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 =λS

J h .1063.634 _×=