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工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展與新材料的探索息息相關(guān)。材料科學(xué)探索著固體的基本性能，這也使得材料科學(xué)的相關(guān)知識(shí)在工業(yè)生產(chǎn)和生活中起著越來(lái)越重要的作用。材料科學(xué)的目的之一是解釋固體材料的基本過(guò)程，并預(yù)測(cè)它在實(shí)際情況中的性能。這和固體材料中原子鏈結(jié)的類(lèi)型和強(qiáng)度有著緊密聯(lián)系。

本書(shū)共有18章：1.簡(jiǎn)介；2.經(jīng)典理論和微觀粒子，簡(jiǎn)要地介紹量子物理的基礎(chǔ)，包括波粒二象性、測(cè)不準(zhǔn)原理、波函數(shù)和薛定諤方程；3.原子中的電子，介紹概率密度函數(shù)，作為計(jì)算波函數(shù)和電子能量密度函數(shù)方法的哈特里近似；4.晶體點(diǎn)陣，介紹了點(diǎn)陣的基本概念，維格納-塞茨單胞和布里淵區(qū)；5.均勻電子氣和純金屬，介紹電子交換能和關(guān)聯(lián)能；6.晶體中的電子和布洛赫波；7.原子間的鍵合強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)；8.從第一性原理模擬固體的結(jié)構(gòu)和性能（從頭計(jì)算法）；9.材料科學(xué)中第一性原理模擬；10.Ni3Al固溶體的從頭計(jì)算法；11.緊束縛模型和嵌入原子勢(shì)；12.晶格振動(dòng)的力系數(shù)；13.過(guò)渡金屬，介紹過(guò)渡金屬的結(jié)構(gòu)、物理模型和內(nèi)聚能等；14.半導(dǎo)體，介紹半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)、共價(jià)鍵強(qiáng)度和性質(zhì)；15.分子離子晶體，介紹分子晶體、離子晶體的價(jià)鍵性質(zhì)和固態(tài)惰性氣體、有機(jī)分子晶體等相關(guān)知識(shí)；16.高溫蠕變，介紹高溫蠕變的物理模型、方程，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比；17.金屬疲勞，介紹裂紋的萌生和擴(kuò)大、原子層面的疲勞損壞、裂紋尖端原子鍵斷裂；18.動(dòng)力學(xué)過(guò)程模擬，介紹用不同方程體系來(lái)模擬金屬疲勞的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)中元素的量子行為決定材料的微觀行為。盡管量子行為和宏觀理論應(yīng)該互相彌補(bǔ)，但實(shí)際情況并不總是如此。作者向我們?cè)敱M展示了結(jié)構(gòu)模型和計(jì)算機(jī)模擬方法。他考慮了基礎(chǔ)物理和化學(xué)中的原子鍵，對(duì)預(yù)測(cè)的理論結(jié)果進(jìn)行分析并將其和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。他應(yīng)用第一性原理模擬過(guò)渡金屬、半導(dǎo)體、氧化物、固溶體、分子和離子晶體的性能。在本書(shū)最后幾章，作者還饒有興致的介紹了金屬高溫蠕變、金屬疲勞等的新理論來(lái)幫助預(yù)測(cè)、預(yù)防可能的材料損傷。

通過(guò)閱讀本書(shū)，讀者將了解模擬材料性質(zhì)、設(shè)計(jì)特征材料的工具和知識(shí)。由于本書(shū)介紹內(nèi)容的跨學(xué)科性質(zhì)，它適合固體物理、化學(xué)工程材料、固體材料的計(jì)算模擬、機(jī)器制造、凝聚態(tài)物理等方向?qū)W生，以及從事相關(guān)研究的工程師和研究人員。

郭抒，博士生

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