材料物理考试知识点终.docx

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材料物理考试知识点终

1、决定材料强度的关键因素是原子之间的结合力。

除原子间的键合类型和结合力外,对材料强度阻碍最大的因素是位错。

2、若是在高温下给材料施加一个应力，即便那个应力小于该温度下的材料屈服强度，材料也可能发生塑性变形，以至断裂。

这种现象就称为蠕变。

3、引发材料在较低温度下发生塑性变形的要紧缘故是位错的滑移，而引发材料在高温下发生蠕变的要紧缘故那么是位错的攀移。

位错攀移，即位错能够在与滑移面垂直而不是平行的平面上移动。

4、加工硬化，又称为应变硬化，是由于位错增值所引发的。

因此能够产生加工硬化的材料必需是位错能够滑移的塑性材料。

通过使金属发生塑性变形的方式，能够使其屈服强度增高。

这确实是所谓的加工硬化。

通过了冷加工的金属材料中的位错密度可增殖至1012cm/cm3，比初始的位错密度大近百万倍。

位错密度越大，位错之间的彼此作用也越大，对位错进展滑移的阻力也随之增大。

这确实是加工硬化的原理。

5、

位错增殖方式，参照增殖图〔4.20〕P65当外加应力超过屈服强度时，位错开场滑移。

若是位错在滑移面上碰到障碍物，就会被障碍物钉住而难以继续滑移。

a图表示的确实是一段位错线的两头被障碍物钉住的情形。

继续增大的应力将使位错线不断弯曲〔c、d图〕并扩展，以求滑移。

最后，彼此接近的两段位错恰好具有相反的性质〔伯氏矢量一样、位错线方向相反〕，它们会彼此靠近，以至消失。

如此的结果是原先的一段位错线仍然被钉在障碍物上，但在这段位错线的外围却多出来一个位错环〔图d〕，这确实是Fr位错原理。

6、固溶体与混合物的区别：

混合物：

混合物中含有2种以上的相，混合物中的这些相仍然维持自己的特性。

固溶体：

固溶体本身只是一个相，组成固溶体的各个组元都已经彼此溶解，再也不维持组元自己的特性。

7、固溶强化的效果断定因素：

1.溶剂原子和溶质原子的尺寸不同越大，固溶强化的成效越大；2.添加的合金元素越多，固溶强化的成效也越大。

8、所谓弥散强化，是指将多相组织混合在一路所取得的材料强化效应。

若是材料中添加的合金元素太多，以致超过了其溶解度，就会显现第二相，形成两相合金。

在这两种相之间的界面上的原子排列再也不具有晶格完整性。

在金属等塑性材料中，这些相界面会阻碍位错的滑移，从而使材料取得强化,这确实是弥散强化的由来

9、共晶反应：

从一个液相生成α相和β相两种固相的反应。

共析反应：

从一个固相S1转变成两个固相S2和S3的反应。

共析反应与共晶反应不同的地方：

共晶反应是从一个液相转变成两个固相的，且不同通过热处置的方式来实现。

而共析反应是固相之间的反应，是由一个固相转变成两个固相的反应。

需要热处置的方式来实现。

10、能够用来强化材料的固态相变有：

时效强化、共析反应，非平稳态的马氏体相变。

11、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，携带电荷的载流子那么是离子。

12、操纵材料的导电性能事实上确实是操纵材料中的载流子的数量和这些载流子的移动速度。

关于金属材料来讲，载流子的移动速度专门重要。

13、从持续能量散布的价电子在均匀势场中的运动，到不持续能量散布的价电子在均匀势场中的运动，再到不持续能量散布的价电子在周期性势场中的运动，别离是经典自由电子论、量子自由电子论、能带理论这三种分析材料导电性理论的要紧特点。

14、未填满电子的能带称为导带。

由价电子能级割裂而成的能带称为价带。

在能带之间没有可能量子态的能量区域叫禁带。

15、费米能级：

能带中有一半的能级被电子占据的能级称为费米能级。

由于钠只有1个3s电子，因此在3s价带上，只有一半的能级被电子所占据。

这些被电子占据的能级应该是能量较低的能级。

当温度为绝对零度时，只有下面一半的能级被电子占据，上面一半的能级没有电子占据。

而当温度大于绝对零度时，有一些电子取得了能量，跳到价带里的较高能级，而在相对应的较低的能级上失去了电子，产生了一样数量的空穴。

因此钠能导电。

镁如此的周期表ⅡA族元素的最外层3s轨道有2个电子，它的3s能带就会被电子全数占满。

由于固体镁的3p能带与3s能带有重叠，这种重叠使得电子能够激发到3s和3p的重叠能带里的高能级，因此镁具有导电性。

铜中的内层3d能带已经被电子充满，这些电子被原子牢牢束缚，不能与4s能带彼此作用。

由于铜中的3d能带和4s能带之间全然没有彼此作用，因此铜的导电性超级好。

银和金的情形与铜类似。

16、超导体与理想导体之间的不同：

〔1〕理想导体概念为在它里面不存在任何散射电子机制的一种导体。

超导体：

这种在必然低温条件下电阻突然失去的物质称为超导体。

〔2〕理想导体没有迈斯纳效应，而超导体具有迈斯纳效应〔磁力线不能穿过超导材料〕。

一样点：

都是零电阻。

17、马基申规那么：

金属固溶体中溶质原子的浓度较小，以致能够略去它们之间的彼此阻碍，把固溶体的电阻看成由金属的全然电阻和剩余电阻组成。

这事实上说明，在一级近似下不同散射机制对电阻的奉献能够加法求和。

这—导电规律称为马基申定那么。

18、锗比硅容易提纯，因此最初制造的半导体三极管是锗制成的。

可是，锗的禁带宽度〔0.67eV〕只有硅的禁带宽度〔1.11eV〕的大约一半，因此硅的电阻率比锗大，而且在较宽的禁带中能够加倍有效地设置杂质能级，因尔后来硅半导体慢慢取代了锗半导体。

硅取代锗的另一个要紧缘故是在硅的外表能够形成一层极薄的SiO2绝缘膜，从而能够制备MOS型三极管。

19、掺入了施主杂质〔磷〕的非本征半导体以负电荷〔电子〕作为载流子，因此称为n型半导体。

掺入了受主杂质〔镓〕的非本征半导体以正电荷〔空穴〕作为载流子，因此称为p型半导体。

向本证半导体提供电子作为载流子的杂质元素称为施主；向本证半导体提供空穴作为载流子的杂质元素称为受主。

20、p-n结具有单向导电性：

若是外加一个电压，使负极与n半导体联接，正极与p半导体联接，电子和空穴都向p-n结移动，最后彼此结合，这些电子和空穴的移动产生电流，现在所加的外电压称为正偏压；若是外加的电压相反，即处于反偏压时，电子和空穴都会离开p-n结，在p-n结周围显现一个没有载流子的耗尽区，就像绝缘体一样，没有电流流过。

21、由于p-n结只许诺电流沿一个方向流过，它能够只让交流电中的正向电流流过，而将反向电流阻挡住，因此p-n结能够将交流电转变成直流电，这种p-n结称为*整流二极管；利用p-n结的反向电流特性制备的特殊器件称为齐纳二极管，或稳压二极管。

22、在p-n结处于反向偏压时，一样只有很小的漏电流，这是由于热激发的少量电子和空穴引发的。

可是，若是反向偏压太大，通过p-n结的绝缘区的漏电流的载流子将会被大大加速，致使产生一个专门大的电流。

这种现象称为p-n结的反向击穿.

23、价带的电子受到入射光子的激发后，会跃过禁带进入导带。

若是导带上的这些被激发的电子又跃迁回到价带时，会以放出光子的形式来释放能量，这确实是光致发光效应，也称为荧光效应。

24、光致发光现象可不能在金属中产生。

因为在金属中，具有无充满电子的能带，低能级的电子只会激发到同一能带的高能级。

在同一能带内，电子从高能级跃迁回到低能级，所释放的能量过小，产生的光子的波长太长，远远超过可见光的波长。

25、这些被陷阱能级所捕捉的激发电子必需第一离开陷阱能级进入导带，然后这些电子跃回到价带，才能发出可见光，因此它们被入射光子激发后，需要延迟一段时刻才会发光，如此就显现了所谓的余晖现象。

余晖时刻取决于这些陷阱能级与导带之间的能级差，即陷阱能级深度。

26、光激发伏特效应是另一个重要的半导体物理效应，是太阳能电池的理论根底。

结合右图说明光伏特效应的原理.

第一，考虑禁带宽度相等的p型半导体与n型半导体的结合情形。

受光激发后，在二者的结合区域，会产生大量的空穴载流子和电流载流子。

固然，这些正负电荷载流子还有可能再次彼此结合。

但一局部电子载流子会移动到能级较低的n型导带，空穴载流子会移动到能级较高的p型导带。

其结果是在n型中负电荷增加，在p型中正电荷增加，形成电流。

可是这种电荷的增加可不能无穷进展下去，正负电荷彼此别离后，会产生反电位，而阻止正负电荷进一步积存。

这种反电位与正负电荷移动趋势彼此平稳所抵达的平稳状态，确实是该太阳能电池产生电动势最大值。

27、所谓半导化，是指在禁带中形成附加能级，这些附加能级的电离能都比拟低，高温下受到热激发就会产生载流子而形成半导体。

氧化物陶瓷这种由绝缘体转变成半导体的现象称之为半导化。

在氧化物晶体中，产生附加能级要紧有两个途径：

〔1〕不含杂质的氧化物要紧通过化学计量比偏离，在晶体中存在固有缺点。

〔2〕在氧化物掺入少量杂质，在晶体中存在杂质缺点。

28、判定一个系统是不是处于平稳状态的依照是看其费密能级是不是相等。

29、在能带构造图中，电子的能级向上为愈来愈高，空穴的能级向下为愈来愈高。

30、由不同材料组成的p-n结又称异质结。

〔两个禁带宽度不同的半导体材料〕禁带较宽的半导体将吸收波长较短的光线，禁带较窄的半导体那么吸收波长较长的光线，能够利用的太阳光波长范围更大，从而增加了太阳能利用效率。

由于短波光线的穿透能力差一些，因此现在一样都将禁带宽度较宽的半导体设计在朝向太阳光一侧，这种半导体又称为电池的窗口材料。

31、n型半导体与金属接触：

金属的功函数ФM>半导体的功函数ФS，整流效应；ФM<ФS时欧姆接触。

p型半导体与金属接触，且ФM>ФS时，也形成欧姆接触；ФM<ФS时整流效应。

32、电介质是在电场作用下具有极化能力并在其中长期存在电场的一种物质。

33、电介质的四大全然常数：

〔1〕介电常数是指以电极化的方式传递、存贮或记录电的作用〔2〕电导是指电介质在电场作用下存在泄露电流〔3〕介电损耗是电介质在电场作用下存在电能的损耗〔4〕击穿是指在强电场下可能致使电介质的破坏

34、分子的极化能够归结为三个来源：

〔1〕电子位移极化〔2〕离子位移极化〔3〕固有电矩的转向极化。

35、固体电介质的电导依照载流子的类型不同能够分成三种：

①离子电导或电解电导（本征缺点载流子，杂质缺点载流子，质子）②离化分子电导或电泳电导③电子电导（本征载流子，非本征载流子，注入载流子）

36、电击穿：

当固体电介质经受的电压超过必然的数值VB时，就使其中相当大的电流通过，使介质丧失绝缘性能，那个进程确实是电击穿。

击穿强度：

EB=VB/d。

37、说明电击穿的理论：

碰撞电离理论，雪崩理论，齐纳击穿理论。

38、在碰撞电离理论中，碰撞机制一样应考虑电子和声子的碰撞，同时也应该计及杂质和缺点对自由电子的散射。

假设外加电场足够高，当自由电子在电场中取得的能量超过失去的能量时，自由电子即可在每次碰撞后积存起能量，最后发生电击穿。

39、雪崩理论是在电场足够高时，自由电子从电场中取得的能量在每次碰撞后都能产生一个自由电子。

因此往n次碰撞后就有2n个自由电子，形成雪崩或倍增效应。

这些电子一方面向阳极迁移，一方面扩散，因此形成一个圆柱形空间，当雪崩或倍增效应贯穿两电极时，那么显现击穿。

40、当外电场足够高时，由于量子力学的隧道效应，禁带电子就可能进入导带。

在强场作用下，自由电子被加速，引发电子碰撞电离。

这种电子雪崩进程一样引发专门大的电流，但这并非致使晶体的破坏。

致使晶体击穿的缘故是由于隧道电流的增加，晶体局部温度提高，致使晶体局部熔融而破坏。

那个机理第一由齐纳提出的，因此称为齐纳击穿

41、在不均匀介质中随着试样厚度的增加，材料的EB值显著下降。

薄试样的EB值比厚试样的要高得多，这是由于薄试样比拟均匀，瑕点数量少的缘故。

42、局部放电确实是在电场作用下，在电介质局部区域中所发生的放电现象，这种放电没有电极之间形成贯穿的通道，整个试样并无被击穿。

43、铁电体是指在某温度范围具有自发极化，而且极化强度能够随外电场反向而反向的晶体。

热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因受到外表电荷等的抵偿作用，其电矩不能显现出来。

只有当温度改变，电矩发生转变不能被抵偿时，才显现其固有的极化。

44、当温度高于某一临界温度Tc时，晶体的铁电性消失，而且晶格构造也发生转变，这一温度是铁电体的居里点

45、依照铁电相变时的构造转变特点，铁电体能够分为无序-有序型相变铁电体〔以KDP为代表〕和位移型相变铁电体〔钛酸钡为代表〕。

KDP的铁电性是由质子的有序化造成的，他的自发极化强度在转变点上持续转变，为二级相变。

钛酸钡的自发极化是由于晶胞中钛离子的位移造成的。

他的自发极化强度在居里点持续增大，为一级相变，升温和降温时，自大极化强度随温度转变不一致，有“热滞〞显现。

46、铁电体判据：

自发极化能被外电场从头定向是铁电体最重要的判据，也是铁电体具有许多专门性质的要紧缘故。

47、反剩余极化全数去除所需的反向电场强度称为矫顽电场强度。

48、晶体在发生铁电-顺电相变时，其构造也要发生改变，依照铁电相变时的构造转变特点，铁电体能够分为无序-有序型相变铁电体和位移型相变铁电体。

49、一样势阱有：

〔1〕抛物线势阱,离子在这种势阱中作谐振动。

（2）非谐势阱,离子在非谐势阱中作非谐振动这种情形相当于位移型相变铁电体的情形〔3〕双平稳位置势阱，这种情形相当于无序-有序型相变铁电体。

50、关于不存在对称中心的晶体，加在晶体上的外力除使晶体发生形变之外，同时，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部成立电场，这种由于机械力的作用而使介质发生极化的现象称为正压电效应。

逆压电效应：

若是把外电场加在这种晶体上，改变其极化状态，晶体的形状也将发生转变，这确实是逆压电效应。

晶体构造上不存在对称中心是产生压电效应的必要条件。

51、压电振子在最小阻抗频率fm周围，存在一个使信号电压与电流同位相的频率，那个频率确实是压电振子的谐振频率fr。

在最大阻抗频率fn周围，存在另一个使信号电压与电流同位相的频率，那个频率叫压电振子的反谐振频率fa。

只有压电振子在机械损耗为零的条件下fm=fr，fn=fa。

52、电致伸缩效应与压电效应的区别在于：

前者是二次效应，在任何电介质中均存在；而后者是一次效应，只可能显现于没有中心对称的电介质中

53、外加电场所造成的晶体折射率的转变称为电光效应。

一样情形下，电场对晶体折射率的阻碍可用一个幂级数表示.由电场的一次线性项造成的折射率的转变称为一次电光效应、线性电光效应或普克尔〔Pockels〕效应。

由电场的二次平方项　　造成的折射率的转变称为二次电光效应或克尔效应。

54、半导体吸收光子后，引发载流子激发，增加了电导率，这附加的电导称为光电导，这种现象又称为半导体的内光电效应

55、在光的照射下，半导体p-n结的二端产生电位差的现象，人们称为光生伏特效应。

外斯分子场理论的要紧内容：

〔1〕在铁磁物质内部存在很强的“分子场〞它使原子磁矩趋于同向平行排列，产生自发磁化到饱和〔2〕铁磁体的自发磁化分成假设干磁畴，由于磁畴的磁化强度各方向不一致，因此大块磁体对外不显示磁性。

补充：

三个要紧结论：

（1）T

当T>0k，温度升高，自发磁化强度慢慢降低。

T≥Tc，自发磁化强度为零，材料表现出顺磁性。

那个临界温度确实是居里温度Tc。

（2）当T≥Tc后，材料的磁化率服从居里-外斯定律。

（3）互换积分常数A与居里温度成正比。

直接互换作用：

在原子组成物质时，当各电子的电子云重叠时，依照量子力学理论能够导出各电子之间存在静电的彼此互换作用，引发的互换作用能为：

Eex=-2ASa·Sb。

依照能量最小值原理的要求，当互换积分A为正时，相邻原子自旋磁矩要同向平行排列，从而实现磁矩自发平行排列，这确实是磁畴中原子磁矩要平行排列的起因。

直接互换作用最大的奉献是提示了分子场的本质来源于电子间的静电的彼此作用。

间接互换作用：

RKKY理论的中心思想，在稀土金属中4f电子是局域的，6s电子是游动的。

f电子与s电子发生互换作用,使s电子极化，那个极化了的s电子的自旋对f电子自旋取向有阻碍；结果形成了以游动的s电子为媒介，使磁性离子的4f电子自旋与相邻的离子的4f电子自旋存在间接互换作用，从而产生自发磁化。

稀土金属与3d过渡族金属形成一系列金属间化合物，是以传导电子为媒介产生间接互换作用。

关于原子序数小于Gd的轻稀土金属来讲，3d金属原子与4f稀土金属原子自旋的平行排列，致使两种原子磁矩的铁磁性耦合；而原子序数大于Gd的重稀土金属，3d金属原子与4f稀土金属原子自旋的反平行排列，致使了两种原子磁矩的亚铁磁性耦合。

56、磁畴构造受到畴壁能Eγ,磁晶各向异性能Ek、磁弹性能Eσ和退磁场能Ed的制约，其中退磁场能将是铁磁体分成畴的动力。

其它能量将决定磁畴的形状、尺寸和取向

57、原子磁距不为零，互换积分常数A>0是物质具有铁磁性的必要和充分条件。

58、依照原子磁矩转变的方式，可把畴壁可分为布洛赫壁和奈尔壁。

布洛赫壁的特点是畴壁内的磁矩方向始终与畴壁平面平行。

奈尔壁始终与薄膜外表平行地转变。

59、在非晶态固体中，原子散布不存在周期性，描述其微观构造的方式，最经常使用的是借用统计物理学中的散布函数，即用原子散布的径向散布函数来描述。

径向散布函数，记为RDF，RDF=4πr2ρ〔r〕，ρ〔r〕表示以任何一个原子为球心，半径为r的球面上的平均原子密度。

RDF的全然性质：

统计性和球对称性。

60、薄膜的概念：

〔1〕薄膜是两个几何学平面间所夹的物质，即在二维空间扩展，呈很薄的形态。

〔2〕薄膜的厚度，其尺寸范围从几个纳米到几十微米。

①≤1μm的膜谓之薄膜②＞1μm的膜为厚膜

61、薄膜的形成进程分为四个时期：

临界核的形成；岛的形成、长大与结合；沟道薄膜的形成；持续膜的形成

62、薄膜形成的理论根底：

〔1〕热力学界面能理论〔成核和毛细作用理论〕；〔2〕原子聚集理论〔统计理论〕。

63、两种成核理论比拟：

两种理论依据的全然概念是一样的，所取得的成核速度计算公式的形式也一样。

所不同的地方是二者利用的能量不同和所用的模型不同。

热力学界面能理论〔毛细作用理论〕适合于描述大尺寸临界核。

因此，关于凝聚自由能较小的材料或在过饱和度较小的情形下进展沉淀，这种理论是比拟适宜的。

　关于小尺寸临界核，那么原子聚集理论模型〔统计理论〕比拟适宜。

64、外表构造：

未污染的清洁外表〔垂直方向上的弛豫，平行方向上的重构，台阶〕不清洁的外表〔单层吸附，生成化合物，外表偏析〕

65、外表态：

在薄膜晶体的外表，晶格电子的势能在垂直外表方向上也再也不存在平移对称性，如此电子波函数沿着垂直外表方向作指数衰减，处于这种状态的电子将定域在外表层中，称为外表态。

外表态的产生缘故，除晶格在外表的突然终止外，还有外表构造的缺点和杂质，和外表吸附外来原子等。

66、由于外表态的存在，电子在体内态和外表态之间的转移，通常会在外表产生一层外表电荷，它们将产生一个垂直外表的电场。

为了屏蔽那个电场，在半导体或电介质的外表形成一个相当宽度的空间电荷层。

67、金属的外表势垒，由三个局部组成：

正负电荷的吸引力，即镜像力的作用；外表电偶极层的作用；导带底〔Ec〕以下，电子受原子核束缚。

68、尺寸效应：

①由于外表能的阻碍使熔点降低；②干与效应引发光的选择性透射和反射；③外表上由于电子的非弹性散射使电导率发生转变；④平面磁各向异性的产生；⑤外表能级的产生；电子构造发生转变；⑥由于量子尺寸效应引发输运现象的转变；⑦由于薄膜的外表与内部的不同引发铁电相变居里温度发生转变；⑧由于退极化场的阻碍，使铁电薄膜的介电常数与膜厚关系发生转变等。

69、相关尺度：

〔1〕关于输运性质，相关的尺寸包括德布罗意波长，平均自由程，标识电子局域化的各类尺度和磁场中的盘旋半径。

〔2〕在磁性体系中，相关的尺度是互换作用的范围，它是原子间距的量级。

〔3〕在铁电体中，相关的尺寸是铁电临界尺寸，其与居里温度、铁电相变、铁电畴等紧密相关。

〔4〕在超导体中，有两个相关的尺度：

London穿透深度和相干长度。

70、依照膜厚d、有效载流子的平均自由程l和德布罗意波长λ这些量的相对大小，可将其划分为几个区域：

经典区，其中λ

讲义P117图5.34认真看一下。

以上加粗的题目考简答题的概率比拟大。