备与特性，以及在催化、生物医学、光学器件中的应用。 纳米薄膜与涂层： 探讨了纳米涂层在提高材料表面性能（如耐磨、防腐、自清洁）方面的作用。 量子点： 详细介绍了量子点的尺寸量子限制效应，以及其在显示技术（QLED）、生物成像、光催化等领域的广泛应用。 形状记忆合金与智能材料： 形状记忆合金（SMA）： 介绍了镍钛（NiTi）等形状记忆合金的马氏体相变、回复形变等特性，以及在医疗器械（如支架）、航空航天、机器人等领域的应用。 其他智能材料： 简要介绍电致流变液、磁致流变液、光致变色材料等，以及它们的响应机理和应用前景。 能量相关材料： 电池材料： 深入分析了锂离子电池正负极材料、电解质材料的设计与制备，以及其性能（能量密度、功率密度、循环寿命）的影响因素。 超级电容器材料： 介绍了活性炭、导电聚合物、金属氧化物等超级电容器电极材料的特性，以及其在高功率储能中的应用。 热电材料： 阐述了热电材料将热能与电能相互转化的原理，以及在废热回收、制冷等方面的潜力。 催化材料： 介绍了多相催化、均相催化中的关键材料，以及它们在化学反应、环境保护、能源转换等领域的应用。 第四部分：功能材料的表征与性能评估 本部分将介绍用于功能材料研究的关键表征技术和性能评估方法，确保研究的科学性和可靠性。 结构表征： X射线衍射（XRD）： 用于分析材料的晶体结构、晶粒尺寸、结晶度等。 透射电子显微镜（TEM）与扫描电子显微镜（SEM）： 用于观察材料的微观形貌、晶体结构、缺陷等。 原子力显微镜（AFM）： 用于观察材料表面形貌、高度起伏等。 成分与化学态表征： X射线光电子能谱（XPS）： 用于分析材料的表面元素组成和化学态。 能量色散X射线光谱（EDS）/波长色散X射线光谱（WDS）： 用于分析材料的元素组成。 俄歇电子能谱（AES）： 用于分析材料的表面元素组成和化学态。 电学性能表征： 四探针法/范德堡法： 用于测量材料的电阻率、载流子浓度和迁移率。 霍尔效应测量： 用于确定载流子的类型和浓度。 介电谱仪： 用于测量材料的介电常数、介电损耗随频率和温度的变化。 压电/铁电测试仪： 用于测量压电系数、铁电迟滞回线等。 磁学性能表征： 振动样品磁力计（VSM）/超导量子干涉仪（SQUID）： 用于测量材料的磁化强度、矫顽力、磁畴结构等。 光学性能表征： 紫外-可见分光光度计： 用于测量材料的透射、吸收光谱。 荧光光谱仪： 用于测量材料的激发和发射光谱。 椭圆偏振仪： 用于测量材料的光学常数（折射率、消光系数）。 热学性能表征： 差示扫描量热法（DSC）/热重分析（TGA）： 用于研究材料的相变、热稳定性等。 热导仪： 用于测量材料的导热系数。 力学性能表征： 万能试验机： 用于测量材料的拉伸、压缩、弯曲强度等。 显微硬度计： 用于测量材料的硬度。 结论与展望 本书的最后部分将总结当前功能材料研究的挑战与机遇，展望未来发展趋势，包括新材料体系的探索、多功能集成化设计、以及功能材料在人工智能、生物医学、环境保护等新兴领域的应用前景。我们将强调跨学科合作在推动功能材料科学与工程技术发展中的重要作用，并鼓励读者积极投身于这一充满活力与挑战的研究领域。 本书力求内容严谨、论述清晰、图文并茂，旨在为读者提供一个深入了解功能材料世界的窗口，激发创新思维，并为实际工程应用提供坚实的理论基础和技术指导。

评分☆☆☆☆☆

第三段评价（聚焦实用性与工程挑战）： 说实话，我一开始拿到这本书，是带着一点点“实用主义”的心态。毕竟，作为一名工程师，我更关心的是“能用”和“好用”。而这本书，恰恰在这一点上给了我很大的惊喜。它并没有将内容局限于理论推导，而是花了大量的篇幅去讨论功能材料在实际工程应用中会遇到的各种挑战，以及相应的解决方案。比如，在介绍高分子功能材料在航空航天领域的应用时，作者不仅列举了其轻质高强的优势，还详细分析了材料在极端温度、高压环境下的长期稳定性问题，并提出了改善材料韧性和耐腐蚀性的策略。书中还穿插了许多工程案例分析，让我能够清晰地看到这些“高大上”的功能材料是如何被应用到具体的设备和系统中去的，例如在新能源汽车电池中的电解质材料，在智能电网中的输电材料等。这些贴近实际的讨论，极大地降低了我理解的门槛，也让我对材料的实际性能有了更深入的认识。这本书提供了一个从宏观应用需求到微观材料设计之间的桥梁，让我能够更有效地将理论知识转化为实际的工程解决方案。

评分☆☆☆☆☆

第二段评价（侧重理论深度与研究方法）： 作为一个在材料领域摸爬滚打多年的研究者，我深知一本优秀的书籍能为我们节省多少摸索的时间。这本书在功能材料的理论层面达到了相当的高度，它不仅罗列了各种材料的性质，更深入地剖析了其背后的物理、化学原理。例如，在介绍压电陶瓷的章节，作者详细讲解了其晶体结构与电场响应之间的关系，并通过数学模型进行了严谨的推导，这对于我理解其宏观性能的微观根源至关重要。同时，书中对实验表征和模拟计算的介绍也十分详尽，详细阐述了如何利用X射线衍射、透射电子显微镜等手段来表征材料的微观结构，以及如何通过第一性原理计算来预测材料的性能。这些方法论的介绍，对于我们设计新的功能材料、优化现有材料性能，提供了宝贵的指导。我特别欣赏书中对“材料设计”理念的强调，作者不是简单地介绍已有的材料，而是着力于传达一种以需求为导向，通过理解材料本质来创造新材料的思维方式。这对于我今后的科研工作，尤其是针对特定应用场景的功能材料开发，具有极强的借鉴意义。

评分☆☆☆☆☆

第四段评价（从教育角度审视，强调知识体系构建）： 作为一名长期从事材料科学教育工作的教师，我一直在寻找能够系统性地介绍功能材料的优质教材。这本书恰好填补了这一空白。它以一种非常清晰且逻辑严谨的方式，构建了一个完整的功能材料知识体系。开篇就从材料的宏观性能入手，逐步深入到微观结构、原子排列，再到电子、声子等基本粒子的行为，最终引出各种功能材料的特性。书中对不同类型功能材料的分类和介绍，例如导电材料、绝缘材料、磁性材料、光学材料等，都非常系统，并且在介绍每一种材料时，都遵循了“原理-结构-性能-应用”的逻辑线索，这非常有利于学生建立清晰的知识框架。此外，书中对于材料科学基础理论的引入也恰到好处，不会过于晦涩，也不会过于浅显，能够与功能材料的讨论紧密结合。我尤其喜欢书中在每一章节结尾处设置的思考题和推荐阅读文献，这能够引导学生进一步深入研究，培养其独立思考和解决问题的能力。这本书的编写，体现了作者深厚的学术功底和对教育事业的责任感，我非常有信心将其推荐给我的学生们。

评分☆☆☆☆☆

第一段评价（强调应用前景与创新性）： 翻开这本书，我仿佛置身于一个充满无限可能的未来实验室。它不仅仅是枯燥的理论堆砌，更是对前沿功能材料的深度挖掘和大胆展望。从超材料的隐身技术到生物医用材料的精准治疗，再到新能源领域的储能突破，每一个章节都像打开了一扇新的大门，让我看到了材料科学如何以前所未有的方式改变我们的生活。作者在介绍每种材料时，都会细致地阐述其独特的结构、性能优势，并着重分析其在实际工程中的应用案例和面临的挑战，这使得我这个非专业读者也能清晰地理解其价值和潜力。尤其让我印象深刻的是关于智能传感材料的章节，作者描绘了它们在环境监测、工业自动化以及可穿戴设备等领域的广阔前景，并且提供了具体的研发方向和技术路径，这对于我思考未来的职业发展方向非常有启发。这本书的叙述方式非常生动，充满了对科学探索的热情，让我感受到了作者的严谨和创新精神。它不回避技术难题，反而鼓励读者去思考如何克服，这种积极的态度非常鼓舞人心。我相信，这本书的出现，必将极大地推动功能材料在各个工程技术领域的深入发展和应用落地。

评分☆☆☆☆☆

第五段评价（感受科学的魅力与人文关怀）： 读完这本书，我最大的感受是，材料科学不仅仅是冷冰冰的科学技术，更是蕴含着人类智慧和对美好生活追求的结晶。作者在娓娓道来各种尖端功能材料的奇妙之处时，并没有忽略这些材料背后的人文关怀。例如，在介绍医用功能材料时，作者不仅仅关注了材料的生物相容性和降解性，更深刻地探讨了它们如何减轻病人的痛苦，如何提高生活质量，甚至如何延长生命。这种将科学技术与人文价值相结合的叙述方式，让我感到非常温暖。书中对历史发展脉络的回顾，以及对未来展望的描绘，也充满了人文情怀，让我看到了材料科学在推动人类文明进步中所扮演的重要角色。我被书中那些充满激情的科学家们的故事所感动，他们为了探索未知，为了解决人类面临的挑战，付出了毕生的努力。这本书让我不仅仅是学习了知识，更重要的是，它点燃了我对科学探索的热情，让我看到了科学的伟大之处，也让我更加珍视我们所拥有的这个充满创新和可能性的世界。

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