第四章材料的光学性能

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材料物理性能课后习题答案北航出版社田莳主编

材料物理习题集第一章固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni晶体（111）面（面间距d=2.04×10-10m）的布拉格衍射角。

（P5）2. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少k T？（P15）4. 已知Cu的密度为8.5×103kg/m3，计算其（P16）5. 计算Na在0K时自由电子的平均动能。

（Na的摩尔质量M=22.99，）（P16）6. 若自由电子矢量K满足以为晶格周期性边界条件和定态薛定谔方程。

试证明下式成立：e iKL=17.8. 试用布拉格反射定律说明晶体电子能谱中禁带产生的原因。

（P20）9. 试用晶体能带理论说明元素的导体、半导体、绝缘体的导电性质。

答：（画出典型的能带结构图，然后分别说明）10. 过渡族金属物理性质的特殊性与电子能带结构有何联系？（P28）答：过渡族金属的d带不满，且能级低而密，可容纳较多的电子，夺取较高的s带中的电子，降低费米能级。

补充习题1. 为什么镜子颠倒了左右而没有颠倒上下？2. 只考虑牛顿力学，试计算在不损害人体安全的情况下，加速到光速需要多少时间？3. 已知下列条件，试计算空间两个电子的电斥力和万有引力的比值4. 画出原子间引力、斥力、能量随原子间距变化的关系图。

5. 面心立方晶体，晶格常数a=0.5nm，求其原子体密度。

6. 简单立方的原子体密度是。

假定原子是钢球并与最近的相邻原子相切。

确定晶格常数和原子半径。

第二章材料的电性能1. 铂线300K时电阻率为1×10-7Ω·m，假设铂线成分为理想纯。

试求1000K时的电阻率。

（P38）2. 镍铬丝电阻率（300K）为1×10-6Ω·m，加热到4000K时电阻率增加5%，假定在此温度区间内马西森定则成立。

四川大学教案

（5）反铁磁性：
由于“交换”作用力负值，电子自旋反向平行排列，整个晶体M＝0。
任何温度下，都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象。
图4-91
表-4-29
学时2
4-4-2磁畴与磁滞回线
1．磁畴——物质内部存在的自发磁化的小区域。
磁畴结构形成的原因——为保持自发磁化的稳定性，必须使强磁体的能量达最低值，因而分裂成无数微小的磁畴；10-9cm。
原子的顺磁磁矩——正离子固有磁矩Pm在外磁场方向上的投影。
由于热运动的影响，原子磁矩倾向于混乱分布，任何方向上原子磁矩之和为0。
加上外磁场时，原子磁矩转向外磁场方向。
3单位体积内金属顺磁磁化率
居里定律：x＝M／H＝nμ0Pm2／3kT＝C／T
4顺磁性物质中抗磁性被掩盖了。
5顺磁性物质达到磁饱和是很困难的。
C．强磁性来源——很强的内部交换场。
磁畴
D．自发磁化是铁磁性物质的基本特征。
E．居里点温度Tc。
在居里点以上，材料表现为强顺磁性。
居里—外斯定律
（4）亚铁磁体：
类似铁磁体，x值没有铁磁体大。磁铁矿（Fe3O4）。
由于晶体内磁矩的反平行取向而导致的抵消作用不一定使磁性完全消失，保留了剩余磁矩，表现出一定的铁磁性。
各磁畴之间彼此取向不同，首尾相接，形成闭合磁路，对外不显磁性。
磁畴壁；相邻磁畴间的过度层。厚度，一般10-5cm。
2．磁滞回线——铁磁材料的一个基本特征。
3．磁导率
表示磁性材料传导和通过磁力线的能力。
软磁
硬磁
饱和磁化率的计算例题讲授
4-4-3金属材料的磁学性能
1．金属的抗磁性和顺磁性
金属和合金的磁性来源于原子磁性。
2、掌握磁化率与磁性材料的五种类型。

材料物理-14(1121)

(4.3)
2008 Fall 01z8109-Bi
MSE
影响反射系数的因素
若两种介质折射率相差很大，则 R 很大，即光的反射损失相当大。陶瓷、玻璃等材料的折射率很大，所以反射系数很大。若两种介质折射率接近甚至相等，则反射系数趋于零，即垂直入射时几乎没有反射损失。
n21 − 1 2 ) R=( n21 + 1
MSE
高纯非金属材料无色透明
当非金属材料纯度很高时，属本征激发，即电子从价带跃迁到导带中；非金属材料的禁带宽度 Eg= 3.1eV 光子吸收条件而可见光
hv > Eg
( hv ) max = 1.8eV < 3.1eV
高纯非金属不吸收可见光。
2008 Fall 01z8109-Bi
MSE
Hale Waihona Puke 有些非金属材料带色透明2008 Fall 01z8109-Bi
MSE
二. 材料反射系数及其影响因素
当入射光线从光介质 1 垂直或接近垂直于介质界面进入介质 2 时，反射系数简化为
n21 − 1 2 R=( ) n21 + 1 n2 n21 = n1
(4.12)
如果介质 1 是空气，即 n1 等于 1，则
n2 − 1 2 R=( ) n2 + 1
波长增加时色散率和折射率均减小。(正常色散) 科希(Cauchy)经验公式
色散
= dn 2B =− 3 λ dλ
n = A+
B
λ2
2008 Fall 01z8109-Bi
MSE
色散系数 (Abbe´数)
nD − 1 色散系数 (Abbe´数) vd = n − n F C

无机材料-光学性能讲解

真空中的电磁波
设一平面电磁波
y
u o
H
E
E H H
E
H
E
H

由麦克斯韦理论可得：
z
x 2E
E 2 2 x t
2
E 1 E 2 2 2 x u t
2 2
§1. 光的基本性质
1.1 电磁辐射
2 2 H H 同理： 2 2 x t
第四章
内容
光的基本性质
介质对光的反射与折射
介质对光的吸收
介质对光的散射与色散
材料的光发射
激光与激光材料
回顾与总结
光的现象光的微粒说光的波动说光的电磁说光的波粒二象性
?
光的直线传播光的传播速度光的反射光的折射
光的干涉
光的衍射
电磁波谱
真空中：u
1 / 0 0 2.9979 10 m / s c
8
在介质中：u
1 / 0 r 0 r c / r r c / n c
§1. 光的基本性质
1.1 电磁辐射
二电磁波的性质
(1) 电磁波是横波折射率 (refractive index)
1.2 电磁波谱
可见光七彩颜色的波长和频率范围
光色波长(nm) 红橙黄绿青 760~622 622~597 597~577 577~492 492~470
频率(Hz)
中心波长 (nm) 660 610 570 540 480
兰
紫
470~455
455~400
3.9 1014 ~ 4.8 1014 14 14 4.8 10 ~ 5.0 10 5.0 1014 ~ 5.4 1014 5.4 1014 ~ 6.1 1014 14 14 6.1 10 ~ 6.4 10 14 14 6.4 10 ~ 6.6 10 14 14 6.6 10 ~ 7.5 10

非线性光学材料的光学性能研究

非线性光学材料的光学性能研究第一章：引言非线性光学材料是指在光强度较弱时属于线性折射率的材料。

而在光强度较强时，该材料的光学性质会发生明显的非线性变化。

该种材料具有在激光器和光通信器中重要的应用价值，已被广泛研究和应用。

然而，非线性光学材料的光学性能一直是研究的重点，尤其是在可用性和稳定性方面，仍有许多待解决的问题。

本文将从非线性光学材料的定义和发展、非线性光学过程和机理、以及非线性光学材料的光学性能研究等方面进行探讨。

第二章：非线性光学材料的定义和发展非线性光学材料的定义是指在光强度很弱时所表现的光学性质与在光强度较强时的性质有很大差异的材料。

而在光强度较强时，非线性光学材料的光学性质会发生明显的非线性变化。

非线性光学材料的发展起源于20世纪60年代，当时人们开始对非线性光学效应进行探索。

通过研究，人们发现一些高分子、晶体以及半导体等物质具有明显的非线性光学特性，这种性质成为非线性光学材料。

由于非线性光学材料在激光器、光通信器及其它领域中的应用价值，得到了广泛的研究和应用。

目前，人们已经开发出了各种非线性光学材料，包括无机晶体、有机高分子、半导体材料等。

这些材料在光学通信、信息处理、探测与传感、医学等领域具有广泛应用。

其中，特别是锂离子二极管内增强Raman激光器（LD-EYRL）所使用的锂离子二次元晶体、全光纤激光器所使用的光纤、硅光子芯片所使用的铌酸锂晶体等非线性光学材料已经成为当前研究的热点。

第三章：非线性光学过程和机理非线性光学过程主要包括光学效应、非线性介质的非线性反应和非线性扰动传递三个过程。

光学效应包括光线传播过程中所发生的光学效应、如反射、透射、折射、吸收等。

非线性介质的非线性反应主要针对材料在高光强下的一些非线性特性。

通常而言，非线性光学材料在高光强下，其折射率不是一个恒定值，而是会随着光强度的增加而发生变化。

这种情况被称为自聚焦效应，即光束的中心会收缩到材料内部。

此外，非线性光学材料还会发生光学双折射、光学降噪等非线性光学效应。

光学材料分类和性质Optical Materials

光学材料分类和性质 Optical Materials
主要内容：
激光材料光纤材料发光材料红外材料液晶材料光存储材料
第四章光学材料－§4.1 激光材料
第一节激光材料
一、激光的特性和激光器的基本结构
激光的特性
①定向性或准直性好一般光线是发散开来的。
②波长单一，即单色性好一般光通常是由几种不同频率的光组成的。
二、固体激光器材料
固体激光器材料应具备的条件
①应具有合适的光谱特性 ②激发态吸收要小 ③具有良好的光学均匀性和稳定性 ④应具有良好的物化性能
固体激光工作物质
固体激光工作物质由激活离子和基质晶体两部分构成。
1、激活离子
（1）激活离子的作用实现粒子数反转。激活离子在固体中提供亚稳态能级，由光泵作用激发振荡出一定波
第四章光学材料－§4.1 激光材料
2、基质晶体
（1）基质晶体的要求基质晶体一般是单晶体，应有良好的机械强度、良好的导热性和较小
的光弹性，对产生激光的吸收应接近零，且光学性能均匀。基质晶体都是“宝石”。
YAG : Nd（Y3Al5O12）
KTP（KTiOPO4）
一些常见的激光晶体
CLBO（CsLiB6O12）
③具有相干性激光的光波都是同相位的，可以互相增强，而一般光是非相干的。
④强度大，亮度高。
激光的上述四个特性都很重要，每一个特性都能开发出许多重要的应用。
第四章光学材料－§4.1 激光材料
激光器的基本结构
①激光介质
高
部
即激光材料。
分
反
透
②激励装置
过
激光产生的能源，作用
射
反
是把原子源源不断地激励

材料物理性能(第四章材料的光学性能)x精要

光在界面上的反射的多少取决于两种介质的相对折射率。
第十页，编辑于星期六：十五点三十一分。
设一块折射率为
的玻璃，光反射损
失为
,透过部分为
。如果透射
光又从另一界面射入空气，即透过两个界面，此
时透过部分为
如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分为
第十一页，编辑于星期六：十五点三十一分。
由于陶瓷，玻璃等材料的折射率较空气大，所以反射损失严重。如果透镜系统由许多块玻璃组成，则反射损失更可观，为了减少这种界面损失，常常采用折射率和玻璃相近的胶将它们粘起来，这样，除了最外和最内的表面是玻璃和空气的相对折射率外，内部各界面都是和胶的较小的相对折射率，从而大大减少界面的反射损失。
细的颗粒。但在高温下，在还原气氛下，会出现显色。因此只能用在搪瓷（973～1073） 3. CeO也是良好的乳浊剂，但是稀有而昂贵 4. SnO2也是良好的乳浊剂，烧成如遇到还原气氛，则还原成SnO而溶于釉中，乳浊效果消失。 5. 锆化合物，乳浊效果稳定，不受气氛影响。同样也是成本较高。
6. 直接利用天然锆英石（ZrSiO4），成本较低
象非晶态和立方晶体这些各向同性材料，当光通过时
，光速不因传播方向改变而变化，材料只有一个折射率，称
为均质介质。但是除立方晶体以外的其他晶型，都是非
均质介质。
第四页，编辑于星期六：十五点三十一分。
光进入非均质介质时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，这个现象称为双折射。双折射是非均质晶体的特性，这类晶体的所有光学性能都和双折射有关。
色散值可以直接由图4.1确定。常用的色散系数为
式中 nD 、nF 和nC 分别为以钠的D谱线，氢的F谱线和C 谱线（5893Å、4861Å和6563Å）为光源，测得的拆射率。

材料物理性能课后习题答案_北航出版社_主编

材料物理习题集第一章固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的xxxx 波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d=2.04×10-10m ）的布拉格衍射角。

（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610) =1.67102K 3.7610sin sin 2182h h p mE m d d λπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）2 2. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少kT ？（P15）4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m3，计算其（P16）5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。

（Na 的摩尔质量M=22.99，）（P16）6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件和定态xx 方程。

试证明下式成立：eiKL=17.d h r K K cos r /2θϕ=*hkl *hkl 已知晶面间距为，晶面指数为（ k l ）的平行晶面的倒易矢量为，一电子波与该晶面系成角入射，试证明产生布拉格反射的临界波矢量的轨迹满足方程。

8. 试用布拉格反射定律说明晶体电子能谱中禁带产生的原因。

（P20）9. 试用晶体能带理论说明元素的导体、半导体、绝缘体的导电性质。

答：（画出典型的能带结构图，然后分别说明）10. 过渡族金属物理性质的特殊性与电子能带结构有何联系？（P28）答：过渡族金属的d 带不满，且能级低而密，可xx 较多的电子，夺取较高的s 带中的电子，降低费米能级。

补充习题1. 为什么镜子颠倒了左右而没有颠倒上下？2.只考虑xx 力学，试计算在不损害人体安全的情况下，加速到光速需要多少时间？ 3. 已知下列条件，试计算空间两个电子的电斥力和万有引力的比值4. 画出原子间引力、斥力、能量随原子间距变化的关系图。

光的基本性质

以麦克斯韦定律、电动力学为基础
• 量子光学
从光子的性质出发，来研究光与物质相互作用的学科。
以量子力学、量子电动力学为基础
精选2021版课件
13
第一节光的基本性质
➢ 历史回顾 ➢ 光的性质 ➢ 光的传输
精选2021版课件
14
2. 光的基本特性
• 波粒二象性 • 偏振性 • 电磁性 • 干涉与衍射
精选2021版课件
4
第一节光的基本性质
➢ 光学研究的历程 ➢ 光的性质 ➢ 光的传输
精选2021版课件
5
1.光学研究的历程
光
的
光
光
惠光
电
的
的
更的
磁
现
微
斯波
说
象
粒
）动
（
说
说
麦
（
（
克
牛
胡
斯
顿
克
韦
光的直线传播）
，
）
朗光
克的
，波爱粒
?
因二
斯象
坦性
）（
普
光的干涉电磁波谱光的衍射光谱
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15
① 波粒二象性
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16
精选2021版课件
17
光子
➢ 光子：光波辐射的最小能量单元，不可再分。 ➢ 光波可以看作光子的概率波。 ➢ 光子没有静止质量，不带电荷。
E h P h
光子的能量光子的动量
精选2021版课件
18
徳布罗意物质波假说
波粒二象性是所有物质的固有特性。
部分偏振光可以看成是自然光和线偏振光的混合。

第四章材料的光学性能_材料物理

第四章材料的光学性能_材料物理第四章主要介绍材料的光学性能，包括传统光学性能和现代光学性能。

在本章中，我们将探讨材料的折射率、透过率、吸收率、反射率、透射率和散射率等光学性能，并深入了解这些性能对材料的应用和性能起到的影响。

首先，折射率是一个物质对光的折射能力的度量。

它表示光在通过一种介质时，光线的传播速度相对于真空中的传播速度的比值。

折射率越大，光线在介质中的传播速度越慢，同时也会使光线的传播方向发生变化。

折射率在光学器件的设计和制造中起着至关重要的作用，例如在光纤通信和光学透镜等领域。

透过率是指光线从一个介质传播到另一个介质时的透明程度。

透过率越高，介质光学效果越好。

材料的透过率取决于折射率和吸收率等因素。

在光学器件中，透过率是一个重要的性能指标，它决定了器件的光学传输效率和亮度。

吸收率是材料吸收光的能力。

当光线穿过材料时，一部分能量被材料所吸收，而另一部分则被材料所反射或透射。

吸收率对于材料的应用非常重要，特别是在光电子器件和光热器件中。

高吸收率的材料可以有效地将光能转化为电能或热能，以实现各种功能。

反射率是指光线从介质中的表面反射回来的能力。

反射率取决于入射角度和材料的折射率。

反射率高的材料适用于光学镜面和反射镜等应用，可以将光线有效地反射出去，而不是被吸收或透射。

透射率是指光线通过材料时传输的能力。

透射率在光学器件和材料中起着重要作用，尤其是在光纤传输和光学滤波器等应用中。

高透射率的材料可以有效地传输光线，减少能量损失。

散射率是指光线在碰撞或与材料表面相互作用时发生方向改变的能力。

散射率对于材料的外观和质量也有很大影响，尤其是在透明材料和杂质掺杂材料中。

控制散射率可以改善材料的光学性能，使其更适用于各种应用。

总之，材料的光学性能对于很多应用至关重要。

通过理解和控制材料的折射率、透过率、吸收率、反射率、透射率和散射率等光学性能，我们可以设计和制造出更好的光学器件和材料，满足不同领域的需求。

【无机材料物理性能】课后习题集答案解析

【⽆机材料物理性能】课后习题集答案解析课后习题《材料物理性能》第⼀章材料的⼒学性能1-1⼀圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉⼒，若直径拉细⾄2.4mm ，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，并⽐较讨论这些计算结果。

解：由计算结果可知：真应⼒⼤于名义应⼒，真应变⼩于名义应变。

1-5⼀陶瓷含体积百分⽐为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的⽓孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。

则有当该陶瓷含有5%的⽓孔时，将P=0.05代⼊经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应⼒0851.0100=-=?=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =?==-σ真应⼒)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。

1-11⼀圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉⼒F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所⽰之⽅向的滑移系统产⽣滑移时需要的最⼩拉⼒值，并求滑移⾯的法向应⼒。

解：1-6试分别画出应⼒松弛和应变蠕变与时间的关系⽰意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应⼒松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：).1()()(0)0()1)(()1()(10=∞=-∞=-=e EEe e Et t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线⽅程为：./)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应⼒松弛曲线⽅程为)(112)(1012.160cos /0015.060cos 1017.3)(1017.360cos 53cos 0015.060cos 0015.053cos 82332min 2MPa Pa N F F f =?=?=?=?=??=πσπτπτ：此拉⼒下的法向应⼒为为：系统的剪切强度可表⽰由题意得图⽰⽅向滑移以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料⼒学性能的复杂性，我们会⽤到⽤多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合⽽成的复杂模型。

光学性能

胶体粒子着色剂：金属胶体颗粒本身的颜色，与其粒度大小有关（与非金属不同）。 Au：＜20nm弱黄色，20~50nm红色，50~100nm紫色到蓝色，100~150nm透射蓝色，反射棕色。
胶态着色剂玻璃要在较低的温度下以一定的制度进行热处理显色，使胶体粒子形成所需要的大小和数量。冷却太快则无色。烧成气氛对颜色影响很大烧成温度对颜色深浅有影响，欠烧色浅，过烧色深
马克斯威尔电磁波理论
ε为介电常数μ为导磁率
μ=1，因此
ε与介质的极化有关
离子半径越大， ε越大，n也就越大
2、材料的结构、晶型和非晶态（双折射现象） 3、材料所受的内应力（垂直于受拉方向的n大） 4、同质异构体（高温型折射率低，低温型折射率高）
二、色散定义：材料的折射率随入射光的频率减小（或波长的增加）而减小的性质，称为折射率的色散。
第四章无机材料的光学性能
1、光通过介质的现象（折射、反射和色散） 2、透光性 3、界面反射与光泽 4、不透明性与半透明性 5、颜色
4.1 光通过介质的现象
一、折射
折射率n=v真空/v材料=c/v材料光通过两种材料的界面有
sini1/sini2=n2/n1=n21=v1/v2 影响折射率的因素
1、构成材料的离子半径（半径大n大）
4.2 无机材料的透光性
一、介质对光的吸收 1、吸收的一般规律
光吸收的本质：光穿过介质时，引起电子跃迁、原子振动、发光及发热等使能量损失。
朗伯特定律 α为物质对光的吸收系数（cm-1）与材料及光波长有关
2、光吸收与光波长的关系金属、半导体和电介质的吸收率随波长的变化
金属的能带结构半导体的能带结构电介质的能带结构电介质的禁带宽度：

材料物理性能(第四章材料的光学性能)

发光材料的发光效果直接影响光电子器件的性能和效率。
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内容列表。
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材料物理性能(第四章材料的光学性能)
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目录
光学性能概述
折射率的影响因素
光学性能的应用
01
光学性能概述
光学性能的定义和重要性
光学性能的定义
光学性能是指材料在光学方面的表现和特性。它包括折射率、透过率、反射率、发光性能等指标。
光学性能的重要性
光学性能直接影响材料在光学器件中的应用效果。各种光学性能指标的优化可以提高光学器件的性能和效率。
折射率的调控可以实现透镜和棱镜的光学性能优化。合适的折射率分布可以消除光学器件的像差。
02
光纤和光波导的应用
折射率的调控可以实现光纤和光波导的传输性能优化。通过改变折射率分布可以实现光信号的传输和调控。
光学涂层和薄膜的设计
反射镜和透射镜的设计
反射镜和透射镜的光学性能与材料的折射率相关。通过合适的折射率调控可以实现涂层的光学性能优化。
光学滤波器和频率选择器的应用
光学滤波器和频率选择器的设计依赖于材料的折射率。材料的折射率调控可以实现滤波器和选择器的工作波长。
光学材料的发光性能优化
发光材料的选择和设计
不同发光材料具有不同的能带结构和发光性能。通过选择合适的发光材料可以实现发光器件的效率和亮度优化。
光电子器件的应用
光电子器件的光学性能与材料的发光性能相关。
杂质和掺杂物的影响
杂质和掺杂物的引入会改变材料的折射率。杂质和掺杂物的能带结构和晶体结构对折射率有影响。

2019温州大学826材料科学基础考研考试大纲

一、参考书目（所列参考书目仅供参考，非考试科目指定用书）：《材料科学与工程基础》(第2版)，顾宜等主编，化学工业出版社.2011.《工程材料科学与设计》，（美）詹姆斯、谢弗等主编，北京：机械工业出版社.2003.二、考试内容范围：本考试课程要求从原子的外围电子结构入手，由微观到宏观，较为系统、全面地掌握材料各层次的内部结构、宏观性质——力学性能、电学性能、光学性能、介电性能、磁学性能、热学性能等，以及两者之间的关系、相应的基本概念和基础理论。

能够较为全面地掌握材料的性能与结构之间关系的规律。

第一章材料的定义、分类及基本性质1.掌握材料的分类方法及各类材料的组成、性能特点2.掌握材料科学与工程四大要素之间的关系；3.了解不同材料的应用领域微观第二章物质结构基础1. 掌握一次、二次键特点与材料宏观性能之间的关系；重点掌握键－能曲线与材料力学性质和热学性质之间的关系；掌握原子的堆垛与原子半径之间的关系了解四大材料的原子结构及键的基本组成；2.熟练掌握七大晶系中，各晶胞参数的之间的关系；准确、熟练掌握FCC、BCC、HCP结构的配位方式、晶胞原子数、配位数确定的方法；熟练掌握FCC、BCC、HCP的密排方向、密排面的确定方法；准确掌握FCC、BCC、HCP四面体和八面体间隙的位置；掌握多原子阵点的典型离子晶体结构：氯化铯、氯化钠、氟化钙、硫化锌、钻石立方结构。

3.准确掌握有关缺陷的基本概念；掌握杂质与点缺陷的类型，重点掌握肖托基缺陷、弗伦克尔缺陷；认识间隙扩散和置换扩散的特点、机制和发生所要满足的条件；了解扩散的实际例子；掌握菲克第一定律的有关计算；认识共价和金属晶体中的扩散现象；了解聚合物中的扩散机制；重点掌握线缺陷中的刃位错和螺旋位错的晶体几何学描述；掌握BCC、FCC、HCP中的滑移系构成、特点；开动的条件；了解离子晶体、共价晶体、聚合物中位错的形式，及对材料性质的影响；认识多晶材料的晶界的性质、特点；了解晶界中的扩散机制；了解晶体材料的体缺陷的类型和与材料宏观性质简的关系；掌握金属强化手段、原理；了解实际强化的实际应用。

光学设计第04章光学材料

第四章光学材料光学材料包含光学玻璃、工程塑料、天然晶体、人工晶体，以及若干种金属，如锆、银、金、镍、锗、铍及其若干金属和非金属氧化物。

作为光学材料，必须满足一些基本要求，如要具有良好的机械性能和化学稳定性，可加工性，具有均匀的折射率分布等。

用作镜头的光学材料，最重要的性能是折射率和透过率，这两个物理量都随波长变化，是波长的函数。

折射率随波长的变化称为色散。

影响光学材料透过率的主要因素有界面的反射损失和材料的吸收损失。

对反射用的光学材料而言，反射率是最重要的指标。

光学镀膜是在光学元件（透镜、棱镜、反射镜等）表面镀上单层或多层金属或非金属薄膜以改善光学性能，例如：增透膜，反射膜，半反半透膜，以及其它特殊用途的膜层。

§1.透射光学材料的特性一．光能的反射和吸收损失根据菲涅尔公式，光由普通介质材料表面反射的系数为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-++-=)(tan )(tan )(sin )(sin 21/2/2/2/2I I I I I I I I R 式中I 和/I 是入射角和折射角。

当光垂直入射时：2/2/)()(n n n n R +-=式中：n 和/n 透镜表面前后介质的折射率。

对于透镜来说，表面的反射是一种光能损失。

对于由k 个表面组成的光学系统，不计材料的吸收损失时，其透过率为：kkt R T 11)1(=-=在光学系统中，胶合面两边介质的折射率差通常小于0.3，因此，反射损失通常小于%5.0，可以忽略不计。

光经过光学材料时，光能量难免不被吸收，光经过厚度为x mm 的光学材料，如果只计吸收，其透过率为axxet K -==2式中：a 为材料的吸收系数如果把光学材料表面的反射损失和材料内部的吸收损失均考虑在内，则光学系统的透过率是其表面透过率和材料内部透过率的乘积：axk xket t t K T T -⋅=⋅==1211上面只是适用于各反射面的反射率相同的情况。

对于空气中的单透镜来说，两个反射面（折射面）的反射率以及透过率不同，则透过率为212211R R K K T T T -=如果忽略材料的内部吸收（1=K ），则单透镜： 21211R R T T T -=二．折射率光学材料的折射率是光学材料的另一个重要的指标参数，它是波长的函数，如图4－1所示。

第四章纳米材料的特异性质

饱和键、悬挂键以及缺陷非常多。界面原子除与体相原子能级不同外，互相之间也可能不同，从而导致能级分布的展宽。与常规大块材料不同，没有一个单一的、择优的键振动模，而存在一个较宽的键振动模的分布，在红外光作用下对红外光吸收的频率也就存在一个较宽的分布。 • 当分析具体体系要综合考虑各种因素，不能一概而论。纳米结构材料红外吸收的微观机制研究还有待深入，实验现象也尚需进一步系统化。
应用:
利用宽频带强吸收这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。隐身就是把自己隐蔽起来，让别人看不见、测不到。
隐型飞机就是让雷达探测不到，它是在机身表面涂上红外与微波吸收纳米材料来实现的，因为雷达是通过发射电磁波再接收由飞机反射回来的电磁波来探测飞机的。1991年海湾战争中，美国F117A型飞机的隐身材料就是含有多种纳米粒子，故对不同的电磁波有强烈的吸收能力。在42天战斗中，执行任务的的飞机1270架，摧毁了伊拉克95%的军大事块设金施而美国战机无一受损。
（2）蓝移现象
与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。例如，纳米SiC颗粒和大块SiC固体的峰值红外吸收频率分且是814cm-1 和794cm-1。纳米氮化硅颗粒和大块 Si3N4 ，固体的峰值红外吸收频率分别是 949cm-1 和 935 cm-1 。由不同粒径的Si纳米微粒纳吸大收块光金谱看出，随着微粒尺寸的变小而有明显的蓝移。
应用:
利用不同粒径纳米颗粒的蓝移现象可以设计波段可控的新型吸收材料。
大块金
（3）吸收光谱的红移现象
• 有时候，当粒径减小至纳米级时，会观察到光吸收带相对粗晶材料的“红移”现象。例如，在200－1400nm 范围，块体NiO单晶有八个吸收带，而在粒径为54－ 84nm的NiO材料中，有4个吸收带发生兰移，有3个吸收带发生红移，有一个峰未出现。

材料物理性能课后习题答案解析_北航出版社_田莳主编

材料物理习题集第一章固体中电子能量结构和状态（量子力学基础）1. 一电子通过5400V 电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni 晶体（111）面（面间距d =2.04×10-10m ）的布拉格衍射角。

（P5）12341311921111o '(2)6.610 =(29.1105400 1.610)=1.67102K 3.7610sin sin 2182hh pmE m d dλπλθλλθθ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==⇒=解：（1）=（2）波数=（3）22. 有两种原子，基态电子壳层是这样填充的;;s s s s s s s 2262322626102610（1）1、22p 、33p （2）1、22p 、33p 3d 、44p 4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

（非书上内容）3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级的能量比费米能级高出多少k T ？（P15）1()exp[]11ln[1]()()1/4ln 3()3/4ln 3FF F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT=-+⇒-=-=-=⋅=-=-⋅解：由将代入得将代入得4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3，计算其E 0F 。

（P16）2203234262333118(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5=1.0910 6.83Fh E n m J eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=解：由5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。

（Na 的摩尔质量M=22.99，.0ρ⨯33=11310kg/m ）（P16）220323426233311900(3/8)2(6.6310) 1.01310 =(3 6.0210/8)291022.99=5.2110 3.253 1.085FF h E n mJ eVE E eVππ---=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===解：由由 6. 若自由电子矢量K 满足以为晶格周期性边界条件x x L ψψ+()=()和定态薛定谔方程。

第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜

第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜材料的性能materials property性能决定用途。

本章对材料的力学性能、热性能、电学、磁学、光学性能以及耐腐蚀性，复合材料及纳米材料的性能进行阐述。

4-1 固体材料的力学性能Mechanical Properties of Solid Materials结构件：力学性能为主非结构件：力学性能为辅，但必不可少mechanical property of materials stress and strain Elastic deformation Modulus Viscoelasticity permanent deformation Strength Fracture4-1-1 材料的力学状态mechanical states of matrials 1.金属的力学状态A 晶态结构，B 较高的弹性模量和强度，C 受力开始为弹性形变，接着一段塑性形变，然后断裂，总变形能很大， D 具有较高的熔点。

某些金属合金 A 呈非晶态合金， B 具有很高的硬度和强度，C 延伸率很低而并不脆。

D 温度升高到玻璃化转变温度以上，粘度明显降低，发生晶化而失去非晶态结构。

2. 无机非金属的力学状态A 玻璃相熔点低，热稳定性差，强度低。

B 气相(气孔)的存在导致陶瓷的弹性模量和机械强度降低。

C 陶瓷材料也存在玻璃化转变温度Tg。

D 绝大多数无机材料在弹性变形后立即发生脆性断裂，总弹性应变能很小。

陶瓷材料的力学特征高模量高强度高硬度低延伸率3. 聚合物的力学状态(1) 非晶态聚合物的三种力学状态①玻璃态②高弹态③粘流态(2) 结晶聚合物的力学状态A 结晶聚合物常存在一定的非晶部分，也有玻璃化转变。

B 在T g 以上模量下降不大Tm、TfC 在T m 以上模量迅速下降D 聚合物分子量很大，T mT f ,则在T m 与T f 之间将出现高弹态。

E 分子量较低，T m T f , 则熔融之后即转变成粘流态，玻璃化温度(Tg)是非晶态塑料使用的上限温度是橡胶使用的下限温度熔点(Tm)是结晶聚合物使用的上限温度4-1-2 应力和应变stress-strain If a load is static or changes relatively slowly with a time and is applied uniformly over a cross section or surface of a member, the mechanical behavior may be ascertained by a simple stress-strain test. These are mostly commonly conducted for materials at room temperature.4-1-2 应力和应变(stress and strain)应力：单位面积上的内力，其值与外加的力相等。