材料科學研究與工程技術係列：功能材料 [Function Materials] 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　《材料科學研究與工程技術係列：功能材料》重點介紹磁性材料、導電功能材料、形狀記憶閤金、儲氫材料、光學功能材料、非晶態閤金、超導材料及生物醫學功能材料等各類新材料，並係統闡述材料的成分、組織、性能特點及其生産應用。
　　《材料科學研究與工程技術係列：功能材料》可作為材料專業、土木工程專業和其他相關專業本科生和研究生的教材，也可供從事材料研究和生産的技術人員參考，還可作為材料工程技術方麵的工具書。

內頁插圖

目錄

第0章 緒論
0.1 功能材料在材料科學與工程中的地位
0.2 功能材料發展概況

第1章 非晶態閤金
1.1 非晶態閤金的發展概況
1.2 非晶態閤金的結構及特徵
1.3 非晶態閤金的形成
1.4 非晶態閤金的性能
1.5 非晶態閤金的製備方法
1.6 非晶態閤金的應用
1.7 非晶態閤金的研究現狀

第2章 磁性材料
2.1 磁性材料的發展概況
2.2 磁性材料的基本原理
2.3 物質的磁性分類
2.4 磁性材料的基本性質
2.5 磁性材料的分類及其製備
2.6 磁性材料的應用

第3章 導電材料
3.1 導電材料的發展概況
3.2 導電材料的導電機理
3.3 導電材料的分類
3.4 金屬導電材料
3.5 導電陶瓷材料
3.6 導電碳素材料
3.7 導電高分子材料

第4章 形狀記憶閤金
4.1 形狀記憶閤金的發展概況
4.2 形狀記憶閤金的原理
4.3 形狀記憶閤金的性質及其製備
4.4 形狀記憶材料的應用

第5章 儲氫材料
5.1 儲氫材料的發展概況
5.2 儲氫材料的定義及分類
5.3 儲氫原理
5.4 儲氫材料的製備方法
5.5 典型的儲氫材料
5.6 儲氫材料的應用

第6章 光學材料
6.1 光學材料的發展概況
6.2 光學材料的分類
6.3 光學材料的透明機理及影響因素
6.4 光學材料的製備方法
6.5 光學材料的應用

第7章 超導材料
7.1 超導材料的發展概況
7.2 超導現象、超導理論及超導性質
7.3 低溫超導材料製備
7.4 高溫超導材料
7.5 超導材料的應用

第8章 生命醫學材料
8.1 生命醫學材料的發展概況
8.2 生物醫學材料的基本要求和分類
8.3 生物醫學材料的應用
8.4 生物醫學材料的製備
參考文獻

前言/序言

先進功能材料的設計、製備與應用 本書係統地闡述瞭現代功能材料領域的前沿研究進展與工程技術應用。它不僅深入探討瞭各類功能材料的內在機製、設計原理和製備方法，更著眼於其在關鍵技術領域中的實際應用，旨在為材料科學傢、工程師、以及對功能材料感興趣的研究人員和學生提供一本全麵、深入且具有指導意義的參考。 第一部分：功能材料的科學基礎 本部分為理解功能材料的核心概念奠定堅實基礎，深入剖析瞭材料的微觀結構、電子行為和宏觀性能之間的精妙聯係。 晶體結構與缺陷工程： 詳細介紹瞭不同晶體結構的特點，包括點缺陷、綫缺陷和麵缺陷等，以及它們對材料電學、磁學、光學和力學性能的影響。重點闡述瞭如何通過精確控製缺陷的種類、數量和分布來調控材料的功能。例如，摻雜引入的雜質原子如何改變半導體的導電性，位錯的存在如何影響金屬的塑性變形等。 電子理論與能帶結構： 深入講解瞭固體的電子理論，特彆是能帶理論，解析瞭金屬、半導體和絕緣體之間的根本區彆。闡述瞭晶體對稱性、晶格振動（聲子）以及電子-聲子相互作用如何影響材料的導電、導熱和光學性質。對於復雜材料，如強關聯電子體係，也將進行深入探討，解釋其獨特的電子行為。 磁性理論與相變： 詳細介紹瞭鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性等各類磁性現象的微觀起源，包括電子自鏇、軌道角動量以及交換相互作用。分析瞭不同溫度下的磁疇結構、磁疇壁動力學以及磁相變的機理，如居裏溫度和尼爾溫度的意義。探討瞭磁各嚮異性、磁緻伸縮等重要磁性參數的來源及其對應用的影響。 光學原理與光-物質相互作用： 闡述瞭光的傳播、吸收、發射、散射以及衍射等基本光學現象。深入分析瞭材料的介電常數、摺射率、吸收係數等光學參數與材料微觀結構和電子結構的關聯。重點介紹瞭幾種重要的光-物質相互作用，如光緻發光、電緻發光、非綫性光學效應等，為理解各種光學功能材料奠定基礎。 熱力學與相圖分析： 介紹瞭相平衡、相變動力學等熱力學基本原理，並重點闡述瞭相圖的構建和解讀方法。通過分析二元、三元甚至更高組分體係的相圖，揭示不同成分和溫度下材料可能形成的物相以及相間的轉化過程。這對於材料的閤成、熱處理和性能優化至關重要。 界麵科學與納米結構效應： 強調瞭界麵在材料性能中的關鍵作用，包括晶界、錶麵、相界以及異質結等。深入分析瞭界麵結構、化學狀態以及電子態對材料性能的影響。同時，探討瞭當材料尺寸進入納米尺度時，由於錶麵效應、量子尺寸效應等引起的獨特性能，如高比錶麵積、強催化活性、增強的光學和電學特性等。 第二部分：先進功能材料的設計與製備 本部分聚焦於功能材料的設計理念、閤成策略和先進的製備技術，強調瞭“按需設計”的思路，以及如何通過精準的工藝控製來實現預期功能。 第一性原理計算與材料設計： 詳細介紹如何利用密度泛函理論（DFT）等第一性原理計算方法，預測材料的晶體結構、電子能帶、磁性、熱力學性質等，從而指導新材料的設計與篩選。闡述瞭高通量計算和機器學習在材料設計中的應用，加速新材料的發現過程。 薄膜製備技術： 全麵介紹瞭物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）等主流薄膜製備技術，包括濺射、蒸發、原子層沉積（ALD）等。深入分析瞭不同工藝參數（如基底溫度、生長速率、氣氛控製）對薄膜的厚度、形貌、結晶度、組分均勻性以及界麵質量的影響。 納米材料閤成方法： 詳細介紹瞭各種納米材料的製備技術，包括溶液法（如溶膠-凝膠法、水熱/溶劑熱法）、氣相法（如化學氣相閤成、電弧放電）以及固相法等。重點關注如何控製納米顆粒的尺寸、形貌、晶相等關鍵因素，以及這些因素如何影響材料的宏觀性能。 陶瓷與復閤材料製備： 介紹瞭高性能陶瓷的粉體製備、成型（如壓製、注漿）和燒結技術。深入討論瞭燒結過程中的緻密化機理、晶粒生長控製以及缺陷抑製。對於復閤材料，重點闡述瞭基體與增強體之間的界麵設計、製備工藝以及如何實現協同增強效應。 增材製造（3D打印）技術： 深入探討瞭激光熔融沉積（LMD）、選擇性激光燒結（SLS）、立體光刻（SLA）等增材製造技術在功能材料製備中的應用。分析瞭不同3D打印技術如何實現復雜結構的功能材料構築，以及打印參數對材料微觀結構和宏觀性能的影響。 後處理與性能優化技術： 介紹瞭退火、熱壓、化學刻蝕、錶麵修飾等後處理技術，用於優化材料的微觀結構、消除缺陷、改善界麵性能，從而提升材料的整體功能。 第三部分：主要功能材料及其工程應用 本部分將重點介紹幾類具有代錶性的功能材料，係統闡述其基本原理、關鍵性能以及在各個技術領域的廣泛應用。 半導體材料： 電子半導體： 詳述瞭矽、鍺、砷化鎵等傳統半導體材料的特性，以及其在集成電路、傳感器、功率器件中的應用。重點介紹有機半導體、二維材料（如石墨烯、過渡金屬硫化物）等新型半導體材料的電子輸運機製，以及在柔性電子、光電子器件中的潛力。 光電半導體： 深入探討瞭窄帶隙和寬帶隙半導體材料在光電器件中的作用，如LED、激光器、光伏電池、光探測器等。分析瞭激子、載流子復閤、能帶工程等關鍵概念，以及如何通過材料設計和界麵調控來提升器件效率。 磁性材料： 硬磁材料與軟磁材料： 詳細介紹瞭用於永磁體的稀土永磁材料（如NdFeB）和鐵氧體材料，以及用於電磁器件的軟磁材料（如鐵矽閤金、坡莫閤金）。分析瞭磁滯迴綫、矯頑力、飽和磁化強度等參數的意義，以及它們如何影響材料的儲存能量和磁響應速度。 磁緻伸縮材料： 介紹瞭Terfenol-D等磁緻伸縮材料的工作原理，以及在傳感器、執行器、能量收集等方麵的應用。 磁阻材料： 重點介紹瞭巨磁電阻（GMR）、隧道磁電阻（TMR）材料，以及它們在磁頭、磁存儲器、傳感器中的核心作用。 壓電與鐵電材料： 壓電材料： 深入講解瞭鋯鈦酸鉛（PZT）、鈦酸鋇等壓電材料的微觀結構與宏觀電學響應的關聯。分析瞭其在傳感器（如加速度計、麥剋風）、執行器（如微定位器、超聲換能器）和能量收集方麵的應用。 鐵電材料： 詳細闡述瞭鐵電疇、極化翻轉、鐵電相變等現象，以及其在非易失性存儲器（FRAM）、傳感器、熱釋電紅外探測器中的應用。 介電材料： 高介電常數材料： 介紹瞭氧化物（如TiO2、HfO2）和聚閤物（如PVDF）等高介電材料在電容器、絕緣層中的應用，以及如何通過材料設計和微觀結構調控來提高介電常數和擊穿電壓。 低介電常數材料： 探討瞭在高速集成電路中至關重要的低介電常數材料（low-k材料），分析瞭其多孔結構和化學組成對其電學性能的影響。 功能陶瓷： 結構陶瓷： 介紹瞭氧化鋁、碳化矽、氮化矽等高性能結構陶瓷，以及其在耐磨、耐高溫、抗腐蝕等極端環境下的應用，如航空航天、機械製造等。 功能陶瓷： 重點介紹瞭壓電陶瓷、鐵電陶瓷、熱敏陶瓷、氣敏陶瓷、固態電解質陶瓷等，以及它們在不同領域的應用。 納米功能材料： 納米顆粒與納米綫： 詳細介紹瞭納米金屬、氧化物、半導體納米顆粒的製備與特性，以及在催化、生物醫學、光學器件中的應用。 納米薄膜與塗層： 探討瞭納米塗層在提高材料錶麵性能（如耐磨、防腐、自清潔）方麵的作用。 量子點： 詳細介紹瞭量子點的尺寸量子限製效應，以及其在顯示技術（QLED）、生物成像、光催化等領域的廣泛應用。 形狀記憶閤金與智能材料： 形狀記憶閤金（SMA）： 介紹瞭鎳鈦（NiTi）等形狀記憶閤金的馬氏體相變、迴復形變等特性，以及在醫療器械（如支架）、航空航天、機器人等領域的應用。 其他智能材料： 簡要介紹電緻流變液、磁緻流變液、光緻變色材料等，以及它們的響應機理和應用前景。 能量相關材料： 電池材料： 深入分析瞭鋰離子電池正負極材料、電解質材料的設計與製備，以及其性能（能量密度、功率密度、循環壽命）的影響因素。 超級電容器材料： 介紹瞭活性炭、導電聚閤物、金屬氧化物等超級電容器電極材料的特性，以及其在高功率儲能中的應用。 熱電材料： 闡述瞭熱電材料將熱能與電能相互轉化的原理，以及在廢熱迴收、製冷等方麵的潛力。 催化材料： 介紹瞭多相催化、均相催化中的關鍵材料，以及它們在化學反應、環境保護、能源轉換等領域的應用。 第四部分：功能材料的錶徵與性能評估 本部分將介紹用於功能材料研究的關鍵錶徵技術和性能評估方法，確保研究的科學性和可靠性。 結構錶徵： X射綫衍射（XRD）： 用於分析材料的晶體結構、晶粒尺寸、結晶度等。 透射電子顯微鏡（TEM）與掃描電子顯微鏡（SEM）： 用於觀察材料的微觀形貌、晶體結構、缺陷等。 原子力顯微鏡（AFM）： 用於觀察材料錶麵形貌、高度起伏等。 成分與化學態錶徵： X射綫光電子能譜（XPS）： 用於分析材料的錶麵元素組成和化學態。 能量色散X射綫光譜（EDS）/波長色散X射綫光譜（WDS）： 用於分析材料的元素組成。 俄歇電子能譜（AES）： 用於分析材料的錶麵元素組成和化學態。 電學性能錶徵： 四探針法/範德堡法： 用於測量材料的電阻率、載流子濃度和遷移率。 霍爾效應測量： 用於確定載流子的類型和濃度。 介電譜儀： 用於測量材料的介電常數、介電損耗隨頻率和溫度的變化。 壓電/鐵電測試儀： 用於測量壓電係數、鐵電遲滯迴綫等。 磁學性能錶徵： 振動樣品磁力計（VSM）/超導量子乾涉儀（SQUID）： 用於測量材料的磁化強度、矯頑力、磁疇結構等。 光學性能錶徵： 紫外-可見分光光度計： 用於測量材料的透射、吸收光譜。 熒光光譜儀： 用於測量材料的激發和發射光譜。 橢圓偏振儀： 用於測量材料的光學常數（摺射率、消光係數）。 熱學性能錶徵： 差示掃描量熱法（DSC）/熱重分析（TGA）： 用於研究材料的相變、熱穩定性等。 熱導儀： 用於測量材料的導熱係數。 力學性能錶徵： 萬能試驗機： 用於測量材料的拉伸、壓縮、彎麯強度等。 顯微硬度計： 用於測量材料的硬度。 結論與展望 本書的最後部分將總結當前功能材料研究的挑戰與機遇，展望未來發展趨勢，包括新材料體係的探索、多功能集成化設計、以及功能材料在人工智能、生物醫學、環境保護等新興領域的應用前景。我們將強調跨學科閤作在推動功能材料科學與工程技術發展中的重要作用，並鼓勵讀者積極投身於這一充滿活力與挑戰的研究領域。 本書力求內容嚴謹、論述清晰、圖文並茂，旨在為讀者提供一個深入瞭解功能材料世界的窗口，激發創新思維，並為實際工程應用提供堅實的理論基礎和技術指導。