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| 內容簡介： |
本书讲述了对材料科学至关重要的十个概念。为了确定材料科学的核心概念，作者不得不剥离层层细节，寻找贯穿整个学科的思想。一些概念是与主流物理和化学科学共有的，例如热力学稳定性、对称性和量子行为。同时，作者也着重介绍了相关概念在材料科学中的特殊意义。其他章节则涉及原子运动、晶体材料缺陷、微尺度效应、材料主动设计、超材料以及生物质材料。
作者通过其非正式的、易于理解的写作风格，将其对材料科学基本概念的理解进行了呈现。本书在阐述清楚一些材料科学关键概念的同时，只使用到高中代数和少量的公式，不深入细节。本书不是一本教学用书，但它能够为考虑大学申请材料学专业的学生提供对材料科学的基础认知。
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| 目錄：
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第一章 什么时候材料会稳定？ ……………………………………………… １
１.１ 概念 ……………………………………………………………………… １
１.２ 简介 ……………………………………………………………………… １
１.３ 定义 ……………………………………………………………………… ２
１.４ 热力学第一定律 ………………………………………………………… ４
１.５ 热力学第二定律 ………………………………………………………… ４
１.５.１ 不可逆性和熵增 …………………………………………………… ４
１.５.２ 微观状态下的熵 …………………………………………………… ７
１.５.３ 构型熵 ……………………………………………………………… ９
１.５.４ 小结 ……………………………………………………………… １１
１.６ 封闭系统和热源 ……………………………………………………… １１
１.７ 亥姆霍兹自由能 ……………………………………………………… １２
１.８ 吉布斯自由能 ………………………………………………………… １３
１.９ 化学势 ………………………………………………………………… １４
１.１０ 吉布斯 － 杜亥姆方程 ………………………………………………… １５
１.１１ 吉布斯相律 …………………………………………………………… １６
１.１２ 结束语 ………………………………………………………………… １６
延伸阅读 …………………………………………………………………… １７
第二章 相图 …………………………………………………………………… １８
２.１ 简介 …………………………………………………………………… １８
２.２ 自由能 － 成分曲线 …………………………………………………… ２０
２.３ 从自由能 － 成分曲线到平衡态 ……………………………………… ２１
２.４ 完全混溶的相图 ……………………………………………………… ２３
２.５ 固态下有限溶解的相图 ……………………………………………… ２４
２.５.１ 共晶相图 ………………………………………………………… ２４
２.５.２ 包晶相图 ………………………………………………………… ２５
２.６ 结束语 ………………………………………………………………… ２６
延伸阅读 …………………………………………………………………… ２７
第三章 原子不停运动 ………………………………………………………… ２８
３.１ 概念 …………………………………………………………………… ２８
３.２ 原子运动的证据 ……………………………………………………… ２８
３.３ 波动和热活化过程 …………………………………………………… ２９
３.４ 布朗运动 ……………………………………………………………… ３１
３.５ 涨落 － 耗散定理 ……………………………………………………… ３２
３.６ 材料中原子运动的一些其他特征 …………………………………… ３４
延伸阅读 …………………………………………………………………… ３６
第四章 缺陷 …………………………………………………………………… ３７
４.１ 概念 …………………………………………………………………… ３７
４.２ 材料的变化 …………………………………………………………… ３７
４.３ 点缺陷 ………………………………………………………………… ３８
４.４ 位错 …………………………………………………………………… ４２
４.５ 晶界 …………………………………………………………………… ４６
延伸阅读 …………………………………………………………………… ４７
第五章 对称 …………………………………………………………………… ４８
５.１ 概念 …………………………………………………………………… ４８
５.２ 简介 …………………………………………………………………… ４８
５.３ 守恒定律 ……………………………………………………………… ５０
５.４ 晶体的物理性质 ……………………………………………………… ５１
５.５ 拓扑缺陷 ……………………………………………………………… ５２
５.６ 准晶体 ………………………………………………………………… ５５
延伸阅读 …………………………………………………………………… ５８
第六章 量子行为 ……………………………………………………………… ５９
６.１ 概念 …………………………………………………………………… ５９
６.２ 原子的大小和特性 …………………………………………………… ５９
６.３ 双缝实验 ……………………………………………………………… ６０
６.４ 全同粒子、 泡利不相容原理和自旋 ………………………………… ６４
６.５ 泡利不相容原理的影响 ……………………………………………… ６６
６.６ 隧穿效应 ……………………………………………………………… ６９
６.７ 固体的热性能 ………………………………………………………… ７０
６.８ 量子扩散 ……………………………………………………………… ７２
６.９ 结束语 ………………………………………………………………… ７３
延伸阅读 …………………………………………………………………… ７３
第七章 微尺度效应 …………………………………………………………… ７４
７.１ 概念 …………………………………………………………………… ７４
７.２ 简介 …………………………………………………………………… ７４
７.３ 量子点 ………………………………………………………………… ７６
７.４ 催化 …………………………………………………………………… ７８
７.５ 巨磁电阻 ……………………………………………………………… ７９
７.５.１ 磁性的起源 ……………………………………………………… ７９
７.５.２ 铁磁金属中的磁阻 ……………………………………………… ８２
７.５.３ 巨磁阻效应 ……………………………………………………… ８２
７.６ 结束语 ………………………………………………………………… ８５
延伸阅读 …………………………………………………………………… ８５
第八章 集体行为 ……………………………………………………………… ８６
８.１ 概念 …………………………………………………………………… ８６
８.２ 多尺度特征 …………………………………………………………… ８６
８.３ 三个涉及多尺度的示例 ……………………………………………… ８８
８.３.１ 电子传导 ………………………………………………………… ８８
８.３.２ 塑性变形 ………………………………………………………… ９０
８.３.３ 断裂 ……………………………………………………………… ９１
延伸阅读 …………………………………………………………………… ９２
第九章 材料设计 ……………………………………………………………… ９３
９.１ 概念 …………………………………………………………………… ９３
９.２ 简介 …………………………………………………………………… ９３
９.３ 微观结构 ……………………………………………………………… ９４
９.４ 一个例子： 替换 “镍” ……………………………………………… ９５
９.５ 自组装 ………………………………………………………………… ９６
９.５.１ 泡筏 ……………………………………………………………… ９７
９.５.２ 光子晶体 ………………………………………………………… ９７
９.５.３ 量子点 …………………………………………………………… ９８
９.６ 智能材料 ……………………………………………………………… １０２
９.６.１ 自愈材料 ………………………………………………………… １０２
９.６.２ 自洁玻璃 ………………………………………………………… １０３
９.７ 结束语 ………………………………………………………………… １０３
延伸阅读 ………………………………………………………………… １０４
第十章 超材料 ……………………………………………………………… １０５
１０.１ 概念 ………………………………………………………………… １０５
１０.２ 简介 ………………………………………………………………… １０５
１０.３ 一个例子： 弹性波超材料 ………………………………………… １０６
１０.４ 电磁超材料与负折射 ……………………………………………… １０９
１０.５ 隐形斗篷 …………………………………………………………… １１２
１０.６ 结束语 ……………………………………………………………… １１３
延伸阅读 ………………………………………………………………… １１４
第十一章 作为材料的生物物质 …………………………………………… １１５
１１.１ 概念 ………………………………………………………………… １１５
１１.２ 什么是生命？ ……………………………………………………… １１５
１１.３ 活性物质 …………………………………………………………… １１７
１１.４ 合成生物学 ………………………………………………………… １２０
１１.５ 结束语 ……………………………………………………………… １２１
延伸阅读 ………………………………………………………………… １２１
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