水泥基压电复合材料与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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程新著 著

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• 水泥基压电复合材料
• 压电材料
• 复合材料
• 传感器
• 能量收集
• 结构健康监测
• 智能材料
• 材料科学
• 工程应用
• 压电效应

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030562159

商品编码：25459408997

出版时间：2018-01-01

作  者:程新 著 定  价:150 出 版 社:科学出版社 出版日期:2018年01月01日 页  数:552 装  帧:平装 ISBN:9787030562159 ●序
●前言
●第1章压电材料概述1
●1.1压电效应2
●1.2压电材料9
●1.3水泥基压电复合材料17
●1.4压电复合材料性能测试方法19
●参考文献21
●第2章0-3型水泥基压电复合材料23
●2.1制备方法23
●2.2极化工艺25
●2.3压电陶瓷质量分数对压电复合材料性能的影响31
●2.4压电陶瓷颗粒粒度对压电复合材料性能的影响44
●2.5水泥基体对压电复合材料性能的影响53
●2.6水泥水化龄期对压电复合材料性能的影响60
●2.7环境湿度对压电复合材料性能的影响70
●2.8微量组分掺杂改性0-3型水泥基压电复合材料77
●参考文献110
●第3章2-2型水泥基压电复合材料114
●3.1制备方法114
●部分目录

内容简介

本书以混凝土结构健康监测为背景，着重阐述了水泥基压电复合材料、器件及其在混凝土工程中的相关应用。研究了不同系列的典型水泥基压电复合材料制备工艺、结构及性能影响因素；研究了几种典型水泥基压电传感器的制备工艺及性能参数，并讨论了其在混凝土结构损伤监测等工程中的应用技术，为水泥基压电复合材料与器件在混凝土结构健康监测领域的广泛应用提供了重要的依据。

现代材料科学的探索：超越常规的革新之路 这本书并非聚焦于一种特定的材料，而是深入探究了现代材料科学在多个前沿领域的革新性进展及其所带来的颠覆性应用。我们将目光从单一学科的边界中解放出来，以开放的视角审视那些能够重塑我们生活、工业乃至对地球未来产生深远影响的新型材料。这不仅是一次对材料性能极限的挑战，更是一场关于如何利用物质内在规律，创造更智能、更高效、更可持续解决方案的思想盛宴。 第一章：智能响应材料——感知、行动与自主演进 本章将目光投向那些能够感知外部环境变化并做出相应反应的智能材料。我们将从最基础的机理入手，解析压电效应、热致变色、光致变色、形状记忆合金等现象的物理和化学本质。不再仅仅停留在“观察”层面，而是深入探讨如何精确调控这些材料的响应阈值、响应速度、响应强度以及响应的可逆性。 压电材料的微观世界与宏观力学： 除了传统的陶瓷和聚合物，我们将介绍近年来涌现的新型压电材料，如有机压电材料、二维压电材料（如石墨烯衍生物）及其在纳米器件中的应用潜力。重点关注压电耦合机理，如何通过结构设计和掺杂改性来增强其能量转换效率和耐久性。 热致变色与光致变色材料的设计与应用： 探讨有机小分子、聚合物薄膜以及纳米晶体在热致变色和光致变色中的应用。我们将解析其颜色变化背后的分子重排、电子跃迁等机制，并介绍如何通过设计合成路线来精确控制变色温度、颜色光谱以及循环稳定性。在应用方面，将聚焦于智能窗户、防伪技术、可穿戴传感器的设计思路。 形状记忆合金与聚合物的相变动力学： 深入研究形状记忆合金（SMA）和形状记忆聚合物（SMP）的相变过程，包括马氏体相变、玻璃化转变等。讨论如何通过合金成分、晶粒尺寸、聚合物分子链结构来调控其回复温度、回复应力、回复精度以及疲劳寿命。重点介绍在医疗植入物、自修复结构、机器人驱动器等领域的创新应用。 第二章：可持续材料——绿色制造与循环经济的基石 面对日益严峻的环境挑战，可持续材料的研究与开发已成为必然趋势。本章将聚焦于那些在生产、使用和废弃过程中对环境影响最小，并且能够最大限度实现资源循环利用的材料。 生物基与可降解聚合物的分子设计与性能调控： 详细介绍以淀粉、纤维素、聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等为代表的生物基和可降解聚合物。我们将探讨如何通过共聚、嵌段共聚、纳米复合等方法来改善其机械强度、耐热性、阻隔性等关键性能，使其能够替代传统的石油基塑料。同时，深入研究其生物降解机理，以及影响降解速率的环境因素。 绿色合成工艺与溶剂替代： 关注无溶剂合成、水相合成、超临界流体合成等绿色化学技术在材料制备中的应用。探讨如何利用生物催化、光催化等手段来降低能源消耗和减少污染物排放。重点分析在聚合物合成、纳米材料制备等过程中，用环境友好型溶剂替代传统有机溶剂的可行性与挑战。 废弃物资源化利用与闭环材料体系： 探讨如何将农林废弃物、工业副产物、塑料垃圾等转化为高性能材料。例如，利用木质纤维素制备生物炭、纤维增强复合材料，或者将废旧塑料通过化学回收、物理回收等方式再利用。着重介绍构建“设计-生产-使用-回收-再设计”的闭环材料体系，实现物质的无限循环。 第三章：功能性纳米材料——微观尺度的魔力与宏观应用 纳米技术的飞速发展为材料科学带来了前所未有的机遇。本章将聚焦于那些在纳米尺度下展现出独特物理、化学或生物学性质的材料，并探讨它们在各个领域的革命性应用。 金属与氧化物纳米颗粒的合成与表面工程： 深入研究金、银、铂、氧化钛、氧化锌等金属及氧化物纳米颗粒的尺寸、形貌、晶面控制合成技术。重点关注表面等离子体共振（SPR）效应在光学、传感、催化领域的应用。介绍表面功能化策略，如何通过修饰表面官能团来调控纳米颗粒的稳定性、分散性、生物相容性以及靶向性。 碳纳米材料的维度与结构调控： 详细阐述石墨烯、碳纳米管、富勒烯等碳纳米材料的独特结构特点及其带来的优异性能，如高导电性、高导热性、高比表面积和极高的力学强度。探讨如何通过化学气相沉积（CVD）、剥离法、自组装等技术来控制其层数、管径、缺陷密度，并将其应用于复合材料、储能器件、生物传感器等。 纳米复合材料的设计与界面调控： 聚焦于将纳米颗粒、纳米纤维、纳米片等引入聚合物、陶瓷或金属基体中，形成高性能纳米复合材料。深入分析纳米填料在基体中的分散均匀性、界面结合强度对整体性能的影响。讨论如何通过表面改性、增容剂、原位聚合等方法来优化界面，实现性能的协同增强。 第四章：仿生与自修复材料——模仿自然，超越自然 自然界是材料科学最伟大的灵感来源。本章将探索如何模仿生物体的结构、功能和自修复机制，来设计和制造具有更高性能和更长寿命的新型材料。 仿生结构设计与力学性能优化： 借鉴贝壳、骨骼、蜘蛛网等自然结构的层级结构、孔隙率、纤维排布等特点，设计出具有优异强度、韧性或吸能性能的仿生材料。例如，利用3D打印技术制造仿生骨支架，或者模仿莲叶效应开发自清洁表面。 自修复机制的化学与物理原理： 深入研究各种自修复机制，包括微胶囊破裂释放修复剂、可逆化学键断裂重组、相分离诱导修复等。探讨如何设计具有特定修复能力的智能聚合物、凝胶或复合材料，使其在损伤后能够自主完成修复过程，延长材料的使用寿命。 生物相容性与生物活性材料： 关注在医疗健康领域的应用，如用于组织工程的生物支架、药物缓释载体、可植入式传感器等。介绍如何通过材料的化学结构、表面形貌、孔隙率等来调控其与生物体的相互作用，促进细胞生长、组织再生，或实现精确的药物递送。 第五章：前沿交叉领域与未来展望 本章将目光投向材料科学与其他学科的交叉融合，展望未来材料发展的可能方向。 计算材料学与人工智能在材料设计中的应用： 介绍基于第一性原理计算、分子动力学模拟等计算方法如何加速新材料的发现与设计。探讨机器学习、深度学习等人工智能技术如何在海量材料数据中挖掘规律，预测材料性能，优化合成工艺，实现材料设计的智能化。 量子材料与极端环境材料： 简要介绍如拓扑绝缘体、二维超导体等量子材料的奇特性质及其潜在的应用前景。同时，探讨在高温、高压、强腐蚀等极端环境下应用的特种材料，以及如何通过材料设计来提升其在航空航天、能源、核工业等领域的可靠性。 人机交互界面与智能传感器： 探讨如何利用柔性电子材料、可穿戴传感器、触觉反馈材料等，构建更自然、更直观的人机交互界面，以及开发集成化的智能传感器网络，实现对环境和生理信号的实时监测与响应。 总而言之，这本书旨在提供一个广阔的视野，引导读者认识到现代材料科学的蓬勃发展及其对我们社会的巨大影响。它不是一本堆砌公式和理论的枯燥读物，而是一次激发思考、启迪创新的旅程，让人们看到材料科学如何以其独特的力量，驱动着科技进步，塑造着我们共同的未来。

评分☆☆☆☆☆

评价十 这是一本让我深受启发的书。它不仅仅是关于一种新型材料的介绍，更是关于一种全新的思维方式的启示。作者通过对水泥基压电复合材料的研究，让我看到了材料科学在解决现实问题中的巨大潜力。我尤其被书中关于“可持续发展”的理念所打动。作者强调，水泥基压电复合材料的应用，不仅能够提高能源利用效率，减少能源消耗，还能够为绿色建筑和智能城市提供重要的技术支撑。这种将科技创新与环境保护相结合的思路，让我对材料科学的未来发展充满了信心。阅读过程中，我不断地被作者的创新精神和对社会责任的担当所感染。

评分☆☆☆☆☆

评价八 这本书的内容非常有前瞻性，它不仅仅是对现有技术的梳理，更是对未来发展方向的探索。我尤其关注书中关于“智能交通系统”的应用。作者设想，在不久的将来，道路本身就能够成为一个巨大的传感器网络，实时监测交通流量、车辆速度、路面状况等信息。这些信息可以被用来优化交通信号灯的配时，预测交通拥堵，甚至引导无人驾驶汽车安全行驶。书中详细介绍了如何通过在沥青或水泥路面中掺入压电材料，来实现这些功能。作者还对不同路况下的压电响应进行了模拟和分析，并提出了一些创新性的设计方案。这种将材料科学与交通工程相结合的跨界思维，让我对智能城市的发展充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

评价四 坦白说，在阅读这本书之前，我对水泥的认知仅停留在建筑材料的层面，但这本书彻底颠覆了我的看法。它向我展示了水泥基压电复合材料作为一种“智能材料”所蕴含的巨大潜力。我被书中关于材料的“自感知”和“自响应”能力的描述深深吸引。想象一下，一座桥梁不再是冰冷的结构，而是能够“感受”到车辆经过时产生的压力，并将这种压力转化为电信号，传递给监测系统。这种“活”起来的建筑，让我对未来的城市建设充满了无限的遐想。书中对不同传感应用场景的详细解读，比如应力、振动、温度等，都让我对这些复合材料的实际应用有了更具体的认识。它不仅仅是理论上的构建，更是对现实问题的深刻洞察和创新性的解决方案。阅读过程中，我不断地被作者的思考深度和对材料未来发展趋势的精准把握所折服。

评分☆☆☆☆☆

评价六 这本书的语言风格非常独特，既有严谨的学术论文的精确性，又不失生动的科学叙事。我尤其被书中关于“自修复”概念的阐述所吸引。作者提出，水泥基压电复合材料不仅能够感知损伤，甚至有可能在一定程度上实现自我修复。这种“智能”的特性，让我对材料的耐久性和可靠性有了全新的认识。书中探讨了将压电效应与自修复机制相结合的多种可能性，例如，通过压电材料感应到的应力变化，触发内部微胶囊破裂释放修复剂。这种跨学科的融合，展现了材料科学的无穷魅力。阅读过程中，我仿佛看到了一个材料学领域内的“生命周期”的延伸，材料不再是静态的，而是能够主动适应环境变化，并做出响应。

评分☆☆☆☆☆

评价一 这本书如同一幅徐徐展开的画卷，在我的眼前描绘出水泥基压电复合材料那令人着迷的世界。从材料的宏观结构到微观层面的相互作用，作者都进行了细致入微的梳理。我尤其被书中关于压电效应在水泥基体中如何被激发和调控的章节所吸引。它不仅仅停留在理论的阐述，更将这些理论与实际的制备工艺紧密结合。例如，书中对不同掺杂剂对压电性能影响的分析，以及不同固化条件如何改变材料的微观形貌和最终的压电响应，都为我提供了宝贵的参考。读到这里，我仿佛置身于一个精密的研究实验室，亲眼见证着这些新型复合材料是如何被一点点“炼”成的。书中对实验数据的解读也极为到位，各种图表和曲线不仅仅是枯燥的数字，更承载着丰富的科学信息，让我能够更直观地理解材料的性能变化趋势。作者的逻辑清晰，叙述流畅，即使是对于一些复杂的物理化学原理，也能用相对易于理解的语言进行解释，这对于像我这样的非专业读者来说，无疑是一大福音。它让我对水泥这种我们日常生活中再熟悉不过的材料，有了全新的认识，原来在它的“骨骼”中，还可以蕴藏着如此强大的能量转换能力。

评分☆☆☆☆☆

评价七 这本书为我提供了一个深入了解水泥基压电复合材料的绝佳机会。我尤其被书中关于“结构健康监测”的章节所打动。它描绘了一个更加安全、更加智能的未来。想象一下，桥梁、隧道、高层建筑，这些我们赖以生存的基础设施，都能够“自主”地监测自身的健康状况。一旦出现裂缝、变形或者其他潜在的危险，它们能够及时发出警报，并提供详细的诊断信息。书中详细介绍了如何利用水泥基压电复合材料作为传感器，嵌入到结构内部，实时采集应力、应变、振动等数据。作者还对数据的处理和分析方法进行了探讨，以及如何将这些信息转化为可执行的维护策略。这种将先进材料技术应用于基础设施安全领域的思路，让我对国家在科技发展上的投入和成果感到由衷的钦佩。

评分☆☆☆☆☆

评价三 这本书的深度和广度都令人称道。它并非一本浅尝辄止的科普读物，而是深入到了水泥基压电复合材料的每一个关键环节。我花了很长时间去研读书中关于材料设计与性能调控的部分。作者详细阐述了如何通过改变水泥基体的组分，例如掺入不同的纳米填料，来增强压电材料的均匀分散性和界面粘结性，进而提高整体的压电性能。我尤其对书中关于“界面效应”的讨论印象深刻，它揭示了水泥基体与压电填料之间的相互作用是如何深刻影响材料的宏观表现的。作者还探讨了不同压电填料的选择，比如压电陶瓷粉末、压电纳米线等，它们在水泥基复合材料中的应用效果差异。通过书中详实的实验数据和分析，我能够清晰地看到，材料的微观结构和宏观性能之间存在着多么紧密的联系。这种严谨的学术态度和细致的分析，让我受益匪浅，也为我今后的学术研究提供了坚实的理论基础。

评分☆☆☆☆☆

评价九 这本书的学术严谨性毋庸置疑，但同时又具有很强的可读性。我尤其喜欢书中关于“多功能集成”的论述。作者不仅仅将水泥基压电复合材料视为一种单一功能的材料，而是强调了其作为一种“多功能集成平台”的潜力。这意味着，在同一个材料体系中，可以同时实现传感、能量收集、甚至是自供能等多种功能。书中详细介绍了如何通过精心的材料设计和制备工艺，来实现这种多功能集成。例如，通过优化压电填料的种类和分布，可以同时获得良好的压电性能和储能性能。这种“一材多用”的理念，对于提高材料的综合效益，降低制造成本，具有重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

评价五 这本书在内容组织上非常出色，从基础理论到前沿应用，层层递进，逻辑清晰。我尤其喜欢书中关于“能量收集”这一章节的论述。它为我打开了一个全新的视角，原来我们日常生活中产生的微小振动、甚至是行走时产生的压力，都可以被有效地收集起来，转化为可用的电能。书中详细介绍了如何设计和优化水泥基压电复合材料的结构，以最大化地提高能量收集效率。例如，通过改变材料的几何形状、压电填料的含量和分布，以及电极的设计，都可以显著影响能量收集的效果。作者还对不同环境下的能量收集性能进行了评估，比如在交通繁忙的道路上，或者在人流密集的场所。这些分析不仅让我对能量收集技术有了更深入的理解，也让我对可持续能源的发展充满了希望。

评分☆☆☆☆☆

评价二 翻开这本书，我像是进入了一个充满无限可能性的应用领域。作者在阐述了水泥基压电复合材料的基本原理之后，便立刻将目光投向了其广阔的应用前景。从智能传感器的设计，到能量收集装置的开发，再到结构健康监测系统，书中对每一个应用方向都进行了深入的探讨。我特别欣赏书中关于“自供能”概念的解读，它描绘了一个未来世界，在这个世界里，建筑结构本身就能够感知周围环境的变化，并将其转化为可用的电能。书中列举的多个实际案例，让我对这种可能性深信不疑。例如，将这种材料应用于桥梁和道路，能够实时监测交通流量和结构应力，为维护提供预警；将其集成到建筑物的外墙，则能收集风能、雨水动能等，为建筑提供可持续的能源补充。作者不仅给出了理论上的可能性，还对实现这些应用所面临的技术挑战进行了分析，并提出了一些具有创新性的解决方案。这种理论与实践相结合的写作方式，极大地激发了我的研究兴趣，也让我对这个领域未来的发展充满了期待。