材料物理课件2第二章 超材料物理1

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材料物理性能:第二章 电导 (2)

材料物理性能:第二章 电导 (2)

能带
原子能级
原子轨道
允带 导带
禁带 禁带
原子能级---分裂为能带
原子系列能级可看作是连续的。把这具有的能量范围 称为“能带”。
不同能带间有能量间隔,这个间隔内电子不能存在, 形成一个能级禁区,称为“禁带”。
电子数量增加时能级扩展成能带 5
最外层没电子的带--导带 CB 最外层有电子的带--价带 VB
①未掺杂质,费米能级居于禁带中央,导带内的电子或价 带内的空穴是非简并化分布(图a)。
②轻掺杂P型半导体,受主能级使费米能级向下移动(图b); 轻掺杂N型半导体中,施主能级使费米能级向上移动(图d);
③在重掺杂P型半导体,费米能级向下移到价带中,低于 费米能级的能带被电子填满,高于费米能级的能态都是空 的,导带中出现空穴——P型简并半导体 (图c);
金属的热导系数 对于立方晶系金属来说
可见立方晶系金属的热导率与电导率成正比. 电导大的金属热导系数也大.
2. 过渡金属的电阻
过渡金属的电阻和温度的关系是反常的,特别是铁 磁性金属,发生磁性转变时候,电阻率出现反常,和 温度的依赖关系不在适用。
这些金属电阻和温度的反常关系,主要原因: 金属d及其s壳层电子云相互作用所致。
材料电阻的本质
产生电阻的原因自由电子在定向迁移过程中,因不断与其他质点 发生碰撞,而使电子的迁移受阻,这就是产生电阻的原因
金属材料的电阻来源于自由电子的散射
金属的电导率:
金属导电机制
可见电导率与温度的依赖关系,实际是弛豫时间与温度的 依赖关系
金属导电机制
当电磁波在绝对0 K时候,通过一个理想的晶体点 阵,它将没有任何散射而无阻碍的传播。
2n个态0个电子2n个态4n个电子满带或价带导带和价带之间的差值就是材料的带隙pbandgap电子是否可以跃迁和迁移取决的因子是99温度为绝对零度时电子占据的最高的能级视作电子填充能级水平的一把尺子

材料物理:第二章 材料的导电性

材料物理:第二章 材料的导电性

3、热性能 4、耐腐蚀和耐气候性能 5、阻燃性能
6)晶粒度
晶粒尺寸减小到一定程度后, 能级发生改变。导电性能下 降。而升温可以激发电子的 跃迁,反而增加了导电性能。
材料的导电性
目录
1、材料的能带结构 2、金属中的电阻 3、影响导电性的因素
1、材料的能带结构
能带理论可以看成 是多原子分子轨道 理论的极限情况, 由分子轨道的基本 原理可以推知,随 着参与组合的原子 轨道数目的增多, 能级间隔减小, 能 级过渡到能带。
对轨道数量进行统计,得到轨道密度图(态密度图)
反常金属元素
电阻率随压力升高到一定值后下降,即电阻率有极大值, 如碱金属、碱土金属、稀土金属和第Ⅴ族的半金属等。
与压力作用下的相变有关
2)受力情况
应力敏感材料的应用
2)受力情况
斜拉桥上的斜拉绳应变测试
3)冷加工
冷加工使金属的电阻率增大。这是由于冷塑性变形使晶体 点阵畸变和晶体缺陷增加,特别是空位浓度的增加,造成点 阵电场的不均匀而加剧对电磁波散射的结果。此外,冷塑性 变形使原子间距有所改变,也会对电阻率产生一定影响。

铝 用能带结构来理解材料的塑性变形能力
材料的所有性能(力学、电学、光学…) 都取决于原子和电子的空间排布:
•如果外界条件打破了原子排列的平衡状态,就会有位错, 晶界,裂纹
•如果外界条件打破了电子排列的平衡状态,就会导电、 发光、化学键断裂等现象。
……
要除开核物理性能,因为核物理性能,和 中子、质子的排列相关
1、材料的能带结构
对轨道数量进行统计,得到轨道密度图(态密度图)
1、材料的能带结构
-3π/a -2π/a -π/a
0 π/a
2π/a 3π/a

材料物理学第2章-2PPT课件

材料物理学第2章-2PPT课件

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三、纳米表面工程
1.纳米表面工程的内涵
纳米表面工程是以纳米材料和其它低维非平衡 材料为基础,通过特定的加工技术、加工手段, 对固体表面进行强化、改性、超精细加工,或赋 予表面新功能的系统工程。 纳米表面工程是在纳米科技产生和发展的背景 下,对固体表面性能、功能和加工精度要求越 来越高的条件下产生的。
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3.离子束技术
(1)离子注入材料表面改性 (2)等离子体源离子注入 (3)离子束沉积
一次离子束沉积
二次离子束沉积,或叫离子束溅射沉积
(4)离子束增强沉积
将离子注入和薄膜沉积两者融合为一体的材料表面改 性新技术。
离子束增强沉积技术可以提高膜与基体间的附着力, 改善膜的耐蚀性和耐用磨性,并能改变膜的应力提高 光学磁学性质。
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4.激光表面改性
激光表面改性始于20世纪80年代,其技术决定 于3个因素:激光类型、激光应用方式及所处 理材料的种类。 (1)激光表面热处理 激光使表面升温,达到退火和回火的目的。 (2)激光熔化处理 熔化后快速冷却,会产生非晶层或纳米结构
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激光辐照后将材料表面加热到熔点以上,并在 表面形成熔区(熔池)在光束停止辐照后,熔 体快速凝固导致材料表面组织和性能发生改变 的种工艺。 (1)激光熔凝 (2)激光非晶化 (3)激光熔覆 (4)激光表面合金化
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4.界面在复合材料中的作用
表面当淀积材料后就成为界面。
在复合材料中, 材料的复合是通过界面直接接 触实现的 ;
因此界面的微观结构和性质将直接影响其结合 力性质、粘合强度和复合材料的力学性能以及 物理功能;

材料物理性能第二章 材料的热学性能

材料物理性能第二章 材料的热学性能

原因:忽略振子之间的频率差别 忽略振子之间的相互作用 忽略低频的作用
2.德拜比热模型
德拜考虑了晶体中原子的相互作用,把晶体中原 子振动看成各向同性连续介质的弹性波,振动能量 量子化并假定原子振动频率不同,在0~ωD之间连续 分布。 式中,
=德拜特征温度
=德拜比热函数,
其中,
由上式可以得到如下的结论: • (1)当温度较高时,即, 即杜隆—珀替定律。 • (2)当温度很低时,即
度θD时,
低于θD时,CV~T3成正比,不同材
料θD也不同。例如,石墨θD=1973K,BeO 的θD =1173K,
Al2O3的θD=923K。
不同温度下某些陶瓷材料的热容
上图是几种材料的热容-温度曲线。这些材料的θD 约为熔点(热力学温度)的0.2-0.5倍。对于绝大多数 氧化物、碳化物,热容都是从低温时的一个低的数值 增加到1273K左右的近似于25J/K·mol的数值。温度进 一步增加,热容基本上没有什么变化。图中几条曲线 不仅形状相似,而且数值也很接近。
, ,计算得
这表明当T→0时,CV与T3成正
比并趋于0,这就是德拜T3定律,
它与实验结果十分吻合,温度越低,近似越好。说明低温时固体温度升高 吸收能量主要用于原子振动加剧。但T趋于ok时,热容和实验不符。原因: 忽略晶体的各向异性,忽略高频对热容的贡献。
四、材料的热容
1、无机材料的热容:根据德拜热容理论,在高于德拜温
P
-T

S T
V
V
=T

S V
T

V T
P
=T

P T
V

V T
P=-T

材料物理课件2第二章超材料物理

材料物理课件2第二章超材料物理
和μ(ω)趋于1。 c) 但在中间频率阶段, Re[ε]和Re[μ]可取负值。如金属材料
在等离子频率以下具有负的ε(ω)值,铁磁体在铁磁共 振附近具有负的μ(ω)值。
由于电磁波能流的方向取决于玻印廷矢量S的方
向,而 SEH , 即 、 、E H始终S 构成右手螺旋关
系。因此在左手材料中,(它的k 方向代表电磁波相
• 70年代初,诺贝尔奖获得 者江崎等提出的半导体超 晶格,则是基于通过半导 体能带的周期结构调制其 中电子运动的调控。因此 广义的讲,半导体超晶格 也可以看成上一种“超材 料”。
超材料设计的关键
• “超设计”与材料中的“关键物理尺度”密切相关。 材料中所呈现的一些物理性质往往和材料结构中的关键
左手材料特性之一: 电磁波传播方向与能量传播方向相反
• 即波矢的方向与能量的传播方向相反,E、H、K之间满足 左手定律。
在经典电动力学中,介质的电磁性质可以用介电常数ε 和磁导率μ两个宏观参数来描述。正弦时变电磁场的波 动方程(Helmholtz方程)为:
▽ 2 E k 2 E 0 ▽ 2 B k 2 B 0
由于光子带隙的存在,人们可以通过设计带隙实现对各种波 长光的调控,获得各种各样的新型光学器件。 •基于光子晶体的低阈值激光振荡器和各类低阈值的光逻辑器 件 •基于光子晶体的全光开关和光学非线性器件 •光子晶体波导 •光子晶体高性能反射镜 •光子晶体超棱镜
左手材料的提出
• 1967年,前苏联科学家维克托·韦谢拉戈 (Victor Veselago)提出: 如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的 磁导率,这种物质将能够颠覆光学世界,它表现 出反常的折射行为,能够使光波看起来如同倒流 一般,并且在许多方面表现得有违常理的行为。

材料物理学PPT课件

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表面是指基片(衬底)的表面状态 。 基片的作用:承载薄膜材料与作为外延衬底。 淀积物在表面形成薄膜的过程是:吸附→成核→
长大(二维或三维)。 表面的缺陷与形貌会延伸到薄膜中。 表面存在的应力也会影响薄膜的生长。 表面的状态对薄膜的性质影响非常大。
§2.2材料的界面
2.2.1界面的定义和种类
2.2.3 相界
1. 非共格相界 两相结构不同或晶格常数差别很大时,交界区
称非共格相界。 2. 共格相界
当两相结构一样,晶格常数差别较小,通过晶 格常数扩张与收缩,使得晶界两侧的原子排列按 原晶格结构连贯地结合。
3. 准共格相界:晶格结构相同,但晶格常数差
别较大,过渡区主要由失配位错组成
2.2.4 分界面
高技术新材料如金属间化合物,超晶格、多层膜和各
种薄膜材料,纳米固体材料以及颗粒、晶须、纤维等增强
金属基或增韧的陶瓷基复合材料中,由于界面的原子结构、
化学成分不同于界面两侧体材料,而且在界面上很容易发
生化学反应。
所以界面的性质与界面两侧的体材料有很大差别,界
面对材料的性能起着重要的作用,甚至有时能起控制作用。
1.表面的范围
根据研究内容而定,是一个过渡区(若干Å 至数 m)。
2.理想表面与实际表面
(1)理想表面表面原子排列除上部无原子外与 体内一样。
(2)实际表面 未清洁过的表面( Uncleaned surface); 清洁表面(Cleaned surface); 真空清洁表面 。
1.1.2清洁表面的的原子排布
相与相的交界面称界面(Boundary , Interface)。 晶粒与晶粒间的交界区称晶粒间界(Grain Boundary
GB),又称晶界或粒界。 对多相凝聚体系统,各相间的界面称相界(Phase

材料物理课件Supercond-2

材料物理课件Supercond-2

B
⎧ Ba sinh( x / λL ) cosh(d / λL ) ⎪− j s = ⎨ μ 0 λL ⎪0 ⎩
−d ≤ x ≤ d x < −d , x > d
这说明,超导电流只能在 λL 厚的薄层内流动,体内无电流。若要在体 内流动,则要产生一磁场,从而不存在 Meissner 态,这是不可能的。 从表层电流的方向可见,正是它使超导体内部受到屏蔽而不存在磁 场。
d
根据超导平板 B(x) 的表达式,M = ( B − H ) / 4π ,得
1 λL d⎤ 2⎡ g s (T , H a ) = g s (T ,0) + μ 0 H a ⎢1 − tanh ⎥ 2 λL ⎦ ⎣ d
2 因为 g s (T , H c ) = g s (T ,0) + μ0 H c / 2,而 Ha = Hfc 时,薄膜变为正常态。此 时 ⎡ λ d⎤ H c2 = H 2 ⎢1 − L tanh ⎥ fc λL ⎦ ⎣ d
B=0 Ha 1− n H M =− a 1− n Hi =
当 Hc(1−n) ≤ Ha ≤ Hc 时,椭球在赤道面上达到或超过临界磁场 Hc,因 此在赤道面上要回复到正常态,磁力线可以透入超导体内,致使椭球 中出现一个超导芯子。 由于芯子外面可穿入磁场,显然磁力线密度在此处降低,正常区不再 向内部扩张。 但是存在矛盾之处:因为超导芯子界面磁场必然是 Hc,那么离开芯子 处的磁场将小于 Hc,超导芯子外部的正常区又将变为超导态。
js = ns evs
因此,电场产生一个持续增加的电流,增加速率为
∂js ns e 2 = E ∂t m
由 Maxwell 方程,磁场、电场和电流关系是
∇× E = − ∂B ∂t ∂D ∇× H = j + ∂t

材料物理性能(第二章材料的脆

材料物理性能(第二章材料的脆
泊松比的大小反映了材料在单向受力时横向变形 的特点,泊松比越大,横向变形越大。
热膨胀系数
01
热膨胀系数:材料在温度升高时,单位长度的材料会沿温度升高方向 膨胀的长度。
02
热膨胀系数是材料常数之一,与材料的化学成分、晶体结构、微观组 织等有关,不同的脆性材料具有不同的热膨胀系数。
03
热膨胀系数的大小反映了材料受温度变化时尺寸稳定性的好坏,热膨 胀系数越小,尺寸稳定性越好。
脆性材料的热导率一般较小,这是因为脆性材料的晶格结构较为紧密 ,不易传递热量。
电导率
01
电导率:材料中电导电流密度与电场强度之比,反映了材料的 导电性能。
02
电导率的大小与材料的导电性能有关,电导率越大,材料的导
电性能越好。
脆性材料的电导率一般较小,这是因为脆性材料的晶格结构较
03
为紧密,不易传导电子。
脆性材料的弹性模量一般较大 ,这是因为脆性材料在受到外 力作用时不易发生塑性变形。
泊松比
泊松比是材料常数之一,与材料的化学成分、 晶体结构、微观组织等有关,不同的脆性材料
具有不同的泊松比。
脆性材料的泊松比一般较小,这是因为脆性材料在受 到外力作用时不易发生横向变形。
泊松比:材料在单向拉伸或压缩时,横向应变 与轴向应变之比的负值,反映了材料横向变形 的特性。
硬度
总结词
脆性材料的硬度较高,这是因为脆性材料中的原子间相互作用力较强。
详细描述
由于脆性材料中的原子间相互作用力较强,使得其表面硬度较高,不易被划伤 或磨损。
耐磨性
总结词
脆性材料的耐磨性较差,这是因为脆性 材料在摩擦过程中容易发生脆性断裂。
VS
详细描述
脆性材料在摩擦过程中,由于其内部的原 子间相互作用力较弱,容易在摩擦力的作 用下材料的力学性能

材料物理性能课件-第2章3节

材料物理性能课件-第2章3节

主讲:袁朝圣
物理与电子工程学院
郑州轻工业大学
3 .4 快离子导体
2、立方稳定的氧化锆(CSZ)(自学)
主讲:袁朝圣
物理与电子工程学院
郑州轻工业大学
作业
习题一(A) (P25): 一、填空题: 1,2,3 二、选择题: 1,2
加上电场后, 沿电场方向, 位垒降低而反电场方向将提高 向右的势能将降低½zeEb=½Fb,向右边运动的几率
主讲:袁朝圣
物理与电子工程学院
郑州轻工业大学
1、离子电导理论
电场方向上存在一平均漂移速度 v
电场强度足够低: V
足够强大电场存在: V 当电场强度为10 V/ cm 以上时, bF 才可与kT 相比较 由于电流密度j = nzeV,
主讲:袁朝圣
物理与电子工程学院
郑州轻工业大学
3 .4 快离子导体
有些固体电解质的电导率比正常离子化合物的电导率高出几个数量级, 故 通常称它们为快离子导体( FIC) 、最佳离子导体( optimized ionic conductor )或超离子导体( superionic conductor)

主讲:袁朝圣

物理与电子工程学院
郑州轻工业大学
1、离子电导理论
电阻率
多种载流子总电导率
主讲:袁朝圣
物理与电子工程学院
郑州轻工业大学
3.2 离子电导与扩散
离子导电是离子在电场作用下的扩散现象。其扩散路径畅通, 离子扩 散系数就高, 因此导电率也就高。
能斯特-爱因斯坦( Nernst-Einstein)方程
材料物理性能-电学性能
讲授者 袁朝圣
QQ: 38987726 E_mail: zzyuancs@

材料物理性能(第二章 材料的脆性

材料物理性能(第二章 材料的脆性

时间过了若干年之后,我才慢慢发现:原来,我们一同走进教室,听了一节《无机材料物理性能》课,是个美丽的回忆!第二章z第一节 z第二节 z第三节 z第四节 z第五节 z第六节 z第七节 z第八节材料的脆性断裂与强度脆性断裂现象 理论结合强度 Griffith微裂纹理论 应力场强度因子和平面应变断裂韧性 裂纹的起源与快速扩展 材料中裂纹的亚临界生长 显微结构对材料脆性断裂的影响 提高无机材料强度改进材料韧性的途径第一节脆性断裂现象一. 弹、粘、塑性形变 ¾弹性形变:剪应力下弹性畸变―――可以恢复的形变 ¾塑性形变:晶粒内部的位错滑移―――不可恢复的 永久形变 ¾粘性形变:―――不可恢复永久形变 ¾蠕 变:―――随时间而发生变形二. 脆性断裂行为 在外力作用下,在高度应力集中点(内部和表面 的缺陷和裂纹)附近单元。

所受拉应力为平均应力的 数倍。

如果超过材料的临界拉应力值时,将会产生裂 纹或缺陷的扩展,导致脆性断裂。

因此,断裂源往往出现在材料中应力集中度很高 的地方,并选择这种地方的某一缺陷(或裂纹、伤痕) 而开裂。

三. 突发性断裂与裂纹缓慢生长 裂纹的存在及其扩展行为决定了材料抵抗断裂的 能力。

z 在临界状态下,断裂源处裂纹尖端的横向拉应力= 结合强度→裂纹扩展→引起周围应力再分配→裂纹 的加速扩展→突发性断裂。

z当裂纹尖端处的横向拉应力尚不足以引起扩展,但在 长期受力情况下,会出现裂纹的缓慢生长。

第二节 理论结合强度要推导材料的理论强度,应从原子间的结合力入 手,只有克服了原子间的结合力,材料才能断裂。

Orowan提出了以正弦曲线来近似原子间约束力随 原子间的距离X的变化曲线(见图2.1)。

得出:σ =σth× sin2 πχλ式中, σ th 为理论结合强度, λ 为正弦曲线的波长。

设分开单位面积原子平面所作的功为 V ,则V =∫λ20σ th × sin2π xλdxλλσ th = 2π λσ th = π2π x ⎤ 2 ⎡ − cos ⎢ ⎥ λ ⎣ ⎦0设材料形成新表面的表面能为 γ(这里是断裂表面 能,不是自由表面能),则 V = 2γ , 即λσ th = 2γ π 2πγ σ th = λ在接近平衡位置 O的区域,曲线可以用直线代替,服 从虎克定律: x σ = Eε = E aa 为原子间距, x 很小时, sin因此,得:2πxλ≈2πxλσth=Eγ a可见,理论结合强度只与弹性模量,表面能和晶 格距离等材料常数有关。

材料物理(第二章1)

材料物理(第二章1)

(二)弗兰克不全位错及其形成方式
(三)不全位错的基本特征 1、不全位错与层错密不可分 、 2、两类不全位错的特征 、 3、两种不全位错的形状和性质 、 (四)不全位错柏氏矢量的确定 1、 1、采用柏氏回路的方法
2、晶胞“分析”法 晶胞“分析”
四、汤普森四面体和汤普森记号
五、位错反应条件和扩展位错 (一)位错反应 (二)位错反应的条件和判据 1、柏氏矢量守恒律 、 2、组态能量降低规律 、
2)柏氏矢量与位错线平行时是螺型位错; 柏氏矢量与位错线平行时是螺型位错; 3)柏氏矢量既不平行,又不垂直于位错线时为混 柏氏矢量既不平行, 合型位错。 合型位错。 柏氏矢量表示了位错线周围总的结构畸变的大小。 3、柏氏矢量表示了位错线周围总的结构畸变的大小。 柏氏矢量与位错的组态和弹性性质直接相关。 4、柏氏矢量与位错的组态和弹性性质直接相关。 柏氏矢量的大小及其表示法。 四、柏氏矢量的大小及其表示法。 五、混合型位错
(二)力的一般表达式
(三)位错运动方向、晶体滑移方向和外加应力的 位错运动方向、 关系
§2-5位错之间的交互作用
一、平行位错间的相互作用力
二、几种特殊情况 为两个平行的正刃型位错( (一)A、B为两个平行的正刃型位错(同号即可) 、 为两个平行的正刃型位错 同号即可)
(二) A、B为两个右螺型位错(同号即可) A、 为两个右螺型位错(同号即可) 一为刃型、 (三) A、B一为刃型、一为螺型位错
(二)柏氏矢量相互平行的两刃型位错的交割
(三)刃型位错与螺型位错的交割
(四)两螺型位错的交割
三、带割阶的位错的运动 (一)带小割阶的螺型位错的运动
(二)带有长割阶的螺型位错的运动
(三)带大割阶的位错的运动
§2-10 位错的形成与增殖

超材料物理第二部分课件

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超材料物理第二部分
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最新的几篇超材料文献
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Watching your back !!
7/24/2009
超材料物理第二部分
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• D. Schurig等在实验中用到的“隐 形斗篷”,是由铜圈和超颖物质制 造的同心圆装置,它成功的将一个 放在中心的铜圆柱“隐藏”了起来。 该装置采用了周期排列SRRs,由三 层单位元构成的十个同心圆组成, 但是, 每一个同心圆的相关SRR参 数根据设计的要求是不同的。
超材料物理第二部分
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• 试验结果和计算机的模拟结果符合的很好(圆环是隐形斗篷 的位置):
(A)为理想情况下波的传播 (B)为尽量的接近实验实际情况下的模拟结果 (D)则是实验的实际结果
超材料物理第二部分
• 超颖材料甚至可以帮助我们实现罕见的天体物理现象。我 们知道,在爱因斯坦引力理论中,引力场可以用弯曲的时 空代替,光线在引力场中弯曲因为时间和空间是弯曲的。 在一个不随时间变化的时空中,电磁场感受到的弯曲时间 和空间可以用6个有效的函数描述,这六个函数恰好是介电 材料中的6个介电常数,另外6个函数即磁化率分别等于6 个介电常数。所以,电磁波在静态引力场的传播完全可以 用材料来模拟。
小窗户对于电磁波(光)的通超材透料性物理质第与二部大分窗户是完全一样的
Opening the door to Hogwarts (穿墙术)

【材料物理性能与力学性能】第1-2章

【材料物理性能与力学性能】第1-2章

内耗:材料在变形过程中被吸收的功。
弹性滞后环:应力-应变曲线中,加载线和卸载线不重合而形成一 个封闭回路,称为弹性滞后环。 弹性滞后环说明加载时材料吸收的变形功大于卸载时材料释放的 变形功,有一部分加载变形功被材料吸收,即为内耗,其大小等 于弹性滞后环的面积。(内耗大小主要取决于应变和应力之间的位 相差)
2)晶体结构
单晶体:各向异性
多晶体:伪各向同性
最大值与最小值差值可达4倍
非晶:各向同性
3)化学成分----引起原子间距和键合方式的变化
4)微观组织----影响较小
晶粒大小对E值无影响;
第二相的影响取决于体积比例和分布状态;
冷加工的影响在5%以内
5)温度----温度升高,E降低
特例:橡胶。其弹性模量随温度升高而增加。
三、影响金属材料屈服强度的因素
1、晶体结构
(派纳力)
位错宽度w大,位错易于移动, bcc金属相反
p n小,屈服强度小,如fcc金属.
2、晶界和亚结构 晶界越多,晶粒越小,位错中应力集中程度不够,需要更大
的外加切应力才能够使位错运动,因此屈服强度越大。——
细晶强化
3、溶质元素——固溶强化 此外,
上屈服点:试样发生屈服而力首次下降前的最大应力值。 su
屈服平台(屈服齿):屈服伸长对应的水平线段或曲折线段。
材料产生屈服的原因:与材料内部的位错运动有关。
位错运动速率与切应力的关系: v ( )m 0

'
其中,m 为位错运动速率应力敏感指数。

'
b v
:塑性应变速率




6)加载条件和负荷持续时间 加载方式、速率和负荷持续时间对金属材料、陶瓷材料 影响很小。

材料物理性能2章

材料物理性能2章

冷加工在很大程度上消除了这种不均匀状态
2.2.5 固溶体的电阻率
小结: 缺陷,杂质,第二组元可以考虑为“缺陷”, 一般而言,均匀分布的 缺陷比其呈原子团方式分布时,迁移率降低更多,电阻率上升更多。 问题: 许多工程应用中,要求金属导线具有高强度和高导电率的综合性能, 假设足够高的强度可以通过冷加工获得,也可以由固溶强化获得,从电 导角度看,采用哪种方式?为什么?
2.2.5 固溶体的电阻率
有序合金的电阻率: 组元的化学作用加强---导电电子数下降---电阻率增加 晶体离子势场更对称---电子散射的几率下降---电阻率下降
综合作用:电阻率下降(一般)
2.2.5 固溶体的电阻率
不均匀固溶体的电阻率: K状态:在合金元素中含有过渡金属的, Ni-Cr, Ni-Cu-Zn, Fe-CrAl等为单相合金,但回火时,电阻有反常升高,加工时电阻率下降。 组元原子在晶体内不均匀分布-----内部原子的聚集---增加原子的散 射几率----电阻升高
M

pM表示与温度有关的退火金属的电阻率, p`剩余电阻率,与温度无关
2.2.4 冷加工和缺陷对电阻率的影响
冷加工金属退火,可以回复到冷加 工前金属的电阻值。 晶格畸变,晶体缺陷导致电阻率增加 值为
空位 位错

C n

A n B m
电阻的本质
在绝对零度,在具有严格周期性电场的理想晶 体中的电子和空穴的运动像理想气体分子在真空中的 运动一样,电子运动时不受阻力,迁移率为无限大。 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。 晶格热振动(温度引起的离子运动振幅的变化)
令:1/l=μ为散射系数

材料物理性能(第二章材料的脆)

材料物理性能(第二章材料的脆)

脆性材料的破坏形式
脆性破坏
脆性材料的破坏往往是发生在一 个瞬间,伴随着明显的断裂,并 且很难修复。
劈裂破坏
劈裂破坏是指在压力或拉力作用 下,脆性材料沿着晶体极易劈开 的方向产生断裂。
穿晶破坏
穿晶破坏是指在脆性材料中,断 裂面穿过晶粒,在晶界或晶粒内 发生断裂。
脆性材料的改进技术
材料改性
通过ห้องสมุดไป่ตู้加合适的添加剂,改变 材料的化学成分,以提高其塑 性和韧性。
材料物理性能(第二章材 料的脆)
本章将介绍材料的物理性能,特别是与脆性相关的方面。我们将了解脆性材 料的定义、特点以及破坏形式,以及如何改进脆性材料的技术。
材料的物理性能
1 导热性
材料的导热性能是指它传导热量的能力,对 于热传导和热稳定性的要求很高的应用非常 重要。
2 电导性
材料的电导性能是指它传导电流的能力,对 于电子器件和电气设备而言非常重要。
热处理
通过控制材料的加热和冷却过 程,改变晶体结构,从而提高 材料的强度和延展性。
加工工艺
采用适当的加工方法,如压延、 拉伸等,使材料的晶界发生滑 移,从而提高其塑性。
材料延展性和韧性
延展性和韧性是与材料的塑性密切相关的性能指标,延展性通常指材料的线 性塑性变形能力,韧性则是指材料在断裂前能吸收的能量。
3 机械性能
材料的机械性能包括强度、硬度、延展性等 指标,决定了材料在力学应用中的表现。
4 热性能
材料的热性能涉及热膨胀系数、热传导率等 参数,对于热应用和热循环要求高的场合至 关重要。
脆性材料的定义和特点
1 定义
脆性材料是指在受到外力作用下容易发生断 裂,而不发生明显的塑性变形的材料。
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• 光子晶体的最根本特征是具有光子禁带,落在禁带中的光是被禁止传播的。 当原子被放在一个光子晶体里面,而它自发辐射的光频率正好落在光子禁带中时,由于该
频率光子的态的数目为零,因此自发辐射几率为零,自发辐射也就被抑制;反过来,光子晶 体也可以增强自发辐射,只要增加该频率光子态的数目便可实现,如在光子晶体中加入杂质, 光子禁带中会出现品质因子非常高的杂质态,具有很大的态密度,这样便可以实现自发辐射 的增强。
• 光子晶体 • 超磁性材料 • 左手材料
超材料涵盖的范围
光子晶体的提出
• 1987年,两位美国科学家E.Yablonovitch和S.John同时提出了一类在光的波长尺度具有周 期介电结构的超材料――光子晶体(photonic crystal)以及与其对应的光子带隙 (photonic bandgap)的概念:
左手材料特性之一: 电磁波传播方向与能量传播方向相反
由于光子带隙的存在,人们可以通过设计带隙实现对各种波长光的调控,获得各种各样的新型光 学器件。 •基于光子晶体的低阈值激光振荡器和各类低阈值的光逻辑器件 •基于光子晶体的全光开关和光学非线性器件 •光子晶体波导 •光子晶体高性能反射镜 •光子晶体超棱镜
左手材料的提出
• 1967年,前苏联科学家维克托·韦谢拉戈(Victor Veselago)提出: 如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率,这种物质将能够颠覆光学世界,
• 2002年,麻省理工学院孔金瓯教授从理论上证明了左手材料存在的合理性,并称这种人工 介质可用来可能用于电磁波隐身等等;
• 2006年初,Pendry等预测预言了超材料薄层能够让光线绕过物体,从而使物体隐形; • 2006年10月,Smith等展示了这种隐身斗篷的雏形。
Science 2006 312(5781), 1780-1782: Controlling Electromagnetic Fields
(1) E.Yablonovitch从抑制自发辐射的角度提出了这一概念 (2) S.John则是光子的局域化角度提出的。 • 到1998年和1999年底,由于光子晶体的研究在多方面取得突破,与光子晶体相关的研究两
度被Science杂志列为当年世界上的“十大科学进展”,并被该杂志评为预测为未来的六大研 究热点之一。
材料物理课件2第二章 超 材料物理1
Metamaterials(超材料)
• “Metamaterial”是本世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇,目前尚未有一个严格的、 权威的定义,但一般文献中都认为metamaterial是“具有天然材料所不具备的超常物理性 质的人工复合结构或复合材料”。
超材料的特点
它表现出反常的折射行为,能够使光波看起来如同倒流一般,并且在许多方面表现得有违常 理的行为。
V. G. Veselago, The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of e and μ, Sov. Phys. Usp., 1968, 10: 509~514.
物质的有序调制,使晶体材料形成了一些无定型态所不具备的物理特征。 由此类比,在其它尺度上的有序排列则可能获得一定程度的自然界中的材料所不具备的物理性质。。
• 对于材料与各种波的相互作用,波长尺度往往是材料的关键物理尺度。光子晶体是利用关键 物理尺度的控制来实现材料超常物理性质的典型例子,它是通过在波长尺度上材料的介电周 期结构来实现对光子在其中运动状态的调控的。
• 70年代初,诺贝尔奖获得者江崎等提出的 半导体超晶格,则是基于通过半导体能带 的周期结构调制其中电子运动的调控。因 此广义的讲,半导体超晶格也可以看成上 一种“超材料”。
超材料设计的关键
• “超设计”与材料中的“关键物理尺度”密切相关。 材料中所呈现的一些物理性质往往和材料结构中的关键物理尺度有关。如晶体,它是自然界中
• metamaterial通常是具有新奇人工结构的复合材料; • metamaterial具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的); • metamaterial性质往往不主要决定与构成材料的本征性质,而决定于其中的人工结构。
超材料概念前的早期雏形
• 多层陶瓷电容器(MLCC) 多层陶瓷电容器是70年代发明的一种电子元件。它是有陶瓷介质层和内电极交叠而成,相当 于多个电容并联在一起,或使电容器的电极面积增加了若干倍,该“材料”的表观介电常数 可高达陶瓷介质的n2倍。 因此,如果我们不把多层陶瓷电容器看成是一个多层器件,而仅仅看成是由具有某一介电常 数的陶瓷介质构成的单层平板电容器,即把其中的多层结构看成是一种“材料”(事实上是 超材料)。
Science 314(5801): 977-980: Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies
• 材料的电磁性质的两个重要参数:介电常 数ε和磁导率μ
左手材料的特性
•左手材料:在电磁波某些频段能产生负介电常数和负磁导率 •左手材料的各种效应: a)电磁波传播方向与能量传播方向相反; b)逆多普勒效应; c)逆Snell折射效应; d)逆Cerenkov辐射效应; e)“完美透镜”等奇异的电磁特性。
光子晶体——折射率周期(波长量级)调制的光学介质。存在光子带隙,类似于电子之于半导体。
• 1987年,E. Yablonovitch]和S. John]独立地提出了光子带隙(Photonic Bandgap)材料 的概念。
光子晶体是由具有不同反射率的材料在空间交替构成的一种周期结构。由于光在与其波长 相匹配的周期结构中运动时,受到周期的散射和衍射,于是便产生了光的频率禁阻,在该系 统中,某些频段的电磁波强度因破坏性干涉呈指数衰减,无论横向还是纵向的振动,都无法 在介质中传播,形成电磁波能隙。
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