材料物理学复习.docx
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材料物理学复习
材料物理学复习提纲
第一章 材料的热学性能
基本概念：
1.声子：
用以描述晶格热振动的能量量子。
2.热容：
在没有相变或化学反应的条件下，物体温度升高1K所吸收的热量。
3.热膨胀：
物体的体积或长度随温度升高而增大的现象叫做热膨胀。
4.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，这个现象称为热传导。
5.导热率：
指单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。
重点内容：
1、格波是多频率振动的组合波。
（1）如果振动着的质点中包含频率甚低的格波，质点彼此之间的位相差不大，则格波类似于弹性体中的应变波，称为“声频支振动”。
（2）格波中频率甚高的振动波，质点彼此之间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。
2、恒压热容与恒容热容的比较：
（1）由于恒压加热过程中，物体除温度升高外，还要对外界做功，所以CP>CV
（2）CP的测定比较简单，但CV更有理论意义，因为它可以直接从系统的能量增量计算
（3）对于凝聚态材料，CP与CV差异很小；但在高温时，CP和CV的差别增大
3、固体的导热微观机理包括：
电子导热、声子导热和光子导热
4、温度对无机非金属材料热导率的影响：
（1）在低温段，近似与T3成比例地变化，随着温度升高，迅速增大，这是因为低温段主要是热容对热导率的影响，而热容随温度的三次方成正比。
（2）温度高于某一温度后，热容与温度的关系不再是三次方的关系，并在德拜温度以后，趋于一恒定值。
这时对热导率的影响主要是声子的平均自由程起作用，其随温度升高而下降。
故某个低温处，出现了极大值。
（3）到了某高温时，热容趋于定值，而平均自由程达到下限值，因而热导率趋于恒定；更高温度时，由于光子导热的影响使热导率又有所增大。
5、晶体与非晶体导热系数曲线的比较：
（1）非晶体的导热系数（不考虑光子导热的贡献）在所有温度下都比晶体的小。
（2）在高温下，二者比较接近，因为声子热容在高温下都接近3R。
（3）非晶体与晶体导热系数曲线的重大区别是前者没有导热系数峰值点。
第二章 材料的导电性能
基本概念：
1.载流子：
能够携带电荷的粒子称为载流子。
2.允带：
允许电子能级存在的能量范围。
3.禁带：
不允许电子能级存在的能量范围。
4.满带：
所有的能级都被电子填满的允带。
5.不满带：
能级被电子部分填充的允带。
6.空带：
所有的能级都没有电子占据的允带。
7.本征半导体：
所有价电子都参与成键，并且成键都处于饱和状态。
8.n型半导体：
所有结合键被价电子填满后仍有部分富余的价电子，称作n型半导体。
9.p型半导体：
所有价电子都成键后仍有些结合键缺少价电子，而出现一些空穴，称作p型半导体。
10.杂质的补偿作用：
不同类型的杂质相互抵消而使半导体的导电能力减弱的现象，称为杂质的补偿作用。
重点内容：
1.导体、半导体、绝缘体能带结构的比较：
导体
半导体
绝缘体
禁带
?
较小
较大
价带
非满带
满带
满带
2.温度对金属导电性的影响：
（1）高温下（T>2/3D），正比关系：
T
（2）低温下（TD），五次方关系：
T5
（3）2K以下，电子散射为主，平方关系：
T2
3.常用半导体材料在不同温度区间电导率与温度之间的关系：
1）低温区（电离区）：
电导率随温度升高而增加。
2）中温区（耗尽区）：
电导率随温度的升高保持不变，甚至可能略微下降。
3）高温区（本征区）：
电导率随温度升高重新增加。
第三章 材料的磁学性能
基本概念：
1.磁化：
外磁场作用下，各磁矩有规则的取向，使磁介质宏观显示磁性，这就叫磁化。
2.磁化率：
磁化强度M与磁场强度H的比值称为磁化率。
3.抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性
4.居里温度：
铁磁体在高于某一临界温度变成顺磁体，这一临界温度称为居里温度或居里点。
5.磁畴：
在铁磁体内分成大量自发磁化的小区域（磁矩方向一致），该小区域称为磁畴。
6.磁晶各向异性：
晶体的不同取向与外磁场平行时，磁化的难易不同。
7.磁化功：
铁磁体磁化时消耗的能量。
8.磁晶各向异性能Ek：
磁化强度矢量在铁磁体中沿不同方向的能量差。
9.磁致伸缩：
在磁场中磁化时，铁磁体的尺寸或体积发生变化的现象称为磁致伸缩。
10.技术磁化：
指在外磁场作用下，铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和状态的内部变化过程。
11.剩余磁感应强度Br（剩磁）：
铁磁性材料经饱和磁化，当外磁场降为0时，得到不为零的磁感应强度。
12.磁滞效应：
B变化总是落后于H的变化的现象。
重点内容：
1、原子具有磁矩是物质具有磁性的根源，原子磁矩有3个来源：
电子轨道磁矩、电子自旋磁矩、原子核自旋磁矩。
2、磁畴壁厚度的影响因素：
（1）畴壁的厚度越大，相邻磁矩夹角越小，交换作用能越小——所以交换作用能倾向于使畴壁变厚。
（2）畴壁的厚度越大，偏离易磁化方向的磁矩越多，磁晶各向异性能越大——所以磁晶各向异性能倾向于使畴壁变薄。
3、铁磁体材料技术磁化的主要过程：
1）畴壁可逆迁移区：
磁场强度较低时，畴壁不足以克服内应力和杂质等障碍物的钉扎作用，畴壁的运动是可逆的——即当外磁场取消后，铁磁体即可回到消磁状态。
2）畴壁不可逆迁移区：
随着外加磁场强度的增大，畴壁在外磁场的作用下克服钉扎作用而移动，当外磁场取消后，仍有剩磁存在。
3）磁畴转动区：
当磁场强度再继续增大，与外磁场方向不一致的磁畴，磁化矢量会按外场方向转动。
4、铁磁性产生的条件：
必要条件：
原子的电子壳层中存在没有被电子填满的状态；
充分条件：
磁性物质内部相邻原子的电子交换积分为正，即a（原子核之间的距离）/r（电子壳层半径）之比大于3。
第四章 材料的介电性能
基本概念：
1.电介质的极化：
电介质在电场作用下产生束缚电荷的现象。
2.束缚电荷（极化电荷）：
由于极化而在电介质表面出现的电荷。
3.非极性分子电介质：
分子的正负电荷统计中心重合的电介质。
4.极性分子电介质：
分子的正负电荷统计中心不重合，存在电偶极子的电介质。
5.电子位移极化：
在外电场作用下，原子（或离子）外围的电子云相对于原子核发生位移，原子中的正、负电荷重心产生相对位移，这种极化就称为电子位移极化。
6.介质损耗：
电介质在电场作用下，在单位时间内因发热而消耗的能量称为介质损耗。
7.介电体击穿：
在高电场下介电体中的电流急剧增大，在某一电场强度下完全丧失绝缘性能的现象。
8.电畴：
由自发极化方向相同的晶胞所组成的小区域称为电畴，分隔相邻电畴的界面称为畴壁。
9.饱和极化强度Ps：
电滞回线B-C线性部分反向外推至E=0在纵轴P上的截距。
10.剩余极化强度Pr：
当正向电场逐渐减小至0时，仍存在不为零的极化强度。
11.压电效应（压电性）：
某些介质在应力的作用下，发生电极化或电极化的变化，导致晶体表面出现束缚电荷变化的现象。
12.逆压电效应：
在压电体的适当方向施加外电场会导致压电体发生形变的现象。
重点内容：
1.电子位移极化的主要特点：
（1）建立或消除极化所需时间极短；
（2）电子位移极化率十分小；
（3）具有弹性，当外电场去掉时，作用中心又马上会重合而整个呈现非极性，故电子位移极化没有能量损耗；
（4）温度对电子位移极化影响不大。
2.偶极子转向极化机理。
3.晶体具有铁电性的条件：
必要条件：
铁电晶体一定是极性晶体。
充分条件：
铁电体具有特殊的晶体结构。
4.从实用的观点来看，电滞回线是铁电性的一个最重要的标志。
5.介质具有压电性的条件：
（1）其晶体结构不具有对称中心。
（2）压电晶体还必须是离子晶体或者由离子团组成的分子晶体。
6.压电体、热释电体、铁电体的关系：
第五章 材料的光学性能
基本概念：
1.色散：
材料的折射率n随入射光的频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为折射率的色散。
2.光的选择性吸收：
指同一物质对某一种波长的吸收系数可以非常大，而对另一种波长的吸收系数可以非常小。
3.光的均匀吸收：
如果介质在可见光范围对各种波长的吸收程度相同，则称为均匀吸收。
4.发射光谱：
指在一定的激发条件下发射光强按波长的分布。
5.激发光谱：
指材料发射某一种定谱线（或谱带）的发光强度随激发光的波长而变化的曲线。
6.发光寿命：
发光体在激发停止之后持续发光时间的长短称为发光寿命。
重点内容：
1.影响材料折射率的主要因素：
（1）构成材料元素的离子半径；
（2）材料的结构、晶型；（3）材料存在的内应力；（4）同质异构体。
2.表征光吸收规律的朗伯特定律：
I：
发生吸收以后所剩下的光强度；I0：
入射光强度；：
吸收系数；x：
厚度
3.光能的损失包括：
反射损失、吸收损失、散射损失
透射光与入射光光强度的关系：
（掌握式中各参数与各种光能损失的对应关系）
4.激光的特点：
单色性、相干性极好、方向性极好、亮度极高
第六章 材料的弹性及内耗
基本概念：
1.弹性：
物体在外力作用下改变其形状及大小，外力卸除后又可回复到原始形状及大小的特征。
2.滞弹性：
材料在弹性范围内的非弹性现象，即应变对应力的滞后，称为滞弹性。
3.内耗：
由于固体内部的原因使机械能消耗的现象称为内耗或阻尼。
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