无机材料性能学

无机材料光学性能1、折射率定义，影响因素介质对光的折射性质用材料的“折射率”n表示。

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。

介质材料的折射率一般为大于1的正数。

折射率的影响因素（1）构成材料元素的离子半径（2）材料的结构、晶型（3）材料的内应力（4）同质异构体2、色散定义及应用材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为折射率的色散。

最简单的应用就是三棱镜，分出单色光。

为了消除正常色散对通信的干扰，就要在此光纤后再接上一段色散反常的光纤，使光在经历了正常色散后再经历一次反常色散，从而使光信号减小失真。

这叫做色散补偿。

3、反射、全反射定义光的反射：光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象，叫做光的反射。

光线从光密介质（玻璃）进入光疏介质（空气）中时，折射角φ2大于入射角φ1 。

当φ1 为某值时，φ2可达到90°，这时光线平行于表面传播。

φ1 继续增大时，光线就会全部向内反射回光密介质内，这种现象称为全反射。

4、双折射定义光通过时，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。

5、解释材料吸光的物理本质。

1、价电子激发——取决于能带结构。

（1）金属能带结构特点：价带与导带之间没有禁带金属光学性质：能吸收各种频率的光、不透明，反射率高（2）半导体、绝缘体对光的吸收绝缘体材料的禁带宽度一般大于3.1eV，不吸收可见光。

对于禁带宽度小于1.8eV的材料，吸收可见光。

很多半导体材料的禁带宽度小于1.8eV，2、晶格振动——取决于材料的振动特性光子的能量转化为晶格振动能6、减小陶瓷、玻璃等材料的反射损失，经常采取的措施。

由多块玻璃组成的透镜系统，常常用折射率和玻璃相近的胶粘起来，这样除了最外和最内的两个表面是玻璃和空气的相对折射率外，内部各界面均是玻璃和胶的较小的相对折射率，从而大大减少了界面的反射损失。

7、物体产生颜色的原因由于光吸收的选择性，导致物体吸收一定波长范围的光，而反射或透射其他波长范围的光，从而使物体显现出不同的颜色。

物质呈现的颜色，是光和物体相互作用所引起的，或是物质内部电子在不同能级间跃迁的结果。

颜色的起因可归结为光在物质中传播时由于反射、透射、散射等物理过程所引起。

8、影响材料透光性的原因。

影响材料散射的原因？晶体双折射对散射的影响？吸收系数:吸收系数与材料的性质密切相关。

反射系数:反射损失与相对折射率有关，也与表面粗糙度有关。

散射系数: 影响透光性的主要因素。

影响材料散射的原因：（1）材料的宏观及显微缺陷：材料中的缺陷与主晶相不同，于是与主晶相具有相对折射率，此值越大，反射系数越大，散射因子也越大，散射系数变大。

（2）晶粒排列方向的影响：各向异性体，存在双折射。

多晶无机材料，相邻晶粒之间的结晶取向不同,晶粒之间会产生折射率的差别，引起晶界处的反射与散射损失。

（3）气孔引起的散射损失：晶体双折射对散射的影响: 由于双折射造成相邻晶粒之间的折射率也不同。

两个晶粒寻常光的相对折射率相同，即n0/n0=1，无反射损失；左晶粒的寻常光折射率n0与右晶粒的非寻常光折射率ne不同，形成相对折射率n0/ne≠1 ，造成反射系数和散射系数，引起很大的散射损失。

n0与ne相差较小，反射和散射损失较小。

n0与ne相差较大，反射和散射损失较大。

9、材料吸收带边/带隙宽度的计算，光吸收的一般律及光散射的一般规律、公式计算？有一材料的吸收系数α=0.32cm-1，透明光强分别为入射的10%，20%，50%及80%时，计算材料的厚度各为多少？α取决于材料的性质和光的波长。

1．一入射光以较小的入射角i和折射角r通过一透明玻璃板,若玻璃对光的衰减可忽略不计,试证明：透过后的光强为(1-m)2此紫外吸收端相应的波长可根据材料的禁带宽度 求得：10、提高无机材料透光性的措施？提高原材料纯度，降低杂质含量掺加外加剂、降低气孔率工艺措施，降低气孔率，使晶粒定向排列无机材料的电导性质1、载流子定义，种类载流子是指物质内部运载电荷的自由粒子。

电子电导的载流子是电子或空穴（电子空位）。

电子、空穴——电子电导——霍尔效应离子（正离子、负离子及其空位）——离子电导——电解效应2、离子电导、电子电导、本征电导、固体电解质、压敏效应、正温度系数效应定义本征电导：导带中的电子导电和价带中的空穴导电同时存在。

离子电导：离子晶体的电导主要为离子电导，载流子可以是荷电的间歇离子，正常格点离子，空位。

离子载流子的运动伴随着明显的质量迁移，有的可能发生氧化还原反应而产生新的物质。

电子电导：载流子是电子或者空穴。

半导体陶瓷、导电材料、超导电材料主要呈现电子导电。

固体电解质：具有离子导电性的固态物质。

这些物质或因其晶体中的点缺陷或因其特殊结构而为离子提供快速迁移的通道，在某些温度下具有高的电导率(1～10-6西门子／厘米）,故又称为快离子导体。

压敏效应：临界电压VC 以下电阻高；当电压大于VC 时，电阻迅速降低。

PTC 效应：电阻率随温度升高发生突变，增大了3个以上数量级。

是价控型钛酸钡半导体特有。

电阻率突变温度在相变（四方相与立方相转变）温度或居里点。

3、电解效应、霍尔效应定义及应用λc h hr E g ×==g E hc =λSJ h .1063.634 _×=电解效应：离子电导的特征是存在电解效应。

离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质，这就是电解现象。

遵循法拉第定律霍尔效应：电子电导的特征是具有霍尔效应。

沿试样x轴方向通入电流I（电流效应Jx），Z轴方向加一磁场Hz，那么在y轴方向将产生一电场Ey，这一现象称为霍尔效应。

利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导。

4、n型、p型半导体及金属、本征半导体和绝缘体的能带结构图，及带隙大小。

n型半导体：在半导体基体中掺入施主掺杂离子、取代基体原子，与基体原子形成共价后，还多出电子，这个“多余”的电子能级离导带很近（如图），比满带中的电子容易激发。

P型半导体：在半导体基体中掺入受主掺杂离子、取代基体原子，与基体原子形成共价后，还少了电子、出现了空穴，其能级离价带很近（如图）。

价带中的电子激发到空穴能级比越过整个禁带容易得多。

导体的能带结构有三种：（a）未满带+重带+空带；（b）满带+空带；（c）未满带+禁带+空带。

5、钛酸钡价控半导体及反应方程式和缺陷方程式书写，解释？6、离子电导、电子电导的影响因素1、电子电导的影响因素[1] 温度的影响：温度对电导率的影响包括对迁移率和载流子浓度（主要）的影响[2] 缺陷的影响：杂质缺陷组分缺陷（阳离子缺陷，阴离子空位）间隙离子缺陷2、离子电导影响因素[1]温度：根据离子电导率的公式σ= Aexp[-B/T]可以看出，电导率随温度按指数形式增加。

导电率对数与温度倒数呈线性关系。

[2]晶体结构根据离子电导率的公式σ= Aexp[-B/T]= a exp[-U/kT]，也可以看出，电导率随活化能U按指数规律变化。

活化能反映离子的固定程度，它与晶体结构有关。

熔点高的晶体，晶体结合力大，活化能也高，电导率就相对较低。

离子电荷的高低也有影响：一般地，低价离子比高价离子的活化能小,电导率大。

晶体结构的紧密程度的影响：结构越紧密，可供移动的间隙小，离子迁移活化能高。

[3]晶格缺陷离子导电是可移动离子的定向迁移，是离子与周围缺陷交换位置的结果。

根据离子电导率的公式 σ=nq μ 可以看出，电导率与离子浓度成正比。

离子性晶格缺陷的生成及其浓度是决定离子导电的关键。

3、晶格缺陷的生成与浓度的主要影响因素：[1] 温度：热激活生成晶格缺陷；[2]掺杂：不等价固溶掺杂形成晶格缺陷；AgBr 中掺入CdBr 生成Ag 空位[3]偏离化学计量：如还原产生氧空位（缺陷），ZrO2中的氧空位。

7、离子电导需要具备的条件（1）电子载流子的浓度大小（2）离子晶体缺陷浓度大，并参与导电。

因此离子性晶格缺陷的生成及浓度大小是决定离子电导的关键。

8、离子电导、电子电导的迁移率和载流子浓度μ=v/E=(a2ν o q/6kT) exp(-U0/kT)a ——晶格距离，ν o ——间隙离子的振动频率， q ——间隙离子的电荷数， k ——0.86×10-4ev/k ， U0——无外电场时间隙离子的势垒。

例子：晶格常数a=5×10-8 cm ，振动频率1012 Hz ， 势垒0.5 eV ， 常温300 K ，求迁移率μ 载流子沿电场力的方向的迁移率为：μ=v/E=(a2ν o q/6kT) exp(-U0/kT)μ=6.19×10-11 cm2/sV离子载流子的总浓度可表达为：n Z 为能够产生理解的杂质离子浓度，UZ 为形成一个杂质离子缺陷所需的能量，k 为玻耳兹曼常数，T 为热力学温度。

本征离子电导率的一般表达式为：无机材料磁学性能1、铁氧体含铁及其它元素的复合氧化物。

称为铁氧体（ferrite ），电阻率为10～106Ω•m ，属于半导体范畴。

铁氧体是含有铁酸盐的陶瓷磁性材料。

2、材料磁性的来源磁性的本源：电子的循轨运动和自旋运动。

3、磁性的分类：抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性1） 抗磁性抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的与外加磁场方向相反的附加磁矩，称为抗磁矩。

2）顺磁性（弱磁性）顺磁性主要来源于电子（离子）的固有磁矩。

无外加磁场时，原子的固有磁矩呈无序状态，原子宏观上不呈现磁性，外加磁场作用下，原子磁矩比较规则的取向，物质显示极弱的磁性。

3）铁磁性（强磁性）铁磁性来源于原子未被抵消的自旋磁矩和自发磁化。

处于不同原子间的、未被填满壳层上的电子发生特殊的相互作用。

参与相互作用的电子已不再局限于原)2exp()2exp()2exp(kTU N kT U N kT U N n n n n Z S F Z S F -+-+-=++=来的原子，而是“公有化”了，原子间好像在交换电子，称为“交换作用”。

结果迫使相邻原子自旋磁矩产生有序排列。

因交换作用所产生的附加能量称为交换能J。

J为正值时，呈现铁磁性。

百科：物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。

4）反铁磁性（弱磁性）交换能J为负值，使相邻原子间的自旋趋于反向平行排列，原子磁矩相互抵消，不能形成自发磁化区域。

5）亚铁磁性百科：在无外加磁场的情况下，磁畴内由于相邻原子间电子的交换作用或其他相互作用。

使它们的磁矩在克服热运动的影响后，处于部分抵消的有序排列状态，以致还有一个合磁矩的现象。