材料物理性能资料终极版(1)

2012年贵州大学材料及冶金学院材料物理性能复习资料一．名词解释：1. 磁化：物质在磁场中由于受磁场的作用表现出来一定的磁性的现象。

3.磁矩：及磁偶极子等效的平面回路的电流和回路面积的乘积定义为磁矩。

其方向及环形电流法线方向一致，可用右手定则确定。

4.磁化强度M：一个物体在外磁场中被磁化的程度，用单位体积内磁矩多少来衡量，5.抗磁性：磁化方向及外加磁场方向相反，即当磁化率χ或磁化强度M为负时，固体表现为抗磁性。

χ＝M/H＜0，很小，约为-10-4～-10-6。

6.顺磁性：在外加磁场作用下，每个原子磁矩比较规则地取向，材料显示极弱的磁性。

磁化强度M及外磁场方向一致，M为正，而且M严格地及外磁场H成正比。

7.铁磁性：过渡金属Fe、Co、Ni和某些稀土金属如Gd等物质，无论是否施加外磁场，都具有永久磁矩，且在无外加磁场或较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度。

室温下的磁化率χ很大，可达106数量级，属于强磁性物质。

8.热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端自动地传向冷端的现象。

9.热阻：是材料对热传导的阻隔能力。

11.热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。

12.魏得曼-弗兰兹定律：在室温下许多金属的热导率及电导率之比几乎相同，而不随金属的不同而改变。

13.材料的热稳定性：热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，又称为抗热震性。

14.导体：可在电场作用流动自由电荷的物体，能传导电流的元件15.绝缘体：不善于传导电流的物质16.半导体：电阻率介于金属和绝缘体之间并且有负的电阻温度系数的材料17、磁畴：未加磁场时铁磁质内部已经磁化到饱和状态的若干个小区域。

18、磁矫顽力：反磁化过程中，当反向磁畴扩大到同正向磁畴大小相相等时，它们的磁化对外对外部的效果相互抵消，有效磁化强度为零，这时的磁场强度称为磁矫顽力。

19、磁化率：即单位外磁场强度下材料的磁化强度。

它的大小反映了物质磁化的难易程度，是材料的一个重要的磁参数。

材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。

材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能。

材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。

法向应力导致材料伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。

应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。

对于各向同性材料，有三种基本类型的应变：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变Δ。

若材料受力前的面积为A0，则σ0=F/A0称为名义应力。

若材料受力后面积为A，则σT=F/A称为真实应力。

对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克（Hook）定律（σ=Eε）。

E是弹性模量，又称为弹性刚度。

弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。

E越大，越不容易变形，表示材料刚度越大。

弹性模量是原子间结合强度的标志之一。

泊松比：在拉伸试验时，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。

粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间增加而增大。

材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。

材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。

在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。

滑移和孪晶：晶体塑性形变两种基本形式。

蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。

位错蠕变理论：在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错，在高温下由于热运动增大了原子的能量，使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。

扩散蠕变理论：材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向（或晶粒沿相反方向）扩散的一种形式。

晶界蠕变理论：多晶陶瓷材料由于存在大量晶界，当晶界位相差大时，可把晶界看成是非晶体，在温度较高时，晶界粘度迅速下降，应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。

第一章电学性能1。

1 材料的导电性，ρ称为电阻率或比电阻，只与材料特性有关，而与导体的几何尺寸无关，是评定材料导电性的基本参数。

ρ的倒数σ称为电导率。

一、金属导电理论1、经典自由电子理论在金属晶体中,正离子构成了晶体点阵，并形成一个均匀的电场，价电子是完全自由的，称为自由电子，它们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样，因此又称为“电子气”。

它们的运动遵循理想气体的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用类似于机械碰撞。

当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向作定向加速运动，从而形成了电流。

在自由电子定向运动过程中，要不断与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是产生电阻的原因。

2、量子自由电子理论金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，可以在整个金属中自由运动。

但金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级。

0K时电子所具有最高能态称为费密能E F.不是所有的自由电子都参与导电,只有处于高能态的自由电子才参与导电。

另外，电子波在传播的过程中被离子点阵散射，然后相互干涉而形成电阻.马基申定则：,总的电阻包括金属的基本电阻和溶质(杂质）浓度引起的电阻(与温度无关）；从马基申定则可以看出，在高温时金属的电阻基本取决于，而在低温时则决定于残余电阻。

3、能带理论能带：由于电子能级间隙很小,所以能级的分布可看成是准连续的,称为能带。

图1—1（a）、（b)、(c),如果允带内的能级未被填满,允带之间没有禁带或允带相互重叠,在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流,具有这种能带结构的材料就是导体。

图1—1(d)，若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没有活动的余地,即便是禁带上面的能带完全是空的,在外电场作用下电子也很难跳过禁带，具有这种能带结构的材料是绝缘体.图1—1(e），半导体的能带结构与绝缘体相同，所不同的是它的禁带比较窄，电子跳过禁带不像绝缘体那么困难,满带中的电子受热振动等因素的影响,能被激发跳过禁带而进入上面的空带，在外电场作用下空带中的自由电子产生电流。

材料物理性能资料终极版(1)《材料物理性能复习资料整理》一、名词解释物质的磁化：物质在磁场中受磁场的作用呈现一定磁性的现象。

自发极化：铁磁性材料在没有外加H时，原子磁矩趋于同向排列而发生的磁化。

软磁材料：是指磁滞回线瘦长，μ高、 Hc小、 Mr低，并且磁化后容易退磁的磁性材料。

硬磁材料：是指磁滞回线短粗，μ低、 Hc大、 Mr高，并且磁化后很难退磁的磁性材料。

磁致伸缩：铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化，这种现象称为磁致伸缩效应。

PN结：是指在同一块半导体单晶中P型掺杂区域N型掺杂区的交界面附近的区域。

禁带：在能带结构中能态密度为零的能量区间。

超导电性：在一定条件下（温度、磁场、压力）材料的电阻突然消失的现象称为超导电性。

马基申定则：马基申等人把固溶体电阻率看成由金属基本电阻率ρ(T)和残余电阻ρ残组成。

这表明在一级近似下，不同散射机制对电阻率的贡献可以用加法求和。

激活介质：实现粒子数反转的介质具有对光的放大作用，称为激活介质。

因瓦效应：将与因瓦反常相关联的其它物理特性的反常行为统称为因瓦效应。

磁介质：能被磁场磁化的物质。

技术磁化：是指在外磁场的作用下，铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和的内部变化过程。

磁畴：是指在未加磁场时铁磁体内部已经磁化到饱和状态的小区域。

铁电畴：铁电体中自发极化方向一致的微小区域。

N型半导体：在本征半导体中掺入5价元素（磷，砷，锑）使晶体中的自由电子的浓度极大地增加而形成的以电子为多子的杂质半导体称为N型半导体。

第一类超导体：指大多数纯金属超导体，在超导态下磁通从超导体中全部逐出，具有完全的迈斯纳效应（完全的抗磁性）。

这类导体称为第一类超导体。

介质损耗：电介质在外电场作用下，其内部会有发热现象，这说明有部分电能已转化为热能耗散掉，这种介质内的能量损耗称为介质损耗。

光致发光：通过光的辐射将材料中的电子激发到高能态从而导致发光，称为光致发光。

杜隆-珀替定律：恒压下，元素的原子摩尔热容为25J/(K?mol)。

一、名词解释塑性形变：指一种在外力移去后不能恢复的形变延展性：材料在经受塑性形变而不破坏的能力称为材料的延展性黏弹性：一些非晶体和多晶体在受到比较小的应力作用时可以同时表现出弹性和粘性，这种现象称为黏弹性滞弹性:对于实际固体,弹性应变的产生与消除都需要有限的时间,无机固体和金属表现出的这种与时间有关的弹性称为滞弹性蠕变:当对黏弹性体施加恒定压力σ0时,其应变随时间增加而增加。

这种现象叫蠕变，此时弹性模量Eｃ也将随时间而减小Ec(t）=σ0/ε(t）弛豫：如果施加恒定应变ε０，则应力将随时间而减小,这种现象叫弛豫。

此时弹性模量Er也随时间降低Er=σ(t）/ε0Grffitｈ微裂纹理论：实际材料中总是存在许多细小的裂纹或缺陷;在外力作用下，这些裂纹和缺陷附近产生应力集中现象;当应力到达一定程度时，裂纹的扩展导致了材料断裂。

（为什么某物质尖端易断?）攀移运动：位错在垂直于滑移面方向的运动称为攀移运动。

热容：描述材料中分子热运动的能量随温度而变化的一个物理量,定义为使物体温度升高1K所需要外界提供的能量。

德拜热容理论(德拜三次方定律）：在高于德拜温度θＤ时,热容趋于常数25 Ｊ/(ｍｏl·K），而在低于θD时热容则与T3成正比。

热稳定性:是指材料承受温度急剧变化而不破坏的能力，又称抗热震性。

抗热冲击断裂性能:材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能为～抗热冲击损伤性能:在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落,并不断发展,最终破裂或变质，抵抗这类破坏的性能为～本征电导（固有电导）:晶体点阵中基本离子的运动,称为~电介质的极化：电介质在电场作用下产生束缚电荷，也是电容器贮存电荷能力增强的原因。

居里温度：是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度，即铁磁体从铁磁相转变成顺磁相的相变温度。

也可以说是发生二级相变的转变温度。

低于居里点温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。

当温度高于居里点温度时，该物质成为顺磁体,磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。

第一章（小括号内为页码）1.原子间的键合类型有几种？（1）原子间的键合类型有：金属键、离子键、共价键、分子键和氢键。

2.什么是微观粒子的波粒二象性？（2）光子这种微观粒子表现出双重性质——波动性和粒子性，这种现象叫做波粒二象性。

“二象性”并不只限于光而具有普遍意义。

3.什么是色散关系？什么是声子？声子的性质？（20、25）（1）频率和波矢的关系叫色散关系。

色散关系形成晶格的振动谱。

【定义波数|K |=λπ2，K即为波矢量，简称波矢。

（4）】（2）声子就是晶格振动中的独立简谐振子的能量量子。

（3）声子具有粒子性和准粒子性。

粒子性：弹性声波可以认为是声子流，声子携带声波的能量和动量。

准粒子性：○1声子的动量不确定，波矢改变一个周期（倒格矢量）或倍数，代表同一振动状态，所以不是真正的动量；○2系统中声子的数目不守恒，一般用统计方法进行计算。

4.声子概念的意义（25）可以将格波与物质的相互作用过程理解为，声子和物质（如，电子、光子、声子等）的碰撞过程，使问题大大简化，得出的结论也正确。

5.高聚物分子运动的特点（28）高聚物的结构是多层次的，这导致其分子运动的多重性和复杂性。

与小分子相比，高分子的运动具有一些不同的特点。

（1）运动单元的多重性 按照运动单元的大小，可以把高分子的运动单元大致分为大尺寸和小尺寸两类运动单元，前者指整链，后者指链段、链节和侧基等。

（2）分子运动的时间依赖性 在一定的温度和外场（力场、电场、磁场）作用下，聚合物从一种平衡状态通过分子运动转变为与外场相适应的另一种平衡状态的过程，称为松弛过程。

分子运动完成这个过程总是需要时间的，不可能瞬间完成，所需要的时间即称为松弛时间。

运动单元越大，运动中所受到的阻力越大，松弛时间越长。

（3）分子运动的温度依赖性 高分子的运动强烈依赖于温度，升高温度能加速高分子的运动。

这一方面是由于增加了分子热运动的能量，另一方面是使高聚物体积膨胀，增加了分子间的自由体积。

§1 材料物理性能1.1 热学性能1.1.1 热容热容是表征材料从周围环境吸收并储存热量的能力，可以用每一摩尔物质温度每升高1K时所吸收的热量来表示，单位为：J/mol/K。

定压热容Cp ：Cp = dQ/dT (p=p0)定容热容Cv ：Cv = dQ/dT (v=v0)1.1.2 热传导热传导是表征材料传热能力大小的，用热传导率λ表示，单位为W/m/K:q = -λdT/dx式中，q ------ 单位时间内流过垂直于热流方向的单位面积的热量，单位为W/m2；dT/dx ------ 温度梯度，单位为K/m。

热传导的本质是由于温差而发生的材料相邻部分之间的能量迁移，可以通过三种方式进行：自由电子传导、晶格振动传导和分子或链段传导。

金属材料的热传导主要是通过自由电子在晶体中的自由迁移实现的，因此具有较高的热导率，约为20-400 W/m/K。

无机非金属材料主要是通过离子键、共价键结合，电子迁移困难，其热传导主要通过晶格振动实现，一般热导率低，约为2-50 W/m/K，是良好的绝热材料。

玻璃的原子排列远程无序，因此热导率更低。

高分子材料的传热主要是通过分子或链段的振动实现，速度慢，因此其热导率更低。

1.1.3 热膨胀系数热膨胀系数是用来表征材料热胀冷缩特性的，其定义为：温度变化1K时材料单位长度（线膨胀系数αl）或单位体积（体积膨胀系数αv）变化量,单位为1/K：αl = (dl/dT)p/lαv = (dv/dT)p/v对于各向同性材料，αv=3αl 。

热膨胀系数主要取决于原子（或分子、链段）之间的结合力，结合力越大，则热膨胀系数越小。

无机非金属材料原子间结合力大，热膨胀系数最小,约0.5-15 /106K；金属材料次之，约为5-25 /106K；高分子材料以分子间力结合，结合力小，有很大的热膨胀系数，约为50-300 /106K。

在温度作用下，材料热膨胀系数的巨大差异往往会引起很大的应力，从而导致材料界面开裂，材料失效。

材料物理性能第一章材料的热学性能1名词解释比热容：质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K所需的热量称为比热容。

摩尔热容：1mol的物质在没有相变或化学反应的条件下升高1K所需的热量称为摩尔热容。

热胀冷缩：一般来讲，温度升高，体积增大；温度降低，体积缩小。

这就是所谓的热胀冷缩现象。

热流密度：单位时间内通过与热流垂直的单位面积的热量称为热流密度。

2、元素与化合物的热容理论？元素的热容定律----杜隆-珀蒂定律：恒压下元素的原子摩尔热容为25J/ (mol • K)。

化合物的热容定律----奈曼-科普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。

3、奈曼-科普定律的内容及使用条件？内容：合金的热容是每个组成元素热容与其质量分数的乘积之和。

使用条件：①适用于金属化合物。

金属与非金属的化合物，并能准确地适用于中间相和固溶体及它们所组成的多相合金；②对铁磁合金不适用；③对不同合金、不同组织状态的适用性表明，热处理虽然能改变合金的组织，但对合金高温下的热容没有明显的影响。

4、示差热分析的原理，步骤？原理：示差热分析是在测定热分析曲线的同时，利用示差热电偶测定待测试样和标准试样的温度而得到的。

步骤：①取样：两个标准样» 大小相等，标准样无相变。

一个待测样J②连接电路：将热电偶与标样3连接。

先将待测样1与标准样2反向串联后与示差热电偶连接。

③将三个试样放在同一个温度场中加热，测量标准试样3的温度-时间曲线及待测样1与标准样2的示差热电势曲线。

④将示差热电势曲线上的峰值与温度-时间曲线相对应，找到相对应的温度5、热传导的物理机制？纯金属：电子导热合金：电子导热+声子导热半导体：电子导热+声子导热绝缘体：声子导热6、热传导定律及应用？热传导定律：在室温下许多金属的热导率与电导率之比同而改变，几乎相同，而不随金属不称为维德曼- 弗兰兹定律。

应用：（1）导电好的材料导热性也好（2）利用电导率来测热导率。

第一章：电学性能1、绝缘体ρ﹥10^10Ω·m 半导体：10^-2＜ρ10^10Ω·m 导体：10^-2Ω·m ﹥ρ2、电阻对应三种散射机制：声子散射、电子散射、电子在杂质和缺陷上的散射。

3、马基申定则：金属固溶体中溶质原子的浓度较小，以致可以略去它们之间的相互影响，把固溶体的电阻看成由金属的基本电阻和残余电阻组成，即ρ＝ρ（T ）＋ρ残。

这实际上表明，在一级近似下不同散射机制对电阻的贡献可以加法求和。

根据马基申定律，在高温时金属的电阻率基本上取决于ρ(T) ，而在低温时取决于ρ残。

既然ρ残是电子在杂质和缺陷上的散射引起的，那么ρ残的大小就可以用来评定金属的电学纯度。

4、影响金属导电性因素：温度、应力、冷加工变形、合金元素及相结构5、载流子：能够携带电荷的粒子称为载流子。

在金属、半导体和绝缘体中携带电荷的载流子是电子；在离子化合物中，携带电荷的载流子则是离子。

6、本征半导体：纯净的无结构缺陷的半导体单晶。

其电学特性：1)本征激发成对产生自由电子和空穴，自由电子浓度与空穴浓度相等；2)禁带宽度Eg 越大，载流子浓度ni 越小；3)温度升高时载流子浓度ni 增大。

4)载流子浓度ni 与原子密度相比是极小的，所以本征半导 体的导电能力很微弱。

7、多子：在n 型半导体中，自由电子的浓度大（1.5×10^14㎝-3），故自由电子称为多数载流子，简称多子。

少子：把n 型半导体中的空穴称为少数载流子，简称少子。

8、杂质半导体：掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。

杂质半导体特性：1)掺杂浓度与原子密度相比虽很微小，但是却能使载流子浓度极大地提高，因而导电能力也显著地增强。

掺杂浓度愈大，其导电能力也愈强。

2)掺杂只是使一种载流子的浓度增加，因此杂质半导体主要靠多子导电。

当掺入五价元素(施主杂质)时，主要靠自由电子导电；当掺入三价元素(受主杂质)时，主要靠空穴导电。

9、电介质的分类：中性电介质、偶性电介质、离子型电介质10、介质损耗：.电介质在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能量称电介质的损耗功率，简称介质损耗。

第二章材料的热学性能热容：热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。

不同温度下，物体的热容不一定相同，所以在温度T时物体的热容为：物理意义：吸收的热量用来使点阵振动能量升高，改变点阵运动状态，或者还有可能产生对外做功；或加剧电子运动。

晶态固体热容的经验定律：一是元素的热容定律—杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/（K•mol）；二是化合物的热容定律—奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。

不同材料的热容：1.金属材料的热容：由点阵振动和自由电子运动两部分组成，即式中和分别代表点阵振动和自由电子运动的热容；α和γ分别为点阵振动和自由电子运动的热容系数。

合金的摩尔热容等于组成的各元素原子热容和其质量百分比的乘积之和，符合奈曼-柯普定律：式中，n i和c i分别为合金相中元素i的原子数、摩尔热容。

2.无机材料的热容：（1）对于绝大多数氧化物、碳化物，热容都是从低温时的一个低的数值增加到1273K左右的近似于25J/(K·mol)的数值。

温度进一步增加，热容基本无变化。

（也即它们符合热容定律）（2）对材料的结构不敏感，但单位体积的热容却和气孔率有关。

气孔率越高，热容越小。

相变可分为一级相变和二级相变。

一级相变：体积发生突变，有相变潜热，例如，铁的a-r转变、珠光体相变、马氏体转变等；二级相变：无体积发生突变、无相变潜热，它在一定温度范围逐步完成。

例如，铁磁顺磁转变、有序-无序转变等，它们的焓无突变，仅在靠近转变点的狭窄温度区间内有明显增大，导致热容的急剧增大，达转变点时，焓达最大值。

3.高分子材料热容：高聚物多为部分结晶或无定形结构，热容不一定符合理论式。

一般，高聚物的比热容比金属和无机材料大，高分子材料的比热容由化学结构决定，它存在链段、链节、侧基等，当温度升高时，链段振动加剧，而高聚物是长链，使之改变运动状态较困难，因而，需提供更多的能量。

材料物理性能-复习资料第⼆章材料的热学性能热容：热容是分⼦或原⼦热运动的能量随温度⽽变化的物理量，其定义是物体温度升⾼1K所需要增加的能量。

不同温度下，物体的热容不⼀定相同，所以在温度T时物体的热容为：物理意义：吸收的热量⽤来使点阵振动能量升⾼，改变点阵运动状态，或者还有可能产⽣对外做功；或加剧电⼦运动。

晶态固体热容的经验定律：⼀是元素的热容定律—杜隆-珀替定律：恒压下元素的原⼦热容为25J/（K?mol）；⼆是化合物的热容定律—奈曼-柯普定律：化合物分⼦热容等于构成此化合物各元素原⼦热容之和。

热差分析：是在程序控制温度下，将被测材料与参⽐物在相同条件下加热或冷却，测量试样与参⽐物之间温差(ΔT)随温度(T)时间(t)的变化关系。

参⽐物要求：应为热惰性物质，即在整个测试的温度范围内它本⾝不发⽣分解、相变、破坏，也不与被测物质产⽣化学反应同时参⽐物的⽐热容，热传导系数等应尽量与试样接近。

第三章材料的光学性能四、选择吸收：同⼀物质对各种波长的光吸收程度不⼀样，有的波长的光吸收系数可以⾮常⼤，⽽对另⼀波长的吸收系数⼜可以⾮常⼩。

均匀吸收：介质在可见光范围对各种波长的吸收程度相同。

⾦属材料、半导体、电介质产⽣吸收峰的原因（1）⾦属对光能吸收很强烈，这是因为⾦属的价电⼦处于未满带，吸收光⼦后即呈激发态，⽤不着跃迁到导带即能发⽣碰撞⽽发热。

（2）半导体的禁带⽐较窄，吸收可见光的能量就⾜以跃迁。

（3）电介质的禁带宽，可见光的能量不⾜以使它跃迁，所以可见光区没有吸收峰。

紫外光区能量⾼于禁带宽度，可以使电介质发⽣跃迁，从⽽出现吸收峰。

电介质在红外区也有⼀个吸收峰，这是因为离⼦的弹性振动与光⼦辐射发⽣谐振消耗能量所致。

第六章材料的磁学性能⼀、固有磁矩产⽣的原因原⼦固有磁矩由电⼦的轨道磁矩和电⼦的⾃旋磁矩构成，电⼦绕原⼦核运动，产⽣轨道磁矩；电⼦的⾃旋也产⽣⾃旋磁矩。

当电⼦层的各个轨道电⼦都排满时，其电⼦磁矩相互抵消，这个电⼦层的磁矩总和为零。

材料物理性能简介<<材料物理性能>>基本要求一，基本概念：1.摩尔热容: 使１摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为摩尔热容。

它反映材料从周围环境吸收热量的能力。

2.比热容：质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为比热容。

它反映材料从周围环境吸收热量的能力。

3.比容：单位质量（即1kg物质）的体积，即密度的倒数（m3/kg）。

4.格波：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，因此晶格中一个质点的微振动会引起临近质点随之振动。

因相邻质点间的振动存在着一定的位相差，故晶格振动会在晶体中以弹性波的形式传播，而形成“格波”。

5.声子（Phonon）: 声子是晶体中晶格集体激发的准粒子，就是晶格振动中的简谐振子的能量量子。

6.德拜特征温度: 德拜模型认为:晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动，声频支的频率具有0～ωmax 分布,其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度θD,即θD=ωmax/k。

7.示差热分析法（Differential Thermal Analysis, DTA ）: 是在测定热分析曲线（即加热温度T与加热时间t的关系曲线）的同时，利用示差热电偶测定加热（或冷却）过程中待测试样和标准试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线ΔT~T（t），从而对材料组织结构进行分析的一种技术。

8.示差扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）: 用示差方法测量加热或冷却过程中，将试样和标准样的温度差保持为零时，所需要补充的热量与温度或时间的关系。

9.热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力。

10.塞贝克效应：当两种不同的导体组成一个闭合回路时，若在两接头处存在温度差则回路中将有电势及电流产生，这种现象称为塞贝克效应。

11.玻尔帖效应：当有电流通过两个不同导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，还要在两接头处出现吸热或放出热量Q的现象。

1、固体无机材料的物理性能主要包括力（可用机械性能代替）、热、光、电、磁、辐照（或写成辐射）、介电、声等方面的性能。

2、超导体的三个性能指标分别是指：临界转变温度、临界磁场强度、临界电流密度3、导热的微观机制有：电子热导和声子热导（也可写作电子导热和声子导热）4、光子通过固体会发生反射、折射、透过、吸收现象；5、原子本征磁矩包括电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩 ；6、顺磁性产生的基本条件：一、具有奇数个电子的原子或点陈缺陷，二、内壳层未被填满的原子或离子，这样使原子的固有磁矩不为零；7、钛酸钡（BaTiO 3）具有哪些介电性：压电性、热释电性、铁电性；8、热应力的来源：因热胀冷缩而产生的热应力、因温度梯度而产生热应力和多相复合材料因各相膨胀系数不同而产生的热应力；9、光磁记录时可以采用 居里温度 和 补偿温度 两种不同温度下的写入方式10核外电子的能量由主量子数n 、角量子数l 、磁量子数m 、自旋量子数ms 这四种量子数来确定11理想金属的电阻来源为电子散射、声子散射12电介质的主要性能指标有介电常数ε、介电损耗因子ε''、介电强度、品质因子()1tan -δ、介电电导率10、热膨胀来自于原子的非简谐振动；13、可以通过居里温度点进行磁场热处理（或“冷加工”）获得磁织构；14、电介质的击穿有电击穿、热击穿、化学击穿三种模式15、电阻产生的本质是 晶体点阵的完整性遭到破坏的地方，电子波受到散射16、压电体具有的最典型晶体结构特征是 无中心对称结构 ；17、电容器的电流由 理想电容器所造成的电流；电容器真实电介质极化建立的电流；电容器真实电介质漏电流 三部分构成 18、彩色光的三个基本参量是 亮度、 色调 、色饱和度 ；19、技术磁化可以通过磁畴的旋转和磁畴壁的迁移两种形式进行；20、减少退磁能是产生分畴的基本动力，但却增加了畴壁能；21、赛贝克效应和珀尔贴效应热电效应互为可逆热电效应；22、固体热容包括晶格热容、电子热容两部分；23、德拜温度是反映 原子间结合力 的重要物理量；24、固体中的导热主要是由晶格振动的格波（声子）和自由电子的运动来实现25、在计算半导体中的载流子数量时需要用到 费米-狄拉克 统计26、自由电子至少是二重简并态27、众所周知，纯银的导电性比纯铝好，纯铝中溶入5%的纯银后形成的合金，一般来说其导电性将 降低 ，导热性将 降低28、离子型导体在高温区导电的特征是 本征 导电，低温区是 杂质导电29、电介质极化的类型主要有： 位移极化 、空间电荷极化 、驰豫极化 、取向极化30、原子磁矩包括电子轨道磁矩、电子自旋磁矩、原子核磁矩31、磁畴的起因是 减小退磁能32、常见的三种热电效应是 赛贝克 、帕尔贴、汤姆逊33、只有在发生非弹性应变（表达出与此意思相同的亦可得分，如“应力与应变相差一个相位”，回答滞弹性或粘弹性只能算半对时才能产生内耗；34、固体对所有作用力的反应的实质来自于 原子间相互作用的势能35、固体物质中有电子、空穴、正离子、负离子四种载流子能够形成导电36、电阻产生的波长为500 nm 的单色光相当于波数为 20000 的单色光37、马氏体不锈钢 是 铁磁性材料，奥氏体不锈钢 不是 铁磁性材料；38、激光器是光波谐振器，由光波放大器（或激光工作物质）、谐振腔、 泵浦系统三部分构成，激活离子的作用是 提供亚稳态能级； 39、波长与波数的换算关系式是 n 710=λ, λ:波长(nm), n: 波数(1-cm )（需指明符号的含义）；40、家用电脑光盘上的数据一般可以通过克尔 效应读出；41、固体对所有作用力的反应的实质来自于 原子间相互作用的势能42、固体电阻产生的基本机制是电子散射和声子散射。

第一章物理基础学问与理论物理性能本质：外界因素（作用物理量）作用于某一物体，如：外力，温度梯度，外加电场磁场，光照等，引起原子，分子或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理量，感应物理量与作用物理量呈肯定的关系，其中有一与材料本质有关的常数——材料的性能；晶体结构：原子规章排列，主要表达是原子排列具有周期性，或者称长程有序；非晶体结构：不具有长程有序；点阵：晶体内部结构概括为是由一些相同点子在空间有规章作周期性无限分布，这些点子的总体称为点阵；晶体由（基元）沿空间三个不同方向，各按肯定的距离（周期性）地平移而构成，（基元）每一平移距离称为周期；晶格的共同特点是具有周期性，可以用（原胞）和（基失）来描述；分别求立方晶胞，面心晶胞和体心晶胞的原胞基失和原胞体积？（1）立方晶胞：（2）面心晶胞（3）体心晶胞晶体格子（简称晶格）：晶体中原子排列的详细形式；晶列的特点：（1）一族平行晶列把全部点包括无遗；（2）在一平面中，同族的相邻晶列之间的距离相等；多个晶列，其中每一晶列都有一族平行的晶列与（3）通过一格点可以有无限之对应；（4 ）有无限多族平行晶列；晶面的特点：（1）通过任一格点，可以作全同的晶面与一晶面平行，构成一族平行晶面. （2）全部的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏；（3）一族晶面平行且等距，各晶面上格点分布情形相同；（4）晶格中有无限多族的平行晶面；格波：晶体中的原子在平稳位置邻近的微振动具有波的形式；色散关系：晶格振动谱，即频率和波矢的关系；声子：晶格振动的能量是量子化的，晶格振动的量子单元称作声子，声子具有能量. ，与光子的区分是不具有真正的动量，这是由格波的特性打算的；声学波与光学波的区分：前者是相邻原子的振动方向相同，波长很长时，格波为晶胞中心在振动，可以看作连续介质的弹性波；后者是相邻原子的振动方向相反，波长很长时，晶胞中心不动，晶胞中的原子作相对振动；德布罗意假设:一切微观粒子都具有波粒二象性；其次章无机材料的受力形变简述正应力与剪切应力的定义.正应力是作用于单位面积上的力；剪切应力是作用于平面内的力；正应力引起材料的伸长或缩短，剪应力引起材料的畸变，并使材料发生转动；塑性：使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服应力后，显现能使该固体长期保持其变形后的外形或尺寸，即非可逆性能；晶体塑性形变的机理是什么？原子尺度变化说明塑性形变：当构成晶体的一部分原子相对于另一部分原子转移到新平稳位置时，晶体显现永久形变，晶体体积没有变化，仅是外形发生变化；影响塑性形变的因素有哪些？并对其进行说明；影响塑性形变的因素主要有晶体结构和键型；（1）本征因素：晶粒内部的滑移系统相互交截，晶界处的应力集中，晶粒大小和分布；（2）外来因素：杂质在晶界的弥散，晶界处的其次相，晶界处 的气孔；屈服应力： 当外力超过物体弹性极限， 达到某一点后， 在外力几乎不增加的情形 下，变形突然加快，此点为屈服点，达到屈服点的应力；滑移： 晶体的一部分相对另一部分平移滑动；产生滑移的条件：（1）面间距大；（2）每个面上是同一种电荷的原子，相对滑动 面上的电荷相反；（3）滑移矢量（柏格斯矢量）小；滑移系统包括（ 滑移方向 ）和（ 滑移面 ），即滑移按肯定的晶面和方向进行； 滑移方向与原子最密积累的方向一样，滑移面是（ 原子最密积累面）； 蠕变机理分为两大类 ：（1）（晶界机理 ）---多晶体的蠕变；（2）（ 晶格机理 ）--- 单晶蠕变，但也可能掌握着多晶的蠕变过程；影响蠕变的因素：外界环境中的 温度和应力， 晶体的组成 ，显微结构中的 气孔 ， 晶粒 和玻璃相；键结合的材料中， 哪一种材料的弹性模量大？为什么？ 共价键，离子键结合的材 料中，结合力很强，故弹性模量就较大；而分子键结合力弱，由此键和的材料弹 性模量就很低；2-1. 一圆杆的直径为 2.5 mm ，长度为 25cm 并受到 4500N 的轴向拉力，如直径 拉细至 ，且拉伸变形后圆杆的体积不变 ,求在此拉力下的真应力， 真应变， 名义应力和名义应变，并比较争论这些运算结果；解：依据题意可得下表 拉伸前后圆杆相关参数表体积 V/mm 直径 d/mm 圆面积S/mm 3 2拉伸前 拉伸后 F Al 1 ln l 0 F A 0 l l 0 4500 4.524 10 真应力 995(MPa )T 6 2A 0 A ln 真应变 lnT 24500名义应力 917( MPa)610 A 0A 名义应变 1由运算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变；2-2. 一试样长 40cm,宽 10cm,厚 1cm ，受到应力为 1000N 拉力，其杨氏模量为 9 2 ，能伸长多少厘米 .×10 N/m 解： 40cm1cmLoad10cm Load FA 0 l 0E 1000 40l l l 0.0114(cm)0 0 4 9 E 1 10 10 10 第三章 无机材料的脆性断裂强度 ：材料的强度是抗击外加负荷的才能；屈服极限 ：在外力作用下，材料发生弹性形变；当应力足够大，材料便开头发生 塑性形变，产生塑性形变的最小应力称为屈服应力（屈服极限） ；脆性断裂 ：材料受力后， 将在低于其本身结合强度的情形下作应力再安排； 当外 加应力的速度超过应力再安排的速率时，发生断裂；解决材料强度的理论： 1. 位错理论：微观上抓住位错缺陷，阐明塑性形变的微 观机理； 2. 断裂力学：宏观上抓住微裂纹缺陷（脆性断裂的主要根源） ；位错运动对材料有哪两方面的作用？ 引起塑性形变，导致应力放松和抑制裂纹扩 展；位错运动受阻，导致应力集中和裂纹成核；理论断裂强度的推导过程？格里菲斯微裂纹理论： 格里菲斯认为实际材料中总存在很多细小的裂纹或缺陷， 在外力作用下， 这些裂纹和缺陷邻近就产生应力集中现象， 当应力达到肯定程度 时，裂纹就开头扩展而导致断裂；影响强度的因素有哪些？内在因素：材料的物性，如：弹性模量，热膨胀系数，导热性，断裂能；显微结构：相组成，气孔，晶界（晶相，玻璃相，微晶相） ，微裂纹（长度，尖 端的曲率大小）；外界因素：温度，应力，气氛环境，式样的外形大小，表面；工艺因素：原料的纯度，降温速率；晶体微观结构中存在缺陷： （ a ） 位错组合 ；（ b ） 晶界障碍 ；（c ）位错交截 ； 蠕变断裂： 多晶材料在高温顺恒定应力作用下，由于形变不断增加而导致断裂； 蠕变断裂的理论： 1. 黏性流淌理论：高温下晶界发生粘性流淌，在晶界交界处 产生应力集中，并且使晶界交界处产生裂纹，导致断裂； 2. 空位聚积理论：在 应力及热波动作用下，晶界上空位浓度增加，空位大量聚积，形成裂纹，导致断 裂；裂纹有三种扩展方式： (I) 张开型 ，(II) 错开型 ，(III) 撕开型 ；什么是亚临界裂纹扩展？ 在使用应力的作用下， 不是发生快速失稳扩展， 而是随 着时间的推移缓慢扩展；材料的脆性有哪些特点？ 脆性是无机材料的特点； 它间接地反映材料较低的抗机 械冲击强度和较差的抗温度聚变性； 脆性直接表现在 :一旦受到临界的外加负荷， 材料的断裂就具有爆发性的特点和灾难性的后果； 脆性的本质是缺少五个独立的 滑移系统， 在受力状态下难于发生滑移使应力放松； 显微结构的脆性根源是材料 内部存在裂纹，易于导致高度的应力集中；维氏硬度：（公式及各个物理量的含义）？（自己总结）2 1，求融熔石英的理论结合强度，设估量的表面才能为 ; Si-O 的平稳原 -8 子间距为 1.6*10 cm; 弹性模量从 60 到 75Gpa ？9 E a (60 ~ 75) * 10 *= 25.62 ~th 10 * 10 2 2，融熔石英玻璃的性能参数为： E=73 Gpa ；γ J/m ；理论强度 σth=28 Gp a ； 如材料中存在最大长度为 2μm 的内裂，且此内裂垂直于作用力方向，运算由此 导致的临界断裂强度；2c=2μm c=1*10 m-6 9 2 * 73*10 *2 E c =c 6 3.14* 1* 10 3，有一构件，实际使用应力为 ，有两种钢待选：甲钢 σys a ， K IC =45MP a · m1/2σys a ，K IC =75MP a · m1/2乙钢待选钢的几何外形因子，最大裂纹尺寸为1mm；试依据经典强度理论(安n=σys/σ与)断裂强度理论K IC =Yσc C-1/2 进行挑选，并对结果进行说明；（书全系数上例题自己总结）4，一陶瓷零件上有一垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：（1）2mm;(2)0.049mm;(3)2 μm,分别求上述三种情况下的临界应力；设此材料的断裂韧性为2；争论讲结果；已知此情形下零件的几何外形因子为；解：KIK I Y c1 / 2=c3(1) c=2mm, 2 * 10c3(2) c=0.049mm, 0.049* 10c6(3) c=2μm, / 2* 10c第四章无机材料的热性能如原子在高能级和低能级间满意辐射跃迁挑选定就，就对于大量的这种原子来说，将同时存在光的自发辐射，受激吸取和受激辐射；热振动：实际上晶体点阵中的质点（离子，原子）总是环围着各自的平稳位置附近作微小振动；热容：物体在温度上升1K 时所吸取的热量称作该物体的热容；杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容等于25J/(K ·mol)；杜隆-珀替定律在高温时与试验结果符合得很好，但在低温时，热容的试验值并不是一个恒量，随温度降低而减小，在接近肯定零度时，热容值按T3 的规律趋于零；徳拜定律：说明当温度T 趋于0K 时，热容C V 与T3 成比例地趋于零；在低温下，德拜模型与试验结果符合很好；热膨胀：物体的体积或长度随着温度的上升而增大的现象；6，线膨胀系数α与体膨胀系数β有何关系？运算：⑴假如是立方体；⑵各项异性的晶体；略去线膨胀系数α与体膨胀系数β的高次项；（自己总结）固体材料热膨胀机理：晶格振动中质点间的作用力，是非线性的；即作用力并不简洁的与位移成正比；温度越高，平稳位置向右移动越多，晶体膨胀；热传导 ：当固体材料一端的温度比另一端高时， 热量就会从热端自动地传向冷端 的现象；固体的传热机理： 固体中质点只在平稳位置邻近做微振动， 固体的导热主要是晶 格振动的格波和自由电子的运动实现的； ⑴金属主要靠自由电子来传热； ⑵非金 属材料，自由电子很少， 主要靠晶格振动来传递热量； 将声频波的量子称为声子； 把格波的传播看成是质点 -声子的运动；格波与物质的相互作用，就懂得为声子 和物质的碰撞； 格波在晶体中传播时遇到的散射， 就懂得为声子同晶体质点的碰 撞；抱负晶体中的热阻，就懂得为声子与声子的碰撞；影响热导率的因素： 温度 ，晶体机构 ， 气孔；热稳固性（抗热震性） ：是指材料承担温度的急剧变化而抗击破坏的才能；包括 抗热震断裂性 和抗热震损耗性 两种类型： 材料在热冲击下发生瞬时断裂， 抗击这 类破坏的性能为抗热震断裂性；在热冲击循环作用下，材料表面开裂，剥落，并 不断进展，以致最终碎裂或变质而损坏， 抗击这类破坏的性能称为抗热震损耗性； 试比较石英玻璃， 石英多晶体和石英单晶热导率的大小， 说明产生差异的缘由？ ① 单 晶 多 晶 玻 璃②与单晶相比，多晶体中晶粒尺寸小，晶界多，晶界处杂质多，声子简洁受到散 射，其平均自由程小得多，故其热导率比单晶的小；与晶体相比，玻璃中声子平 均自由程由于玻璃远程无序使之较小，因而，玻璃的热导率比晶体的小；4-1，康宁 1723 玻璃（硅酸铝玻璃）具有以下性能参数： λ =0.021J/(cm .℃s . ); 第一及其次热冲击断 -6 2 2 α =4.6*10 /℃ ; 裂抗击因子；；E=6700Kg/mm ; μ 5求. σp (1 E)f 第一冲击断裂抗击因子： R 6 7 * * 10 *= 6 64.6 * 10 * 6700 * 9.8 * 10 =170℃(1 E)f 其次冲击断裂抗击因子： R J/(cm.s)o o 4-2，一根 1m 长的 Al2O3 炉管从室温 (25 C)加热到 1000 C 时，假使在此过程 10-6 o 中，材料的热膨胀系数为 mm/(mm. C) ，运算管的膨胀量是多少？ 解：依据公式，有：l l 0 T6 o o 10 mm/(mm C)) (1m) (1000 25) C第五章 无机材料的光性能可见光是电磁辐射波谱的波长在 400nm 到 700nm 范畴的一个波段； 光从材料 1 传入材料 2 时的折射定律？折射率的色散： 材料的折射率 n 随入射光频率 v 的减小（或波长的增加） 而减小 的性质；玻璃，陶瓷，非均相高聚物等电介质材料，对可见光具有良好的 透过性 ；其原 因是它们的 价电子 所处的价带是 填满 的，除非电子吸取 光子跃迁到导带，否 就不能自由运动；5，设有一块厚度为 x 的平板材料 ( 如图 ) ，入射光的强度为 I 0 ，通过此材 料后光强度为 I ’； 试分析其光的吸取规律？6，例：已知 NaCl 的 Eg ＝ 9.6eV ，试求其吸取峰波长？10-34J h 为普朗克常数 s,=3 108 m / sc 为光速 10-19 J8一个电子伏特为 1.602 34 hc E g 10 3 10 71.29 10 m19 9.6 10 m7，光通过一个透亮陶瓷片时，其发生在左侧和右侧界面时间强的变化？设反射 系数为 m ，吸取系数为 α与散射系数为 S ；入射光为 I 0 ,2n 21 n 21 11 陶瓷左侧表面的反射光缺失为 L mI I 1 0 0透进材料中的光强度为 I 0 1-m光穿过厚度为 x 的陶瓷后， x Sx消耗了吸取缺失 和散射缺失 I 0e I 0 e +S x 光到达材料右侧表面时，光强度剩下 再经表面，一部分反射进材料中： ；I 0 1-m e + S xI 0m 1-m e2 I I 0 1-m e +S x另一部分传至右侧空间，光强为： Al 2O 3 板后强度降低了 15% ，试运算其吸取 8，光通过一块厚度为 和散射系数的总和；1mm 的透亮 解:( s) xI I 0 eI( s) x ( s)e e I 01s 10 ln 9，一入射光以较小的入射角 i 和折射角 r 通过一透亮明玻璃板 ,如玻璃对光的衰 减可忽视不计 ,试证明明透过后的光强为 (1-m)2；sin isin r解： n 21 2W ' W = W ’ + W ’’W W"W n 21 n 21 1 1W 'W m1 1 m其折射光又从玻璃与空气的另一界面射入空气就 W" ' W" W" 'W 21 m 1 m 影响材料透光性的因素主要有： 反射系数，吸取系数，散射系数；无机材料的颜色着色剂有： 分子着色剂，胶态着色剂，着色化合物；配制陶瓷乳浊釉时，需要挑选乳浊剂，有 PbO ，TiO 2 和 ZrSiO 4 三种氧化物可供 挑选，它们的折射率 n 依次分别为 ，2.50 和 ，你将挑选哪一种？为什么？挑选硅酸锆作乳浊剂；由于氧化铅会熔解，氧化钛因膨胀系数太大与陶瓷釉不适应，故只能选硅酸锆；第六章无机材料的电导载流子：具有电荷的自由粒子，在电场作用下可产生电流；金属导体中的载流子是无机材料载流子可以是自由电子；电子( 负电子，空穴) ，称为电子电导；也可以是离子( 正，负离子，空位) ，称为离子电导；离子电导分类和玻璃导电机理？离子电导可分为两类：本征电导和杂质电导；玻璃的离子电导是由于某些离子在结构中的可动性所至；霍尔效应：电子电导的特点是具有霍尔效应；沿试样x 轴方向通入电流，Z 轴方向加一磁场，那么在y 轴方向将产生一电场，这一现象称为霍尔效应；利用霍尔效应可检查材料是否存在电子电导；为什么利用霍尔效应可以检验材料是否是存在电子电导？霍尔效应的产生是由于电子在磁场作用下，产生横向移动的结果，离子的质量比电子大的多，磁场作用力不足以使离子产生横向位移，因而纯离子电导不呈霍尔效应；利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导；试述随温度的上升，玻璃电导率快速增加的缘由；答：（1）玻璃体的结构比晶体疏松，碱金属离子能够穿过大于其原子大小的距离而迁移，同时克服一些势垒；（2）玻璃与晶体不同，玻璃中碱金属离子的能阱不是单一的数值，通常有一些相邻的低能位置，其间只有小的能垒，而大的势垒就发生在偶然显现的相邻位置之间，这与玻璃的结构的随机性质是一样的，故有高有低：这些位垒的体积平均值就是载流子的活化能；电解效应：离子电导的特点是存在电解效应；离子的迁移相伴着肯定的质量变化，离子在电极邻近发生电子得失，产生新的物质，这就是电解现象；可以检验陶瓷材料是否存在离子电导，并且可以判定载流子是正离子仍是负离子；影响电导率的因素：（1）温度；（2）晶体结构；（3）晶体缺陷；固体电解质：具有离子电导的固体物质称为固体电解质；电子电导的导电机制是：电子和空穴；本征电导：导带中的电子导电和价带中的空穴导电同时存在，载流子电子和空穴的浓度是相等的；它们是由半导体晶格本身供应，是由热激发产生的，其浓度与温度呈指数关系；本征半导体是具有本征电导特性的半导体；在Na2O-SiO 2 玻璃中，实行什么方法降低其电导率？答：（1）通过添加另外碱金属，并调剂外加碱金属和氧化钠的比例（2）通过添加二价金属氧化物，特殊是重金属氧化物；掺入施主杂质的半导体称为n 型半导体；掺入受主杂质的半导体称为p 型半导体；说明pn 结中的空间电荷区的形成过程？当p 型半导体与n 型半导体形成p-n 结时，由于n 型半导体的多数载流子是电子，少数载流子为空穴，相反p 型半导体的多数载流子是空穴，少数载流子为电子，因此在p-n 结处存在载流子空穴或电子的浓度梯度，导致了空穴从p 区到n 区，电子从n 区到p 区的扩散运动；对于p 区：没有电离的中性原子，空穴离开后，留下了不行动的带负电的电离受主，没有正电荷与之保持电中性，因此在p-n 结邻近p 区一侧显现了一个负电荷区（负离子阻挡n 区电子靠近）；同理，由于n 区电子走后，留下带正电的电离施主，电离的正离子阻挡p 区空穴靠近，所以集合p-n 结近n 区一侧，在p-n 结邻近n 区的一侧显现了一个正电荷区，把在p-n 结邻近的这些电离施主和电离受主所带电荷称为空间电荷；它们所在的区域称为空间电荷区；半导体中杂质能级和能带中的能级的区分？在能带中的能级可以容纳自旋方向相反的两个电子；而对于施主杂质能级只能是被一个有任一自旋方向的电子所占据，或者不接受电子；载流子的散射：电子与晶体中的声子，杂质离子，缺陷等发生碰撞的过程；载流子发生散射的缘由是周期性势场被破坏；在低掺杂半导体中，载流子迁移率随温度上升而大幅度下降的缘由？由于晶格振动引起的散射叫晶格散射，温度越高，晶格振动越强，对载流子的晶格散射也将增强；双碱效应： 当玻璃中碱金属离子总浓度较大时（占玻璃组成25—30%），总浓度 当比例适当时， 电 不变，含两种碱金属离子比一种碱金属离子的玻璃电导率小， 导率可降低很低；位错增殖 是在剪应力作用下，晶体中位错数量大量增加的现象；１．运算铜的电子迁移率，假定全部价电子都对电流有奉献；提示：铜的点阵 常数为 ×10-8 cm ，铜属于面心立方晶体；解：铜的价数为 1，因此价电子数等于材料中的铜原子数；铜的点阵常数为 -8 ×10 cm ；由于铜属于面心立方晶体，单位晶胞中有四个电子（切开后单元 体所包含的原子数）；金 属 载 流 子 浓 度 ： n=(4 个 电 子 / 晶 胞 ) （ 1 个 电 子 / 原 子 ） -8 3 22 3电子 /cm /(3.615 1×0 cm) ×10 ×10 cm-19 -6 22 -19 μ=σ/nq=1/ ρ7)(8×.41607 1×0 / Ω· c = c /m V ·S 1×0 )2 22，本征半导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参加电导；激发 的电子数 n 可近似表示为：n N exp( E g / 2kT )式中 N 为状态密度， k 为波尔兹曼常数， T 为肯定温度； 试回答以下问题：（1）设 N=1023 -3 -5 -1 k=8.6*10 eV.K 时 , Si (Eg=1.1eV), TiO 2 cm , (Eg=3.0eV) -3 在室温（ 25℃）和 500℃时所激发的电子数（ cm ）各是多少？-1 -1 （2）半导体的电导率 neσ（ Ω ）可表示为.cm 式中 n 为载流子浓度（ cm -3），e 为载流子电荷（电荷 1.6*10-19 C ） , μ为迁移率（ cm 2 -1 -1 ）当电子（ e ）和空穴（ h ）同时为载流子时， .V .s n e e n h e e h2 -1 -1 2 -1 -1 假定 Si 的迁移率 μe =1450（cm .V .s ），μh =500（ cm .V .s ），且不随温 度变化；求 Si 在室温（ 25℃）和 500℃时的电导率？解：（1） Si23 10 5 20℃ n exp( /( 2 * * 10 * 298)23 13 -3=10 *e =3.32*10 cm 1023 5 500℃ n exp( /(2 * * 10 * 773)23 -8 19 -3=10 *e =2.55*10 cm TiO 220℃ n 1023 5exp( /( 2 * * 10 * 298)-3 -3=1.4*10 cm 23 10 5 500℃ n exp( /(2 * * 10 * 773)13 -3=1.6*10 cm (2) 20℃ n e e n h e e h13 -19 =3.32*10 *1.6*10 (1450+500)-2 -1 -1 （Ω ）=1.03*10 .cm 500℃ n e e n h e e h19 -19 =2.55*10 *1.6*10 (1450+500)=7956 （Ω-1.cm -1）3，300K 时，锗的本征电阻率为 47Ω .cm ，如电子和空穴的载流子迁移率分别为 3900cm 2 / V .s 和 解：1i i1900cm 2 / V .s .求本征锗的载流子浓度？n i q( p )n 1 113 3n i10 / cm 19 i q( ) 4710 (3900 1900) n p 4，当每 1000000 个硅原子中有一个原子为锑原子所置换时，试运算 n-型半导体 中每立方厘米所含的非本证电荷载流子数？金刚石立方晶型硅的点阵常数是 ×10 -3-8 -8 3 解： n d =(1 电子 /S b 原子)(10 S b 原子 /Si 原子)( Si 原子 /晶胞 )/( 1×0 )6 3电子 /cm =5×10 σ=nq μe=(5 ×1016 -19 )(1.6 1×0 )(1900)-1 -1Ω .cm 试述光生伏特效应产生电流的过程？答：用能量等于或大于禁带宽度的光子照耀 p -n 结；p ，n 区都产生电子空穴对，产生非平稳载流子，非平稳载流于破坏原先的热平稳；非平稳载流子在内建电场作用下，n 区空穴向p 区扩散（同号相斥，异号相吸的缘由），p 区电子向n 区扩散；如p-n 结开路，在p-n 结的两边积存电子-空穴对，产生开路电压；第七章无机材料的介电性能何谓电介质：凡是能在电场作用下产生极化的物质称为电介质，俗称绝缘材料；极化强度：单位体积内的电偶极矩总和称为极化强度；极化类型包括：（1）电子位移极化，（2）离子式极化，（3）放松极化，（4）转向极化，（5）空间电荷极化，（6）自发极化；电子位移极化：没有受电场作用时，组成电介质的分子或原子所带正负电荷中心重合，对外呈中性；受电场作用时，正，负电荷中心产生相对位移(电子云发生了变化而使正，负电荷中心分别的物理过程)，中性分子就转化为偶极子，从而产生了电子位移极化；离子式极化：离子晶体中，无电场作用时，离子处在正常结点位置并对外保持电中性，但在电场作用下，正，负离子产生相对位移，破坏了原先呈电中性分布的状态，电荷重新分布，相当于从中性分子转变为偶极子产生离子位移极化；离子位移极化与电子位移极化有何异同？共同点：它们都属于弹性位移极化(无损耗)；不同点：（a）离子位移极化是整个离子的相对位移，极化结果——使正负离子间平稳距离缩短；（b）电子位移极化是电子云变形，电子云偏离原子核，而原子核不动；（c）离子位移极化中包含有电子位移极化，离子位移极化只产生在离子晶体中；而电子位移极化就存在于一切介质中；介质损耗：在电场的作用下，单位时间内电介质因发热而损耗的电能称为介质损耗功率，简称介质损耗；介质损耗产生的缘由：主要来自二个方面——电导和极化（慢极化）；击穿：电介质在强电场中工作时，当所承担的电压超过某一临界值时而丢失绝缘性能（由介电状态变为导电状态）的现象；电击穿理论（雪崩理论）：在强电场的作用下，少数电子被加速从负极向正极运动；在运动中电子不断撞击介质中的离子或原子，同时将其部分能量传给离子或原子，使之激发打出电子（次级电子）；这些次级电子也会从电场中猎取能量，而加速运动，撞击其他原子或离子从而又激发第三级电子，如此下去产生连锁反应；造成介质中存在有大量自由电子，形成“电子潮”或“电子崩”，使介质中瞬时通过的电流增大，使绝缘体成为导体；这种现象也叫“雪崩”；热击穿及其产生的缘由：因介质发热而导致烧裂，熔融的现象；缘由：由于电导和极化损耗，使部分电能转换成热能而使介质本身的温度上升；当外电场很高而且在单位时间内的发热量大于散热量时，介质中有热量的积蓄，使元器件的温度不断上升，最终使局部显现烧裂显现熔洞，导致破坏；铁电体的概念：指在肯定的温度范畴内具有自发极化，而且极化强度可因外电场反向而可逆转向的晶体，或者说存在电滞回线的晶体称之为铁电体；自发极化：晶体在无外电场作用下，当T＜Tc 即在某一临界温度以下，晶胞中自发产生正，负电荷中心不重合而存在偶极矩的现象；电滞回线：它是铁电体的自发极化强度P 随外电场强度 E 的变化轨迹（说明极化强度滞后于电场强度的变化）；电滞回线是铁电性的宏观反映，是铁电体的一个特点（它反映了铁电体中的电畴随外电场而转向的特点）；电畴：晶体中自发极化方向相同的小区域；之所以有不同方向电畴的存在，是由于晶体中有不同的自发极化轴（极化方向），因而存在不同的电畴；畴壁：不同极化方向的相邻电畴的交界处称之畴壁；压电效应：当在某些各向异性的晶体材料上施加机械应力时，在晶体的两端表面上会显现数量相等，符号相反的束缚电荷；作用力反向时，表面荷电性质亦反号，而且在肯定范畴内电荷密度与作用力成正比；陶瓷材料的损耗主要来源于哪些方面？如何降低陶瓷材料的介质损耗？陶瓷材料的损耗主要来源于电导损耗，放松质点的极化损耗及结构损耗；降低材料的损耗应从降低材料的电导损耗和极化损耗着手：挑选结构紧密的晶体作为主晶相；在改善主晶相性能时，最好形成连续固熔体；尽量削减玻璃相；防止产生多晶转变；掌握好最终烧成温度，防止过烧与生烧；第八章无机材料的磁性能磁化现象：在磁场中，由于受到磁场作用而出现肯定磁性的现象；。

)（E k →第一章：材料电学性能1 如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？用电阻率ρ或电阻率σ评价材料的导电能力。

按材料的导电能力（电阻率），人们通常将材料划分为：）（）超导体（）（）导体（）（）半导体（）（）绝缘体（m .104m .10103m .10102m .1012728-828Ω〈Ω〈〈Ω〈〈Ω〈---ρρρρ2、经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？金属导体中，其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子，而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。

所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场，自由电子就像理想气体一样在这个等势电场中运动。

如果没有外部电场或磁场的影响，一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动，形成格波，自由电子则可以在较大范围内作随机运动，并不时与离子实发生碰撞或散射，此时定域的离子实不能定向运动，方向随机的自由电子也不能形成电流。

施加外电场后，自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量，形成定向漂移，形成电流。

自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射，从而产生电阻。

E J →→=σ，电导率σ= （其中μ= ，为电子的漂移迁移率，表示单位场强下电子的漂移速度），它将外加电场强度和导体内的电流密度联系起来，表示了欧姆定律的微观形式。

缺陷：该理论高估了自由电子对金属导电能力的贡献值，实际上并不是所有价电子都参与了导电。

（？把适用于宏观物体的牛顿定律应用到微观的电子运动中，并且承认能量的连续性）3、自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为？自由电子近似下，电子的本证波函数是一种等幅平面行波，即振幅保持为常数；电子本证能量E 随波矢量的变化曲线 是一条连续的抛物线。

4、根据自由电子近似下的量子导电理论解释：准连续能级、能级的简并状态、简并度、能态密度、k 空间、等幅平面波和能级密度函数。