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张纯禹 著

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• 压痕测试
• 力学性能
• 材料表征
• 复杂材料
• 纳米力学
• 微观力学
• 材料科学
• 固态物理
• 材料测试
• 力学行为

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302379225

版次：1

商品编码：11578909

品牌：清华大学

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-10-01

用纸：胶版纸

页数：161

内容简介

　　《利用压痕方法表征复杂材料体系的力学性能》概述4种放射性天然锕系元素锕、钍、镤、铀的化学和工艺学。第1章绪论介绍它们在现代元素周期表中的位置、天然放射系及主要文献。以后几章分别介绍各元素的历史和现状、化学性质和放射性质、分离方法及应用等。重点是钍和铀这两个具有长半衰期的元素，包括资源和获取方法、钍的核能利用、铀的同位素分离浓缩等。
　　《利用压痕方法表征复杂材料体系的力学性能》可用作核燃料循环和核化学化工有关专业研究生的教学参考书，也可供相关专业科学研究和工程技术人员阅读参考。

目录

第1章 压痕方法简介
1.1 仪器化压入方法的原理
1.2 测试数据的反向分析方法
1.2.1 半解析解和经验解
1.2.2 基于数值解和数值优化
1.2.3 基于统计方法
1.3 复杂材料体系力学性能的压痕表征方法
参考文献

第2章 聚合物块体材料粘弹性性能的压痕表征方法
2.1 线性粘弹性本构模型
2.2 粘弹性压痕问题的解析解
2.2.1 平头压痕
2.2.2 尖头压痕和指数曲线形压头压痕
2.3 基于遗传算法的压痕数据反向分析方法
2.4 应用与讨论
2.4.1 平头压痕
2.4.2 尖头压痕
参考文献

第3章 聚合物薄膜材料粘弹性性能的压痕表征方法
3.1 弹性薄膜平头压痕问题的半解析解
3.2 利用平头压痕表征聚合物薄膜的粘弹性性能
3.3 利用尖头压痕表征聚合物薄膜的粘弹性性能
3.3.1 塑性变形的处理：等效平头压痕
3.3.2 等效平头压痕松弛的粘弹性解
3.4 应用和讨论
3.4.1 利用平头压痕
3.4.2 利用尖头压痕
参考文献

第4章 生物细胞力学性能的压痕表征方法
4.1 弹性张力膜等效结构
4.2 弹性解
4.2.1 浅压入
4.2.2 中等压入
4.3 粘弹性解
4.3.1 压痕松弛
4.3.2 压痕蠕变
4.3.3 线性加载
4.4 数值验证和参数化研究
4.4.1 数值验证
4.4.2 参数化研究
4.5 实验验证和讨论
4.5.1 名义模量和膜张力的测量
4.5.2 粘弹性参数的测量
4.6 小结
参考文献

第5章 利用压痕方法研究生物细胞的表面特异性粘附特性
5.1 计算模型
5.1.1 细胞的本构模型
5.1.2 表面特异性粘附反应动力学模型
5.1.3 有限元计算模型
5.2 结果和讨论
5.2.1 粘附力对压痕曲线的影响
5.2.2 压入速度对粘附力的影响
5.2.3 压头尺寸和压入深度对粘附力的影响
5.2.4 细胞的力学性能对粘附力的影响
5.3 小结
参考文献

第6章 多层膜材料中每层膜的弹性性能的压痕表征方法
6.1 单层薄膜材料力学性能的压痕表征方法
6.2 多层膜材料每层膜的弹性性能的压痕表征方法
6.3 数值验证
6.4 应用和讨论
6.5 小结
参考文献

第7章 金属和聚合物材料塑性性能的压痕表征方法
7.1 金属材料
7.1.1 金属材料的弹塑性本构模型
7.1.2 金属材料压痕问题的量纲分析
7.1.3 代表应变的概念
7.1.4 利用尖头压痕表征金属材料的塑性性能
7.1.5 利用球形压痕表征金属材料的塑性性能
7.1.6 利用显微硬度计表征金属材料的塑性性能
7.2 聚合物材料
7.2.1 一种弹粘塑性本构模型
7.2.2 模型的验证
7.2.3 利用尖头压痕表征聚合物的塑性性能
7.2.4 验证和应用
7.3 小结
参考文献

第8章 高温粘塑性性能的压痕表征方法
8.1 高温压痕简介
8.2 Chaboche统一型弹粘塑性本构模型
8.3 Chaboche型材料力学性能的压痕表征方法
8.3.1 基于神经网络方法
8.3.2 基于有限元模拟和数值优化
8.4 参数唯一性的讨论
参考文献

第9章 压痕技术的发展趋势
参考文献
附录A 从Burgers模型参数计算微分算符多项系数以及prony级数的Matlab程序
附录B 三种Kelvin模型对应的平头压痕的解（C语言程序片段）
附录C 考虑细胞表面特异性粘附的接触模型
附录D 聚合物本构模型的UMAT子程序
附录E Chaboche型材料的压痕数据反向分析神经网络

前言/序言

书籍简介 探索新型能源材料的界面动力学与宏观性能调控 《界面动力学与宏观性能调控：新型能源材料的挑战与机遇》 深入探讨了当前前沿能源材料体系中，界面结构、动力学行为与整体宏观性能之间的复杂耦合关系。本书旨在为材料科学家、化学工程师以及从事能源存储与转换器件研发的专业人士提供一个系统且深入的理论框架与实验视角。 本书的焦点集中于下一代电池、燃料电池以及光电转换材料的微观机制解析。我们深知，能源材料的性能瓶颈往往根植于不同组分间的复杂界面。这些界面不仅是电荷、离子或能量传输的关键通道，同时也是决定材料长期稳定性和使用寿命的敏感区域。因此，理解和精准调控这些界面行为，是实现高性能能源器件的必然路径。 --- 第一部分：界面结构与电子态的精细表征 本部分着重于解析材料界面的原子级结构、化学态分布以及由此衍生的电子结构特性。 第一章：多尺度界面成像技术 本章详述了用于表征材料异质界面、晶界及表面形貌的先进成像技术。重点介绍了高分辨率透射电子显微镜 (HRTEM) 在晶格匹配度分析中的应用，以及扫描透射电子显微镜 (STEM) 结合原子级谱学分析（如 EELS/EDX） 对界面元素迁移和化学态变化的定量表征方法。特别关注了如何利用聚焦离子束（FIB）制备出适用于高精度分析的、具备清晰界面定义的样品。 第二章：界面电子结构与能带对齐 界面处的电子结构决定了能垒和电荷转移的效率。本章深入探讨了如何利用密度泛函理论 (DFT) 计算方法，预测不同材料接触时的能带弯曲、肖特基势垒的形成以及界面缺陷态的能级位置。结合X射线光电子能谱 (XPS) 和紫外光电子能谱 (UPS) 的实验数据，验证了理论模型在理解电荷注入/抽取过程中的有效性。此外，还探讨了电解质/电极界面处固态电解质界面 (SEI) 膜的化学演化及其对离子传输的阻碍作用。 第三章：表面活性位点与催化反应动力学 对于电催化材料（如析氢反应、氧还原反应），表面的活性位点是决定反应速率的关键。本章系统梳理了如何通过表面敏感技术（如原位拉曼光谱、表面等离子体共振） 识别和量化具有高催化活性的原子团簇或缺陷位点。通过动力学模型（如菲舍尔-特罗普施模型、朗缪尔-希思伍德机制）的修正，将表面活性位点的密度与宏观电流密度联系起来，揭示了界面化学对整体催化性能的本质影响。 --- 第二部分：界面动力学过程与输运机制 本部分侧重于界面处的非平衡态过程，包括离子/电子的扩散、迁移以及在电化学循环中的动态演变。 第四章：离子/电子输运的界面限制 在固态电池和半导体器件中，界面处的传输阻力往往是性能瓶颈。本章详细分析了离子在固-固或固-液界面处的跳跃机制和活化能。利用准弹性中子散射 (QENS) 和弛豫时间谱分析，研究了离子在电解质和固体颗粒内部的微观运动模式。对于电化学界面，探讨了电场梯度对离子迁移率的非线性影响。 第五章：电化学循环中的界面演变与失效机制 材料的长期稳定性依赖于界面结构的稳态。本章聚焦于电池充放电循环过程中界面相的形成、重构和破坏。重点分析了锂枝晶的形成机制及其在界面处的形核与生长过程。结合原位X射线衍射 (XRD) 和同步辐射技术，实时监测界面薄膜在应力作用下的微结构变化，为理解界面疲劳和结构退化提供了新的实验手段。 第六章：能量转换界面中的激子动力学 在光伏和光电催化材料中，界面的光生载流子分离效率至关重要。本章阐述了时间分辨光谱技术（如飞秒瞬态吸收光谱） 在跟踪界面电荷分离、激子猝灭和界面复合过程中的应用。通过精确控制界面结构（如异质结的层级排列），优化界面电势梯度，以最大化载流子的有效分离和传输。 --- 第三部分：界面调控策略与宏观性能优化 本部分将微观机制的理解转化为可操作的工程策略，以实现对材料整体性能的系统性提升。 第七章：界面修饰与功能化涂层设计 本章探讨了通过引入界面缓冲层或功能化涂层来优化界面接触和抑制副反应的方法。详细介绍了原子层沉积 (ALD) 技术在构筑超薄、高保形性界面保护层方面的优势。对比了不同类型涂层（如惰性氧化物、导电聚合物）对抑制电解质分解和稳定电化学窗口的作用效果。 第八章：机械力学与界面耦合效应 材料在工作条件下常伴随体积变化和机械应力。本章分析了机械形变如何通过应变工程影响界面电子态和离子传输通道。利用纳米压痕和原位拉伸/压缩技术，研究了界面粘附强度、裂纹萌生与扩展路径。提出了通过应变工程手段，设计具有自修复能力或应力释放机制的复合材料界面结构。 第九章：模型预测与高通量计算筛选 面向复杂多组分材料体系，本章介绍了机器学习 (ML) 和高通量计算在加速界面性能预测中的应用。如何利用已有的实验数据和DFT计算结果，构建预测界面能、迁移率和稳定性的人工智能模型，从而指导实验设计，快速筛选出具有最优界面特性的新型材料组合。 --- 总结 本书汇集了多学科交叉研究的最新成果，从原子尺度到宏观性能，构建了从“结构-动力学-性能”的完整认知链条。它不仅是理论研究者的重要参考，更是工程实践者优化界面设计、突破能源材料瓶颈的关键指南。通过对复杂界面现象的深入剖析与调控策略的系统阐述，本书旨在推动下一代高效率、长寿命能源器件的研发进程。

评分☆☆☆☆☆

我抱持着一种学习的态度翻开了这本书，尽管它题目中“复杂材料体系”的表述略显宏大，但我对它能够提供的具体知识点充满了好奇。我期待书中能够涵盖压痕测试在不同应用场景下的案例分析，例如，在航空航航天领域，如何利用压痕评估新型轻质合金的疲劳性能；在生物医学领域，如何表征人工关节材料的耐磨性和生物相容性；抑或是电子封装材料的可靠性评估。我特别关注的是，书中是否会深入讲解如何从压痕曲线中提取出多达数十种，甚至上百种不同的力学参数，比如硬度、弹性模量、塑性功、断裂韧性等等，并且这些参数在不同类型的复杂材料中，其物理意义又会有何微妙的差异。再者，对于“复杂材料体系”这一关键词，我希望书中能给出更具体的分类和界定，例如，是指具有多层结构、多相共存、或者具有复杂微观形貌的材料吗？它是否会触及到如何处理由于材料内部缺陷、表面粗糙度或者测量误差带来的数据解读难题？

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下深刻印象，一种沉稳而科技感十足的风格，银灰色的背景上，压痕的示意图清晰而精致，仿佛在低语着材料深处的奥秘。我一直对材料科学领域抱有浓厚的兴趣，尤其是那些能够深入探索材料微观结构的表征方法。这本书的题目——“利用压痕方法表征复杂材料体系的力学性能”，立刻抓住了我的眼球。压痕测试，我虽然不是该领域的专家，但对它在材料力学评估中的重要性略知一二，它能够直接反映材料在局部受力下的变形和断裂行为，这对于理解高分子、复合材料、甚至生物材料等复杂体系至关重要。我设想这本书中会详细阐述压痕技术的原理，从经典的纳米压痕到更先进的原位压痕，不同方法的适用范围和优缺点。更令我期待的是，它如何将这些抽象的技术原理与“复杂材料体系”这一概念巧妙结合。我猜想，书中可能会深入探讨如何设计压痕实验来应对那些结构不均匀、各向异性明显的材料，例如，多相复合材料中的界面效应，或者梯度材料的力学梯度变化。会不会还有针对不同形貌（如薄膜、颗粒、纤维）的压痕策略？这些都是我非常想从书中获得答案的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目一下子就触动了我作为材料工程师的职业敏感点。我们经常会遇到一些“麻烦”的材料，它们不像纯金属那样简单，比如，各种高性能的陶瓷基复合材料、碳纤维增强聚合物，甚至是3D打印的复杂构件。这些材料的力学性能往往受到微观组织、界面结合、以及制造过程中的各种影响，而且这些影响往往不是单一的，而是相互交织，形成一个复杂的网络。传统的宏观力学测试方法，比如拉伸试验，在很多时候已经难以全面反映它们的真实性能，或者说，测试成本太高，样品制备太困难。我期望这本书能够提供一种有效的工具，一种能够“抽丝剥茧”的方法，帮助我们理解这些复杂材料在不同载荷条件下的真实力学响应。具体来说，我希望能看到书中详细介绍压痕技术如何区分不同相的力学性能，如何评估纤维与基体之间的界面强度，如何洞察材料内部应力集中等关键问题。

评分☆☆☆☆☆

我是一名高年级本科生，在学习材料力学和材料表征的课程中，压痕测试的概念对我来说并不陌生，但“复杂材料体系”这个词汇，则让我产生了更深入探究的欲望。我理解，许多前沿材料，例如纳米材料、生物医用材料、或者新型的智能材料，其力学行为都远非简单模型所能概括。它们可能在微米甚至纳米尺度上展现出独特的力学特性，而宏观测试难以捕捉。我热切地期望这本书能够填补我在这一知识领域的空白，它是否会从基础理论出发，循序渐进地讲解压痕技术如何应对这些复杂体系？我希望能看到书中对压痕技术在不同尺寸尺度（微米、纳米）下的应用进行细致的区分，并且重点介绍如何根据材料的特性来选择最合适的压痕技术和参数设置。此外，我特别好奇书中会如何处理压痕数据分析中的非线性问题，以及如何通过多尺度关联来理解宏观力学性能的来源。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者在材料科学领域有着丰富的经验，这一点从题目的精准度和深度上就可以窥见一斑。我猜测，这本书会深入探讨压痕方法在揭示材料深层力学机制方面的巨大潜力。例如，在研究材料的塑性变形、脆性断裂、或者蠕变行为时，压痕测试能否提供比传统方法更丰富、更具判别性的信息？我希望书中能够展示如何利用压痕技术来精细测量材料的断裂韧性，尤其是在存在微裂纹或者孔隙的复杂材料中。此外，对于“复杂材料体系”，我认为它还可能包含一些动态的力学行为，比如材料在高温、高湿或者特定化学环境下的力学性能变化。这本书是否会触及到原位压痕技术，来实时观察材料在特定条件下的压痕响应？我非常期待书中能够提供一系列精心设计的实验案例，用以说明压痕方法如何能够有效地帮助我们理解材料的力学行为，并指导材料的设计与优化。