材料物理性能复习重点
材料物理性能期末复习重点-田莳.docx
1. 微观粒子的波粒二象性在量子力学里,微观粒子在不同条件下分别表 现出波动或粒子的性质。
这种量子行为称为波E.h 粒二象性「=云P2. 波函数及其物理意义微观粒子具有波动性，是一种具有统计规律的 几率波，它决定电子在空间某处出现的几率， 在t 时刻，几率波应是空间位置（x,y,z,t ）的 函数。
此函数 称波函数。
其模的平方代表粒 子在该处出现的概率。
表示七时亥（］、 （x 、y 、z ）处、单位体积内发现粒子的几率。
3. 自由电子的能级密度能级密度即状态密度。
dN 为E 到E+dE 范围内总 的状态数。
代表单位能量范围内所能容纳的电 子数。
4. 费米能级3. 2.1费米分布函数绝对温度T 下的物体内，电子达到热平衡状态时，一个 能量为E 的独立量子态，被一个电子占据的几率为：九（E ）=—U T —电子的费米分布函数1 + £ “K Q 为玻尔兹曼常数。
E F为…个类似于积分常数的-个待定常数，称为费米能级。
它描述了在热平衡状态下，在一个费米粒子系统（如电子系统）中 属于能址E 的一个量子态被一个电子占据的概率。
在0K 时，能量小于或等于费米能的能级全部被 电子占满，能量大于费米能级的全部为空。
故 费米能是0K 时金属基态系统电子所占有的能 级最咼的能量。
5. 晶体能带理论假定固体中原子核不动，并设想每个电子是在 固定的原子核的势场及其他电子的平均势场中 运动，称单电子近似。
用单电子近似法处理晶 体中电子能谱的理论，称能带理论。
6•导体，绝缘体，半导体的能带结构根据能带理论，晶体中并非所有电子，也并非 所有的价电子都参与导电，只有导带中的电子 或价带顶部的空穴才能参与导电。
从下图可以 看出，导体中导带和价带之间没有禁区，电子 进入导带不需要能量，因而导电电子的浓度很 大。
在绝缘体中价带和导期隔着一个宽的禁带 电子由价带到导带需要外界供给能量，使电 子激发，实现电子由价带到导带的跃迁，因而 通常导带中导电电子浓度很小。
材料物理性能考试复习资料
1. 影响弹性模量的因素包括:原子结构、温度、相变。
2. 随有温度升高弹性模量不一定会下降。
如低碳钢温度一直升到铁素体转变为奥氏体相变点，弹性模量单调下降，但超过相变点，弹性校模量会突然上升，然后又呈单调下降趋势。
这是在由于在相变点因为相变的发生，膨胀系数急剧减小，使得弹性模量突然降低所致。
3. 不同材料的弹性模量差别很大，主要是因为材料具有不同的结合键和键能。
4. 弹性系数Ks 的大小实质上代表了对原子间弹性位移的抵抗力，即原子结合力。
对于一定的材料它是个常数。
弹性系数Ks 和弹性模量E 之间的关系:它们都代表原子之间的结合力。
因为建立的模型不同，没有定量关系。
（☆）5. 材料的断裂强度：a E th /γσ=材料断裂强度的粗略估计：10/E th =σ6. 杜隆-珀替定律局限性:不能说明低温下，热容随温度的降低而减小，在接近绝对零度时，热容按T 的三次方趋近与零的试验结果。
7. 德拜温度意义:① 原子热振动的特征在两个温度区域存在着本质差别，就是由德拜温度θD 来划分这两个温度区域:在低θD 的温度区间，电阻率与温度的5次方成正比。
在高于θD 的温度区间，电阻率与温度成正比。
② 德拜温度------晶体具有的固定特征值。
③ 德拜理论表明:当把热容视为(T/θD )的两数时，对所有的物质都具有相同的关系曲线。
德拜温度表征了热容对温度的依赖性。
本质上，徳拜温度反应物质内部原子间结合力的物理量。
8. 固体材料热膨胀机理：（1） 固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。
（2） 晶体中各种热缺陷的形成造成局部点阵的畸变和膨胀。
随着温度升高，热缺陷浓度呈指数增加，这方面影响较重要。
9. 导热系数与导温系数的含义:材料最终稳定的温度梯度分布取决于热导率，热导率越高，温度梯度越小;而趋向于稳定的速度,则取决于热扩散率,热扩散率越高，趋向于稳定的速度越快。
即:热导率大，稳定后的温度梯度小，热扩散率大，更快的达到“稳定后的温度梯度”（☆）10. 热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，故又称为抗热震性。
材料物理性能总复习
奈曼-柯普定律
化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
杜隆珀替定律
恒压下元素的原子热容等于25J/(K.mol)。
经典热容理论：模型过于简单，不能解释低温下热容减小的现象
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2、经典热容理论
• 爱因斯坦热容理论假设：每个原子皆为一个独立的振子，原子之间彼此无关。
高温部分符合较好，但低温部分的理论值比实验值下降得过快。
磁性是一切物质的基本属性，从微观粒子到宏观物体以至于宇宙间的天体都存在着磁的现象。 磁性是磁性材料的一种使用性能，磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能。
材料的磁学性能
01
02
1、基本磁参量的概念与定义以及影响因素
磁矩
磁化强度
磁导率
方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形面积的乘积IΔS，与电流I和封闭环形面积ΔS成正比
6、半导体的载流子浓度、迁移率及其电阻率 本征半导体 本征载流子浓度与温度T和禁带宽度Eg 有关： 随温度增加，载流子浓度增加； 禁带宽度大时，载流子浓度小； μn 和μp 分别表示在单位场强下自由电子和空穴的平均漂移速度（cm/s），称为迁移率。 杂质半导体 多子导电
温 度 升 高
半导体载流子浓度、迁移率及其电阻率与温度的关系
n -- 单位体积内载流子数目 q -- 为每一载流子携带的电荷量
E -- 为外电场电场强度
μ为载流子的迁移率，其含义为单位电场下载流子的平均漂移速度。
J -- 为电流密度
2、导电性本质因素
决定材料导电性好坏的本质因素有两个：
载流子浓度
载流子迁移率
温度、压力等外界条件，以及键合、成分等材料因素都对载流子数目和载流子迁移率有影响。任何提高载流子浓度或载流子迁移率的因素，都能提高电导率，降低电阻率。
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 重点
电阻的影响因素由于晶体点阵的不完整性是引起电子散射的根本原因，因此温度、形变与合金化均能影响金属的导电性能。
对电子波散射越强，缺陷越多，点阻率越大一、外界条件：温度、应力（环境因素）1、温度（正常温度增高电阻率增大否则反之）（1）一般规律：金属电阻率随温度的升高而增大，温度对有效电子数（nef)和电子平均速度几乎没有影响，因为在熔点以下其费米能和费米分布受温度的影响很小，但温度升高，会使离子振动加剧，热振动幅度加大，原子无序度增加，周期性势场的涨落加大，从而使电子运动的自由程减小，散射几率增大而导致电阻率增大（2）过渡族金属与多晶型转变S层电子排满、d层电子未满，传导电子可能由S层电子向d层电子过渡，其电阻可以认为是由一系列具有不同温度关系的成分叠加而成（ρ∝Tn, n为2~5.3相当于半导体，T增大时共价键转为金属键）（3）铁磁金属与磁性转变在居里点附近时，铁磁金属的电阻率随温度的变化偏离线性关系：反常降低量Δρ=αMs2原因：铁磁性金属内d层与外层s壳层电子云交互作用引起（4）熔化大多数金属熔化成液态时，电阻会突然增大约1~2倍，这是由于原子长程有序排列遭到破坏，从而加强了对电子的散射所引起，（金属键转为共价键）但Bi、Sb、Ga等在熔化时电阻率反而下降，这是由于该类元素在固态时为层状结构，具有小的配位数，主要为共价键型晶体结构，在熔化时共价键被破坏，转以金属键为主，故电阻率下降（可见书p39:图2.4）2、应力（拉应力缺陷增多电阻率增大，压应力缺陷减少电阻率降低）在弹性范围内的单向拉应力，使原子间距离增大，点阵动畸变增大，由此导致金属电阻率增大：αT—应力系数，αT >0，ζ为拉应力在压应力作用下，使原子间距变小，点阵动畸变减小，传导电子和声子之间相互作用的变化，电子结构以及电子间相互作用发生改变，金属的费米面和能带结构发生变化，由此导致金属电阻率下降二、组织结构的影响：组织结构与塑性变形、热处理工艺有关1、塑性形变形变使金属电阻率增大，这是由于晶体点阵畸变和晶体缺陷的增加，造成点阵电场的不均匀性增强而加剧对电子波散射的结果；此外冷塑性变形使原子间距有所改变，也对电阻率有一定影响。
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。
材料物理性能复习重点-图文
材料物理性能复习重点-图文第二章非组织敏感：弹性模量，热膨胀系数，居里点（成分）组织敏感性：内耗，电阻率，磁导率（成分及组织）相对电导率：IACS%定义：把国际标准纯软铜（在室温20度，电阻率为0.01724.mm2/m）的电导率作为100%，其它导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。
载流子：电荷的载体（电子，空穴，正离子，负离子）物体的导电现象的微观本质是：载流子在电场作用下的定向迁移迁移数t某，也称输运数（tranferencenumber)定义为：某t某T式中：σT为各种载流子输运电荷形成的总电导率σ某表示某种载流子输运电荷的电导率t某的意义：是某一种载流子输运电荷占全部电导率的分数表示。
载流子与导电性能的关系：因素：单位体积中可移动的带电粒子数量N每个载流子的电荷量q载流子的迁移率μ迁移率：受到外加电场作用时，材料中的载流子移动的难易程度令μ=v/E，并定义其为载流子的迁移率。
其物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度。
σ=Nqμ迁移率的影响因素：1.温度越高，平均碰撞间隔时间t越小，迁移率越小2.晶体缺陷越多，………………电子的平均自由程n为电子的密度2金属导电机制：载流子为自由电子。
经典理论：所有自由电子都对导电做出贡献。
所以有n为电子的平均速度m为电子的质量量子理论，两点基本改进:nef表示单位体积内实际参加热传导的电子数,即费米面能级附近参加电传导的电子数m某为电子的有效质量，考虑晶体点阵对电场作用的结果2eff某f实际导电的载流子为费米面附近的自由电子！nelmvnelmv产生电阻的根本原因：当电子波通过一个理想晶体点阵时（0K），它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子波才会受到散射（不相干散射）。
理想晶体中晶体点阵的周期性受到破坏时，才产生阻碍电子运动的条件。
（1）晶格热振动（温度引起的离子运动振幅的变化）（2）杂质的引入，位错及点缺陷在电子电导的材料中，电子与点阵的非弹性碰撞引起电子波的散射是电子运动受阻的本质原因。
材料物理性能期末复习考点
材料物理性能期末复习考点
1.力学性能
-弹性模量：描述材料在受力后能恢复原状的能力。
-抗拉强度和屈服强度：材料在受拉力作用下能够承受的最大应力。
-强度和硬度：表示材料对外界力量的抵抗能力。
-延展性和韧性：描述材料在受力下发生塑性变形时的能力。
-蠕变：材料在长期静态载荷下发生塑性变形的现象。
2.电学性能
-电导率：描述材料导电的能力。
-电阻率：描述材料导电困难程度的量。
-介电常数和介电损耗：材料在电场中储存和散失电能的能力。
-铁电性和压电性：描述材料在外加电场或机械压力下产生极化效应的能力。
-半导体性能：半导体材料的导电性能受温度、光照等因素的影响。
3.热学性能
-热导率：描述材料传热能力的指标。
-线热膨胀系数：描述材料在温度变化下线膨胀或收缩的程度。
-热膨胀系数：描述材料在温度变化下体积膨胀或收缩的程度。
-比热容：描述单位质量材料在温度变化下吸收或释放热能的能力。
-崩裂温度：材料在受热时失去结构稳定性的温度。
4.光学性能
-折射率：描述光在材料中传播速度的比值。
-透射率和反射率：描述光在材料中透过或反射的比例。
-吸收率：光在材料中被吸收而转化为热能的比例。
-发光性能：描述材料能否发光以及发光的颜色和亮度。
-线性和非线性光学效应：描述材料在光场中的响应特性。
以上是材料物理性能期末复习的一些考点，希望能帮助到你。
但需要注意的是，这只是一部分重点，你还需要结合教材和课堂笔记，全面复习和理解这些概念和原理。
祝你考试顺利！。
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经典自由电子理论推导
推导各向同（异）性材料的体膨胀系数和线膨胀系数的关系
二、计算题
在500单晶硅中掺有的硼，设杂质全部电离球该材料的电阻率，（设u= ，硅密度2.33g/cm^3,硼原子量为10.8）
假设X射线用铝材屏蔽，如果要是95%的X射线能量不能透过，则铝材的厚度至少要多少？铝的吸收系数为0.42cm-1
三、名词解释
马基申定则：总的电阻包括金属的基本电阻和溶质浓度引起的电阻（与温度无关）。
本征半导体：纯净的无结构缺陷的半导体单晶
介质损耗：电介质在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能量成为电介质的介质损耗磁化：任何物质处于磁场中，均会使其所占有的空间的磁场发生变化，这是由于磁场的作用使物质表现出一定的磁性，该现象称为磁化（单位体积的磁矩称为磁化强度）本征磁矩：原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩构成的原子固有磁矩称为本征磁矩
自发磁化：在铁磁物质内部存在着很强的与外磁场无关的“分子场”，在这种分子场作用下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发的磁化至饱和，
磁畴：居里点下，铁磁体自发磁化成若干个小区域，称为磁畴
磁晶各向异性：在单晶体的不同晶向上，磁性能是不同的，称为~
形状各向异性：不同形状的试样磁化行为是不同的，该现象称为~
磁致伸缩：铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化这种现象称为~
技术磁化：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
双光束干涉：两束光相遇后，在光叠加区，光强重新分布，出现明暗相间，稳定的干涉条纹（条件：频率相同振动方向一致，并且有固定的相位关系）
衍射：光波遇到障碍物时，在一定程度上能绕过障碍物进入几何阴影区。
色散：材料的折射率随入射光的波长而变化
折射率的色散：材料的折射率随入射光的频率减小而减小的性质
双折射：由一束入射光折射后分成两束光的现象。
符合折射率的是寻常光，不然是非常光二向色性：晶体结构的各向异性不仅能产生折射率的各向异性（双折射），而且能产生吸收率的各向异性
四、问答题
1.经典自由电子理论与量子自由电子理论异同
同：金属晶体中，正离子形成的电场是均匀的，价电子是自由的，
异：经典理论认为没有施加外电场时，自由电子沿各个方向运动的几率相同，不产生电流？
量子理论认为每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，所有价电子有不同的能级。
2.评价电介质的主要电学性能指标有哪些？
介电常数、耐电常数、损耗因数、体电阻率和表面电阻率、前三个属于介电性，后者导电性3.电介质的极化基本形式
电子式极化、离子式极化、偶极子极化、空间电荷极化
中性电介质、偶极电介质、离子型电介质
5.抗磁性和顺磁性分别来源于什么？
抗磁性来源于外加磁场作用下电子绕核运动所感应的附加磁矩。
抗磁性普遍存在，原子系统的总磁矩等于零时，抗磁性容易表现出来。
顺磁性来源于原子的固有磁矩。
条件是固有磁矩不为零
6.体磁性产生的条件？
原子固有磁矩不为零，要有一定的晶体点阵结构
7.光子与固体材料中的原子，离子，电子之间作用的两种结果？
1、电子极化光线通过介质时，一部分能量被吸收，同时光波速度减小，导致折射产生
2、电子能态转变
8.影响折射率的因素？
构成材料元素的离子半径、材料的结构，晶型和非晶态、材料所受的内应力、同质异构体9.弹性散射三种情况？
廷德尔散射米氏散射瑞利散射
10.激励方式
光致发光通过光的辐照将材料中的电子激发到高能态从而导致发光
阴极射线发光利用高能量的电子轰击材料，通过电子在材料内部的多次散射碰撞，使材料中多种发光中心被激发或电离而发光的过程
电致发光通过对绝缘发光体施加电场，或从外电路将电子注入到半导体导带，导致发光11.金属热容来源？
来源于受热后点阵离子的振动加剧和体积膨胀对外做功，此外金属与其他固体的重要差别是其内部有大量自由电子，金属热容还和自由电子对热容的贡献有关
12.热膨胀的物理本质
固体材料的热膨胀与原子的非简谐振动有关。
简单滴说，温度升高，原子振幅增加，导致原子间间距增大，因此产生热膨胀
13.热传导机制
电子和声子导热是纯金属主要导热机制、光子导热
五、综合题
1.试绘制抗磁体、顺磁体、铁磁体、亚铁磁体、反铁磁体的磁化曲线，说明他们的磁化率与温度的关系。
磁矩分布有何特点？
抗磁体：磁化率很小，在磁场中受微弱斥力。
可分为经典抗磁体、磁化率不随温度变化而变化；反常抗磁体，磁化率随温度变化而变化。
顺磁体：磁化率为正值，受微弱吸引力。
磁化率与温度成反比的是正常顺磁体；还有一种是磁化率与温度无关的顺磁体。
铁磁体：在较弱的磁场作用下就能产生很大的磁化强度。
铁磁体在高于居里点温度时变成顺磁体，
亚铁磁体：类似于铁磁体，但是磁化率没有铁磁体大
反铁磁体：磁化率是很小的正数，温度低于某温度时，它的磁化率随温度升高而增大，高于这个温度，其行为像顺磁体。
2.说明一般固体的热容和金属的热容是如何产生的，经典热容理论爱因斯坦量子热容理论和
德拜量子热容理论的不同点
固体热容源于受热后点阵离子的振动加剧和体积膨胀对外做功，金属热容还和自由电子对热容的贡献有关。
爱因斯坦热容理论：晶体点阵中的原子作相互无关的独立振动，振动能量是量子化的，且所有原子振动频率相同。
德拜量子热容理论：晶体中各原子间存在着弹性斥力和吸力这种力使原子的热振动相互牵连而达到相邻原子间协调地振动。
3.磁化曲线的三个阶段P68。