材料物理性能资料

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材料物理性能复习资料整理

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。

材料物理性能

材料物理性能一、折射1. 概念当光线依次通过不同的介质时，光的行进方向会发生改变，称为“折射”。

折射现象的实质：介质的密度不同，光通过时，传播速度也不同。

2. 折射率介质对光的折射性质用材料的“折射率”n 表示（1）绝对折射率光从真空进入介质材料时，速度降低。

光在真空和材料中的速度之比即为材料的绝对折射率。

介质的折射率永远为大于1的正数。

空气：n=1.003固体氧化物： n= 1.3~2.7硅酸盐玻璃： n= 1.5~1.9（2）相对折射率光从材料1通过界面传入材料2时，与界面法向所形成的入射角φ1 、折射角φ2与两种材料的折射率n1和n2之间的关系为：折射定律： n1sin φ1= n2sin φ2 材料2相对于材料1的相对折射率为：分别表示光在材料1和材料2种的传播速度。

2. 影响因素（1）构成材料元素的离子半径根据Maxwell 电磁理论，光在介质中的传播速度为：c ：真空中的光速；ε：介质的介电常数；μ：介质的导磁率。

对于无机材料：介质的折射率随其介电常数的增大而增大。

介电常数ε 折射率与介质的极化现象有关。

外加电场作用下，介质中的正电荷沿着电场方向移动，负电荷沿着反电场方向移动，这样正负电荷的中心发生相对位移，这种现象就是介质的极化。

外加电场越强，正负电荷中心的距离越大。

介质的离子半径增大时，其ε增大，因而n 也随之增大。

大离子得到高折射率材料：PbS n=3.912小离子得到低折射率材料： SiCl4 n=1.412（2）材料的结构、晶型和非晶态（离子的排列）晶体中沿密堆积方向上具有最高的折射率。

光学均质介质：非晶态（无定型体）、等轴系晶体（各向同性）光学非均质介质：等轴系晶体外的其它晶体材料光通过时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，构成两条折射线，这种现象称为双折射。

是非均质晶体的特性，是材料各向异性的表现。

例：玻璃的折射率n=1.5光的反射损失：透过部分为??透射光从另一界面射入空气，透过两个界面，透过部分为：?连续透过x 块平板玻璃，透过部分为：(1-m)2x透过部分为：1-m=1-0.04=0. 9透射光从另一界面射入空气，透过两个界面，透过部分为： (1-m)2=0.962=0.921连续透过x 块平板玻璃，透过部分为：(1-m)2x 材料νc n =21211221sin sin v v n n n ===ϕϕεμc v =εμ=n,1≠=εμ四、介质对光的吸收1. 光吸收的一般规律光作为一种能量流，在穿过介质时，其能量的衰减现象，称为光的吸收。

材料物理性能

材料物理性能材料的物理性能是指材料在受力、受热、受光、受电、受磁等外界作用下所表现出的性质和特点。

它是材料的内在本质，直接影响着材料的使用性能和应用范围。

材料的物理性能包括了热学性能、光学性能、电学性能、磁学性能等多个方面。

首先，热学性能是材料的一个重要物理性能指标。

热学性能包括导热性、热膨胀性和热稳定性等。

导热性是指材料传导热量的能力，通常用热导率来表示。

热膨胀性是指材料在温度变化下的体积变化情况，通常用线膨胀系数来表示。

热稳定性是指材料在高温环境下的性能表现，包括了热变形温度、热老化等指标。

这些性能对于材料在高温环境下的应用具有重要意义。

其次，光学性能是材料的另一个重要物理性能。

光学性能包括透光性、反射率、折射率等指标。

透光性是指材料对光的透过程度，通常用透光率来表示。

反射率是指材料对光的反射程度，通常用反射率来表示。

折射率是指材料对光的折射程度，通常用折射率来表示。

这些性能对于材料在光学器件、光学仪器等领域的应用具有重要意义。

此外，电学性能是材料的另一个重要物理性能。

电学性能包括导电性、介电常数、电阻率等指标。

导电性是指材料导电的能力，通常用电导率来表示。

介电常数是指材料在电场中的极化能力，通常用介电常数来表示。

电阻率是指材料对电流的阻碍程度，通常用电阻率来表示。

这些性能对于材料在电子器件、电气设备等领域的应用具有重要意义。

最后，磁学性能是材料的另一个重要物理性能。

磁学性能包括磁导率、磁饱和磁化强度、矫顽力等指标。

磁导率是指材料对磁场的导磁能力，通常用磁导率来表示。

磁饱和磁化强度是指材料在外磁场作用下的最大磁化强度，通常用磁饱和磁化强度来表示。

矫顽力是指材料在外磁场作用下的抗磁化能力，通常用矫顽力来表示。

这些性能对于材料在磁性材料、电机、传感器等领域的应用具有重要意义。

综上所述，材料的物理性能是材料的重要特性，直接影响着材料的使用性能和应用范围。

不同类型的材料具有不同的物理性能，因此在材料选择和应用过程中，需要充分考虑材料的物理性能指标，以确保材料能够满足特定的使用要求。

材料物理性能部分资料

1.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。

P22.波粒二象性是一切物质（包括电磁场）所具有的普遍属性。

P33.描述电子运动的概率波的波动方程是薛定谔方程。

P44.不允许的能量区间称为禁带。

P155.原子基态价电子能级分裂而成的能带称为价带。

相应于价带以上的能带（即第一激发态）称为导带。

P186.在晶格中存在角频率为ω的平面波，称此波为格波。

格波的特点是晶体中原子的振动，且相邻原子之间存在固定的位相。

P207.把频率和波矢的关系叫色散关系。

P208.声子就是晶格振动中的独立简谐振子的能量量子。

（声子的概念）P259.由复杂的力化学反应引起的高聚物的特殊流动称为化学流动．．．．是流动的主要机．．．．。

分段位移理。

P3910.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。

P4211.在20世纪已发现了两个有关晶体热容的经验定律。

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)；另一个是化合物的热容定律——奈曼–柯普定律：化合物热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。

P4312.热容是和温度无关的常数，这就是杜隆–珀替定律。

由于双原子的固态化合物，1mol中的原子数为2N，故摩尔热容为=2×25J/(K∙mol)，三原子固态化合物的摩尔热容C v=3×25J/(K∙mol)，依此类推。

P4313.物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为膨胀．．。

P4814.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的传向冷端，这个现象就称为热传导．．．。

P5215.气体的传热是依靠分子的碰撞来实现的，在固体中组成晶体的质点处在一定的位置上，相互之间有一定的距离，质点只能在平衡位置附近作微小的振动。

P52 （气体的热传导公式：λ=cvl/3）固体中的导热主要是由晶格振动的格波和自由电子的运动来实现的。

材料物理性能

材料物理性能第一章、材料的热学性能一、基本概念1.热容：物体温度升高1K 所需要增加的能量。

（热容是分子热运动的能量随温度变化的一个物理量）T Qc ∆∆= 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升高1K 所需要的热量。

[与物质的本性有关，用c 表示，单位J/(kg ·K)]T Q m c ∂∂=1 3.摩尔热容：1mol 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。

用Cm 表示。

4.定容热容：加热过程中，体积不变，则所供给的热量只需满足升高1K 时物体内能的增加，不必再以做功的形式传输，该条件下的热容：5.定压热容：假定在加热过程中保持压力不变，而体积则自由向外膨胀，这时升高1K 时供给物体的能量，除满足内能的增加，还必须补充对外做功的损耗。

6.热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。

7.线膨胀系数αl ：温度升高1K 时，物体的相对伸长。

t l l l ∆=∆α08.体膨胀系数αv ：温度升高1K 时，物体体积相对增长值。

t V V tt V ∂∂=1α9.热导率（导热系数）λ：在单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。

（标志材料热传导能力，适用于稳态各点温度不随时间变化。

)q=-λ△T/△X 。

10.热扩散率（导温系数）α：单位面积上，温度随时间的变化率。

α=λ/ρc 。

α表示温度变化的速率（材料内部温度趋于一致的能力。

α越大的材料各处的温度差越小。

适用于非稳态不稳定的热传导过程。

本质仍是材料传热能力。

）。

二、基本理论1.德拜理论及热容和温度变化关系。

答：⑴爱因斯坦没有考虑低频振动对热容的贡献。

⑵模型假设：①固体中的原子振动频率不同；处于不同频率的振子数有确定的分布函数；②固体可看做连续介质，能传播弹性振动波；③固体中传播的弹性波分为纵波和横波两类；④假定弹性波的振动能级量子化，振动能量只能是最小能量单位h ν的整数倍。

⑶结论：①当T 》θD 时，Cv,m=3R ；在高温区，德拜理论的结果与杜隆-珀蒂定律相符。

材料物理性能

材料物理性能1. 引言材料物理性能是指材料在物理方面的性能特征与表现，包括其力学性能、热学性能、电学性能等。

了解材料的物理性能能够帮助我们选择合适的材料，预测材料的行为以及进行工程设计和优化。

2. 力学性能2.1 弹性模量弹性模量是材料在受力作用下产生弹性变形的能力，一般表示为杨氏模量（Young’s modulus）、剪切模量（Shear modulus）和泊松比（Poisson ratio）。

- 杨氏模量描述了材料在受拉或受压时的弹性性能，可以算作是应力与应变之间的比例系数。

- 剪切模量衡量了材料在受剪切力作用下的变形能力。

- 泊松比描述了材料在受力作用下，在两个垂直于受力方向的平面上的变形比例。

2.2 强度强度是指材料在承受外力作用下能够抵抗变形和破坏的能力。

强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。

不同类型的力学性能指标适用于不同的应用场景。

2.3 脆性和韧性脆性是指材料在受力作用下容易发生断裂的性质，表现为材料的断裂韧度较低；韧性是指材料在受力作用下能够发生塑性变形而不断裂的性质，表现为材料的断裂韧度较高。

脆性和韧性是相对的，不同材料的脆性和韧性特点不同。

3. 热学性能3.1 热膨胀系数热膨胀系数描述了材料在温度变化下的对长度、体积或密度的变化率。

材料的热膨胀系数可以影响它在温度变化下的热膨胀或收缩行为。

3.2 热导率热导率是指材料传导热量的能力，表示的是单位时间内单位温度差下，通过单位横截面积所传导的热量。

热导率可以用于描述材料的导热性能。

3.3 热容量热容量是指材料在受热时吸收热量的能力，以及在冷却时释放热量的能力。

热容量可以用于描述材料在温度变化下的热稳定性和热响应行为。

4. 电学性能4.1 电导率电导率是指材料导电的能力，表示单位长度内单位面积上的电流。

电导率可以用于描述材料的导电性能。

4.2 介电常数介电常数是指材料对电场的响应能力，表示单位电场下单位体积内储存能量的能力。

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§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。

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光学波：频率高的格波，伴随的能量也大，其频率范围处在光频范围(红外区)，故称为光频支或光学波。

（红外光激发）声学波：另一支格波频率较低，伴随的能量小，与普通弹性波类似，是以声波形式出现的驻波，称为声频支或声学波。

（超声波激发）声子就是晶格振动中的独立简谐振子的能量量子化，晶格振动的能量量子hωi称为声子热容定律:杜隆一珀替经验定律（元素热容定律）：恒压下元素的原子摩尔定压热容为25J/(K.mol)奈曼.柯普定律（化合物的热容定律）：化合物分子热容等于构成该化合物各元素原子热容之和。

热传导机制：①金属：以自由电子导热为主，合金是以自由电子和声子导热为主②绝缘体：声子导热③无机：光子的色散，1500℃以上是光子传导多晶与单晶的热导率：多晶的热导率总是比单晶小（平均自由程小：晶粒尺寸小，晶界多，缺陷多，晶界处杂志多，声子更容易受到散射）无机材料的热稳定性：从无机材料受热损坏的形式可分为两种：①抗热冲击断裂性：发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能。

②抗热冲击损伤性：在热冲击循环作用下，材料表面开裂，剥落，并不断发展，最终碎裂或变质，抵抗这类破坏的性能。

提高抗热冲击断裂性能措施：①提高材料强度σ，减小弹性模量Ε，使σ/Ε提高；②提高材料的热导率λ，使R’提高③减小材料的热膨胀系数α④减小表面热传递系数h⑤减小产品的有效厚度r全反射：光线有光密介质进入到光疏介质中，折射角r’恒大于入射角i，可实现在i小于90度的前提下使r大于等于90度这时光线完全不能透出，称为全反射。

光导纤维散射：材料中如果有光学性能不均匀的结构，例如含有透明小粒子、光性能不同的晶界相、气孔或其他夹杂物，都会引起一部分光束偏离原来的传播方向而向四面八方散开来。

散射原因：主要是光波遇到不均匀结构产生的次级波，与主波方向不一致，与主波合成出现干涉现象，使光偏离原来的方向，从而引起散射I=I0 e-(a+s)x色散：材料的折射率随入射光的频率减小（或波长的增加）而减小，称为材料的色散，色散=dn/dλ影响材料透光性因素：吸收系数、反射系数、散射系数。

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材料物理性能材料物理性能第一章材料热学性能一(热容的定义，热容的来源以及热容随温度的变化规律热容:是问题温度每升高1K，物质所需要增加的能量被称为热容。

热容的来源:温度升高导致原子热振动加剧，点阵离子振动以及体积膨胀需要向外做功，同时自由电子对热容也有贡献，但只在温度极端的情况下才发生。

热容随温度的变化规律:热容反映了材料从周围环境吸收能量的能力，不同温度时，热容不同。

定容热容与定压热容有相似规律。

当温度较高时，定压热容变化趋势平缓当温度较低时，定压热容与T3成正比;当温度趋于0K时，定压热容与T成正比;当温度等于0K是，定压热容也等于0K。

二(热容的德拜模型以及其局限性答:晶格点阵结构对热容的作用主要表现在弹性波的振动上，即波长较长的声频支的振动在低温下起主导作用，由于声频支的波长大于晶格常数，故可以将晶格看成是连续的介质，声频支也可以看成是连续的具有0-Wmax的谱带的振动。

由此，可导出定压热容的公式:Cv,m=12/5π4R(T/θD)3由此公式可得:1)当温度大于德拜温度时，即处于高温区，定压热容=3R，与实验结果相符合;2)当温度小于德拜温度时，定压热容与T3成正比，比爱因斯坦模型更接近于实验结果;3)当温差极低时(趋近于0K时)，定压热容趋近于0，大体与实验结果相符。

德拜模型的局限性:因为德拜模型把晶格点阵考虑成连续的介质，故对于原子振动频率较高的部分并不适用，故德拜模型对于一些化合物的计算与实验结果不相符;2)对于金属类晶体，忽略了自由电子的贡献，所以在极端温度条件下与实验结果不符;3)解释不了超导现象。

三(热膨胀的定义及其物理机制热膨胀:热膨胀是指随着温度的升高，材料发生体积或者长度增大的现象。

热膨胀的物理机制:随着温度的升高，晶体中的的原子振动加剧，相邻原子之间的平衡间距也随温度的变化而变化，因此温度升高产生热膨胀的现象。

四(热膨胀与其他物理量之间的关系。

热膨胀是原子间结合力的体现，原子间的结合力越大，热膨胀系数越小。

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一、名词解释1.顺磁体：原子内部存在永久磁矩，无外磁场，材料无规则的热运动使得材料没有磁性，当外磁场作用，每个原子的磁矩比较规则取向，物质显示弱磁场，这样的磁体称顺磁体。

2.铁磁体：在较弱的磁场内，铁磁体也能够获得强的磁化强度，而且在外磁场移去，材料保留强的磁性。

原因是强的内部交换作用，材料内部有强的内部交换场，原子的磁矩平行取向，在物质内部形成磁畴，这样的磁体称铁磁体。

3.金属热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。

4.内耗：对固体材料内在的能量损耗称为内耗。

5.磁致伸缩效应：铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化的现象。

6.磁畴：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。

7.软磁材料：软铁被磁化后，磁性容易消失，称为软磁材料。

8.亚铁磁体：磁体中存在大小不等反平行的自旋磁矩，磁矩大小部分抵消，因而磁体仍然可以自发磁化，类似于铁磁体。

这种磁体称为亚铁磁体。

9.磁畴结构：磁畴的形状、尺寸、磁壁的类型与厚度的总称。

10.磁滞回线：当磁化磁场作周期的变化时，表示铁磁体中的磁感应强度与磁场强度关系的一条闭合曲线。

二、问答题1.对于一根具体的导线而言，影响它的导电因素有哪些？答：对于一根具体的导线而言，导电过程分两部分，包括最外电子脱离正离子实和之后的在晶格中运行，所以，影响导电性包括这两部分的影响因素。

(1) 从导电定律关系式中可以看出一个电子的电荷是固定的数值，n有效决定于金属的晶体结构及能带结构，而电子自由运行时间或电子平均自由程则决定于在外电场作用下，电子运动过程中所受到的散射。

(2) 电子在金属中所受到的散射可用散射系数μ来表述。

μ的来源有两方面，一是温度引起离子振动造成的μT，二是各种缺陷及杂质引起晶格畸变造成的μn。

μ=μT+μn相应地电阻为：ρ=ρT+ρn(3) 由温度造成的晶格动畸变和由缺陷造成的晶格静畸变，两者都会引起金属电阻率增大。

2.什么是西贝克（Seeback）效应？它是哪种材料的基础？答：西贝克效应是由于温差产生的热电现象，即温差电动势效应——广义地，在半导体材料中，温度和电动势可以互相产生。

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1经典热容理论推导：经典热容理论认为固体中的每一个原子独立在三个垂直方向上振动，每个自由度的振动用谐振子表示，每个振子的自由度平均动能和平均位能相等，都为1/2 KT，则每个原子的平均动能和位能之和为3KT/mol，1mol固体中有2Na个原子，其总量为6NaKT，因此固体物质的摩尔热容为Cvm=6Nak=6R=50J/（mol/k）2试从金属和陶瓷材料的结构差别解释它们在热容，热膨胀及导热性能方面的差异：热容：常温下，陶瓷共价键比金属键强，热容大，高温和极低温度下由于自由电子作用，金属在低温不趋于零，在高温继续上升。

热膨胀：陶瓷材料结合键为共价键或离子键，比金属有较高的键强度，热膨胀系数一般比金属材料小。

导热率：金属材料有大量的自由电子且电子质量很轻，故热量传递迅速，有大的热导率，陶瓷材料晶格中自由电子较少，因此导热主要是依靠晶格振动的格波实现，故导热率低。

3铁磁性和顺磁性不同相同：①组成铁磁性材料的原子或者离子有未满层壳的电子，有固有原子磁矩。

不同：顺磁性原子受热扰动影响，原子磁矩方向，混乱分布，在任何方向都没有净磁磁矩，对外不显磁性。

而将材料放入磁场中时，原子磁矩都有沿外磁场方向排列的趋势，感应出和外磁场方向一致的磁化强度M。

②铁磁性相邻离子或原子的未满壳层的原子之间有强烈的交换耦合作用，在低于居里温度且无外磁场作用下，这种作用会使相邻原子或离子的磁矩在一定区域内趋于平行排列，处于自行磁化状态，称为自发磁化，产生自发磁化，强度Ms，使铁磁材料的磁化率很大。

4为什么说材料物理性能的物理本质都与晶格热振动有关？固体材料由晶体或非晶体组成，点阵中的质点（原子，离子）并不是静止不动的，而总是围绕其平衡位置做微小振动的，称为晶格热振动，质点热振动的剧烈程度与温度有关，温度升高振动加剧，甚至产生扩散（非均质材料），温度升高到一定程度，振动周期破坏导致材料熔化，固体材料表现出固定熔点。

5金属绝缘体不能作为发光材料的原因①金属对光会反射吸收，没有能隙。

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晶格热振动：晶体中的质点总是围绕着平衡位置作微小振动。

格波:晶格振动以波的形式在材料内传播。

热容：在没有相变或化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量(Q)，单位为J／k。

声频支振动:格波中频率甚低的振动波，质点彼此之间的位相差不大时，格波类似于弹性体中的应变波.光频支振动:格波中频率甚高的振动波，质点间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反时，频率往往在红外光区为什么温度升高材料会吸收热量？这是因为温度升高时，晶格振动加剧，材料的内能增加；另外，吸收的热量与过程有关，若温度升高时体积发生膨胀，物体还要对外作功。

热容是材料的焓随温度变化而变化的一个物理量，这就是热容的本质。

组织转变对热容的影响:①一级相变：相变在某一温度点完成，除体积突变外，还同时吸收和放出潜热的相变。

如金属三态转变、同素异构转变、合金的共晶和包晶转变等。

特点：如图1-6(a)所示，加热到Tc时，热焓H发生突变，热容为无限大。

②二级相变：是在一定温度区间内逐步完成。

如磁性转变、bbc点阵有有序—无序转变、合金的超导转变等。

特点：如图1-6(b)所示，热焓无突变，仅在相变点附近的狭窄区域内加剧，同时热容也发生剧烈变化，但为有限值。

相变的潜热对应于图中的阴影部分面积。

热容的测量:1.量热计法2.撒克斯法3.热分析法热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象。

线膨胀系数：温度升高1K时，物体的相对伸长。

线性振动：是指质点间的作用力与距离成正比。

热膨胀和结合能、熔点的关系:固体材料的热膨胀与晶体点阵中质点的位能性质有关，而质点的位能性质是由质点间的结合力特性所决定的。

所以，质点间结合力强，热膨胀系数小.熔点也取决于质点间的结合力。

所以熔点高的材料膨胀系数小。

热膨胀系数的测定：要测准材料的平均线膨胀系数，关键在于能否精确地给出试样温度变化值△T并同时精确反映出此时试样长度的变化值△L。

通常把能给出试样长度随温度变化的装置称为膨胀仪。

材料物理性能

第一章热学性能1、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2、金属高聚物的热容本质及比较大小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。

大多数高聚物的比热容在玻璃化温度以下比较小，温度升高至玻璃化转变点时，分子运动单位发生变化，热运动加剧，热容出现阶梯式变化。

高分子材料的比热容由化学结构决定，温度升高，使链段振动加剧，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。

一般而言，高聚物的比热容比金属和无机材料大。

3、热膨胀的物理本质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。

材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。

材料温度一定时，原子振动但平衡位置保持不变，材料不随温度升高而发生膨胀；而温度升高，振动中心右移，原子间距增大，材料产生热膨胀。

4、化学键对热膨胀的影响材料的膨胀系数与化学键强度密切相关。

对分子晶体而言，膨胀系数大；而由共价键相连接的材料，膨胀系数小的多。

对于高聚物来说，长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的，近邻分子间的相互作用是弱的范德华力，因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。

5、从化学键角度比较高聚物的膨胀系数对于高聚物来说，长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的，近邻分子间的相互作用是弱的范德华力，因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。

6、热膨胀与熔点、热容的关系（1）热膨胀与熔点的关系当固体晶体温度升高至熔点时，原子热运动将突破原子间结合力，使原有的固态晶体结构被破坏，物体从固态变成液态，所以，固态晶体的膨胀有极限值。

因此，固态晶体的熔点越高，其膨胀系数就越低。

（2）热膨胀与热容的关系热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀，而晶格振动的激化就是热运动能量的增大，每升高单位温度时能量的增量也就是热容的定义。

材料物理性能

材料物理性能1.热容⽆相变⽆化学反应条件下。

材料升⾼1K所需要的热量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升⾼1K所需要的热量3.定热容在⽆相变⽆化学反应的条件下保持加热过程中体积不变材料升⾼1K所需要的热量4.定压热容在⽆相变⽆化学反应条件下在加热过程中保持压⼒不变材料升⾼1K所需要的热量5.膨胀系数平均线膨胀是材料在⼀个温度范围内温度平均每升⾼1个单位长度的相对量6.导热系数标志材料热传导能⼒表⽰在单位温度梯度下单位时间内通过单位截⾯积的导热量7.导温系数在不稳定导热过程中表⽰材料温度变化的速率8.德拜三次⽅定律在温度远远⼩于材料的德拜温度下材料的定容摩尔热容与温度三次⽅呈正⽐例关系9.膨胀的物理本质材料温度升⾼材料内部原⼦振动能量增⼤振动幅度增⼤原⼦的平均间距增⼤宏观上表现为热膨胀10.热容的物理本质反映了分⼦热运动的能量随温度变化的程度由晶格热容与电⼦热容组成11.固体导热的微观机制.三种机制：电⼦导热声⼦导热光⼦导热电⼦声⼦的散射会使热阻上升光⼦导热在⾼温情况下才会考虑12.各热物理性能的影响因素热容：温度当T→0 Cvm→0 当T＜＜θ0 Cvm∝T3当T＞＞θ0 Cvm→3R组分：⾦属材料Cvm=AT3+BT ⽆机⾮⾦属材料与德拜模型符合较好的⾼分⼦材料与模型符合的不好相变组织变化⼀级相变ΔH≠0ΔV≠0 Cp→∞⼆级相变ΔH⽆突变Cp有突变组织变化由亚稳态向稳态变化中若有热量放出Cv会下降13.膨胀系数：1温度与Cv－T关系相近2成分及组织：越使原⼦间作⽤⼒越强的成分和组织其α越⼩有α奥⽒体＞α铁素体＞α马⽒体 3 相变⼀级相变dV≠0 α发⽣不连续变化⼆级相变dV=0 α变化14.热导率1原⼦结构与晶体结构对导热机制⼜决定性作⽤：电⼦导热的能⼒⽐声⼦导热的能⼒好并且导电率好的材料导热率好。

对于声⼦导热原⼦间作⽤⼒越强导热率越⾼结构越复杂声⼦散射作⽤加强导热率下降2组分与组织通过影响结构的完整性来影响导热率杂质缺陷温度升⾼都会是散射作⽤加强热导率下降λ单晶＞λ多晶λ晶体＞λ⾮晶15.物理性能与内部结构的关系1热容：材料原⼦间结合⼒越⼤θp越⾼2 热膨胀系数原⼦间结合⼒越⼤α越⼩3热导率材料间结合⼒越强声⼦导热能⼒越强材料内部的杂质缺陷越多对电⼦声⼦散射作⽤越强导热率越低16.德拜热容理论取得了什么成功相较爱因斯坦原⼦是⼀个个独⽴振⼦的观点德拜提出原⼦之间存在相互作⽤并且与爱因斯坦原⼦以相同频率振动的理论相反，认为原⼦以⼀系列近似连续的振动频率振动且存在最⼤频率并且将晶体近似为连续介质，较好地解决了材料在低温区热容分布的问题17.试⽤双原⼦模型说明固体热膨胀的物理本质原⼦间存在着斥⼒与引⼒，⽽斥⼒随原⼦间距的变化⽐引⼒⼤。

材料物理性能

材料物理性能材料的物理性能是指材料在物理层面上所表现出来的各种性质和特性，包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等。

首先，力学性能是材料最基本的物理性能之一。

它包括抗拉强度、屈服强度、硬度、韧性、弹性模量等指标。

抗拉强度是材料在拉伸破坏时所能承受的最大拉力，屈服强度是材料在拉伸过程中开始产生塑性变形的拉力。

硬度是材料抵抗划痕或压痕的能力，描述了材料的抗刮擦性能。

韧性是材料在受外力作用下发生塑性变形而不破裂的能力，反映了材料的延展性。

弹性模量是材料在受力后产生弹性变形的能力，反映了材料的变形程度与受力大小的关系。

其次，热学性能是材料在热力学层面上的表现，包括热导率、热膨胀系数、比热容等。

热导率是材料导热性能的指标，反映了材料传导热量的能力。

热膨胀系数是材料在受热后的膨胀程度与温度变化之间的关系，描述了材料在温度变化时的尺寸变化。

比热容则是材料所需吸收或释放的热量与温度变化之间的关系，反映了材料的热量储存能力。

此外，电学性能是材料在电学层面上的表现，包括电导率、介电常数、磁导率等。

电导率是材料导电性能的指标，反映了材料导电的能力。

介电常数是材料对电场的响应能力，描述了材料在电场中的电极化程度。

磁导率则是材料对磁场的响应能力，反映了材料对磁场的传导性能。

最后，磁学性能是材料在磁化和磁导方面的表现，包括磁化强度、剩余磁感应强度、矫顽力等。

磁化强度是材料在外加磁场下磁化的能力，剩余磁感应强度是材料在去除外加磁场后保留的磁感应强度。

矫顽力是材料从磁化过程中恢复原始状态所需的去磁场强度，反映了材料抵抗磁通方向变化的能力。

总之，材料的物理性能涵盖了力学、热学、电学及磁学等多个方面，对于不同的应用需求，选择合适的材料具备合适的物理性能是十分重要的。

材料物理性能复习资料

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。

材料物理性能资料

)（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ζ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ζ= （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。

常用材料的物理性能超详细好经典

材料的物理性能材料的物理性能：密度、相对密度、弹性、塑性、韧性、刚性、脆性、缺口敏感性、各向同性、各向异性、吸水率和模塑收缩率等。

•弹性：是材料在变形后部分或全部恢复到初始尺寸和形状的能力。

•塑性：是材料受力变形后保持变形的形状和尺寸的能力。

•韧性：是聚合物材料通过弹性变形或塑性变形吸收机械能而不发生破坏的能力。

•延展性：材料受到拉伸或压延而未受到破坏的延伸性称为延展性。

•脆性：是聚合物材料在吸收机械能时易发生断裂的性质。

•缺口敏感性：材料从已存在的缺口、裂纹或锐角部位发生开裂，裂纹很快贯穿整个材料的性质称为缺口敏感性。

•各向同性：各向同性的材料为在任何方向上物理性能相同的热塑性或热固性材料。

•各向异性：各向异性材料的性质与测试方向有关，增强塑料在纤维增强材料的排列方向上有较高的性能。

•吸水性：吸水性是材料吸水后质量增加的百分比表示。

模塑收缩性：模塑收缩性是指零件从模具中取出冷却至室温后，其尺寸相对于模具尺寸发生的收缩。

冲击性能：是材料承受高速冲击载荷而不被破坏的一种能力，反应了材料的韧性。

塑料材料在经受高冲击力而不被破坏，必须满足两个条件：①能迅速通过形变来分散和冲击能量；②材料内部产生的内应力不超过材料的断裂强度。

疲劳性能：塑料制品受到周期性反复作用的应力，包括拉伸、弯曲、压缩或扭曲等不同类型的应力，而发生交替变形的现象，称为疲劳。

抗撕裂性：抗撕裂性是薄膜、片材、带材一类薄型瓣重要力学性能。

蠕变性：指材料在恒定的外力（在弹性极限内，包括拉伸、压缩、弯曲等）作用下，变形随时间慢慢增加的现象。

应力松弛：指塑料制品维持恒定应变所需要的应力随时间延长而慢慢松弛的现象。

塑胶材料●塑胶材料可分为两大类：热塑性塑料、热固性塑料。

●热塑性塑料从构象（形态不同）可分为三种类型：无定型聚合物(PS、PC、PMMA)、半结晶聚合物(PE、PP、PA)、液晶聚合物(LCP)。

●热塑性塑料受热后会软化，并发生流动，冷却后凝固变硬，成为固态。