微生物矿化的工程应用基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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钱春香，王瑞兴，詹其伟 著

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• 微生物矿化
• 生物矿化
• 环境工程
• 矿冶工程
• 生物技术
• 材料科学
• 环境修复
• 工业应用
• 基础研究
• 工程应用

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030446657

版次：1

商品编码：11747532

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-07-01

页数：304

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：本书属于跨学科著作，读者主要包括土木工程材料和微生物矿化领域的科研工作者和学生，以及对于跨学科研究有兴趣的读者
《微生物矿化的工程应用基础》内容丰富、题材新颖,可供土木工程材料学科高校师生与科技人员参考阅读.

内容简介

微生物进化的一个重要特点是以其新陈代谢的多样性而成为地球上所不在及其与伦比的巨大生物量，促使科学家不断重新审视它们在地球中的地位和作用，并认为微生物世界是"生物学中沉睡的巨人"，"巨人"的苏醒正在给与人类更多的启发。本世纪初以来，科学家们从微生物在自然界成岩造丘过程中的作用得到启发，"学习自然、模拟自然"，尝试将微生物矿化技术应用于传统建筑材料中。本书重点介绍了微生物技术在胶砂固土、混凝土表面覆膜防护、混凝土裂缝被动修复和自修复，以及重金属离子钝化固结中的应用基础研究。如何将自然界数十亿年前已经存在的微生物矿化作用为人类所用，为人类造福，正是本书撰写的初衷。

目录

序言
前言
第1章绪论1
1.1自然界的微生物矿化现象与机理1
1.1.1生物矿物的分布与特征1
1.1.2微生物在自然界成岩成矿中的作用2
1.1.3微生物在自然界中的矿化形成机制4
1.2微生物水泥与砂土稳定研究进展6
1.2.1砂土中的微生物水泥胶结机理7
1.2.2微生物水泥稳固砂土应用研究现状9
1.3混凝土中微生物矿化技术研究进展13
1.3.1微生物诱导矿化修复防护混凝土表面缺陷及裂缝机理14
1.3.2基于微生物矿化的混凝土表面覆膜防护15
1.3.3基于微生物矿化的混凝土裂缝被动修复18
1.3.4基于微生物矿化的裂缝自修复效果评价表征方法20
1.3.5基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复22
1.4重金属离子原位生物矿化研究进展24
1.4.1重金属污染现状及传统治理方法24
1.4.2重金属离子原位生物矿化技术研究进展27
参考文献29
第2章基于生物矿化的砂土胶结41
2.1引言41
2.2微生物胶结松散砂颗粒机理41
2.2.1松散砂粒间的微生物矿化机理41
2.2.2松散砂粒间的微生物胶结机理50
2.3微生物胶结砂体微观结构演化62
2.3.1XCT研究微生物水泥胶结砂体微观结构演变62
2.3.2微生物水泥胶结砂体微观结构和性能演变72
2.4不同尺度微生物胶结砂体性能76
2.4.1半米高微生物水泥胶结砂体制备76
2.4.20.5m×0.5m×0.5m尺寸的微生物水泥胶结体制备89
2.5微生物胶结过程的数学模型94
2.5.1模型的建立94
2.5.2边界条件及参数97
2.5.3数值计算结果及其对比分析98
2.5.4工艺参数及材料参数对微生物水泥胶结效果影响的数值分析103
2.5.5微生物水泥胶结松散砂粒材料和工艺参数设计方法107
2.6微生物胶结其他颗粒110
2.6.1微生物胶结土110
2.6.2微生物胶结尾砂112
参考文献114
第3章基于生物矿化的混凝土表面缺陷与裂缝被动修复117
3.1引言117
3.2矿化微生物酶活性与沉积过程调控118
3.2.1碳酸盐矿化菌产脲酶机制与酶活测定118
3.2.2矿化微生物的产酶工艺条件与控制122
3.2.3矿化微生物沉积碳酸钙结晶动力学研究126
3.2.4矿化微生物沉积碳酸钙的晶型与形貌调控130
3.2.5矿化微生物沉积碳酸钙速率调控145
3.3混凝土表面缺陷的生物矿化被动修复148
3.3.1混凝土表面缺陷修复用防护层的性能要求149
3.3.2菌液浸泡矿化修复混凝土表面缺陷150
3.3.3菌液喷涂矿化修复混凝土表面缺陷153
3.3.4海藻酸钠固载微生物涂刷矿化修复混凝土表面缺陷160
3.3.5琼脂固载微生物涂刷矿化修复混凝土表面缺陷164
3.4混凝土裂缝的生物矿化被动修复176
3.4.1表面涂抹闭合式修复混凝土微裂缝176
3.4.2固载微生物灌浆修复混凝土裂缝179
3.4.3微生物胶结基材修复混凝土裂缝184
参考文献190
第4章基于生物矿化的混凝土自修复193
4.1引言193
4.2自修复机理194
4.2.1基于脲酶水解尿素诱导的自修复机理194
4.2.2基于内部碳酸根来源的自修复机理195
4.2.3基于外部碳酸根来源的自修复机理201
4.3裂缝自修复效果及表征207
4.3.1微生物诱导矿化自修复混凝土裂缝概述207
4.3.2混凝土裂缝制作方法209
4.3.3渗透系数和面积自修复率表征方法评价212
4.3.4裂缝宽度自修复率表征方法216
4.3.5CT表征裂缝自修复效果218
4.3.6实际工程中的微生物自修复裂缝表征方法220
4.4不同条件下裂缝自修复221
4.4.1不同条件下裂缝自修复概述221
4.4.2自修复剂组分配比及用量221
4.4.3不同养护条件下自修复效果225
4.4.4不同温度下自修复效果227
4.4.5不同盐度下自修复效果228
4.4.6不同pH环境下自修复效果229
4.4.7不同供氧条件下自修复效果230
4.4.8不同开裂龄期下自修复效果231
4.4.9不同裂缝宽度下自修复效果233
参考文献237
第5章基于生物矿化的重金属离子钝化239
5.1引言239
5.2重金属离子对微生物生长的影响239
5.2.1重金属离子对碳酸盐矿化菌生长的影响239
5.2.2重金属离子对磷酸盐矿化菌生长的影响240
5.3重金属离子矿化过程中的酶催化241
5.3.1重金属离子矿化过程中脲酶的催化241
5.3.2重金属离子矿化过程中磷酸酶的催化246
5.4重金属矿化物特性及其形成255
5.4.1碳酸盐矿化物特性及其形成255
5.4.2磷酸盐矿化物的特性及其形成267
5.5微生物钝化剂的制备与施用方法271
5.5.1碳酸盐微生物钝化剂的制备与施用方法271
5.5.2磷酸盐微生物钝化剂的施用方法277
5.6微生物钝化剂的实地应用280
5.6.1矿山开采尾矿治理实例280
5.6.2农用田土壤治理实例282
5.6.3水体修复实例289
参考文献291
彩图

精彩书摘

第1章 绪论
1.1 自然界的微生物矿化现象与机理
1.1.1 生物矿物的分布与特征生物矿化作用是一种很普遍的自然现象，几乎每一种生物都能合成矿物.近年来，研究者们对生物矿化产物的多样性和生物矿化过程的认识有了惊人的增长.漫长的地质时代，有机体形成的矿物大大改变了生物圈的物理？化学特性，生物矿化对沉积环境做出了重大的贡献.研究发现碳酸钙几乎构筑了广阔的大陆边缘[1，2].
经过20亿年物竞天择的优化，生物体结构几乎是完美的，许多类型的有机体在其细胞和组织位置形成沉积矿物，并且此过程在细胞的生命活动中不断得以精确重复.这些细胞包括从细菌？海藻？原生物到骨的成骨细胞.矿物可能存在于细胞的封闭泡囊膜内？细菌细胞壁的黏液内或孕育在细胞外空间的生物聚合物内.
至今，人类已经在生物中发现了60多种不同的生物矿物，表1-1列出了部分这些矿物的分布.表
1-1 生物矿物的种类及其分布
这些矿物的分布具有三个显著的特点:①近三分之二是钙矿;②几乎三分之二含水或羟基;③四分之一是胶体材料.
生物矿化往往能形成有序排列的？结构非常优异的天然有机—无机复合材料.如软体动物的贝壳珍珠层，它是由定向排列的文石小板片及少量有机质(质量百分含量<5%)组成层状结构[3，4]，其力学性能优越，同时具有硬度大及韧性高的特点，破裂韧度比相应的无机成因文石大2~3个数量级[5];海胆骨针由方解石单晶组成，但不像无机成因方解石单晶那样极易沿解理面裂开，力学性能独特[6].在火成岩和变质岩中，磁铁矿是一种普遍的矿物，必须在高温高压下才能形成.然而，利用某些细菌却能在常温常压环境下简易合成得到磁铁矿及其他矿物，充分发挥其生物诱导矿化作用.生物诱导矿化是有机体的生物活性和周围物理环境之间的相互作用，这一矿化过程往往由生物体新陈代谢的终产物如CO23-？H+？NH4+和包围细胞外环境中的离子的互作用所引发.与自然界中形成的一般矿物相比，生物矿物具有如下特征:
(1)结构的高度有序使得生物矿物具有极高的强度和良好的断裂韧性.细胞分泌的有机机制与无机晶体(如羟磷灰石和碳酸钙)间复杂的相互作用而形成的高级自组装结构，这种高度有序的组装使占质量95%的矿物得以紧密堆积，从而显示出优良的力学性质和理化性质.
(2) 生物矿物一般具有确定的晶体取向. 例如趋磁细菌中的磁小体(ma-netosome)常沿细菌长轴呈链状排列，尽管在不同种类的细胞中磁小体皆有自己的特征，但在某一特定的细胞种类中，磁小体的粒径？结晶形态及在细胞内的排列都是一致的，这样晶体链就提供了一个足够强的永磁矩使细菌在地磁场中取向.
(3)矿物质与有机质的相互作用.有机基质与矿物质之间存在着多种复杂的相互作用和多种形式的结合，使得基质大分子的微观结构发生改变，这更有利于形成高度有序的生物矿物，从而使生物矿化产物显示出优异的物理？化学和生物性能.
(4)矿物质在整个生物代谢过程中形成，并参与代谢过程.生物矿物的发现为制造高级复合材料提供了新的思路和途径[7-10].
1.1.2 微生物在自然界成岩成矿中的作用
地球史研究表明，微生物可能是地球上最早出现的一种生物，其种类繁多？分布广泛？生长繁殖快？代谢能力强？遗传稳定性差，已成为地球上无所不在？种类众多的巨大生物量[11].自地球历史早期微生物便广泛的存在于地球表面环境[12，13]，生存并分布于所有潮湿的沉积物表面及内部(深度可达几千米)，与其他生物相互竞争与合作，广泛的参与自然界的成岩成矿过程[14，15].如上所述，其中近三分之二是钙矿，并且相当一部分具有胶结功能.微生物通过其自身的生命活动，与周围环境介质之间不断循环发生着矿化作用，再经过漫长时期的累积，最终将自然界中沉积的疏松碎屑物质胶结形成坚硬的岩石，如图1-1所示，微生物参与矿化形成的方解石在自然界成岩过程中起了胶结的作用.一般来讲，微生物的矿化作用既不局限于微生物的特殊种类，也不限定于微生物的一定数量，几乎所有微生物的代谢产物对地质环境都有影响，是自然界沉积变化？成岩作用和一些沉积矿床的作用者或主要参与者[16，17].
图1-1 自然界中微生物矿化形成方解石胶结成岩[18]
参与自然界成岩成矿的微生物类型多样，包括光合原核生物(蓝细菌)？真核微体藻类？化学自养或异养微生物等[19].由于大部分微生物不具钙质骨骼，且只有部分微生物可以被钙化并保存为化石，因此，对地史中微生物碳酸盐岩中的微生物类群的识别较为困难.在前寒武纪大量碳酸盐叠层石中，主要在一些硅质岩中发现球状或丝状微生物化石[20-22].从显生宙开始，在许多微生物碳酸盐岩中发现大量钙化微生物化石[16，23-25].Curtis指出，许多常见的沉积岩类在埋藏成岩作用过程中因微生物的作用而有重要变化，有时微生物的影响十分显著，如形成结核.在早期压实作用阶段快速凝聚的结核，通常由方解石(CaCO3)组成.结核中还常可发现未被压缩的？保存极完好的化石，甚至这些化石的软体构造都可保存下来.这表明，有机质的分解有助于局部微生物的活动，而微生物活动的产物引起胶结物的沉淀.他还指出，对于许多成岩环境来说，不能以超温和超压为由排除微生物的存在，可以肯定，在深度浅得多的地方，沉积物中必然伴随有微生物的活动.
同时，微生物也是海底矿化沉积重要的化学和地质的作用者，其数量众多，生物作用多样，分布又极广泛，因而能够长时期有效地与周围环境之间发生反应.例如，微生物通过自身的生命活动可使环境中有机物腐解而产生一种稳定的物质———腐殖质;在碱性环境中，当有钙盐出现时，细菌能促使钙的沉淀.由此，某些学者认为海洋中的微生物是促进海洋沉积物中碳酸钙沉淀的主要力量[26].Defra-e[27，28]等分别对南太平洋Tua-motu群岛和中太平洋的现代叠层石进行了研究，指出其形成及钙化过程为水体盐度？钙离子和镁离子的浓度变化及细菌的生命活动综合效应的结果.Pedone和Folk[29，30]通过扫描电镜观察发现，犹他州大盐湖沉积物粒内及其间的文石胶结物中有细菌及微细菌实体存在，而细菌的菌壁在其生活过程中，对钙？镁离子具很强的吸附性，因此碳酸盐矿物能以细菌体作为结晶核心而结晶.此外，在现代喀斯特洞穴黑暗环境中，也发现有菌？藻类成因的叠层石和凝块石存在，说明在无光的条件下，微生物群也可促使碳酸钙沉淀[31].
微生物矿化成岩作用的研究，首先是从碳酸盐岩开始的.碳酸盐岩多为生物作用的产物，已成为共识，这一理念被称为“索比原理”，该现象遍布于全球各种环境中，而且在地球表层环境中，从38亿年以来对由不稳定的方解石？文石和白云石所组成的碳酸盐岩贡献最大的毋庸置疑是微生物作用.学者们研究了微生物成因沉积构造叠层石和核形石？树枝石和凝块石，以及各种钙质藻的成岩等.Murray和Irvine等首先研究了碳酸钙的沉淀问题.他们认为碳酸钙的沉淀是由于碳酸铵及硫酸钙的作用所产生的[26]:
(NH4)2CO3 +CaSO4 →CaCO3 +(NH4)2SO4 (1-1)
碳酸铵来自于二氧化碳，而这两种化合物是微生物分解含氮有机物质而产生的.Nadson发现，微生物所产生的铵来自蛋白质物质，如此即促进了在某些湖中的碳酸钙沉淀.起主要作用的微生物是:普通变形杆菌？蕈状杆菌？白色放线菌等.铵的产生使海水的pH 增加，如此即促进碳酸钙的沉淀.通过蛋白质物质除铵外，Nadson还发现某些微生物能够将硝酸盐还原成氮或铵，使水变成碱性，有利于碳酸钙及碳酸镁的沉淀及石灰石与白云石的形成.
Berkeley认为在海水中碳酸钙的沉淀主要是由于细菌对有机钙盐的氧化作用:
Ca(COOCH3)2 +4O2 →CaCO3 +3CO2 +3H2O (1-2)
Nadson认为，硫酸盐细菌的还原作用，也能造成碳酸盐的沉淀:
CaSO4 +CH3COOH →CaCO3 +H2S+H2O+CO2 (1-3)
Drew认为，海中碳酸钙的沉淀是由于脱氮细菌所造成，其中作为作用物的氢与碳系来自有机物在厌氧情况下氧化作用:
Ca(NO3)2 +3H2 +C →CaCO3 +3H2O+N2 (1-4)
综上所述，对微生物参与碳酸盐矿化的机制，虽然以上许多学者有多种认识，但主要是微生物的作用这一点却达成了共识[26].Vasconcelos等[32]研究了缺氧条件下微生物参与白云岩沉淀和成岩作用，表明原先认识的现代白云岩的形成环境，如根据对巴哈马安德罗斯岛潮上白云石结壳的研究，应当重新来评估白云石沉淀过程中微生物媒介的重要性.Reid等[33]对现代海洋叠层石在生长？成层和岩化过程中微生物的作用进行了研究，指出现代海洋叠层石的生长代表了一种沉积和间歇蓝细菌席岩化的动态平衡.Frederik等[34]研究了pH 和钙代谢在微生物碳酸盐沉淀过程中的关键作用，认为微生物的钙代谢是特定沉淀条件下的一种不可避免的事件，活性钙代谢可能造成独特的沉淀条件，而且碳酸钙沉淀在化学上利于细菌生存和扩散.-autret等[35]研究现代泻湖微生物岩中碳酸钙沉淀的生物化学控制，强调由蓝菌鞘腐烂释放出的二羧基的天门冬氨酸和谷氨酸含量在碳酸钙形成过程中的重要性，超细泥晶的原地沉淀是一种具有高度选择性的过程，微生物岩建造中的蓝菌种群的生物亲和力是控制原地沉淀的碳酸钙生物化学差别的主要因素之一[36].
1.1.3 微生物在自然界中的矿化形成机制
自然界中微生物的活动及其代谢作用，一方面能改变矿化的物理和化学环境，促进金属元素的迁移和富集;另一方面，微生物机体及其生命活动可吸附和吸收成矿元素，并在有利成矿部位直接沉淀和聚集成矿.20世纪70年代中期以后，大量的文献报道了微生物在沉积成岩和成矿过程中的作用.微生物对许多矿物和岩石的形成都具有较大影响，如碳酸盐？氧化物？磷酸盐？硫化物？硅酸盐等矿物，叠层石？核形石？树枝石？凝块石等岩石以及某些鲕粒？团粒？球粒和泥晶[37-39].由于微生物对形成岩石的影响，Burne等[40]提出了微生物岩(microbiolite)的概念，以描述由微生物的生长和生理活动而产生的生物沉积岩[31].
碳酸盐的微生物成矿过程的研究一直是微生物成矿作用研究的热点.研究认为微生物对碳酸盐矿物的影响既可以影响碳酸盐沉淀的地球化学条件，也可以作用碳酸盐矿物沉淀的晶核[41].Jones[42]研究了微生物的钙化？捕获和黏结碎屑对碳酸盐新晶体生长的作用，认为钙化微生物直接对洞穴堆积物起了贡献.微生物充当碳酸钙沉淀的核心位置，在许多情况下控制了形成晶体的类型.在碳酸钙的沉淀中微生物通过其新陈代谢作用起了直接的和主动的作用.相反，-olubic[43]认为碳酸钙的沉淀主要是受环境要素的控制(如和碳酸盐有关的饱和度)，而微生物只是起到一个被动的作用.在这种情况下，微生物只是方解石沉淀于其上的底物，并没有起直接的作用.Merz[44]发现只有在和方解石沉淀有关的水溶液过饱和的情况下，蓝细菌的钙化作用才发生.丝状或纤维状微生物通常能黏结和捕获碎屑颗粒，Jones等[45]通过实验证明了这一特性，并用于解释洞穴沉淀[31，46].
1. 矿化形成过程
在微生物矿化形成碳酸盐岩过程中，无论是微生物对沉积物的捕捉？黏附还是原地碳酸盐的沉淀，起关键作用的是微生物胞外聚合物(ExtracellularPoly-mericSub-stances，EPS)？微生物膜及微生物席，它们是微生物碳酸盐岩形成的生物基础[47].EPS主要聚集于细胞外，形成一种具有黏结性的基质，使得微生物附着于基底之上，能够提供物理和化学保护作用.微生物膜是由生存于EPS中的一薄层细菌群落(几十至几百微米厚)组成，附着于需水环境的基底.微生物膜在合适的生态条件下继续生长而形成较厚的？较明显的层而被定义为微生物席(一般为毫米级)，微生物席通常可以覆盖较大的沉积面和捕捉微晶沉积物，较厚的微生物席也可捕捉较大的沉积颗粒[48].微生物通过对沉积颗粒的捕捉与黏附？自身的钙化以及碳酸盐的原地沉淀，在埋藏？压实？岩化等成岩作用下，最终形成微生物碳酸盐岩[16].
2. 矿化形成条件
微生物的微观形态

前言/序言

好的，为您创作一份关于“微生物矿化工程应用基础”的图书简介，这份简介将聚焦于该领域之外的其他工程应用基础知识，详细阐述其内容范围。 --- 图书名称：先进材料科学与工程概论 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，聚焦于当代材料科学与工程领域的核心概念、前沿技术及其工程应用。本书的撰写旨在填补传统材料学教材在介绍新兴功能材料和复杂工程系统集成方面的空白，尤其侧重于材料的结构、性能、加工与应用之间的内在联系，而不涉及微生物矿化这一特定生物地球化学过程。 第一部分：材料科学基础与结构表征 本部分内容奠定了现代材料科学的理论基石，重点阐述了材料的微观结构如何决定其宏观性能。 第一章：晶体结构与缺陷工程 本章详细解析了金属、陶瓷和高分子材料的晶体结构类型，包括布拉伐晶格、晶体学方向和平面指数的确定。我们深入探讨了晶体缺陷的分类，包括点缺陷（如空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（如位错）和面缺陷（如晶界、孪晶界）在材料塑性、导电性和力学性能中的关键作用。此外，本章还介绍了利用控制缺陷浓度来调控材料性能的前沿技术，例如通过快速凝固或辐照来引入和钉扎位错。 第二章：材料的电子结构与性能 本章聚焦于固体材料的能带理论。详细阐述了导体、半导体和绝缘体在电子结构上的本质区别，包括费米能级、有效质量和载流子迁移率的概念。对于半导体材料，重点分析了掺杂技术（N型和P型）对导电性的影响及其在电子器件中的应用。在导电材料方面，探讨了过渡金属的d电子轨道对磁性、催化活性的贡献。 第三章：光谱学与显微成像技术 先进的材料表征技术是理解材料行为的前提。本章系统介绍了X射线衍射（XRD）用于晶体结构分析、透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）用于微观形貌和晶体缺陷的可视化。此外，我们还涵盖了能量色散X射线光谱（EDS）用于元素定性和定量分析，以及原子力显微镜（AFM）在表面形貌和力学性能测量上的应用，确保读者能够掌握从原子尺度到微米尺度的表征手段。 第二部分：先进工程材料及其设计 本部分将理论知识应用于具体材料体系，探讨了高性能结构材料和功能材料的设计原则。 第四章：高性能结构陶瓷与复合材料 本章重点讨论了氧化物、非氧化物陶瓷在极端环境下的应用潜力。深入分析了陶瓷材料的脆性本质及其增韧策略，如晶粒细化、第二相强化和纤维增韧技术。针对复合材料，详细阐述了纤维增强复合材料（FRPs）的力学模型，包括各向异性拉伸、弯曲和剪切性能的预测，并对比了金属基复合材料（MMCs）与聚合物基复合材料（PMCs）的优缺点及其在航空航天和汽车工业中的具体案例。 第五章：智能与响应性材料 本章聚焦于那些能够感知并响应外部刺激（如温度、光、电场或应力）的材料。详细介绍压电材料、形状记忆合金（SMA）和电活性聚合物（EAP）的工作机理。重点分析了SMA在执行器和传感器中的应用，以及压电陶瓷在超声换能器和能量收集设备中的设计优化路径。 第六章：高分子材料的加工与改性 高分子材料因其轻质、易加工的特性在日常工程中占据重要地位。本章区分了热塑性与热固性聚合物的结构差异及其对加工过程的影响。内容涵盖了注塑成型、挤出成型和反应性挤出等关键加工技术。同时，探讨了通过共聚、接枝和纳米填料改性来提高高分子材料的耐热性、阻燃性和机械强度的工程策略。 第三部分：材料加工与制造过程控制 理解材料从原材料到最终产品的转化过程，是工程应用的关键。 第七章：金属的热力学与动力学 本章深入探讨了金属合金的相图解读，包括二元和三元相图的分析方法，以及固液转变过程中的非平衡效应。重点介绍了扩散现象的理论模型（如菲克定律）及其在热处理过程中的应用，例如固溶处理、时效强化和再结晶过程的动力学控制。 第八章：先进连接技术与表面工程 材料连接技术直接决定了复杂结构件的可靠性。本章详细介绍了现代焊接技术（如激光焊、电子束焊）的冶金过程控制，以及粘接和钎焊的应用范围。在表面工程方面，深入分析了通过热喷涂、化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）实现表面硬化、耐磨损或抗腐蚀涂层的设计与实施方案，并介绍了等离子体辅助技术在改善膜层质量中的作用。 第九章：增材制造（3D打印）的材料基础 增材制造（AM）对材料设计提出了新的挑战与机遇。本章专注于金属粉末床熔融（PBF）和定向能量沉积（DED）等关键AM技术的材料学原理。重点讨论了快速凝固导致的微结构异质性，以及热梯度对残余应力和构件性能的影响，并提出了优化激光参数以控制晶粒生长和孔隙率的工程方法。 结论与展望 本书在内容编排上保持了逻辑的严谨性和技术的先进性，为材料科学与工程专业的学生、研究人员以及致力于应用新材料的工程师，提供了一个全面、深入且不涉及微生物矿化过程的工程应用基础参考。本书强调理论与实践的结合，旨在培养读者运用材料科学知识解决复杂工程问题的能力。 ---

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这本书的篇幅之大，内容之丰富，让我一度怀疑自己能否在短时间内消化。从第一页开始，作者就以一种近乎史诗般的笔触，描绘了地球生命起源的宏伟画卷。我被书中关于早期微生物如何利用大气中的金属元素，并在漫长的地质年代中，以一种极其缓慢而坚韧的方式，构建出如今我们所见的岩石和矿物形态的阐述深深吸引。那些关于铁细菌、锰氧化菌以及它们的代谢产物如何成为现代地质学家们解读地球历史的“密码”，让我对“生命”与“矿物”之间那千丝万缕的联系有了全新的认识。书中列举的大量古老岩石样本的显微照片和化学成分分析数据，更是将抽象的科学理论具象化，仿佛能让我穿越时空，亲眼见证那些微小的生命是如何在无声无息中，塑造了我们脚下的这片土地。尤其让我印象深刻的是，作者并没有止步于对自然现象的描述，而是深入探讨了这些微生物矿化过程的潜在应用，比如在重金属污染的修复、稀有金属的提取，甚至是生物制造新型材料方面的可能性。尽管这些应用仍处于探索阶段，但书中展现出的科学远见和严谨的研究方法，无疑为未来的科技发展指明了一个充满希望的方向。阅读这本书，就像是进行一场穿越亿万年的生命与地质的对话，让我受益匪浅，也更加敬畏自然的鬼斧神工。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，就像是在进行一场穿越地质年代的冒险之旅。我被书中关于微生物如何“雕刻”地球矿物世界的宏大叙事深深吸引。作者以一种引人入胜的方式，讲述了微生物在岩石和矿物形成过程中扮演的关键角色，从古老的叠层石，到如今的矿床形成，都离不开这些微小的生命体的“贡献”。书中对不同类型的微生物，例如固氮菌、硫化菌以及它们在矿物形成中的具体作用，进行了细致入微的描述。我尤其对书中关于“生物矿化”这一概念的深入探讨感到着迷，它不仅解释了自然界中许多矿物的形成机制，更揭示了生命与无机物之间深刻的相互作用。书中通过大量的科学研究数据和实例，让我对微生物的“能量”有了更直观的认识。更让我惊喜的是，作者并没有止步于对自然现象的描绘，而是积极探讨了这些微生物矿化过程在工程领域的应用前景，例如在矿产资源的开发、环境污染的治理以及生物材料的制造等方面。这本书不仅提升了我对微生物与矿物关系的认知，更让我对未来的科技发展充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

我一直对自然界中那些肉眼难以察觉却又至关重要的生命形式充满好奇，而这本书恰好满足了我的这份好奇。它并非一本简单的科普读物，而是将微生物世界的神奇与矿物的形成机制巧妙地结合在一起，为我打开了一个全新的认知维度。书中关于不同类型微生物，例如硫酸盐还原菌、铁氧化菌等，如何在特定的环境中，通过其独特的生理代谢活动，影响甚至驱动矿物的形成和转化，给我留下了深刻的印象。作者用极其生动的语言，描述了这些微生物如何“吞噬”和“吐出”各种元素，从而在微观尺度上“建造”出令人惊叹的矿物结构。我尤其对书中关于“生物矿化”这一概念的详细解读感到着迷。它不仅仅是一个科学名词，更是一种理解生命演化和地球物质循环的重要视角。书中通过大量的案例分析，展示了生物矿化在自然界中的广泛存在，从海洋中的珊瑚礁，到陆地上的石笋，再到我们日常生活中接触到的各种岩石，都可能与微生物的活动息息相关。更让我兴奋的是，书中还涉及了如何利用这些自然界的“微型工程师”来解决现实世界中的环境问题，例如如何通过生物降解来净化土壤和水体，或者如何利用微生物的生物合成能力来制造更环保、更可持续的材料。这本书的深度和广度，让我对微生物与矿物的关系有了更全面、更深刻的理解，也激发了我对相关领域进一步探索的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的震撼，远不止于知识的叠加，而是一种思维方式的重塑。我从未想过，那些在我们眼中微不足道的微生物，竟然在地球漫长的演化历程中扮演着如此关键的角色，尤其是它们在矿物形成中的“匠心独运”。作者以一种宏大的视角，将微生物的生命活动与地质学的宏伟叙事有机地结合起来，描绘了一幅波澜壮阔的生命与岩石的交响曲。书中对各类微生物矿化作用的分类和机理阐述，条理清晰，逻辑严谨，让我得以窥见一个微观世界的精密运作。我特别欣赏作者对“微生物介导的矿化”这一核心概念的深入剖析，它揭示了生命如何通过改变周围环境的化学组成，从而引发矿物的沉淀、溶解或转化。从古老的微生物岩，到现代的水热喷口，书中通过丰富的案例，展现了生物矿化过程的多样性和普遍性。更令我激动的是，作者并未局限于理论阐述，而是积极展望了这些生物矿化过程在工程领域的巨大潜力。书中对生物提取、生物固碳、生物修复等方面的介绍，让我看到了微生物在未来可持续发展中的重要作用。这本书不仅拓宽了我的知识边界，更重要的是，它改变了我看待世界的方式，让我意识到生命与物质之间那深刻而奇妙的联系。