材料物理性能

针对材料专业整理出的，热学部分可以参考《材料科学基础》(杜丕一)第六章，讲的非常好也非常详细。

材料物理性能

• 电学性能
  • 固体电子理论
    • 三个阶段
      • 经典自由电子学说 （服从经典统计）
        • 三个不能解释的问题
          • 实测的电子对热容的贡献比经典自由电子学说估计值小得多 实际测量的电子平均自由程比经典理论估计值大许多 绝缘体、半导体、金属导体导电性为何存在巨大差异
      • 量子自由电子学说 （服从量子统计）
        • 提出能级
          • Ef上的电子对热容有贡献
            • 剩一个不能解释的问题
              • 即金属和绝缘体的区别
      • 能带理论 (周期势场）
        • 提出能带
          • 电子的势能不能视为常数，而是位置的函数
          • 说明了金属和绝缘体的区别
          • 两种近似
            • 近自由电子近似
              • 
            • 紧束缚近似
              • 
          • 材料的能带特征
            • 金属
            • 半导体
            • 绝缘体
  • 材料电导性能
    • 电子电导
      • 发生在导体和半导体中
      • 晶格对电子的影响
        • 有效电子质量m*
      • 电子迁移率
        • 温度的影响
        • 掺杂浓度的影响
      • 载流子(电子)浓度
        • 以半导体为例
        • 本征半导体
          • 随禁带宽度的增加而快速减小，随温度增大而快速增加
        • 非本征半导体
          • n型
          • p型
    • 离子电导
      • 具有离子电导的固体物质称为固体电解质 参考材科基学的
      • 杂质电导
      • 本征电导
    • 玻璃态电导
      • 在含有碱金属离子的玻璃中，基本上表现为离子电导 
      • 双碱效应
        • 含两种碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃电导率要小
      • 压碱效应
        • 是指含碱玻璃中加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低
    • 金属电导
      • 马西森定则
        • ρ = ρ (T )+ρ '
    • 高分子电导
      • 电子引起的
    • 超导
      • 超导体的三个性能指标
        • 超导转变温度TC
          • 迈斯纳效应：使内部磁场为零
        • 临界磁场BC
        • 临界电流密度JC
  • 材料介电性能
    • 介质极化
      • 极化类型
        • 电子位移极化
          • 
        • 离子位移极化
          • 
        • 固有电偶极子转向极化
          • 
      • 极化形式
        • 
        • 位移式极化
          • 一种弹性的、瞬时完成的极化，不消耗能量
        • 松弛式极化
          • 极化与热运动有关，完成这种极化需要一定的时间，而且是非弹性的，因而要消耗一定的能量
    • 介质损耗
      • 漏导损耗
        • 束缚较弱的带电质点（载流子）在外电场作用下运动，产生一定的电导，造成能量损失
      • 极化损耗
      • 共振吸收损耗
        • 若外电场的频率等于晶格振动光频波的频率，则发生共振吸收
    • 介电强度
      • 当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态，这种现象称介电强度的破坏，或叫介质的击穿
      • 电击穿
      • 热击穿
      • 局部放电击穿
  • 材料铁电性能
    • 基本概念
      • 压电效应
        • 机械作用使某些电介质晶体变形而发生极化，并导致介质两端表面出现符号相反的束缚电荷
      • 热释电效应
        • 温度的变化也可使某些晶体产生极化，在其表面上产生数量相等符号相反的电荷
      • 铁电效应
        • 在一定温度范围内具有自发极化性质，并且自发极化方向可随外电场作可逆转动
        • 铁电体
          • 在一定温度范围内具有自发极化性质，并且自发极化方向可随外电场作可逆转动的晶体
          • 有序-无序铁电体
          • 位移型铁电体
    • 铁电材料特征
      • 自发极化
        • 必要条件是：晶体结构不具有对称中心
      • 铁电畴
      • 居里点
      • 介电常数
        • 介电常数不是一个常数，随外电场的增大而增大
• 磁学性能
  • 概论
    • 基本量
      • 磁偶极子
      • 磁矩
      • 磁场强度H
      • 磁化强度M
      • 磁感应强度B
      • 磁导率μ
      • 磁化率χ
    • 磁性的本质
      • 物质的磁性本源是电荷的运动
      • 原子的磁性
        • 电子轨道磁矩
        • 电子自旋磁矩
          • 在晶体中，电子的轨道磁矩受晶格场的作用，其方向是变化的，不能形成一个联合磁矩，对外没有磁性作用。因此，物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起
        • 原子核磁矩
          • 很小，可忽略不计
      • 五种磁性
        • 抗磁性
          • 磁化率χ或磁化强度M为负 
        • 顺磁性
          • 
        • 铁磁性
          • 存在居里温度
        • 反铁磁性
          • 
          • 存在奈尔温度
        • 亚铁磁性
          • 
  • 铁磁性
    • 铁磁性理论
      • 自发磁化理论
        • 在分子场假说的基础上，发展了自发磁化理论，解释了铁磁性的本质
        • 铁磁性产生原因
          • 原子内部要有未填满的电子壳层
          • Rab/r之比大于3，使交换积分J为正
      • 技术磁化理论
        • 在磁畴假说的基础上发展了技术磁化理论，解释了铁磁体在磁场中的行为
        • 技术磁化过程
        • 技术磁化的结果
          • 磁化曲线
          • 磁滞回线
    • 铁磁性特征
      • 磁晶各向异性
        • 磁晶各向异性能
      • 形状各向异性
        • 退磁能
      • 磁致伸缩
        • 磁弹性能
    • 影响因素
      • 自发磁化有关的参量都是组织结构不敏感的
      • 技术磁化有关的参量都是组织结构敏感的
  • 铁氧体(亚铁磁性)
    • 类型
      • 尖晶石型
        • 磁性来源
          • 超交换作用
      • 石榴石型
      • 磁铅石型
      • 钙钛矿型
      • 钛铁矿型
      • 钨青铜型
  • 磁性材料
    • 软磁材料
      • 有较高的磁导率（μ0、μm），较小的矫顽力（HC）和较低的磁滞损耗（ΔW）
    • 硬磁材料
      • 
    • 磁致伸缩材料
    • 磁记录材料
• 光学性能
  • 基本概念
    • 电磁辐射
      • 波动
      • 粒子
    • 光和固体的相互作用
      • τ +χ+ R =1 ；τ为透射率；χ为吸收率 ；R为反射率
    • 光和原子、电子的相互作用
      • 电子极化
        • 光的折射
      • 电子跃迁
        • 光致发光
  • 折射
    • 折射率n
      • 
      • 影响因素
        • 原子或离子大小
        • 结构宽敞度
        • 材料组成
        • 材料晶体结构
          • 各向异性晶体
            • 双折射
              • 原因：相邻原子的偶极子电场E’加强或减弱了E
          • 各向同性晶体
  • 色散
    • 正常色散
      • n随波长减小而增大
    • 异常色散
      • n随波长变短而减小
  • 反射
    • 反射率R
      • 固体材料的折射率nr愈高，反射率R也愈高
  • 散射
    • 第二相粒子大小
      • 原子尺寸
        • 瑞利散射
          • 散射光只有相位的变化而无频率或能量的变化，散射光强度与光波波长的四次方成反比
      • 接近或大于光波波长
        • 廷德尔(丁达尔)散射
  • 吸收
    • −dI = βIdx
    • 禁带宽度1.8~3.1ev
      • 可以类比X射线中吸收限滤波片的应用：滤波片对波长短即频率大的光有吸收
  • 光学现象
    • 固体发光
      • 热光
      • 冷光
    • 光电效应
      • 外光电效应
        • Einstein方程
          • 光子计数器
          • X光电子能谱(XPS)
          • 紫外光电子能谱(UPS)
      • 内光电效应
        • 物体被光照射并不向外发射电子，但发生电导率的变化或产生电动势的现象
        • 光电导效应
        • 光生伏特效应
    • 光致变色
      • T(Thermal)型
      • P(Photoactive)型
    • 光致弹性
    • 声光效应
  • 激光
    • 单色性
    • 方向性
    • 相干性
    • 高亮度
• 热学性能
  • 参见《材料科学基础》(杜丕一）第六章