內容簡介
《電工電子功能材料》是OHM大學參考教材係列之一。
《電工電子功能材料》不僅介紹在各專業領域中應用越來越廣泛的電工電子功能材料,即導電材料、電阻材料、半導體材料、磁性材料以及電介質材料與絕緣材料、傳感器材料,還介紹新的熱門材料,如智能材料、納米材料等。
《電工電子功能材料》敘述條理清晰、簡明易懂,並為方便讀者學習采用瞭豐富的圖錶,在每章末還附加瞭幫助讀者理解相關內容的練習題。
《電工電子功能材料》可作為大專院校相關專業學生的教材,也可供相關專業領域的科技人員參考。
內頁插圖
目錄
第1章 功能材料概述
1.1 功能材料
1.1.1 新材料
1.1.2 精細陶瓷
1.1.3 精細金屬
1.1.4 精細聚閤物
1.1.5 復閤材料
1.2 功能材料的種類及應用
1.2.1 導電材料
1.2.2 半導體材料
1.2.3 電介質材料及絕緣材料
1.2.4 磁性材料
1.3 功能材料的展望
1.3.1 傾斜功能材料
1.3.2 智能材料
1.3.3 生態材料
1.3.4 納米材料
練習題
第2章 導電材料
2.1 金屬的電導性
2.1.1 溫度
2.1.2 加工
2.1.3 閤金
2.2 導電材料
2.2.1 銅及其閤金
2.2.2 鋁及鋁閤金
2.2.3 電綫和電纜
2.3 特殊導電材料
2.3.1 接觸材料
2.3.2 熔斷材料與釺焊材料
2.4 超導材料
2.4.1 超導現象
2.4.2 金屬係超導材料
2.4.3 氧化物高溫超導體
2.5 高分子導電材料
練習題
第3章 電阻材料
3.1 精密電阻用閤金
3.1.1 Cu-Mn-Ni係閤金
3.1.2 Cu-Ni係閤金
3.1.3 Ni-Cr係和Fe-Cr-Al係閤金
3.1.4 Ag-Mn-Sn係閤金
3.2 調節電流用電阻材料
3.2.1 調節中小電流用的金屬係元件和碳係元件
3.2.2 調節大電流用的金屬和水
3.3 熱電、照明用電阻材料
3.3.1 熱電用發熱體
3.3.2 照明用鎢
3.4 功能電阻材料的電阻變化
3.4.1 感溫電阻(熱敏電阻)用氧化物陶瓷
……
第4章 半導體材料
第5章 磁性材料
第6章 電介質材料與絕緣材料
第7章 傳感器材料
練習題簡答
參考文獻
前言/序言
日本的經濟可以說是在以半導體為中心的電子技術産業的支持下進入21世紀的。而電子技術産業的基礎,則是功能材料。《電工電子功能材料》一書第一版發行於1996年,當時還沒有功能材料方麵的教科書,甚至幾乎沒有電工、電子類專業教學使用的講義。在與該領域大專院校的老師們交談時,感到很需要齣版一本電工、電子類專業學生使用的功能材料方麵的教科書。
本書就是在這種情況下編寫的,書中內容適閤於電工、電子類學科學生或工程技術人員學習和參考。本書第1章為功能材料的概述,其後各章分彆介紹各種功能材料。
第2章介紹電工、電子學領域非常重要的導電材料,如銅、鋁、超導材料和高分子導電材料。第3章介紹一般電阻材料和特殊電阻材料的特性和製作方法。半導體的代錶性材料是矽(Si),第4章介紹矽以外的金屬化閤物及其基本性質以外,還涉及晶體管、半導體開關元件、存儲器、激光等的應用。日本在磁性材料技術領域具有很高的水平,第5章將介紹軟質、硬質磁性材料和磁記錄材料、特殊磁性材料的一般性質。第6章介紹電介質和絕緣體材料,即電介質的基本電學性質、強電介質材料及其應用、電容器材料及壓電材料。在電工、電子學領域,傳感器的重要性日益提高,第7章將介紹傳感材料及其在檢測信息時材料特性的變化。為瞭加深對學習內容的理解,每章末都附有練習題,並在全書最後附有參考答案。
本書從第一版發行至今已經經過瞭6年的時間,在此期間,各種功能材料得到瞭進一步應用,材料科學取得瞭明顯的進展。修訂版中增加瞭近年來的熱門話題,即納米技術及新材料。作為教科書,在基本知識的闡述以及相關數據、資料等方麵,均作瞭全麵修訂。
本書希望能夠得到電工、電子功能材料領域的研究人員、工程技術人員以及學生們的有效利用。
最後,對在本書齣版過程中歐姆社齣版部的各位所給予的大力支持錶示感謝。
《微納米機器人:精密製造與智能診療新 frontiers》 一、 導論:微觀世界的革命性力量 想象一下,一群比頭發絲還要細小的機器人,它們不僅能精準地在體內穿梭,執行診斷任務,甚至能直接靶嚮病竈進行藥物輸送或微創手術。這不再是科幻小說中的情節,而是正在迅速崛起的微納米機器人技術所描繪的未來藍圖。本書《微納米機器人:精密製造與智能診療新 frontiers》將帶您深入探索這個充滿無限潛力的微觀世界,揭示微納米機器人如何以前所未有的精度和效率,革新著醫學診斷、治療以及生物工程等多個前沿領域。 在科技飛速發展的今天,人類對微觀世界的認知和控製能力正以前所未有的速度提升。從原子、分子到細胞、組織,我們正逐步掌握在微觀尺度上進行精密操作的能力。微納米機器人,作為這一技術浪潮的傑齣代錶,它們的齣現標誌著我們能夠將復雜的工程係統微縮到納米級彆,賦予它們自主運動、感知、決策和執行任務的能力。這些微型機器人的研發和應用,不僅僅是工程技術的突破,更是對生命科學、醫學以及材料科學的深刻影響。 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且前沿的視角,理解微納米機器人的基本原理、製造技術、驅動方式、導航策略、傳感能力以及在生物醫學領域的多元化應用。我們不僅僅關注技術本身,更著重於探討其背後的科學原理、麵臨的挑戰以及未來的發展趨勢,從而為相關領域的研究者、工程師、學生以及對這項顛覆性技術感興趣的公眾,提供一份具有深度和廣度的參考。 二、 微納米機器人的核心技術:驅動、導航與控製 微納米機器人的核心競爭力在於其能夠在復雜環境中實現自主、精準的運動。這離不開高效的驅動機製、智能的導航係統以及精密的控製策略。 驅動機製: harnessing the power of the small 在微納米尺度上,傳統的宏觀驅動方式已不再適用。微納米機器人通常依賴於外部能量源或內部化學反應來産生動力。本書將詳細闡述當前主流的驅動技術,包括: 外部場驅動: 利用磁場、電場、超聲波、光場等外部能量場,通過與微納米機器人材料的相互作用來驅動其運動。例如,磁性微納米機器人可以通過外部磁場梯度進行定嚮移動,超聲波驅動則利用微氣泡的産生和潰滅提供推力。我們將深入探討不同場驅動的原理、優缺點以及在不同應用場景下的適應性。 化學驅動: 利用燃料與周圍環境的化學反應産生推力。例如,金屬納米顆粒在過氧化氫溶液中會産生氧氣氣泡,從而推動其前進。我們還將介紹基於催化反應、pH響應、溫度響應等多樣化化學驅動策略。 生物驅動: 藉鑒生物體自身的運動機製,如利用細菌的鞭毛運動或細胞的收縮能力。這種方式具有良好的生物相容性,但也麵臨控製難度較大的挑戰。 梯度驅動: 利用材料本身的化學勢能或物理勢能梯度,實現定嚮運動。 導航策略: finding the way in a complex world 一旦微納米機器人獲得瞭驅動能力,如何精確地引導它們到達預定目標至關重要。本書將深入探討多種導航技術: 外部場導航: 利用外部梯度場(如磁場梯度)精確控製微納米機器人的運動軌跡,實現遠程、閉環導航。 化學梯度導航: 利用生物體産生的化學信號,引導微納米機器人趨嚮特定區域,例如癌細胞釋放的趨化因子。 圖像引導導航: 結閤實時醫學影像(如超聲、MRI、熒光成像)對微納米機器人進行跟蹤和引導。 自主導航: 賦予微納米機器人一定的環境感知能力,使其能夠根據周圍環境信息進行自主決策和路徑規劃。 控製係統: precision at every step 為瞭實現精密的任務執行,微納米機器人需要精密的控製係統。本書將討論如何通過優化設計、材料選擇和控製算法,實現對微納米機器人運動速度、方嚮、姿態以及任務動作的精確控製。這包括對反饋控製、前饋控製以及模型預測控製等先進控製理論在微納米機器人領域的應用探討。 三、 精密製造與功能集成:打造微觀“瑞士軍刀” 微納米機器人的製造是實現其復雜功能的基礎。本書將深入介紹各種先進的製造技術,並探討如何將多種功能集成到單一的微納平颱上。 先進製造技術: building the tiny titans 自組裝技術: 利用分子識彆、熵驅動等原理,使納米材料在溶液中自發地形成預定的微納米結構。 微納加工技術: 包括光刻、電子束刻蝕、聚焦離子束等傳統微電子製造技術,以及3D打印、微注塑等新興製造方法,用於構建復雜的微納米機器人本體。 納米材料閤成與修飾: 介紹如何閤成具有特定磁性、光學、催化活性或響應性的納米材料,並對其進行錶麵功能化,以實現藥物負載、靶嚮識彆等功能。 仿生製造: 藉鑒自然界生物體的結構和功能,通過仿生設計和製造技術,獲得高性能的微納米機器人。 功能集成: from single task to multi-functional platforms 為瞭滿足日益復雜的應用需求,將多種功能集成到單個微納米機器人上是未來的發展方嚮。本書將探討如何實現: 驅動與傳感集成: 同一個組件既能提供動力,又能感知周圍環境。 藥物遞送與診斷集成: 微納米機器人能夠同時攜帶藥物並進行診斷,實現“診斷-治療一體化”。 多模態響應與控製: 微納米機器人能夠響應多種外部刺激,並執行不同的任務。 生物兼容性與可降解性: 強調在生物醫學應用中,材料的生物相容性和在完成任務後的可降解性至關重要,並介紹相關的材料設計和製造策略。 四、 革命性的應用前景:重塑醫療與生物工程 微納米機器人的應用潛力是巨大的,尤其是在生物醫學領域,它們有望徹底改變疾病的診斷、治療和監測方式。 精準醫療的利器: targeted drug delivery and therapy 靶嚮藥物輸送: 將藥物負載到微納米機器人上,通過導航係統精確地將藥物遞送到病竈部位,顯著提高療效,同時減少對正常組織的毒副作用。本書將詳細討論其在癌癥治療、心血管疾病、神經係統疾病等領域的應用潛力。 微創手術與介入治療: 微納米機器人可以作為微型手術器械,在體內進行精密的切割、縫閤、清除血栓等操作,實現真正的微創。 基因治療與細胞工程: 能夠將基因或細胞精確遞送到特定靶點,為基因治療和細胞療法開闢新的途徑。 疾病的早期診斷與實時監測: early detection and continuous monitoring 體內診斷傳感器: 集成多種傳感器的微納米機器人,可以在體內實時監測生物標誌物、pH值、溫度等生理參數,實現對疾病的早期預警和精準診斷。 病竈成像與可視化: 利用熒光標記或磁性造影劑,微納米機器人可以輔助醫學成像,更清晰地可視化病竈。 生物工程的新工具: advancing research and development 細胞操作與重組: 在體外或體內,對單個細胞進行精確的操作、標記或基因編輯。 組織工程與再生醫學: 引導細胞遷移、分化,構建更復雜的組織結構,加速再生醫學的發展。 環境監測與修復: 在微觀環境中,用於汙染物檢測、降解等。 五、 麵臨的挑戰與未來展望:邁嚮臨床應用的堅實步伐 盡管微納米機器人技術展現齣巨大的潛力,但在實現大規模臨床應用之前,仍需剋服一係列挑戰。 生物安全性與體內行為: 如何確保微納米機器人在體內的長期安全性,避免免疫反應、毒性或非預期纍積。 規模化生産與成本控製: 如何實現微納米機器人的高通量、低成本製造。 體內導航與控製的穩定性: 在復雜的生理環境中,如何保證導航和控製的魯棒性和精確性。 法規與倫理考量: 相關的審批流程、倫理規範以及公眾接受度等問題。 本書的最後部分將深入探討這些挑戰,並展望微納米機器人技術的未來發展方嚮。我們相信,隨著材料科學、工程技術、人工智能和生物醫學的不斷融閤,微納米機器人必將在不久的將來,成為重塑人類健康和生活的重要力量。 《微納米機器人:精密製造與智能診療新 frontiers》,不僅是一本技術指南,更是一扇通往未來的窗戶,邀您一同探索微觀世界的無限可能,見證一場即將到來的科學與醫療革命。