微生物礦化的工程應用基礎 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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錢春香，王瑞興，詹其偉 著

圖書標籤:

• 微生物礦化
• 生物礦化
• 環境工程
• 礦冶工程
• 生物技術
• 材料科學
• 環境修復
• 工業應用
• 基礎研究
• 工程應用

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030446657

版次：1

商品編碼：11747532

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-07-01

頁數：304

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：本書屬於跨學科著作，讀者主要包括土木工程材料和微生物礦化領域的科研工作者和學生，以及對於跨學科研究有興趣的讀者
《微生物礦化的工程應用基礎》內容豐富、題材新穎,可供土木工程材料學科高校師生與科技人員參考閱讀.

內容簡介

微生物進化的一個重要特點是以其新陳代謝的多樣性而成為地球上所不在及其與倫比的巨大生物量，促使科學傢不斷重新審視它們在地球中的地位和作用，並認為微生物世界是"生物學中沉睡的巨人"，"巨人"的蘇醒正在給與人類更多的啓發。本世紀初以來，科學傢們從微生物在自然界成岩造丘過程中的作用得到啓發，"學習自然、模擬自然"，嘗試將微生物礦化技術應用於傳統建築材料中。本書重點介紹瞭微生物技術在膠砂固土、混凝土錶麵覆膜防護、混凝土裂縫被動修復和自修復，以及重金屬離子鈍化固結中的應用基礎研究。如何將自然界數十億年前已經存在的微生物礦化作用為人類所用，為人類造福，正是本書撰寫的初衷。

目錄

序言
前言
第1章緒論1
1.1自然界的微生物礦化現象與機理1
1.1.1生物礦物的分布與特徵1
1.1.2微生物在自然界成岩成礦中的作用2
1.1.3微生物在自然界中的礦化形成機製4
1.2微生物水泥與砂土穩定研究進展6
1.2.1砂土中的微生物水泥膠結機理7
1.2.2微生物水泥穩固砂土應用研究現狀9
1.3混凝土中微生物礦化技術研究進展13
1.3.1微生物誘導礦化修復防護混凝土錶麵缺陷及裂縫機理14
1.3.2基於微生物礦化的混凝土錶麵覆膜防護15
1.3.3基於微生物礦化的混凝土裂縫被動修復18
1.3.4基於微生物礦化的裂縫自修復效果評價錶徵方法20
1.3.5基於微生物礦化的混凝土裂縫自修復22
1.4重金屬離子原位生物礦化研究進展24
1.4.1重金屬汙染現狀及傳統治理方法24
1.4.2重金屬離子原位生物礦化技術研究進展27
參考文獻29
第2章基於生物礦化的砂土膠結41
2.1引言41
2.2微生物膠結鬆散砂顆粒機理41
2.2.1鬆散砂粒間的微生物礦化機理41
2.2.2鬆散砂粒間的微生物膠結機理50
2.3微生物膠結砂體微觀結構演化62
2.3.1XCT研究微生物水泥膠結砂體微觀結構演變62
2.3.2微生物水泥膠結砂體微觀結構和性能演變72
2.4不同尺度微生物膠結砂體性能76
2.4.1半米高微生物水泥膠結砂體製備76
2.4.20.5m×0.5m×0.5m尺寸的微生物水泥膠結體製備89
2.5微生物膠結過程的數學模型94
2.5.1模型的建立94
2.5.2邊界條件及參數97
2.5.3數值計算結果及其對比分析98
2.5.4工藝參數及材料參數對微生物水泥膠結效果影響的數值分析103
2.5.5微生物水泥膠結鬆散砂粒材料和工藝參數設計方法107
2.6微生物膠結其他顆粒110
2.6.1微生物膠結土110
2.6.2微生物膠結尾砂112
參考文獻114
第3章基於生物礦化的混凝土錶麵缺陷與裂縫被動修復117
3.1引言117
3.2礦化微生物酶活性與沉積過程調控118
3.2.1碳酸鹽礦化菌産脲酶機製與酶活測定118
3.2.2礦化微生物的産酶工藝條件與控製122
3.2.3礦化微生物沉積碳酸鈣結晶動力學研究126
3.2.4礦化微生物沉積碳酸鈣的晶型與形貌調控130
3.2.5礦化微生物沉積碳酸鈣速率調控145
3.3混凝土錶麵缺陷的生物礦化被動修復148
3.3.1混凝土錶麵缺陷修復用防護層的性能要求149
3.3.2菌液浸泡礦化修復混凝土錶麵缺陷150
3.3.3菌液噴塗礦化修復混凝土錶麵缺陷153
3.3.4海藻酸鈉固載微生物塗刷礦化修復混凝土錶麵缺陷160
3.3.5瓊脂固載微生物塗刷礦化修復混凝土錶麵缺陷164
3.4混凝土裂縫的生物礦化被動修復176
3.4.1錶麵塗抹閉閤式修復混凝土微裂縫176
3.4.2固載微生物灌漿修復混凝土裂縫179
3.4.3微生物膠結基材修復混凝土裂縫184
參考文獻190
第4章基於生物礦化的混凝土自修復193
4.1引言193
4.2自修復機理194
4.2.1基於脲酶水解尿素誘導的自修復機理194
4.2.2基於內部碳酸根來源的自修復機理195
4.2.3基於外部碳酸根來源的自修復機理201
4.3裂縫自修復效果及錶徵207
4.3.1微生物誘導礦化自修復混凝土裂縫概述207
4.3.2混凝土裂縫製作方法209
4.3.3滲透係數和麵積自修復率錶徵方法評價212
4.3.4裂縫寬度自修復率錶徵方法216
4.3.5CT錶徵裂縫自修復效果218
4.3.6實際工程中的微生物自修復裂縫錶徵方法220
4.4不同條件下裂縫自修復221
4.4.1不同條件下裂縫自修復概述221
4.4.2自修復劑組分配比及用量221
4.4.3不同養護條件下自修復效果225
4.4.4不同溫度下自修復效果227
4.4.5不同鹽度下自修復效果228
4.4.6不同pH環境下自修復效果229
4.4.7不同供氧條件下自修復效果230
4.4.8不同開裂齡期下自修復效果231
4.4.9不同裂縫寬度下自修復效果233
參考文獻237
第5章基於生物礦化的重金屬離子鈍化239
5.1引言239
5.2重金屬離子對微生物生長的影響239
5.2.1重金屬離子對碳酸鹽礦化菌生長的影響239
5.2.2重金屬離子對磷酸鹽礦化菌生長的影響240
5.3重金屬離子礦化過程中的酶催化241
5.3.1重金屬離子礦化過程中脲酶的催化241
5.3.2重金屬離子礦化過程中磷酸酶的催化246
5.4重金屬礦化物特性及其形成255
5.4.1碳酸鹽礦化物特性及其形成255
5.4.2磷酸鹽礦化物的特性及其形成267
5.5微生物鈍化劑的製備與施用方法271
5.5.1碳酸鹽微生物鈍化劑的製備與施用方法271
5.5.2磷酸鹽微生物鈍化劑的施用方法277
5.6微生物鈍化劑的實地應用280
5.6.1礦山開采尾礦治理實例280
5.6.2農用田土壤治理實例282
5.6.3水體修復實例289
參考文獻291
彩圖

精彩書摘

第1章 緒論
1.1 自然界的微生物礦化現象與機理
1.1.1 生物礦物的分布與特徵生物礦化作用是一種很普遍的自然現象，幾乎每一種生物都能閤成礦物.近年來，研究者們對生物礦化産物的多樣性和生物礦化過程的認識有瞭驚人的增長.漫長的地質時代，有機體形成的礦物大大改變瞭生物圈的物理？化學特性，生物礦化對沉積環境做齣瞭重大的貢獻.研究發現碳酸鈣幾乎構築瞭廣闊的大陸邊緣[1，2].
經過20億年物競天擇的優化，生物體結構幾乎是完美的，許多類型的有機體在其細胞和組織位置形成沉積礦物，並且此過程在細胞的生命活動中不斷得以精確重復.這些細胞包括從細菌？海藻？原生物到骨的成骨細胞.礦物可能存在於細胞的封閉泡囊膜內？細菌細胞壁的黏液內或孕育在細胞外空間的生物聚閤物內.
至今，人類已經在生物中發現瞭60多種不同的生物礦物，錶1-1列齣瞭部分這些礦物的分布.錶
1-1 生物礦物的種類及其分布
這些礦物的分布具有三個顯著的特點:①近三分之二是鈣礦;②幾乎三分之二含水或羥基;③四分之一是膠體材料.
生物礦化往往能形成有序排列的？結構非常優異的天然有機—無機復閤材料.如軟體動物的貝殼珍珠層，它是由定嚮排列的文石小闆片及少量有機質(質量百分含量<5%)組成層狀結構[3，4]，其力學性能優越，同時具有硬度大及韌性高的特點，破裂韌度比相應的無機成因文石大2~3個數量級[5];海膽骨針由方解石單晶組成，但不像無機成因方解石單晶那樣極易沿解理麵裂開，力學性能獨特[6].在火成岩和變質岩中，磁鐵礦是一種普遍的礦物，必須在高溫高壓下纔能形成.然而，利用某些細菌卻能在常溫常壓環境下簡易閤成得到磁鐵礦及其他礦物，充分發揮其生物誘導礦化作用.生物誘導礦化是有機體的生物活性和周圍物理環境之間的相互作用，這一礦化過程往往由生物體新陳代謝的終産物如CO23-？H+？NH4+和包圍細胞外環境中的離子的互作用所引發.與自然界中形成的一般礦物相比，生物礦物具有如下特徵:
(1)結構的高度有序使得生物礦物具有極高的強度和良好的斷裂韌性.細胞分泌的有機機製與無機晶體(如羥磷灰石和碳酸鈣)間復雜的相互作用而形成的高級自組裝結構，這種高度有序的組裝使占質量95%的礦物得以緊密堆積，從而顯示齣優良的力學性質和理化性質.
(2) 生物礦物一般具有確定的晶體取嚮. 例如趨磁細菌中的磁小體(ma-netosome)常沿細菌長軸呈鏈狀排列，盡管在不同種類的細胞中磁小體皆有自己的特徵，但在某一特定的細胞種類中，磁小體的粒徑？結晶形態及在細胞內的排列都是一緻的，這樣晶體鏈就提供瞭一個足夠強的永磁矩使細菌在地磁場中取嚮.
(3)礦物質與有機質的相互作用.有機基質與礦物質之間存在著多種復雜的相互作用和多種形式的結閤，使得基質大分子的微觀結構發生改變，這更有利於形成高度有序的生物礦物，從而使生物礦化産物顯示齣優異的物理？化學和生物性能.
(4)礦物質在整個生物代謝過程中形成，並參與代謝過程.生物礦物的發現為製造高級復閤材料提供瞭新的思路和途徑[7-10].
1.1.2 微生物在自然界成岩成礦中的作用
地球史研究錶明，微生物可能是地球上最早齣現的一種生物，其種類繁多？分布廣泛？生長繁殖快？代謝能力強？遺傳穩定性差，已成為地球上無所不在？種類眾多的巨大生物量[11].自地球曆史早期微生物便廣泛的存在於地球錶麵環境[12，13]，生存並分布於所有潮濕的沉積物錶麵及內部(深度可達幾韆米)，與其他生物相互競爭與閤作，廣泛的參與自然界的成岩成礦過程[14，15].如上所述，其中近三分之二是鈣礦，並且相當一部分具有膠結功能.微生物通過其自身的生命活動，與周圍環境介質之間不斷循環發生著礦化作用，再經過漫長時期的纍積，最終將自然界中沉積的疏鬆碎屑物質膠結形成堅硬的岩石，如圖1-1所示，微生物參與礦化形成的方解石在自然界成岩過程中起瞭膠結的作用.一般來講，微生物的礦化作用既不局限於微生物的特殊種類，也不限定於微生物的一定數量，幾乎所有微生物的代謝産物對地質環境都有影響，是自然界沉積變化？成岩作用和一些沉積礦床的作用者或主要參與者[16，17].
圖1-1 自然界中微生物礦化形成方解石膠結成岩[18]
參與自然界成岩成礦的微生物類型多樣，包括光閤原核生物(藍細菌)？真核微體藻類？化學自養或異養微生物等[19].由於大部分微生物不具鈣質骨骼，且隻有部分微生物可以被鈣化並保存為化石，因此，對地史中微生物碳酸鹽岩中的微生物類群的識彆較為睏難.在前寒武紀大量碳酸鹽疊層石中，主要在一些矽質岩中發現球狀或絲狀微生物化石[20-22].從顯生宙開始，在許多微生物碳酸鹽岩中發現大量鈣化微生物化石[16，23-25].Curtis指齣，許多常見的沉積岩類在埋藏成岩作用過程中因微生物的作用而有重要變化，有時微生物的影響十分顯著，如形成結核.在早期壓實作用階段快速凝聚的結核，通常由方解石(CaCO3)組成.結核中還常可發現未被壓縮的？保存極完好的化石，甚至這些化石的軟體構造都可保存下來.這錶明，有機質的分解有助於局部微生物的活動，而微生物活動的産物引起膠結物的沉澱.他還指齣，對於許多成岩環境來說，不能以超溫和超壓為由排除微生物的存在，可以肯定，在深度淺得多的地方，沉積物中必然伴隨有微生物的活動.
同時，微生物也是海底礦化沉積重要的化學和地質的作用者，其數量眾多，生物作用多樣，分布又極廣泛，因而能夠長時期有效地與周圍環境之間發生反應.例如，微生物通過自身的生命活動可使環境中有機物腐解而産生一種穩定的物質———腐殖質;在堿性環境中，當有鈣鹽齣現時，細菌能促使鈣的沉澱.由此，某些學者認為海洋中的微生物是促進海洋沉積物中碳酸鈣沉澱的主要力量[26].Defra-e[27，28]等分彆對南太平洋Tua-motu群島和中太平洋的現代疊層石進行瞭研究，指齣其形成及鈣化過程為水體鹽度？鈣離子和鎂離子的濃度變化及細菌的生命活動綜閤效應的結果.Pedone和Folk[29，30]通過掃描電鏡觀察發現，猶他州大鹽湖沉積物粒內及其間的文石膠結物中有細菌及微細菌實體存在，而細菌的菌壁在其生活過程中，對鈣？鎂離子具很強的吸附性，因此碳酸鹽礦物能以細菌體作為結晶核心而結晶.此外，在現代喀斯特洞穴黑暗環境中，也發現有菌？藻類成因的疊層石和凝塊石存在，說明在無光的條件下，微生物群也可促使碳酸鈣沉澱[31].
微生物礦化成岩作用的研究，首先是從碳酸鹽岩開始的.碳酸鹽岩多為生物作用的産物，已成為共識，這一理念被稱為“索比原理”，該現象遍布於全球各種環境中，而且在地球錶層環境中，從38億年以來對由不穩定的方解石？文石和白雲石所組成的碳酸鹽岩貢獻最大的毋庸置疑是微生物作用.學者們研究瞭微生物成因沉積構造疊層石和核形石？樹枝石和凝塊石，以及各種鈣質藻的成岩等.Murray和Irvine等首先研究瞭碳酸鈣的沉澱問題.他們認為碳酸鈣的沉澱是由於碳酸銨及硫酸鈣的作用所産生的[26]:
(NH4)2CO3 +CaSO4 →CaCO3 +(NH4)2SO4 (1-1)
碳酸銨來自於二氧化碳，而這兩種化閤物是微生物分解含氮有機物質而産生的.Nadson發現，微生物所産生的銨來自蛋白質物質，如此即促進瞭在某些湖中的碳酸鈣沉澱.起主要作用的微生物是:普通變形杆菌？蕈狀杆菌？白色放綫菌等.銨的産生使海水的pH 增加，如此即促進碳酸鈣的沉澱.通過蛋白質物質除銨外，Nadson還發現某些微生物能夠將硝酸鹽還原成氮或銨，使水變成堿性，有利於碳酸鈣及碳酸鎂的沉澱及石灰石與白雲石的形成.
Berkeley認為在海水中碳酸鈣的沉澱主要是由於細菌對有機鈣鹽的氧化作用:
Ca(COOCH3)2 +4O2 →CaCO3 +3CO2 +3H2O (1-2)
Nadson認為，硫酸鹽細菌的還原作用，也能造成碳酸鹽的沉澱:
CaSO4 +CH3COOH →CaCO3 +H2S+H2O+CO2 (1-3)
Drew認為，海中碳酸鈣的沉澱是由於脫氮細菌所造成，其中作為作用物的氫與碳係來自有機物在厭氧情況下氧化作用:
Ca(NO3)2 +3H2 +C →CaCO3 +3H2O+N2 (1-4)
綜上所述，對微生物參與碳酸鹽礦化的機製，雖然以上許多學者有多種認識，但主要是微生物的作用這一點卻達成瞭共識[26].Vasconcelos等[32]研究瞭缺氧條件下微生物參與白雲岩沉澱和成岩作用，錶明原先認識的現代白雲岩的形成環境，如根據對巴哈馬安德羅斯島潮上白雲石結殼的研究，應當重新來評估白雲石沉澱過程中微生物媒介的重要性.Reid等[33]對現代海洋疊層石在生長？成層和岩化過程中微生物的作用進行瞭研究，指齣現代海洋疊層石的生長代錶瞭一種沉積和間歇藍細菌席岩化的動態平衡.Frederik等[34]研究瞭pH 和鈣代謝在微生物碳酸鹽沉澱過程中的關鍵作用，認為微生物的鈣代謝是特定沉澱條件下的一種不可避免的事件，活性鈣代謝可能造成獨特的沉澱條件，而且碳酸鈣沉澱在化學上利於細菌生存和擴散.-autret等[35]研究現代瀉湖微生物岩中碳酸鈣沉澱的生物化學控製，強調由藍菌鞘腐爛釋放齣的二羧基的天門鼕氨酸和榖氨酸含量在碳酸鈣形成過程中的重要性，超細泥晶的原地沉澱是一種具有高度選擇性的過程，微生物岩建造中的藍菌種群的生物親和力是控製原地沉澱的碳酸鈣生物化學差彆的主要因素之一[36].
1.1.3 微生物在自然界中的礦化形成機製
自然界中微生物的活動及其代謝作用，一方麵能改變礦化的物理和化學環境，促進金屬元素的遷移和富集;另一方麵，微生物機體及其生命活動可吸附和吸收成礦元素，並在有利成礦部位直接沉澱和聚集成礦.20世紀70年代中期以後，大量的文獻報道瞭微生物在沉積成岩和成礦過程中的作用.微生物對許多礦物和岩石的形成都具有較大影響，如碳酸鹽？氧化物？磷酸鹽？硫化物？矽酸鹽等礦物，疊層石？核形石？樹枝石？凝塊石等岩石以及某些鮞粒？團粒？球粒和泥晶[37-39].由於微生物對形成岩石的影響，Burne等[40]提齣瞭微生物岩(microbiolite)的概念，以描述由微生物的生長和生理活動而産生的生物沉積岩[31].
碳酸鹽的微生物成礦過程的研究一直是微生物成礦作用研究的熱點.研究認為微生物對碳酸鹽礦物的影響既可以影響碳酸鹽沉澱的地球化學條件，也可以作用碳酸鹽礦物沉澱的晶核[41].Jones[42]研究瞭微生物的鈣化？捕獲和黏結碎屑對碳酸鹽新晶體生長的作用，認為鈣化微生物直接對洞穴堆積物起瞭貢獻.微生物充當碳酸鈣沉澱的核心位置，在許多情況下控製瞭形成晶體的類型.在碳酸鈣的沉澱中微生物通過其新陳代謝作用起瞭直接的和主動的作用.相反，-olubic[43]認為碳酸鈣的沉澱主要是受環境要素的控製(如和碳酸鹽有關的飽和度)，而微生物隻是起到一個被動的作用.在這種情況下，微生物隻是方解石沉澱於其上的底物，並沒有起直接的作用.Merz[44]發現隻有在和方解石沉澱有關的水溶液過飽和的情況下，藍細菌的鈣化作用纔發生.絲狀或縴維狀微生物通常能黏結和捕獲碎屑顆粒，Jones等[45]通過實驗證明瞭這一特性，並用於解釋洞穴沉澱[31，46].
1. 礦化形成過程
在微生物礦化形成碳酸鹽岩過程中，無論是微生物對沉積物的捕捉？黏附還是原地碳酸鹽的沉澱，起關鍵作用的是微生物胞外聚閤物(ExtracellularPoly-mericSub-stances，EPS)？微生物膜及微生物席，它們是微生物碳酸鹽岩形成的生物基礎[47].EPS主要聚集於細胞外，形成一種具有黏結性的基質，使得微生物附著於基底之上，能夠提供物理和化學保護作用.微生物膜是由生存於EPS中的一薄層細菌群落(幾十至幾百微米厚)組成，附著於需水環境的基底.微生物膜在閤適的生態條件下繼續生長而形成較厚的？較明顯的層而被定義為微生物席(一般為毫米級)，微生物席通常可以覆蓋較大的沉積麵和捕捉微晶沉積物，較厚的微生物席也可捕捉較大的沉積顆粒[48].微生物通過對沉積顆粒的捕捉與黏附？自身的鈣化以及碳酸鹽的原地沉澱，在埋藏？壓實？岩化等成岩作用下，最終形成微生物碳酸鹽岩[16].
2. 礦化形成條件
微生物的微觀形態

前言/序言

好的，為您創作一份關於“微生物礦化工程應用基礎”的圖書簡介，這份簡介將聚焦於該領域之外的其他工程應用基礎知識，詳細闡述其內容範圍。 --- 圖書名稱：先進材料科學與工程概論 圖書簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，聚焦於當代材料科學與工程領域的核心概念、前沿技術及其工程應用。本書的撰寫旨在填補傳統材料學教材在介紹新興功能材料和復雜工程係統集成方麵的空白，尤其側重於材料的結構、性能、加工與應用之間的內在聯係，而不涉及微生物礦化這一特定生物地球化學過程。 第一部分：材料科學基礎與結構錶徵 本部分內容奠定瞭現代材料科學的理論基石，重點闡述瞭材料的微觀結構如何決定其宏觀性能。 第一章：晶體結構與缺陷工程 本章詳細解析瞭金屬、陶瓷和高分子材料的晶體結構類型，包括布拉伐晶格、晶體學方嚮和平麵指數的確定。我們深入探討瞭晶體缺陷的分類，包括點缺陷（如空位、間隙原子、取代原子）、綫缺陷（如位錯）和麵缺陷（如晶界、孿晶界）在材料塑性、導電性和力學性能中的關鍵作用。此外，本章還介紹瞭利用控製缺陷濃度來調控材料性能的前沿技術，例如通過快速凝固或輻照來引入和釘紮位錯。 第二章：材料的電子結構與性能 本章聚焦於固體材料的能帶理論。詳細闡述瞭導體、半導體和絕緣體在電子結構上的本質區彆，包括費米能級、有效質量和載流子遷移率的概念。對於半導體材料，重點分析瞭摻雜技術（N型和P型）對導電性的影響及其在電子器件中的應用。在導電材料方麵，探討瞭過渡金屬的d電子軌道對磁性、催化活性的貢獻。 第三章：光譜學與顯微成像技術 先進的材料錶徵技術是理解材料行為的前提。本章係統介紹瞭X射綫衍射（XRD）用於晶體結構分析、透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）用於微觀形貌和晶體缺陷的可視化。此外，我們還涵蓋瞭能量色散X射綫光譜（EDS）用於元素定性和定量分析，以及原子力顯微鏡（AFM）在錶麵形貌和力學性能測量上的應用，確保讀者能夠掌握從原子尺度到微米尺度的錶徵手段。 第二部分：先進工程材料及其設計 本部分將理論知識應用於具體材料體係，探討瞭高性能結構材料和功能材料的設計原則。 第四章：高性能結構陶瓷與復閤材料 本章重點討論瞭氧化物、非氧化物陶瓷在極端環境下的應用潛力。深入分析瞭陶瓷材料的脆性本質及其增韌策略，如晶粒細化、第二相強化和縴維增韌技術。針對復閤材料，詳細闡述瞭縴維增強復閤材料（FRPs）的力學模型，包括各嚮異性拉伸、彎麯和剪切性能的預測，並對比瞭金屬基復閤材料（MMCs）與聚閤物基復閤材料（PMCs）的優缺點及其在航空航天和汽車工業中的具體案例。 第五章：智能與響應性材料 本章聚焦於那些能夠感知並響應外部刺激（如溫度、光、電場或應力）的材料。詳細介紹壓電材料、形狀記憶閤金（SMA）和電活性聚閤物（EAP）的工作機理。重點分析瞭SMA在執行器和傳感器中的應用，以及壓電陶瓷在超聲換能器和能量收集設備中的設計優化路徑。 第六章：高分子材料的加工與改性 高分子材料因其輕質、易加工的特性在日常工程中占據重要地位。本章區分瞭熱塑性與熱固性聚閤物的結構差異及其對加工過程的影響。內容涵蓋瞭注塑成型、擠齣成型和反應性擠齣等關鍵加工技術。同時，探討瞭通過共聚、接枝和納米填料改性來提高高分子材料的耐熱性、阻燃性和機械強度的工程策略。 第三部分：材料加工與製造過程控製 理解材料從原材料到最終産品的轉化過程，是工程應用的關鍵。 第七章：金屬的熱力學與動力學 本章深入探討瞭金屬閤金的相圖解讀，包括二元和三元相圖的分析方法，以及固液轉變過程中的非平衡效應。重點介紹瞭擴散現象的理論模型（如菲剋定律）及其在熱處理過程中的應用，例如固溶處理、時效強化和再結晶過程的動力學控製。 第八章：先進連接技術與錶麵工程 材料連接技術直接決定瞭復雜結構件的可靠性。本章詳細介紹瞭現代焊接技術（如激光焊、電子束焊）的冶金過程控製，以及粘接和釺焊的應用範圍。在錶麵工程方麵，深入分析瞭通過熱噴塗、化學氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）實現錶麵硬化、耐磨損或抗腐蝕塗層的設計與實施方案，並介紹瞭等離子體輔助技術在改善膜層質量中的作用。 第九章：增材製造（3D打印）的材料基礎 增材製造（AM）對材料設計提齣瞭新的挑戰與機遇。本章專注於金屬粉末床熔融（PBF）和定嚮能量沉積（DED）等關鍵AM技術的材料學原理。重點討論瞭快速凝固導緻的微結構異質性，以及熱梯度對殘餘應力和構件性能的影響，並提齣瞭優化激光參數以控製晶粒生長和孔隙率的工程方法。 結論與展望 本書在內容編排上保持瞭邏輯的嚴謹性和技術的先進性，為材料科學與工程專業的學生、研究人員以及緻力於應用新材料的工程師，提供瞭一個全麵、深入且不涉及微生物礦化過程的工程應用基礎參考。本書強調理論與實踐的結閤，旨在培養讀者運用材料科學知識解決復雜工程問題的能力。 ---

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的震撼，遠不止於知識的疊加，而是一種思維方式的重塑。我從未想過，那些在我們眼中微不足道的微生物，竟然在地球漫長的演化曆程中扮演著如此關鍵的角色，尤其是它們在礦物形成中的“匠心獨運”。作者以一種宏大的視角，將微生物的生命活動與地質學的宏偉敘事有機地結閤起來，描繪瞭一幅波瀾壯闊的生命與岩石的交響麯。書中對各類微生物礦化作用的分類和機理闡述，條理清晰，邏輯嚴謹，讓我得以窺見一個微觀世界的精密運作。我特彆欣賞作者對“微生物介導的礦化”這一核心概念的深入剖析，它揭示瞭生命如何通過改變周圍環境的化學組成，從而引發礦物的沉澱、溶解或轉化。從古老的微生物岩，到現代的水熱噴口，書中通過豐富的案例，展現瞭生物礦化過程的多樣性和普遍性。更令我激動的是，作者並未局限於理論闡述，而是積極展望瞭這些生物礦化過程在工程領域的巨大潛力。書中對生物提取、生物固碳、生物修復等方麵的介紹，讓我看到瞭微生物在未來可持續發展中的重要作用。這本書不僅拓寬瞭我的知識邊界，更重要的是，它改變瞭我看待世界的方式，讓我意識到生命與物質之間那深刻而奇妙的聯係。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，就像是在進行一場穿越地質年代的冒險之旅。我被書中關於微生物如何“雕刻”地球礦物世界的宏大敘事深深吸引。作者以一種引人入勝的方式，講述瞭微生物在岩石和礦物形成過程中扮演的關鍵角色，從古老的疊層石，到如今的礦床形成，都離不開這些微小的生命體的“貢獻”。書中對不同類型的微生物，例如固氮菌、硫化菌以及它們在礦物形成中的具體作用，進行瞭細緻入微的描述。我尤其對書中關於“生物礦化”這一概念的深入探討感到著迷，它不僅解釋瞭自然界中許多礦物的形成機製，更揭示瞭生命與無機物之間深刻的相互作用。書中通過大量的科學研究數據和實例，讓我對微生物的“能量”有瞭更直觀的認識。更讓我驚喜的是，作者並沒有止步於對自然現象的描繪，而是積極探討瞭這些微生物礦化過程在工程領域的應用前景，例如在礦産資源的開發、環境汙染的治理以及生物材料的製造等方麵。這本書不僅提升瞭我對微生物與礦物關係的認知，更讓我對未來的科技發展充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

我一直對自然界中那些肉眼難以察覺卻又至關重要的生命形式充滿好奇，而這本書恰好滿足瞭我的這份好奇。它並非一本簡單的科普讀物，而是將微生物世界的神奇與礦物的形成機製巧妙地結閤在一起，為我打開瞭一個全新的認知維度。書中關於不同類型微生物，例如硫酸鹽還原菌、鐵氧化菌等，如何在特定的環境中，通過其獨特的生理代謝活動，影響甚至驅動礦物的形成和轉化，給我留下瞭深刻的印象。作者用極其生動的語言，描述瞭這些微生物如何“吞噬”和“吐齣”各種元素，從而在微觀尺度上“建造”齣令人驚嘆的礦物結構。我尤其對書中關於“生物礦化”這一概念的詳細解讀感到著迷。它不僅僅是一個科學名詞，更是一種理解生命演化和地球物質循環的重要視角。書中通過大量的案例分析，展示瞭生物礦化在自然界中的廣泛存在，從海洋中的珊瑚礁，到陸地上的石筍，再到我們日常生活中接觸到的各種岩石，都可能與微生物的活動息息相關。更讓我興奮的是，書中還涉及瞭如何利用這些自然界的“微型工程師”來解決現實世界中的環境問題，例如如何通過生物降解來淨化土壤和水體，或者如何利用微生物的生物閤成能力來製造更環保、更可持續的材料。這本書的深度和廣度，讓我對微生物與礦物的關係有瞭更全麵、更深刻的理解，也激發瞭我對相關領域進一步探索的興趣。

評分☆☆☆☆☆

我一直在尋找一本能夠連接微觀世界與宏觀地質的著作，而這本書無疑達到瞭我的期望。它以一種獨特而引人入勝的方式，將微生物的生命活動與礦物的形成過程緊密地聯係起來。書中對微生物如何通過生物化學反應，影響和改變礦物的結構、成分以及分布的闡述，讓我大開眼界。我尤其對作者對“生物礦化”這一概念的解讀感到深刻。它不僅僅是一個科學術語，更是理解地球演化和生命起源的關鍵。書中通過豐富的圖文資料，展示瞭生物礦化在自然界中的廣泛應用，從海洋中的貝殼，到陸地上的土壤，都充滿瞭微生物的“傑作”。更讓我感到興奮的是，書中還深入探討瞭如何將這些自然界的“微型建築師”應用於工程領域，例如在礦産資源的勘探與開發、環境汙染的治理以及生物材料的製造等方麵。這本書不僅拓寬瞭我的知識視野，更重要的是，它讓我對生命與物質之間的深刻聯係有瞭更深刻的認識，也激發瞭我對相關領域進一步探索的興趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書的篇幅之大，內容之豐富，讓我一度懷疑自己能否在短時間內消化。從第一頁開始，作者就以一種近乎史詩般的筆觸，描繪瞭地球生命起源的宏偉畫捲。我被書中關於早期微生物如何利用大氣中的金屬元素，並在漫長的地質年代中，以一種極其緩慢而堅韌的方式，構建齣如今我們所見的岩石和礦物形態的闡述深深吸引。那些關於鐵細菌、錳氧化菌以及它們的代謝産物如何成為現代地質學傢們解讀地球曆史的“密碼”，讓我對“生命”與“礦物”之間那韆絲萬縷的聯係有瞭全新的認識。書中列舉的大量古老岩石樣本的顯微照片和化學成分分析數據，更是將抽象的科學理論具象化，仿佛能讓我穿越時空，親眼見證那些微小的生命是如何在無聲無息中，塑造瞭我們腳下的這片土地。尤其讓我印象深刻的是，作者並沒有止步於對自然現象的描述，而是深入探討瞭這些微生物礦化過程的潛在應用，比如在重金屬汙染的修復、稀有金屬的提取，甚至是生物製造新型材料方麵的可能性。盡管這些應用仍處於探索階段，但書中展現齣的科學遠見和嚴謹的研究方法，無疑為未來的科技發展指明瞭一個充滿希望的方嚮。閱讀這本書，就像是進行一場穿越億萬年的生命與地質的對話，讓我受益匪淺，也更加敬畏自然的鬼斧神工。