材料物理部分习题答案

固体材料中，声子在传播过程之中会和晶体之中的不同质点发生相互作用，也就是会发生声子散射，它是（热导、热阻）的来源

1.说明以下晶体缺陷的浓度表达式中各量的物理意义。

)

2exp(),2exp(T k E n n T k E n n B s

s B F

F -=-=

Nf ：弗朗克尔缺陷载流子的浓度。Ns ：肖特基缺陷中载流子的浓度。Ef ：形成弗朗克尔缺陷所需的能量。ES/2是形成一摩尔正离子空位的活化能即形成一摩尔Schottky 缺陷活化能的一半N ：缺陷载流子的总浓度。Kb ：波尔兹曼常数

2.传输与极化乃是物质对电场的两种主要响应方式。极化对电场响应的各种情况分别对何种极化有贡献？ 外层电子，特别是价电子受原子核的束缚最小，在外电场的作用下，产生的位移最大，因而对电子位移极化率贡献也最大；

在电场作用下，电介质的分子或晶胞中的正负离子发生相对位移对离子位移极化有贡献；

在外电场作用下，分子的电偶极矩沿着电场取向，并获得取向势能，对固有电矩的取向极化有贡献。

3.简谐波之间为什么没有相互作用？

对任何材料，何种载流子对电导率起主要导电作用，可通过扩散方式来确定。离子载流子的扩散方式是迁移的基础。离子的扩散方式主要有空位扩散、间隙扩散和亚间隙扩散机理以及环形机理等。最常见空位和间隙扩散。Schottky 缺陷作为一种热缺陷普遍存在着。一般而言，负离子作为骨架，正离子通过空位来迁移。晶体中空位邻近的正离子获得能量进入到空位中，留下一个新的空位，邻近的正离子再移入产生新的空位，依次下去，就不断地改变空位的位置。总的说来，阳离子就在晶格中运动。

4.微观极化和宏观极化有何联系？对于各向同性电介质，用方程简单表达之。

宏观极化率等于单位体积内电介质内的所有电子的微观极化率之和比上真空介电系数。二者之间关系：χ=N α/ε0

5.能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置称为振荡器，广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。用所学知识解释石英晶体振荡器的原理。

石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应及其高品质因数来控制频率的振荡器。若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电常在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC 回路的谐振现象十分相似。石英晶体的切割方向和厚度可决定其振荡频率和稳定度。

6.比较同一组成的单晶、多晶、非晶态物质的热导率。 答：非晶态物质 < 多晶 < 单晶

1. 结构越复杂，导热系数越低，晶体结构复杂的材料，声子或格波的散射加剧，导热系数减小，与单晶比较，多晶体在结构上的完整性及规整性都比较差，加之 晶界上的杂质和畸形等的影响，使得声子的散射增加。所以多晶的导热系数较小

2.通常近似的把它当做只有几个晶格间距大小的极细晶粒组成的晶体来处理，同样可以用声子的导热机构来描述去导热行为，具有复杂的结构的材料的声子平均自由程，在高温下比较容易接近或达到其最小极限值，因而导热系数较低。

7.解释固体材料声子热导机理及晶体结构对热导的影响。

声子热导机理：在介电体中，热能的传导靠晶格振动来实现的。根据量子理论，晶格振动的能量是量子化的。通常把晶格振动的量子称为声子。这样，就可以用声子的概念来表述介电体的热传导过程，把晶格的振动的格波和物质的相互作用理解为声子和物质的碰撞。格波在晶体中传播时受到的散射，可以认为

是由于声子以及声子与晶界、点阵缺陷的碰撞引起的。

晶体结构对热导的影响：1.结构越复杂，导热系数越低，晶体结构复杂的材料，声子或格波的散射加剧，导热系数减小2.多晶体和单晶体的影响不同，与单晶比较，多晶体在结构上的完整性及规整性都比较差，加之晶界上的杂质和畸形等的影响，使得声子的散射增加，所以多晶的导热系数较小3.气孔对绝热系数的影响，气孔能引起声子的散射，气孔内的气体导热系数很低，因此气孔总是降低材料的导热性能力，在较高的温度下，气孔率越大，材料导热系数小。

8.低温下德拜模型和爱因斯坦模型有什么不同?

爱因斯坦模型忽略了每个原子与它相邻原子之间的联系，而这在极低温度下十分明显和重要的，另外爱因斯坦模型假设所有原子振动频率相同，过于简化。德拜模型认为在非常低的温度下，只有长波的激发是主要的，对于长波，晶格可以作为连续介质处理Cv∝T3

9.导体、半导体、绝缘体的能带结构决定了载流子的浓度，即决定了其导电性能。当电阻很小时，为了保证精度，需要用直流电位差计测量其电阻。直流电位差计由三部分回路组成，即工作回路、标定回路和测量回路。说明电位差计测量电阻的原理和优点。

电位差计是以被测电位差与仪器电阻的已知电压降平衡的原理为基础。原理：当一恒定电流通过试样和标

准电阻时，测定试样和标准电阻两端的电压降Vx和VN,RN已知，通过下式计算出Rx ：Rx=R N Vx

V N

优点：导线（引线）电阻不影响电位差计的电势Vx、VN的测量，而双电桥法由于引线较长和接触电阻很难消除，所以在测金属电阻随温度变化，不够精确。

另一答案（非上题）：对任何材料，何种载流子对电导率起主要导电作用，可通过扩散方式来确定。离子载流子的扩散方式是迁移的基础。离子的扩散方式主要有空位扩散、间隙扩散和亚间隙扩散机理以及环形机理等。最常见空位和间隙扩散。Schottky缺陷作为一种热缺陷普遍存在着。一般而言，负离子作为骨架，正离子通过空位来迁移。晶体中空位邻近的正离子获得能量进入到空位中，留下一个新的空位，邻近的正离子再移入产生新的空位，依次下去，就不断地改变空位的位置。总的说来，阳离子就在晶格中运动。