材料物理
材料物理_李志林_第一章材料的电子理论（可编辑）
第一章材料的电子理论第一章材料的电子理论第一节自由电子近似第一节自由电子近似材料的应用要依赖于材料的某种性能材料的应用要依赖于材料的某种性能金属：强度高，塑性好，导电――结构材料．电器元件陶瓷：耐热，耐蚀，耐磨，绝缘――结构材料，隔热材料，绝缘材料金属――金属键结合，晶体，位错陶瓷――离子键结合，晶相与非晶相，位错宽度大→如何成键→从原子电子结构讲起材料的性能从本质上说归结于其电子结构材料的性能从本质上说归结于其电子结构一．历史回顾一．历史回顾经典自由电子说经典自由电子说德鲁特 Drude 等提出浆汁 jellium 模型金属原子聚集成固体时，其价电子脱离相应的离子芯的束缚，在固体中自由运动，故将其称为自由电子。
为保持金属的电中性，设想自由电子体系是电子间毫无相互作用的理想气体（电子气），其行为符合经典的麦克斯韦－玻耳兹曼统计规律，离子芯的正电荷散布与整个体积中，恰好与自由电子的负电荷中和。
成功之处计算出了金属的电导率及其与热导率的关系,一度被认为是对金属中的电子状态的正确描述。
主要缺陷：1 不能解释霍尔系数的反常现象。
2 实际测量的电子平均自由程比用该模型估计的大得多。
3 金属电子比热值只有用该模型估算的百分之一。
4 不能解释导体、半导体、绝缘体导电性的巨大差异。
1924，德布罗意提出物质波的概念1924，德布罗意提出物质波的概念消息传到苏黎世，德拜提出：有了波，就应该有一个波动方程。
不久，由德拜的学生薛定谔提出了这样一个方程――当时谁也没想到它如此重要。
解决的问题――是波动力学的基础．与矩阵力学一起标志量子力学的诞生。
与经典力学不同1 氢原子――量子概念．主量子数、角量子数、磁量子数、自旋量子数、光谱．2 一维无限深势阱――量子、几率3 一维有限深势阱――阱外有几率4 隧道效应――低能也能穿过，有穿过几率――电子可跃出表面尖 V T表面尖与表面很近时，电子云重叠，有隧道电流JT ，由JT大小可知表面高低。
材料物理第一章1.2材料的蠕变-new详解
C1和C2为常数。
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1.2.3 材料的粘弹性
玻尔兹曼(Boltzmann)叠加原理
玻尔兹曼叠加原理： 粘弹性材料的力学松弛行为是其整个过程 中各个应力贡献的线性加和的结果。
据此原理可以用有限的实验数据， 去预测很宽范围内材料的力学性质。
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1.2.3 材料的粘弹性
理想力学元件模型
采用理想弹簧和理想粘壶，以不同方式组合 起来，可以模拟粘弹性材料的力学松弛过程。 理想弹簧代表理想弹性体，其力学性质服从
➢橡胶采用硫化交联的办法，是为了防止因分子间滑移 的粘性形变而引起的蠕变；
➢塑料加工时会产生内应力，常需要升温退火的办法来 消除，以防止产品弯曲或开裂。
14
1.2.3 材料的粘弹性
滞后
定义：在交变应力作用下，形变落后于应 力变化的现象。
原因：在外力作用和去除的过程中，大分子的形 变是大分子链段发生重排的过程，这个过程需要 时间，导致应变滞后于应力。 若应力表达式为：
???????1为普弹应变内部键长键角变化2为高弹应变3为粘性应变e1为普弹应变模量e2为高弹应变模量3为材料粘度为松弛时间分子链段形变不同分子链段相对滑移12123材料的粘弹性应力松弛在恒定的应变时材料内部的应力随时间的增长而减小的现象
1.2 材料的塑性、蠕变与粘弹性
1.2.1 材料的塑性
塑性(Plasticity)：
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1.2.3 材料的粘弹性
力损耗与频率的关系
高分子材料在应力变化的频率较低时，分子链段运 动基本能跟上应力的变化，tanδ很小； 频率较高时，分子链段运动完全跟不上应力的变 化，tanδ也很小； 频率中等时，分子链段运动跟不上应力的变化，使 tanδ出现极大值。
材料物理专业就业前景 -回复
材料物理专业就业前景
材料物理专业的就业前景较好，因为材料科学和物理学在现代科技和工业领域中扮演着重要的角色。
以下是一些材料物理专业毕业生可能的就业方向：
1.材料研究与开发：毕业生可以在材料研究机构、科研院所、大型
制造企业等地从事新材料的研发、测试和改进工作，参与各种项目的技术研究和创新。
2.材料制造与工程：毕业生可以在制造企业、工程公司等领域从事
材料制备、加工和工程设计工作，负责材料选择、工艺优化和产品质量控制等方面的工作。
3.能源与环境领域：毕业生可以在能源和环境领域从事材料的应用
与开发工作，包括太阳能电池、燃料电池、储能材料等方面的研究与开发。
4.半导体与光电子行业：毕业生可以在半导体、光电子等相关行业
从事材料的设计、制备和测试工作，参与半导体器件的研发和生产过程。
5.材料分析与测试：毕业生可以在材料分析与测试实验室、质检机
构等领域从事材料结构与性能的分析、测试和评估工作，为各类材料提供科学的检测与评估服务。
6.教育与研究：毕业生可以从事高校或科研院所的教学和科研工作，
培养材料物理专业的学生，推动学科的发展和创新。
总的来说，随着科技的发展和对新材料的需求增加，材料物理专业的就业前景相对较好。
毕业生在综合素质、实践能力和专业知识的基础上，将有机会在各个领域中找到适合自己的职业发展机会。
材料物理性能复习重点
1.热容：热容是使材料温度升高1K所需的热量。
公式为C=ΔQ/ΔT=dQ/dT (J/K)；它反映材料从周围环境中吸收热量的能力，与材料的质量、组成、过程、温度有关。
在加热过程中过程不同分为定容热容和定压热容。
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所需的热量称为比热容每个物质中有两种比热容，其中c p＞c v，c v不能直接测得。
3.摩尔热容：1mol的物质在没有相变或化学反应条件下升高1K所需的能量称为摩尔热容，用Cm表示，单位为J/(mol·K)4.热容的微观物理本质：材料的各种性能（包括热容）的物理本质均与晶格热振动有关。
5.热容的实验规律：1.对于金属:2.对于无机材料（了解）1.符合德拜热容理论，但是德拜温度不同，它取决于键的强度、材料的弹性模量、熔点等。
2.对于绝大多数氧化物，碳化物，摩尔热容都是从低温时一个最低值增到到1273K左右近似于3R，温度进一步升高，摩尔热容基本没有任何变化。
3.相变时会发生摩尔热容的突变4.固体材料单位体积热容与气孔率有关，多孔材料质量越小，热容越小。
因此提高轻质隔热砖的温度所需要的热量远低于致密度的耐火砖所需的热量。
6.经典理论传统理论不能解决低温下Cv的变化，低温下热容随温度的下降而降低而下降，当温度接近0K时热容趋向于07.量子理论1.爱因斯坦模型三个假设：1.谐振子能量量子化2.每个原子是一个独立的谐振子3.所有原子都以相同的频率振动。
爱因斯坦温度：爱因斯坦模型在T >> θE 时，Cv，m=3R,与实验相符合，在低温下，T当T << θE时Cv，m比实验更快趋于0，在T趋于0时，Cv,m也趋于零。
爱因斯坦模型不足之处在于：爱因斯坦模型假定原子振动不相关，且以相同频率振动，而实际晶体中，各原子的振动不是彼此独立地以同样的频率振动，而是原子间有耦合作用，点阵波的频率也有差异。
温度低尤为明显2.德拜模型德拜在爱因斯坦的基础上，考虑了晶体间的相互作用力，原子间的作用力遵从胡克定律，固体热容应是原子的各种频率振动贡献的总和。
材料物理学ppt课件
式中k， 4202m；k弹性系数 0固 ；有频率
代入薛定谔方程， 得到谐振子的运动微分方程：
2 2 V E
2m
2 2m
d 2
dx2
2
2m02 x2
E
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
的几率 ），波函数是空间和时间的函数，并且是复数，
即Φ = Φ(x，y，z，t)
自由粒子(动量、能量不随时间或位置改变）的波函数：
2 i ( px Et )
0e h
r,t
Ae
i
( Et
pr )
0 、 A 常数
（描述自由粒子的波是平面波）
波函数的性质：波函数乘上一个常数后，所描写的粒子状态不变（粒子在 空间各点出现的几率总和等于1，所以粒子在空间各点出现的几率只决定于 波函数在各点强度的比例，而不决定于强度的绝对大小）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
量子力学的应用
⑴一维势阱问题 势阱—在某一定区域内，势能有固定的值。 设一粒子处于势能为V的势场中，沿x方向做一维运动，势能满足下列边界条件：
V
0xa，Vx0
x0和xa，Vx
t
(1.6)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
③定态薛定谔方程 由于势能与时间无关，薛定谔方程可进行简化．设方程的一种特解为：
x ,y ,z .t. x ,y ,z ft
《材料物理薄膜物理》课件
CONTENTS 目录
• 材料物理与薄膜物理概述 • 材料的基本性质 • 薄膜的制备与生长机制 • 薄膜的物理性能与应用 • 材料与薄膜物理与薄膜物理概述
材料物理的定义与重要性
定义
材料物理是一门研究材料结构、性能和应用的科学，主要关注材料的基本组成 、微观结构和宏观性质之间的关系。
CHAPTER 03
薄膜的制备与生长机制
薄膜的制备方法
01
02
03
物理气相沉积法
利用物理过程将材料蒸发 或溅射到基底上形成薄膜 ，包括真空蒸发、溅射和 离子束沉积等。
化学气相沉积法
通过化学反应将气体转化 为固态薄膜，包括热化学 气相沉积和等离子体增强 化学气相沉积等。
液相外延法
在单晶基底上通过控制温 度和成分，使溶质从溶液 中析出，形成单晶薄膜。
介电性能
薄膜的介电常数和介质损耗是其电学 性能的重要参数，影响其在电子和微 波器件中的应用。
薄膜的磁学性能
磁导率与磁损耗
磁性薄膜的磁导率和磁损耗特性决定了其在磁记录、磁传感 器等领域的应用。
磁各向异性
不同方向的磁化行为，影响磁性薄膜的磁学性能和应用。
薄膜的应用领域
光学仪器制造
高反射、高透过的光学薄膜广 泛应用于各种光学仪器制造。
材料在循环应力作用下抵抗断裂的能力， 与其使用寿命密切相关。
材料的热学性质
热容与热导率
描述材料在温度变化时吸收或释放热量的能 力，以及热量在材料内部的传导速度。
热稳定性
材料在温度变化时保持其物理和化学性质稳 定的能力。
热膨胀
材料在温度升高时体积增大的现象。
热辐射
材料发射或吸收电磁辐射的能力，与温度和 波长有关。
材料物理专业
材料物理专业材料物理专业是研究材料的物理性质和特性的学科，它涉及了材料的结构、性能、制备和应用等方面。
在当今社会，材料物理专业的研究对于推动科技进步、促进工业发展具有重要意义。
本文将从材料物理专业的基本概念、研究内容和未来发展趋势等方面进行介绍。
首先，材料物理专业是一门综合性学科，它涉及了物理学、化学、工程学等多个学科的知识。
材料物理学家通过研究材料的结构和性能，探索材料的物理特性和物理变化规律，为新材料的研发和应用提供理论基础。
材料物理专业的学习内容包括晶体学、材料分析、材料表征、材料制备等方面，学生需要掌握物理学和化学的基础知识，具备一定的实验技能和分析能力。
其次，材料物理专业的研究内容涉及了多个方面。
在材料的结构方面，材料物理学家研究材料的晶体结构、缺陷结构、晶体生长等问题；在材料的性能方面，研究材料的电学、磁学、光学、热学等性质；在材料的制备方面，研究新材料的合成方法、工艺条件和性能调控等问题。
材料物理专业的研究内容非常广泛，涉及了不同类型的材料，包括金属材料、半导体材料、陶瓷材料、高分子材料等。
此外，材料物理专业的未来发展趋势是多方面的。
随着科技的不断进步，新材料的研发和应用将成为未来的重要方向。
材料物理学家将继续研究新材料的物理特性和性能，探索新材料的制备方法和应用领域，为推动科技创新和产业升级做出贡献。
另外，材料物理专业也将与其他学科相结合，开展跨学科研究，如材料与能源、材料与生物医药等领域的合作，推动材料科学的发展和应用。
总之，材料物理专业是一门重要的学科，它对于推动科技进步、促进工业发展具有重要意义。
材料物理学家通过研究材料的结构和性能，探索新材料的制备方法和应用领域，为推动科技创新和产业升级做出贡献。
随着科技的不断进步，材料物理专业的研究内容和未来发展趋势将会更加丰富和多样化，为我们的生活和社会发展带来更多的惊喜和机遇。
材料物理专业就业前景和就业方向
材料物理专业就业前景和就业方向引言材料物理专业是一个既有广泛发展前景又具有挑战的领域。
随着科技的不断进步和经济的快速发展，材料科学和物理学在各个行业中发挥着重要的作用。
本文将探讨材料物理专业的就业前景以及不同的就业方向。
就业前景材料物理专业的综合能力和专业知识使其在各个行业中具有广泛的就业机会。
以下是材料物理专业的几个就业前景：1. 材料研究和开发材料研究和开发是材料物理专业毕业生最常见的就业方向之一。
材料学是一门关于材料性质、结构和制备方法的学科，毕业生可以应用他们的专业知识，参与新材料的研发和创新。
他们可以从事材料性能测试、材料分析和材料制备等工作。
2. 半导体产业随着电子工业的快速发展，半导体材料在现代科技中扮演着重要的角色。
毕业生可以在半导体行业从事半导体器件设计、制造和测试等工作。
此外，随着人工智能、物联网和5G的兴起，对半导体的需求进一步增加，为毕业生提供了更多的就业机会。
3. 能源领域能源领域是一个重要而且具有潜力的就业领域。
材料物理专业的毕业生可以为新能源技术的研发和应用做出贡献。
他们可以从事太阳能电池、燃料电池等能源材料的开发和制造工作。
此外，对于能源储存和节能技术的需求也为材料物理专业提供了就业机会。
4. 先进制造随着制造业的升级和技术的进步，对于先进制造材料的需求也在不断增加。
毕业生可以在先进制造行业从事新材料的应用研究和产品开发工作。
他们可以参与先进材料的制备、加工优化和质量控制等工作。
就业方向除了在特定行业中找到工作，材料物理专业的毕业生还可以选择以下几个就业方向：1. 学术研究材料物理专业的毕业生可以选择从事学术研究工作，为学术界做出贡献。
他们可以在科研院所、大学或研究机构中从事材料物理相关的研究工作，推动科学的发展和突破。
2. 教育领域对于对传授知识有兴趣的毕业生来说，选择进入教育行业也是一个不错的选择。
他们可以从事高中、大学和科研机构中的教学工作，培养和教导下一代学子。
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。
材料物理化学论文(5篇)
材料物理化学论文(5篇)材料物理化学论文(5篇)材料物理化学论文范文第1篇一、材料物理专业的特色材料物理专业是“讨论各种材料特殊是各种先进结构材料、新型功能材料物理基础、微观结构以及与性能之间关系的基本规律，为各种高新技术材料进展供应科学依据的应用基础学科，是理工融合的学科”[1，2]。
材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科，主要通过各种物理技术和效应，实现材料的合成、制备、加工与应用。
主要讨论范围包括材料的合成、结构、性质与应用；新型材料的设计以及材料的计算机模拟等[3]。
材料物理将理科的学问传授与工科的工程力量培育相结合，使传统材料工艺学与以现代物理学为基础的材料科学相融合，具有“亦工亦理，理工相融”的特点。
二、材料物理化学在材料物理专业中的作用和地位材料物理化学是贵州高校材料物理专业本科生的学位必修课程，这门课程是从物理化学的角度讨论材料科学与工程的基础理论问题，从基础的具有共性的原理及方法来论述各种材料的组成与结构、制备与合成、性能与应用的相互关系。
该门课程的教学目的在于提高同学的专业学问水平，培育同学科学的思维方式和独立的创新力量，以及综合运用基础理论来解决实际问题的力量。
材料物理化学是材料物理专业特别重要的专业基础课，它以高等数学、高校化学、高校物理等理论基础课程为基础。
高等数学是学习物理化学的重要手段和工具，物理化学只有通过数学语言的表达才能成其为真正的科学。
熟悉到高校物理和物理化学中热力学内容的连接，了解高校物理中原子结构学问的介绍，协调好与高校化学中原子结构部分内容的关系，突出重点，避开重复，讲清难点，是材料物理化学教学中值得留意和仔细对待的问题[4]。
材料物理化学同时也是材料物理专业的后续专业课程（材料腐蚀与防护等）的基础课程。
材料腐蚀与防护课程中的金属与合金的高温氧化的热力学部分，就要运用材料物理化学中诸多热力学基本学问，如G-T平衡图和克拉佩龙方程等。
材料物理化学犹如一座桥梁，将材料物理专业的前期基础课与后续专业课联接起来，以完善专业学问的系统与连贯性。
材料物理就业现状及前景 -回复
材料物理就业现状及前景-回复
材料物理领域的就业现状和前景非常广阔。
材料物理的研究和应用涉及到各个领域，包括材料科学、能源、电子、光电子、医疗设备、航空航天等。
因此，材料物理专业的毕业生有很多就业机会。
目前，随着科技的发展和工业的进步，材料物理专业的就业市场需求逐渐增加。
特别是在新兴技术领域，如纳米材料、光电子技术、可持续能源等方面，对材料物理专业人才的需求更加迫切。
材料物理专业毕业生可以在大学、研究机构以及工业领域从事研究和开发工作。
他们可以参与新材料的研发、性能测试和优化，以及新技术的应用和推广。
此外，材料物理专业毕业生还可以在公司担任技术顾问、项目经理等职位，参与产品开发和生产管理。
面对未来，材料物理专业的就业前景非常乐观。
随着科学技术的快速发展和社会的不断进步，对新材料的需求将会不断增加。
而材料物理专业正是为满足这种需求而培养的专业人才。
因此，材料物理专业的毕业生在就业市场上有很好的发展前景。
总体来说，材料物理专业的就业现状和前景都非常广阔和乐观。
只要具备扎实的理论基础和实践能力，材料物理专业的毕业生将有很多机会在科研、工业和教育
等领域发展自己的职业生涯。
材料物理专业认识
材料物理专业认识材料物理专业是一门研究材料的结构、性质和性能的学科，涉及自然科学和工程技术领域的交叉学科。
本文将对材料物理专业的背景知识、学习内容和就业前景进行介绍。
1. 背景知识材料物理专业是综合应用自然科学和工程技术原理的学科，它主要研究材料的结构以及材料与物理现象之间的关系。
学生在学习这门专业之前，应具备以下基础知识：•数学：熟练掌握微积分、线性代数等数学工具，这是材料物理中模拟与计算的基础。
•物理学：对经典力学、电磁学、量子力学等知识有一定的了解，这是理解材料物理现象的基础。
•化学：具备基本的化学知识，包括化学反应、化学键、元素周期表等。
2. 学习内容材料物理专业的学习内容主要包括以下几个方面：2.1 材料结构与特性学生将学习材料的晶体结构、非晶体结构以及材料的力学、热学、电学、磁学等性质。
了解材料的结构与特性对于解决材料在实际应用中的问题具有重要意义。
2.2 材料制备与加工学习材料的制备和加工技术是材料物理专业的重要内容。
学生将学习材料的合成、材料的组织结构与性能的关系，以及现代材料加工的原理和方法。
2.3 材料分析与表征了解材料的组成、形貌、结构以及材料表面和界面特性对于材料物理专业非常重要。
学生将学习材料分析与表征方法，如材料成分分析、结构表征、表面和界面分析等。
2.4 材料性能与应用学生将研究材料的各种性能指标，如力学性能、导电性、热导率等，并探索材料在电子器件、光电器件、能源材料、生物材料等领域的应用。
3. 就业前景材料物理专业毕业生在各个领域都有广阔的就业前景。
以下是几个典型的就业方向：• 1.科研机构：毕业生可以在大学、科研院所从事科学研究工作，推动材料物理学科的发展。
• 2.工业企业：毕业生可以在材料制造企业从事材料研发、生产和质量控制等工作，推动工业生产中材料应用的改进。
• 3.能源和环保行业：毕业生可以研究材料在能源存储和转化以及环境材料方面的应用，为能源和环保领域的发展做出贡献。
材料物理就业前景
材料物理就业前景
材料物理专业在当前科技发展迅猛的时代具有广阔的就业前景。
以下是材料物理专业
的一些就业方向和前景：
1. 材料研究与开发：材料物理专业的毕业生可以在研究机构、大学或工业界从事新材
料的研究与开发工作。
这些工作可以涵盖从材料合成到材料性能测试的各个环节，包
括金属、陶瓷、聚合物等各种材料的研发。
2. 半导体产业：近年来，半导体产业发展迅速，对材料物理专业的需求也相应增加。
毕业生可以从事半导体材料的设计、制备、表征和测试工作，为电子器件制造和集成
电路设计提供材料支持。
3. 新能源与环保：随着对可再生能源和环境保护的重视，材料物理专业的毕业生在太
阳能电池、燃料电池、储能材料等领域将有很好的就业机会。
他们可以设计新型材料，提高能源转换效率和环境友好性。
4. 纳米技术与先进制造：纳米技术是当前的热门领域之一，对材料物理专业的需求很大。
毕业生可以从事纳米材料的合成与制备，开发基于纳米技术的新型器件和材料应用。
5. 材料分析与测试：材料物理专业的毕业生可以在测试检测机构、实验室或制造业从
事材料分析与测试工作。
他们可以运用各种材料表征手段，对材料的物理、化学、电
学等性质进行分析与测试。
总的来说，材料物理专业的就业前景广阔，涉及到多个领域和行业。
随着科技的不断
发展，对新材料的需求将越来越大，这将为材料物理专业的毕业生提供更多的就业机会。
材料物理性能
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。
材料物理学
材料物理学材料物理学是一门研究物质性质和行为的学科，涵盖了固体、液体和气体等各种材料的研究。
它结合了物理学、化学和材料科学的知识，研究原子、分子和晶体结构以及它们的相互作用，从而深入理解和预测材料的性能和行为。
材料物理学的研究对象包括各种自然材料（如金属、陶瓷、塑料等）和人工合成材料（如纳米材料、复合材料等）。
通过实验、计算模拟和理论分析等方法，材料物理学家可以研究材料的微观和宏观性质，例如电学特性、热学特性、力学特性、光学性质等。
材料物理学的研究内容主要包括以下几个方面：1. 材料结构：研究材料内部原子和分子的排列方式以及材料的晶体结构，通过X射线衍射、电子显微镜等技术手段可以观察到材料的结构。
了解材料的结构可以帮助研究者理解材料的物理性质和改进材料的性能。
2. 材料电学性质：研究材料的导电性、电导率、介电性、铁电性等。
这些性质与材料内部电子运动和电荷分布有关，可以应用于电子器件、能量存储等领域。
3. 材料磁学性质：研究材料的磁化过程、磁场效应等。
材料的磁学性质对于磁存储器件、磁共振成像等应用具有重要意义。
4. 光学性质：研究材料对光的吸收、反射、折射等过程，包括材料的透明性、散射性等。
了解材料的光学性质可以用于光学器件、激光技术等领域。
5. 热学性质：研究材料的热传导、热膨胀、热稳定性等。
了解材料的热学性质有助于材料的热工学设计和热管理。
材料物理学的研究成果广泛应用于各个领域，如电子器件、能源、材料制备、医学等。
例如，新型材料的发现可以带来更高性能的电子器件和储能设备；对材料的表面改性可以提高材料的抗腐蚀性和耐磨性；对材料的微观结构的调控可以实现更高效的光催化和光电池效率。
总之，材料物理学是一门关于材料的内部结构、性质和行为的研究学科，对于材料应用和材料科学的发展有着重要的意义。
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 ∂∂=13.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 ∆=∆α0 8.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hν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。
材料物理专业就业前景
材料物理专业就业前景引言随着科技的发展和社会的进步，材料物理专业作为一门综合性强的学科，涉及广泛，对社会需求量日渐增加。
本文将对材料物理专业的就业前景进行探讨，分析市场需求、就业方向以及未来发展趋势。
市场需求如今，材料物理专业毕业生的就业前景十分广阔。
随着工业化进程和技术革新的推动，对新型材料的需求与日俱增。
在汽车工业、航空航天、电子通讯、能源等领域，材料物理专业的人才需求量大，市场空缺严重。
同时，随着人们对环境保护意识的提高，对可再生材料和环保材料的需求也在不断增加。
因此，对材料物理专业人才的需求呈现出旺盛的态势。
就业方向材料物理专业毕业生可以选择多种就业方向，以下是一些主要的就业领域：科研机构材料物理专业毕业生在科研机构从事研究工作，可以参与新材料的开发与研究，进行材料测试与分析，为科技创新提供支持。
同时，也可以参与国家重大科技项目，推动科技进步，为国家发展作出积极贡献。
高新技术企业随着技术的进步，越来越多的高新技术企业涌现出来，这些企业对材料物理专业的人才需求量大。
毕业生可以在这些企业从事新材料研发、产品设计、质量控制等工作，为企业的发展和创新提供支持。
制造业制造业是材料物理专业毕业生的另一个就业选择。
在汽车制造、航空航天、能源等领域，材料物理专业的技术人员可以从事材料加工、产品质量检测、新材料应用等工作。
随着工业化进程的加快，制造业对材料物理专业人才的需求将会持续增长。
教育领域材料物理专业毕业生还可以选择在高等院校从事教学与科研工作。
他们可以担任教授、讲师等职位，培养新一代材料物理人才，并参与科研项目，推动学科发展。
未来发展趋势随着科技的不断进步，材料物理专业的未来发展前景十分广阔。
以下是一些未来发展趋势：新材料研究随着新材料的不断涌现，材料物理专业人员将面临更多新材料的研究和开发任务。
例如，纳米材料、生物材料、光电材料等领域的研究将持续热门。
环保材料研究随着环境保护意识的不断提高，对环保材料的需求将会进一步增加。
材料物理专业就业方向与就业前景
材料物理专业就业方向与就业前景高考填报志愿时，材料物理专业就业方向有哪些以及就业前景是广阔考生和家长伴侣们非常关怀的问题，材料物理专业简介、就业方向、就业前景等信息。
1、材料物理专业简介材料物理专业培养较系统地控制材料科学的基本理论与技术，具备材料物理相关的基本学问和基本技能，能在材料科学与工程及与其相关的领域从事讨论、教学、科技开辟及相关管理工作的材料物理高级特地人才。
2、材料物理专业就业方向本专业同学毕业后可在大学、科研机构和相关企事业单位从事高新技术开辟和管理工作。
从事行业：毕业后主要在电子技术、新能源、训练等行业工作，大致如下：1、电子技术/半导体/集成电路2、新能源3、训练/培训/院校4、专业服务(询问、人力资源、财会)5、仪器仪表/工业自动化6、其他行业7、学术/科研8、石油/化工/矿产/地质从事岗位：毕业后主要从事研发、工艺、材料工程师等工作，大致如下：1、研发工程师2、工艺工程师3、材料工程师4、材料管理岗5、工艺技术员6、销售工程师7、产品支持工程师8、光学工程师工作城市：毕业后，上海、深圳、北京等城市就业机会比较多，大致如下：1、上海2、深圳3、北京4、苏州5、广州6、厦门7、东莞8、杭州3、材料物理专业就业前景毕业生适合到材料相关的企业、事业、技术和行政管理部门从事应用讨论、科技开辟、生产技术和管理工作，适合到科研机构、高等小学从事科学讨论和教学工作，可以继续攻读材料相关的工程学科、交错学科的硕士学位。
材料物理专业在专业学科中属于理学类中的电子信息科学类，其中电子信息科学类共9个专业，材料物理专业在电子信息科学类专业中排名第3，在囫囵理学大类中排名第18位。
针对材料物理专业，聘请企业给出的工资面议最多，占比100%；3-5年工作阅历要求的最多，占比50%；大专学历要求的最多，占比50%。
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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：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
2. 一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109N/m 2，解：3. 一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。
解：根据可知：4. 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。
则有拉伸前后圆杆相关参数表 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10524.46A T ⨯-)(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l El l =⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε)21(3)1(2μμ-=+=B G E )(130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈⨯=+⨯=+=μ剪切模量)(390)(109.3)7.01(3105.3)21(388MPa Pa E B ≈⨯=-⨯=-=μ体积模量当该陶瓷含有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)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。
5. 一试样受到拉应力为1.0×103N/m 2,10秒种后试样长度为原始长度的1.15倍,移去外力后试样的长度为原始长度的1.10倍,若可用单一Maxwell 模型来描述,求其松弛时间τ值。
解：根据Maxwell 模型有：可恢复 不可恢复 依题意得：所以松弛时间τ=η/E=1.0×105/2×104=5(s).6. 一非晶高聚物的蠕变行为可用一个Maxwell 模型和一个Voigt 模型串联描述，若t=0时施以拉伸应力为1.0×104N/m 2至10小时,应变为0.05,移去应力后的回复应变可描述为100/)3(10t e -+=ε,t 为小时，请估算该力学模型的四个参数值。
解：据题即求如图E 1,E 2,η2和η3四参数。
如图所示有 其中ε1立即回复，ε2逐渐回复，ε3不能回复。
)(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⎪⎩⎪⎨⎧+=+===tE ησσεεεσσσ2121t e E E t 3/21321)1(ησσσεεεετ+-+=++=-⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=--==+=⋅⨯===+-==⇒∞--01.001.003.005.00100/)3(36000100.101.0100/)3(05.0210343031010101εηησεσεe t e E ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⋅⨯=⨯⨯=⨯=⨯=⇒)(102.103.036000100.1)(100.101.0100.11043641s Pa Pa E η⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⋅⨯=⨯⨯==⨯=⨯==)(1011.010100.1)(10205.0100.1532431s Pa t Pa E εσηεσVoigt 的回复方程为：)/exp(0)(τεεt t -=，这里t 为从回复时算起，而题目的t 为从开始拉伸时算起，所以此题的回复方程为：)10exp(0)(τεεtt -=排除立即恢复后的应变，应变的回复方程就可写成sPa E Pa E e e tt t ⋅⨯==⨯=∴=⨯∴+---=--922621024210)(106.3,100.1,01.0)1E 100.1100/)3s 3600,03.0)10exp()03.001.005.0(τηεεττε－（＝相比）＋＝（，（与＝得出7. 氦原子的动能是E=23kT(式中波尔兹曼常数k=1.38x10-23J/K)，求T = 1 K 时氦原子的物质波的波长。
解：第二章4 NaCl 和KCl 具有相同的晶体结构，他们在低温下的Debye 温度D θ分别为310K 和230K 。
KCl 在5K 时的定容摩尔热熔为23.810/()J K mol -⨯∙，试计算NaCl 在５K 和KCl 在２K 时的定容摩尔热熔。
８ 一样品在300K 的热导率为3202/()J m s K ∙∙，电阻率为210m -Ω∙，求其电子热导率与声子热导率的比值。
【Lorentz 常量L=1822.4510(/)V K ⨯】)(6.12)(1026.111038.11002.61043106.63//2123923233342nm m mkT h P h h m v P m v kT E =⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===⇒⎪⎩⎪⎨⎧====----λλ根据112233hV 113233h V 3D4hVK mol J 1055.1108.3310230K 5C NaCl K mol J 1043.2108.352K 2C KCl )T (Nk 512C 0T .4--------⋅⋅⨯=⨯⨯=⋅⋅⨯=⨯⨯=θπ≈→⊗）（有，对于）（有，对于）时有（容量理论，当温度很低解：根据德拜模型的热9 一硅铝玻璃的性能为6722.1/(), 4.610/,710/,t f k J m s K K N m ασ-=∙∙=⨯=⨯1024.710/,0.25E N m μ=⨯=，求第一和第二热冲击断裂因子1R 和2R10 一热机部件由氮化硅制成，热导率t k 为18.4/()J m s K ∙∙，最大厚度0.12m r m =，表面热传导系数t h 为2500()J m s K ∙∙，请估算能承受热冲击的最大允许温差max T ∆。
第三章 1 一块n 型半导体，其施主浓度15310/D N cm =，本证费米能级t E 在禁带正中，费米能级F E 在i E 之上0.29eV 。
设施主电离能0.05D E eV ∆=，是计算T=300K 时，施主能级上的电子浓度644e t t e th t e t 1114128e t 1030.21035.73201035.7k k k k k K s m J 1035.7300)10(1045.2T L k .8----------⨯=⨯-⨯=-=⋅⋅⋅⨯=⨯⨯⨯=⋅σ⋅=⊗电子热导率解：1111t f t 21067f 1s m J 9.509R 1.2R k E)1(k R )K (8.242107.4106.4)25.01(107E )1(R .9---⋅⋅=⨯=⋅=⋅αμ-σ⋅==⨯⨯⨯-⨯⨯=⋅αμ-σ=⊗解：K T K ER MPa GPa E K N Si R R h r E k T f f t m f t 6.4913.248)1(.25.0;345;379;/1027598.1500212.031.04.1831.01)1(.10max 164311max =∆⇒=-=⇒===⨯==⋅⨯⨯=⋅⋅⋅-⋅=∆⊗-αμσμσααμσ有关参数为：解：3112319/)(/1006.4)3001038.1106.122.0exp(211211)(22.005.029.0212.1)(,12.1.1cm e N E f N n eV E E E E E E E E E EE E eV E Si kTE E DD D D F D i F D i c F D Dc D g F D ⨯=⨯⨯⨯⨯+=+=⋅==-=-∴--∆--=--=∆=⊗---的查解：2 一块n 型硅材料，掺有施主弄1531.510/D N cm =⨯，在室温（T=300K ）时本证载流子浓度1231.310/i n cm =⨯。
求该块半导体材料的多数载流子浓度和少数载流子浓度3 一块半导体含有施主杂质浓度153910/D N cm =⨯，和受主杂质浓度1631.110/A N cm =⨯，求在T=300K 时（1031.310/i n cm =⨯）的电子和空穴浓度以及费米能级位置4 设锗中施主杂质的电离能0.01D E eV ∆=。
在室温下导带底有效状态密度1931.0310/c n cm =⨯，若以施主杂质电离90%作为强电离的标准，试计算在室温（T=300K ）时保持杂质饱和电离的施主杂质浓度范围⎪⎩⎪⎨⎧⨯==⨯==∴〈〈⊗。
少子；多子解：)(/1013.1)(/105.1.239203150cm N n p cm N n N n D i D D i eV22.0J 1053.3E E cm /102N cm /100.1N N Nln kT E E P cm /1045.8102)103.1(p n n cm /102109101.1N N p T N P ,N N .320V F 315A 319V AV V F 34152102i 3151516D A A D =⨯=-⨯⨯=-⎪⎩⎪⎨⎧⨯=⨯⨯==⨯=⨯-⨯=-=⇒∴∴〈⊗-代入可得取，取型半导体，有对于杂质几乎完全电离在室温，较少且又型半导体补偿后解： 时可保持强电离。
则有令，仅考虑杂质电离有低温区，忽略本征激发解：318D 318DD D 2/1kT /E CD DD 0cm /1032.1N cm /1032.1N N 9.0n )e N N 8(1N 2n n .4D ⨯〈⨯〈⇒≥⋅+==⊗+∆+6 300K 时，锗的本征电阻率为47cm Ω∙。
如电子和空穴迁移率分别为23900/cm V s ∙和21900/cm V s ∙，求本征锗的载流子密度7 本征硅在室温时的电子和空穴迁移率分别为21350/cm V s ∙和2500/cm V s ∙，当掺入百万分之一的As 后，设杂质全部电离，试计算其电导率，比本征硅的电导率增大了多少倍8 在500g 的硅单晶中，掺有54.510g -⨯的硼，设杂质全部电离，求该材料的电阻率（设2400/p cm V s μ=∙，硅单晶密度为32.33/g cm ，硼的原子量为10.8）9 设电子迁移率为20.1/cm V s ∙，硅的电子有效质量00.26cn m m =，如加以强度为410/V m 的电场，试求平均自由时间和平均自由程31319p n i i p n i ii cm /1029.2)19003900(106.1471)(q 1n )(q n 1.6⨯=+⨯⨯⨯=μ+μρ=∴μ+μ=ρ=σ⊗- 解：661119163163221161910310108.21085.3/8.108.101350106.1105/105,/1051085.3)5001350(106.1103.1)(/103.1300.7⨯=⨯=∴⋅Ω=⨯⨯⨯⨯=≈⨯=⨯=⋅Ω⨯=+⨯⨯⨯⨯=+=⨯=⊗--------i n n D n D i p n i i i cm q n cm n cm N Si cm q n cm n Si K σσμσμμσ则的密度本征又的时解： cm 34.1400106.11017.11pq 1cm /1017.1)33.2500/(1002.68.10105.4N p .81916p 316235A⋅Ω=⨯⨯⨯⨯=μ=ρ∴⨯=⨯⨯⨯=≈⊗-- 解：mE s q m m q n n n d s n n n n n n 18174417194311048.11048.110101.01048.1106.110101.926.01.0.9-------**⨯=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==∴=⊗τμτυλμττμ 解：10 一截面积为20.6cm ，长为1cm 的n 型GaAs 样品，设28000/n cm V s μ=∙，15310/n cm =，求该样品的电阻20 如果A 原子的原子半径为B 原子的两倍，那么在其他条件都相同的情况下，A 原子的电子极化率大约是B 原子的多少倍第四章6 自发磁化的物理本质是什么?材料具有铁磁性的充要条件是什么?答: 铁磁体自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用 材料具有铁磁性的充要条件为:1) 必要条件:材料原子中具有未充满的电子壳层,即原子磁矩 2) 充分条件:交换积分A > 0 8 论述各类磁性χ-T 的相互关系a) 抗磁性.d χ 与温度无关,d χ<0b) 顺磁性:cT T C-=χ,T c 为临界温度,成为顺磁居里温度,T>T c 时显顺磁性Ω=⨯=⋅ρ=⋅Ω=⨯⨯⨯=μ=σ=ρ⊗-3.16.01781.0S l R cm 781.08000106.1101nq 11.101915n 解：B ,e A ,e B A 330e 8R 2R ,R R 4.20α=α⇒=∝πε=α⊗电子极化率解：反铁磁性:当温度达到某个临界值T N以上,服从居里-外斯定律c)d)铁磁性:χf>0, T< T c,否则将转变为顺磁性,并服从居里-外斯定律亚铁磁性: 是未抵消的反铁磁性结构的铁磁性e)14. 静态磁化与动态磁化特点比较15．讨论动态磁化过程中，磁损耗与频率的关系。