材料的相变

相变是材料的一个重要转变过程，通常伴随着大量热量的释放或吸收。材料在一定温度附近发生相变，其伴随的吸、放热过程在众多领域具有重要的应用价值，例如储存能量、控制环境温度等，因此掌握相变过程的机理是非常有必要的。本书对材料科学中大部分相变所涉及的热力学和动力学过程进行了解释。

本书分为4个部分，共24章。第1部分 相变中的基本动力学和热力学，含第1-5章：1.引言，主要介绍了相变的定义、原子和材料的关系、晶格中原子排布的统计力学以及用伊辛模型中的统计力学来解释固溶体在化学分离和有序相变中的相稳定性；2.相图的概要，介绍了相图的构成和意义；3.扩散；4.成核；5.相变过程中扩散和成核的作用。第2部分 原子水平上的动力学和热力学，含第6-9章：6.能量，包括电能和弹性能以及双原子分子的分子结构；7.熵，熵的概念、性质、不同类型的熵以及熵在相变过程中的应用；8.压力，压力和温度对材料相变和材料体积的影响；9.空位机理下的原子运动，固溶体中的扩散现象以及针对扩散问题的维尼亚德理论。第3部分 相变的类型，含第10-18章：10.溶解，材料的自由能和潜伏热以及玻璃的相变；11.界面和沉淀物的相变，介绍了界面材料的化学能以及界面材料生长过程中弹性能的改变以及界面材料的类型；12.亚稳态分离，包括扩散平衡，自由能在约束下的最小化；13.相场理论，包括相和界面的空间分布以及界面性质的决定性因素；14.浓度波和化学有序理论，介绍了真实空间和倒易空间中的物质结构、对称和物质的物理化学结构；15.没有扩散参与的相变，包括双晶的形成，晶体的不稳定性和声子问题；16.纳米材料的热力学性质，包括晶界的结构、振动熵以及气体的吸收；17.涉及地磁和电子的相变，介绍了电子的关联性、旋转波等；18.量子材料中的相变，介绍了超级电容器、超流态等。第4部分，前沿主题，含第19-24章：19.相界面的低温分析，包含对绝对零度的介绍以及配分函数的高温膨胀问题；20.近临界温度下的合作性；21.固体沉淀物的弹性能；22.有序转移的统计动力学；23.扩散、损耗和非弹性散射；24.高温下材料的振动热力学，包括对点阵动力学、谐波热力学的介绍。

本书的重点是对材料的相变反应进行明确以及合理的解释，适用于材料科学的高年级本科生、致力于研究材料科学和材料物理的研究生和需要了解材料学领域的其他专业人士。

段美红，硕士研究生

（中国科学院理化技术研究所）