材料物理性能期末复习重点-田莳

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

粒二象性。

2.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t时刻、

（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

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

级最高的能量。

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

E

g

，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。半导体和绝缘体有相类似的能带结构，只是半导体的禁带较

窄(E

g

小)，电子跃迁比较容易

1.电导率

是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值。当施加电压于导体的两

端时，其电荷载子会呈现朝某方向流动的行为，因而产生电流。电导率是以欧姆定律定义为电流密度和电场强度的比率：

κ=1/ρ

2.金属—电阻率与温度的关系

金属材料随温度升高，离子热振动的振幅增大，电子就愈易受到散射，当电子波通过一个理想品体点阵时(0K)，它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子被才受到散射(不相干散射)，这就是金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶体中异类原于、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样，电子波在这些地方发生散射而产生电阻，降低导电性。

金属电阻率在不同温度范围与温度变化关系不同。一般认为纯金属在整个温度区间产生电阻机制是电子-声子（离子）散射。在极低温度下，电子-电子散射构成了电阻产生的主要机制。金属融化，金属原子规则阵列被破坏，从而增强了对电子的散射，电阻增加。

3.离子电导理论

离子电导是带有电荷的离子载流子在电场作用下的定向移动。一类是晶体点阵的基本离子，因热振动而离开晶格，形成热缺陷，离子或空位在电场作用下成为导电载流子，参加导电，即本征导电。另一类参加导电的载流子主要是杂质。

离子尺寸，质量都远大于电子，其运动方式是从一个平衡位置跳跃到另一个平衡位置。离子导电是离子在电场作用下的扩散。其扩散路径畅通，离子扩散系数就高，故导电率高。

4.快离子导体（最佳离子导体，超离子导体）具有离子导电的固体物质称固体电解质。有些

固体电解质电导率比正常离子化合物电导率高

出几个数量级，称快离子导体。

1.迁移率

迁移率是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，运动得越快，迁移率越大。在电场下，载流子的平均漂移速度v 与电场强度E 成正比为：v=μE 式中μ为载流子的漂移迁移率，简称迁移率，表示单位电场下载流子的平均漂移速度，单位是 m2/Vs 或cm2/Vs。迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，半导体材料的导电率越高。迁移率的大小不仅关系着导电能力的强弱，而且还直接决定着载流子运动的快慢。

1.少数载流子

在热平衡条件下，给定半导体中电子和空穴共存。例，在n型半导体中，载流子为电子，据质量作用定律有少量空穴存在，该条件下电子称多数载流子，空穴为少数载流子。简称多子和少子。

2.超导体，超导态

材料失去电阻的状态称为超导态，存在电阻的状态称为正常态，具有超导态的材料称为超导体。

3.超导态特性，超导态的三个性能指标

超导体的主要特性（1）进入超导态的超导体中有电流无电阻，超导体是完全等电位的，内部无电场，即完全导电性，（2）完全抗磁性（迈斯纳效应），处于超导态的材料，磁感应强度B 始终为零。超导体可屏蔽磁场，排除磁通（3）通量量子化

超导态的临界参数（三个性能指标）

临界温度（TC）--超导体必须冷却至某一临界温度以下才能保持其超导性。

临界电流密度（JC）--通过超导体的电流密度必须小于某一临界电流密度才能保持超导体的超导性。

临界磁场（HC）--施加给超导体的磁场必须小于某一临界磁场才能保持超导体的超导性。

4.直流四探针（四电极）法测半导

体，超导体等低电阻率

当四根金属探针排成一条直线，并以一定压力压在半导体材料上时，在1,4两根探针间通过电流Ｉ，则2,3探针间产生电位差Ｖ。根据公式可计算出材料的电阻率：其中，C为四探针的针系数（cm），它的大小取决于四根探针的排列方法和针距。

1.电容C

两个临近导体加上电压后具有存储电荷能力的量度。是表征电容器容纳电荷的本领的物理量，电容的单位是法拉，简称法，符号是F。

2.电介质的极化

介电材料：放在平板电容器中增加电容的材料电介质：在电场作用下能建立极化的物质。在真空平板电容器中，嵌入一块电解质加入外电场时，在正极附近的介质表面感应出负电荷，负极板附件的介质表面感应出正电荷，称感应电荷或束缚电荷。极化：电介质在电场作用产生束缚电荷的现象。

3.电偶极距

极性分子由于分子的正负电荷重心不重合而存在电偶极矩。

Q是所含电量

L为正负电荷重心距离

4.电子，离子的位移极化

电子位移极化：材料在外电场的作用下，原子中的电子云将离带正电的原子核这个中心，原子就成为一个暂时的或感应的偶极子。

离子位移极化：极化晶体中负离子和正离子相对于它们的正

常位置发生位移，形成一个感生偶极矩。晶体在电场作用下离子间的键合被拉长。

5.压电性，压电效应

在一些特定方向上对晶体加力，则在力的垂直方向上出现正负束缚电荷，这种现象为压电效应。正压电效应与逆压电效应统称为压电效应。具有压电效应的物体称为压电体。

正压电效应：晶体受到机械作用力时，在一定方向的表面上会出现数量相等、符号相反的束缚电荷；作用力反向时，表面荷电性质亦反号，而且在一定范围内电荷密度与作用力成正比。