材料物理性能-复习资料
材料物理性能考试复习资料

1. 影响弹性模量的因素包括:原子结构、温度、相变。
2. 随有温度升高弹性模量不一定会下降。
如低碳钢温度一直升到铁素体转变为奥氏体相变点,弹性模量单调下降,但超过相变点,弹性校模量会突然上升,然后又呈单调下降趋势。
这是在由于在相变点因为相变的发生,膨胀系数急剧减小,使得弹性模量突然降低所致。
3. 不同材料的弹性模量差别很大,主要是因为材料具有不同的结合键和键能。
4. 弹性系数Ks 的大小实质上代表了对原子间弹性位移的抵抗力,即原子结合力。
对于一定的材料它是个常数。
弹性系数Ks 和弹性模量E 之间的关系:它们都代表原子之间的结合力。
因为建立的模型不同,没有定量关系。
(☆)5. 材料的断裂强度:a E th /γσ=材料断裂强度的粗略估计:10/E th =σ6. 杜隆-珀替定律局限性:不能说明低温下,热容随温度的降低而减小,在接近绝对零度时,热容按T 的三次方趋近与零的试验结果。
7. 德拜温度意义:① 原子热振动的特征在两个温度区域存在着本质差别,就是由德拜温度θD 来划分这两个温度区域:在低θD 的温度区间,电阻率与温度的5次方成正比。
在高于θD 的温度区间,电阻率与温度成正比。
② 德拜温度------晶体具有的固定特征值。
③ 德拜理论表明:当把热容视为(T/θD )的两数时,对所有的物质都具有相同的关系曲线。
德拜温度表征了热容对温度的依赖性。
本质上,徳拜温度反应物质内部原子间结合力的物理量。
8. 固体材料热膨胀机理:(1) 固体材料的热膨胀本质,归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。
(2) 晶体中各种热缺陷的形成造成局部点阵的畸变和膨胀。
随着温度升高,热缺陷浓度呈指数增加,这方面影响较重要。
9. 导热系数与导温系数的含义:材料最终稳定的温度梯度分布取决于热导率,热导率越高,温度梯度越小;而趋向于稳定的速度,则取决于热扩散率,热扩散率越高,趋向于稳定的速度越快。
即:热导率大,稳定后的温度梯度小,热扩散率大,更快的达到“稳定后的温度梯度”(☆)10. 热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力,故又称为抗热震性。
材料物理性能总复习

奈曼-柯普定律
化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
杜隆珀替定律
恒压下元素的原子热容等于25J/(K.mol)。
经典热容理论:模型过于简单,不能解释低温下热容减小的现象
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2、经典热容理论
• 爱因斯坦热容理论假设:每个原子皆为一个独立的振子,原子之间彼此无关。
高温部分符合较好,但低温部分的理论值比实验值下降得过快。
磁性是一切物质的基本属性,从微观粒子到宏观物体以至于宇宙间的天体都存在着磁的现象。 磁性是磁性材料的一种使用性能,磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能。
材料的磁学性能
01
02
1、基本磁参量的概念与定义以及影响因素
磁矩
磁化强度
磁导率
方向与环形电流法线的方向一致,其大小为电流与封闭环形面积的乘积IΔS,与电流I和封闭环形面积ΔS成正比
6、半导体的载流子浓度、迁移率及其电阻率 本征半导体 本征载流子浓度与温度T和禁带宽度Eg 有关: 随温度增加,载流子浓度增加; 禁带宽度大时,载流子浓度小; μn 和μp 分别表示在单位场强下自由电子和空穴的平均漂移速度(cm/s),称为迁移率。 杂质半导体 多子导电
温 度 升 高
半导体载流子浓度、迁移率及其电阻率与温度的关系
n -- 单位体积内载流子数目 q -- 为每一载流子携带的电荷量
E -- 为外电场电场强度
μ为载流子的迁移率,其含义为单位电场下载流子的平均漂移速度。
J -- 为电流密度
2、导电性本质因素
决定材料导电性好坏的本质因素有两个:
载流子浓度
载流子迁移率
温度、压力等外界条件,以及键合、成分等材料因素都对载流子数目和载流子迁移率有影响。任何提高载流子浓度或载流子迁移率的因素,都能提高电导率,降低电阻率。
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材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化,称为形变。
材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律,称为材料的力学性能或机械性能。
材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。
法向应力导致材料伸长或缩短,而剪切应力引起材料的切向畸变。
应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。
对于各向同性材料,有三种基本类型的应变:拉伸应变ε,剪切应变γ和压缩应变Δ。
若材料受力前的面积为A0,则σ0=F/A0称为名义应力。
若材料受力后面积为A,则σT=F/A称为真实应力。
对于理想的弹性材料,在应力作用下会发生弹性形变,其应力与应变关系服从胡克(Hook)定律(σ=Eε)。
E是弹性模量,又称为弹性刚度。
弹性模量是材料发生单位应变时的应力,它表征材料抵抗形变能力(即刚度)的大小。
E越大,越不容易变形,表示材料刚度越大。
弹性模量是原子间结合强度的标志之一。
泊松比:在拉伸试验时,材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。
粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变,该形变随时间增加而增大。
材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。
材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。
在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时,材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移,宏观上表现为材料的塑性形变。
滑移和孪晶:晶体塑性形变两种基本形式。
蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。
位错蠕变理论:在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错,在高温下由于热运动增大了原子的能量,使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。
扩散蠕变理论:材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似,蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向(或晶粒沿相反方向)扩散的一种形式。
晶界蠕变理论:多晶陶瓷材料由于存在大量晶界,当晶界位相差大时,可把晶界看成是非晶体,在温度较高时,晶界粘度迅速下降,应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。
材料物理性能复习

※ 材料的导电性能1、 霍尔效应电子电导的特征是具有霍尔效应。
置于磁场中的静止载流导体,当它的电流方向与磁场方向不一致时,载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差,这种现象称霍尔效应。
形成的电场EH ,称为霍尔场。
表征霍尔场的物理参数称为霍尔系数,定义为:霍尔系数RH 有如下表达式:en R i H 1±= 表示霍尔效应的强弱。
霍尔系数只与金属中自由电子密度有关 2、 金属的导电机制只有在费密面附近能级的电子才能对导电做出贡献。
利用能带理论严格导出电导率表达式:式中: nef 表示单位体积内实际参加传导过程的电子数;m *为电子的有效质量,它是考虑晶体点阵对电场作用的结果。
此式不仅适用于金属,也适用于非金属。
能完整地反映晶体导电的物理本质。
量子力学可以证明,当电子波在绝对零度下通过一个完整的晶体点阵时,它将不受散射而无阻碍的传播,这时电阻为零。
只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方,电子波才受到散射(不相干散射),这就会产生电阻——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),以及晶体中异类原子、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。
3、 马西森定律 (P94题11) 试说明用电阻法研究金属的晶体缺陷(冷加工或高温淬火)时威慑年电阻测量要在低温下进行。
马西森(Matthissen )和沃格特(V ogt )早期根据对金属固溶体中的溶质原子的浓度较小,以致于可以略去它们之间的相互影响,把金属的电阻看成由金属的基本电阻ρL(T)和残余电阻ρʹ组成,这就是马西森定律( Matthissen Rule ),用下式表示:ρʹ是与杂质的浓度、电缺陷和位错有关的电阻率。
ρL(T)是与温度有关的电阻率。
4、 电阻率与温度的关系金属的温度愈高,电阻也愈大。
若以ρ0和ρt 表示金属在0 ℃和T ℃温度下的电阻率,则电阻与温度关系为:在t 温度下金属的电阻温度系数:5、 电阻率与压力的关系在流体静压压缩时,大多数金属的电阻率降低。
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第二章材料热学性能热容:热容是分子或原子热运动能量随温度而变化物理量,其定义是物体温度升高1K所需要增加能量。
不同温度下,物体热容不一定一样,所以在温度T时物体热容为:物理意义:吸收热量用来使点阵振动能量升高,改变点阵运动状态,或者还有可能产生对外做功;或加剧电子运动。
晶态固体热容经历定律:一是元素热容定律—杜隆-珀替定律:恒压下元素原子热容为25J/〔K•mol〕;二是化合物热容定律—奈曼-柯普定律:化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之与。
不同材料热容:1.金属材料热容:由点阵振动与自由电子运动两局部组成,即式中与分别代表点阵振动与自由电子运动热容;α与γ分别为点阵振动与自由电子运动热容系数。
合金摩尔热容等于组成各元素原子热容与其质量百分比乘积之与,符合奈曼-柯普定律:式中,n i与c i分别为合金相中元素i原子数、摩尔热容。
2.无机材料热容:〔1〕对于绝大多数氧化物、碳化物,热容都是从低温时一个低数值增加到1273K 左右近似于25J/(K·mol)数值。
温度进一步增加,热容根本无变化。
〔也即它们符合热容定律〕〔2〕对材料构造不敏感,但单位体积热容却与气孔率有关。
气孔率越高,热容越小。
相变可分为一级相变与二级相变。
一级相变:体积发生突变,有相变潜热,例如,铁a-r转变、珠光体相变、马氏体转变等;二级相变:无体积发生突变、无相变潜热,它在一定温度范围逐步完成。
例如,铁磁顺磁转变、有序-无序转变等,它们焓无突变,仅在靠近转变点狭窄温度区间内有明显增大,导致热容急剧增大,达转变点时,焓达最大值。
3.高分子材料热容:高聚物多为局部结晶或无定形构造,热容不一定符合理论式。
一般,高聚物比热容比金属与无机材料大,高分子材料比热容由化学构造决定,它存在链段、链节、侧基等,当温度升高时,链段振动加剧,而高聚物是长链,使之改变运动状态较困难,因而,需提供更多能量。
传导机制〔1〕金属中热传导是以自由电子导热为主,合金热传导以自由电子导热与声子导热为主;金属材料热导率很大。
材料物理性能复习重点

1.热容:热容是使材料温度升高1K所需的热量。
公式为C=ΔQ/ΔT=dQ/dT (J/K);它反映材料从周围环境中吸收热量的能力,与材料的质量、组成、过程、温度有关。
在加热过程中过程不同分为定容热容和定压热容。
2.比热容:质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K所需的热量称为比热容每个物质中有两种比热容,其中c p>c v,c v不能直接测得。
3.摩尔热容:1mol的物质在没有相变或化学反应条件下升高1K所需的能量称为摩尔热容,用Cm表示,单位为J/(mol·K)4.热容的微观物理本质:材料的各种性能(包括热容)的物理本质均与晶格热振动有关。
5.热容的实验规律:1.对于金属:2.对于无机材料(了解)1.符合德拜热容理论,但是德拜温度不同,它取决于键的强度、材料的弹性模量、熔点等。
2.对于绝大多数氧化物,碳化物,摩尔热容都是从低温时一个最低值增到到1273K左右近似于3R,温度进一步升高,摩尔热容基本没有任何变化。
3.相变时会发生摩尔热容的突变4.固体材料单位体积热容与气孔率有关,多孔材料质量越小,热容越小。
因此提高轻质隔热砖的温度所需要的热量远低于致密度的耐火砖所需的热量。
6.经典理论传统理论不能解决低温下Cv的变化,低温下热容随温度的下降而降低而下降,当温度接近0K时热容趋向于07.量子理论1.爱因斯坦模型三个假设:1.谐振子能量量子化2.每个原子是一个独立的谐振子3.所有原子都以相同的频率振动。
爱因斯坦温度:爱因斯坦模型在T >> θE 时,Cv,m=3R,与实验相符合,在低温下,T当T << θE时Cv,m比实验更快趋于0,在T趋于0时,Cv,m也趋于零。
爱因斯坦模型不足之处在于:爱因斯坦模型假定原子振动不相关,且以相同频率振动,而实际晶体中,各原子的振动不是彼此独立地以同样的频率振动,而是原子间有耦合作用,点阵波的频率也有差异。
温度低尤为明显2.德拜模型德拜在爱因斯坦的基础上,考虑了晶体间的相互作用力,原子间的作用力遵从胡克定律,固体热容应是原子的各种频率振动贡献的总和。
材料物理性能考试重点、复习题

材料物理性能考试重点、复习题1.格波:在晶格中存在着角频率为ω的平面波,是晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波,或某一个原子在平衡附近的振动以波的形式在晶体中传播形成的波2.色散关系:频率和波矢的关系3.声子:晶格振动中的独立简谐振子的能量量子4.热容:是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量,其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。
5.两个关于晶体热容的经验定律:一是元素的热容定律----杜隆-珀替定律:恒压下元素的原子热容为25J/(K*mol);另一个是化合物的热容定律-----奈曼-柯普定律:化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
6.热膨胀:物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀7.固体材料热膨胀机理:材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果,而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。
材料温度一定时,原子虽然振动,但它平衡位置保持不变,材料就不会因温度升高而发生膨胀;而温度升高时,会导致原子间距增大。
8.温度对热导率的影响:在温度不太高时,材料中主要以声子热导为主,决定热导率的因素有材料的热容C、声子的平均速度V和声子的平均自由程L,其中v 通常可以看作常数,只有在温度较高时,介质的弹性模量下降导致V减小。
材料声子热容C在低温下与温度T3成正比。
声子平均自由程V随温度的变化类似于气体分子运动中的情况,随温度升高而降低。
实验表明在低温下L值的变化不大,其上限为晶粒的线度,下限为晶格间距。
在极低温度时,声子平均自由程接近或达到其上限值—晶粒的直径;声子的热容C则与T3成正比;在此范围内光子热导可以忽略不计,因此晶体的热导率与温度的三次方成正比例关系。
在较低温度时,声子的平均自由程L随温度升高而减小,声子的热容C 仍与T3成正比,光子热导仍然极小,可以忽略不计,此时与L相比C对声子热导率的影响更大,因此在此范围内热导率仍然随温度升高而增大,但变化率减小。
材料物理性能总复习

k[12(
T D
)3
D T
0
( )3d( ) 3 D
kT
kT
T
D
]
ekT 1 e T 1
德拜温度:
D
m k(1) ຫໍສະໝຸດ 温时,T D Cv 3R(2) 低温时,T D
Cv
12 =
5
4R
(
T D
)3
(3)T 0K时,Cv 0,与实验符合。
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材料的热膨胀
物体的体积或长度随温度的升高而增大 的现象称为热膨胀。
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反射
反射系数R与折射率n正相关,n大,R大:
R ( n -1 )2 n 1
大多数金属的反射系数在0.9~0.95之间,Ag具很高的反射系数:在其它材 料衬底上镀上金属薄层可用作反光镜
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介质对光的吸收
朗伯特定律
I I ex 0
与材料的密度、辐射波长以及导带与价带之 间的能隙有关。
不同材料, 差别很大。
•σs=Fs/A0
单位:MPa
式中, A0:圆形试样的原始横截面积,单位mm2。
塑性
• 塑性 :材料在外力作用下产生永久变形而不 破坏的性能。
• 表证材料的塑性指标是:伸长率δ和断面收缩 率ψ;
•
1)使材料具有良好的成形性;
•
2)受到外力变形时,有强化作用。
硬度
• 硬度:金属材料表面抵抗局部变形的能力
zx C61x C62 y C63z C64 xy C65 yz C66 zx
应此变即分广量义间虎的克比定例律系,数式,中称Cij为(刚i度,常j=数1,。2,…,6)是应力分量与
• 由此可见,广义虎克定律中刚度常数和柔 顺系数各为36个。
材料物理性能复习重点-图文

材料物理性能复习重点-图文第二章非组织敏感:弹性模量,热膨胀系数,居里点(成分)组织敏感性:内耗,电阻率,磁导率(成分及组织)相对电导率:IACS%定义:把国际标准纯软铜(在室温20度,电阻率为0.01724.mm2/m)的电导率作为100%,其它导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。
载流子:电荷的载体(电子,空穴,正离子,负离子)物体的导电现象的微观本质是:载流子在电场作用下的定向迁移迁移数t某,也称输运数(tranferencenumber)定义为:某t某T式中:σT为各种载流子输运电荷形成的总电导率σ某表示某种载流子输运电荷的电导率t某的意义:是某一种载流子输运电荷占全部电导率的分数表示。
载流子与导电性能的关系:因素:单位体积中可移动的带电粒子数量N每个载流子的电荷量q载流子的迁移率μ迁移率:受到外加电场作用时,材料中的载流子移动的难易程度令μ=v/E,并定义其为载流子的迁移率。
其物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度。
σ=Nqμ迁移率的影响因素:1.温度越高,平均碰撞间隔时间t越小,迁移率越小2.晶体缺陷越多,………………电子的平均自由程n为电子的密度2金属导电机制:载流子为自由电子。
经典理论:所有自由电子都对导电做出贡献。
所以有n为电子的平均速度m为电子的质量量子理论,两点基本改进:nef表示单位体积内实际参加热传导的电子数,即费米面能级附近参加电传导的电子数m某为电子的有效质量,考虑晶体点阵对电场作用的结果2eff某f实际导电的载流子为费米面附近的自由电子!nelmvnelmv产生电阻的根本原因:当电子波通过一个理想晶体点阵时(0K),它将不受散射;只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方,电子波才会受到散射(不相干散射)。
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。
(1)晶格热振动(温度引起的离子运动振幅的变化)(2)杂质的引入,位错及点缺陷在电子电导的材料中,电子与点阵的非弹性碰撞引起电子波的散射是电子运动受阻的本质原因。
材料物理性能期末复习考点

材料物理性能期末复习考点
1.力学性能
-弹性模量:描述材料在受力后能恢复原状的能力。
-抗拉强度和屈服强度:材料在受拉力作用下能够承受的最大应力。
-强度和硬度:表示材料对外界力量的抵抗能力。
-延展性和韧性:描述材料在受力下发生塑性变形时的能力。
-蠕变:材料在长期静态载荷下发生塑性变形的现象。
2.电学性能
-电导率:描述材料导电的能力。
-电阻率:描述材料导电困难程度的量。
-介电常数和介电损耗:材料在电场中储存和散失电能的能力。
-铁电性和压电性:描述材料在外加电场或机械压力下产生极化效应的能力。
-半导体性能:半导体材料的导电性能受温度、光照等因素的影响。
3.热学性能
-热导率:描述材料传热能力的指标。
-线热膨胀系数:描述材料在温度变化下线膨胀或收缩的程度。
-热膨胀系数:描述材料在温度变化下体积膨胀或收缩的程度。
-比热容:描述单位质量材料在温度变化下吸收或释放热能的能力。
-崩裂温度:材料在受热时失去结构稳定性的温度。
4.光学性能
-折射率:描述光在材料中传播速度的比值。
-透射率和反射率:描述光在材料中透过或反射的比例。
-吸收率:光在材料中被吸收而转化为热能的比例。
-发光性能:描述材料能否发光以及发光的颜色和亮度。
-线性和非线性光学效应:描述材料在光场中的响应特性。
以上是材料物理性能期末复习的一些考点,希望能帮助到你。
但需要注意的是,这只是一部分重点,你还需要结合教材和课堂笔记,全面复习和理解这些概念和原理。
祝你考试顺利!。
《材料物理性能》期末复习

《材料物理性能》期末复习材料物理性能是指材料在各种外力、环境条件下所表现出的特性和性能。
它是评价材料质量和适用性的重要指标,对于材料的设计、制备和应用具有重要意义。
本文将从力学性能、热学性能、电学性能和光学性能四个方面对材料的物理性能进行复习和总结。
力学性能是研究材料在受力下的反应和变形行为。
主要包括材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、硬度等指标。
弹性模量是一个材料的刚度,表示材料在受力下产生的弹性变形程度。
屈服强度是指材料开始产生可观测的塑性变形时所承受的最大应力,抗拉强度则是指材料在抗拉条件下承受的最大应力。
硬度是材料抵抗划痕、穿刺和变形的能力。
在评价材料力学性能时,还需要考虑其断裂韧性和疲劳性能。
热学性能研究材料在热力学过程中的性能表现。
其中包括热膨胀性、热导率、热传导率等指标。
热膨胀性是指材料在受热时发生的体积膨胀或缩小的程度。
热导率是材料导热的能力,表示单位时间内单位面积上的热量通过材料的速率。
热传导率是材料内部热量的传递能力,与导热性能类似,但考虑了材料的几何形状和各向异性等因素。
电学性能研究材料在电场和电流作用下的表现特性。
这些特性包括电阻率、电导率、介电常数、介质损耗等指标。
电阻率是材料对电流流动的阻力,电导率则是电阻率的倒数。
材料的介电常数是材料在外加电场中的响应程度,介质损耗则是材料在电磁场中发生的能量损耗量。
光学性能研究材料对光的吸收、传输和发射特性。
其中包括折射率、吸光度、透过率、漫反射等指标。
折射率是材料光传播速度在真空中传播速度的比值,吸光度则表示材料对光的吸收能力,透过率是入射光能通过材料的能力,漫反射则是材料不透明面对入射光的反射能力。
综上所述,材料物理性能是指材料在各种外力、环境条件下所表现出的特性和性能。
力学性能、热学性能、电学性能和光学性能是其中的重要指标,对于材料的设计、制备和应用具有重要意义。
通过对这些性能指标的复习和总结,可以加深对材料物理性能的理解,为进一步的材料研究和应用提供有益的参考。
江大材料物理性能复习资料

江大材料物理性能复习资料第一章材料的热学性能1.热容的概念(P42):热容是分子或原子热运动的能量随温度变化而变化的物理量,其定义是物体温度升高1K 所需增加的能量。
温度不同,物体的热容不一定相同,温度T 时物体热容为:)/()(K J T Q C T T ??=(简单点就直接用这个吧:T Q C ??=) PS :物理意义:吸收热量提高点阵振动能量,对外做功,加剧电子运动比热容(单位质量):Tm Q C = 2.晶体热容的经验定律(P42):杜隆—珀替定律:恒压下元素的原子热容为25J/(K ·mol)奈曼—柯普定律:化合物热容等于构成此化合物各元素原子热容之和3.从材料结构比较金属、无机非金属、高聚物的热容大小(P46):A 金属:a 纯金属:热容由点阵振动和自由电子运动两部分组成:T T C C C e V L V V γα+=+=3b 合金金属:符合奈曼—柯普定律∑==+++=n i i m inm n m m m C x C x C x C x C 12121B 无机非金属:a 符合热容理论,一般都是从低温时的一个低数值增加到1273K 左右近似于25J/(K ·mol)的数值;b 无机材料热容与材料结构关系不大,但单位体积热容与气孔率有关,多孔质轻热容小;c 当材料发生相变:一级相变:体积突变,有相变潜热,温度T c 热容无穷大,不连续变化;二级相变:无体积突变,无相变潜热,在转变点热容达到有限极大值(P47C 高聚物:多为部分结晶或无定型结构,热容不一定符合理论式,热容相对较大,且由化学结构决定,温度升高链段振动加剧,改变链运动状态(主链、支链(链节、侧基))。
4.从材料结构比较金属、无机非金属、高聚物的热传导机制(P53):A 金属:有大量自由电子,且电子质轻,实现热量迅速传递,热导率一般较大。
纯金属温度升高使自由程减小作用超过温度直接作用,热导率随温度上升而下降;合金热传导以自由电子和声子为主,因异类原子存在,温度本身起主导作用,热导率随温度上升增大。
材料物理性能复习

1)加入正偏压 V,n 区的电势比 p 区的电势高 VD – V,势垒下降,空间电荷区变薄,载 流子扩散增强,载流子产生的净电流。 2)加入负偏压 V,n 区的电势比 p 区的电势高 VD +V,势垒上高,空间电荷区变厚,载流 子扩散减弱,少数载流子产生的净电流,电流极小。 3)负压过大,势垒很大,能带弯曲变大,空间电荷区变薄,p-n 结产生隧道效应,即 n 区 的导带和 p 区的价带具有相同的能量量子态。 介电 极化是:介质内质点(原子、分子或者离子)正负电荷中心的分离,成为偶极子。 电介质的定义:在电场作用下,能够建立极化的所有物质。 极化强度:介质单位体积内的电偶极矩总和,单位:库仑/米 2(C/m2)。 介质的总极化=电子极化+离子极化+偶极子转向极化。 电子位移极化及特征 电子位移极化:在外电场作用下,原子外围的电子云相对于原子核发生位移形成的极化。 电子云位移极化的特点: a)形成极化所需时间极短(因电子质量极小),约为 10-15s,在一般频率范围内,可以认为ε 与频率无关;b)具有弹性,当外电场去掉时,作用中心又马上会重合而整个呈现非极性,故 电子式极化没有能量损耗。 c)温度对电子式极化影响不大。 离子位移极化及特征 离子晶体中,除了电子位移极化外,离子也要发生正负电荷中心反向位移产生的极化。 离子位移极化的特点:a)形成极化所需时间很短,约为 10-13s。在频率不太高时,可以认为 ε 与频率无关;b) 属弹性极化,能量损耗很小。c) 离子位移极化受两个相反因素的影响: 温度升高时离子间的结合力降低,使极化程度增加;但离子的密度随温度升高而减小,使极 化程度降低。通常,前一种因素影响较大,故 ε 一般具有正的温度系数,即随温度升高,出 现极化程度增强趋势的特征。 松弛极化及特点 松弛极化:当材料中存在着弱联系电子、离子和偶极子等松弛质点时,热运动使这些松弛质
材料物理性能考试复习资料

1. 影响弹性模量的因素包括:原子结构、温度、相变。
2. 随有温度升高弹性模量不一定会下降。
如低碳钢温度一直升到铁素体转变为奥氏体相变点,弹性模量单调下降,但超过相变点,弹性校模量会突然上升,然后又呈单调下降趋势。
这是在由于在相变点因为相变的发生,膨胀系数急剧减小,使得弹性模量突然降低所致。
3. 不同材料的弹性模量差别很大,主要是因为材料具有不同的结合键和键能。
4. 弹性系数Ks 的大小实质上代表了对原子间弹性位移的抵抗力,即原子结合力。
对于一定的材料它是个常数。
弹性系数Ks 和弹性模量E 之间的关系:它们都代表原子之间的结合力。
因为建立的模型不同,没有定量关系。
(☆)5. 材料的断裂强度:a E th /γσ=材料断裂强度的粗略估计:10/E th =σ6. 杜隆-珀替定律局限性:不能说明低温下,热容随温度的降低而减小,在接近绝对零度时,热容按T 的三次方趋近与零的试验结果。
7. 德拜温度意义:① 原子热振动的特征在两个温度区域存在着本质差别,就是由德拜温度θD 来划分这两个温度区域:在低θD 的温度区间,电阻率与温度的5次方成正比。
在高于θD 的温度区间,电阻率与温度成正比。
② 德拜温度------晶体具有的固定特征值。
③ 德拜理论表明:当把热容视为(T/θD )的两数时,对所有的物质都具有相同的关系曲线。
德拜温度表征了热容对温度的依赖性。
本质上,徳拜温度反应物质内部原子间结合力的物理量。
8. 固体材料热膨胀机理:(1) 固体材料的热膨胀本质,归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。
(2) 晶体中各种热缺陷的形成造成局部点阵的畸变和膨胀。
随着温度升高,热缺陷浓度呈指数增加,这方面影响较重要。
9. 导热系数与导温系数的含义:材料最终稳定的温度梯度分布取决于热导率,热导率越高,温度梯度越小;而趋向于稳定的速度,则取决于热扩散率,热扩散率越高,趋向于稳定的速度越快。
即:热导率大,稳定后的温度梯度小,热扩散率大,更快的达到“稳定后的温度梯度”(☆)10. 热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力,故又称为抗热震性。
材料物理性能复习总结

第一章电学性能1.1 材料的导电性,ρ称为电阻率或比电阻,只与材料特性有关,而与导体的几何尺寸无关,是评定材料导电性的基本参数。
ρ的倒数σ称为电导率。
一、金属导电理论1、经典自由电子理论在金属晶体中,正离子构成了晶体点阵,并形成一个均匀的电场,价电子是完全自由的,称为自由电子,它们弥散分布于整个点阵之中,就像气体分子充满整个容器一样,因此又称为“电子气”。
它们的运动遵循理想气体的运动规律,自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用类似于机械碰撞。
当对金属施加外电场时,自由电子沿电场方向作定向加速运动,从而形成了电流。
在自由电子定向运动过程中,要不断与正离子发生碰撞,使电子受阻,这就是产生电阻的原因。
2、量子自由电子理论金属中正离子形成的电场是均匀的,价电子与离子间没有相互作用,可以在整个金属中自由运动。
但金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态,而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态,即具有不同的能级。
0K时电子所具有最高能态称为费密能E F。
不是所有的自由电子都参与导电,只有处于高能态的自由电子才参与导电。
另外,电子波在传播的过程中被离子点阵散射,然后相互干涉而形成电阻。
马基申定则:´,总的电阻包括金属的基本电阻和溶质(杂质)浓度引起的电阻(与温度无关);从马基申定则可以看出,在高温时金属的电阻基本取决于,而在低温时则决定于残余电阻´。
3、能带理论能带:由于电子能级间隙很小,所以能级的分布可看成是准连续的,称为能带。
图1-1(a)、(b)、(c),如果允带内的能级未被填满,允带之间没有禁带或允带相互重叠,在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流,具有这种能带结构的材料就是导体。
图1-1(d),若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带,由于满带中的电子没有活动的余地,即便是禁带上面的能带完全是空的,在外电场作用下电子也很难跳过禁带,具有这种能带结构的材料是绝缘体。
材料物理性能复习题

名词解释:1. 应力:材料单位面积上所受的附加内力,其值等于单位面积上所受的外力。
б=F/A P62. 应变:用来表征材料受力是内部个质点之间的相对位移。
P73. 塑性形变:是指在超过材料的屈服应力作用下产生形变,外应力移去后不能恢复的形变。
P164.滞弹性:在弹性范围内,应变落后于应力的行为称为滞弹性(弹性模量依赖时间的现象。
) P225,.蠕变:是在恒定的应力σ作用下材料的应变随时间而逐渐增大的现象。
P266.热容:材料温度每升高1K时所需要的热量称为材料的热容 P647.弛豫:原子核从激发的状态回复到平衡排列状态的过程叫弛豫过程。
P258.延展性:材料经受塑性形变而不破坏的能力叫延展性 P169.双折射:当光束通过各异性介质表面时,折射光会分成两束沿着不同方向传播,这种由一束入射光折射后分成两束光的现象称为双折射。
P10710.色散:材料的折射率随入射光的波长而变化的现象称为光的色散 P10911.全反射:指光由光密介质射到光疏介质的界面时,全部被反射回原介质内的现象。
12.散射:光通过气体、液体、固体等介质时,遇到烟尘、为零或结构成分不均匀的微小区域,都有一部分能量偏离原来的传播方向而向四面八方弥散开来的现象13. 折射:光从一种透明介质射入另一种透明介质时,传播方向一般会发生变化,这种现象叫光的折射填空题:1. .固体材料热容的两个经验规律答:①杜隆—珀替定律——元素的热容定律:恒压下元素的原子热容等于25J/(K·mol)②柯普定律——化合物热容定律:化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
2. 抗热震性(热稳定性)的两种类型:抗热震断裂性和抗热震损伤性3. 塑性形变的两种形式:滑移和孪晶 P174. 晶体的滑动总是发生在主要晶面和主要晶相上 P175.位错也是一种缺陷实际晶体的滑移是位错运动的结构 P196.位错在垂直滑移面上的运动称为位错的攀移运动 P287.蠕变的三种理论:位错蠕变理论、扩散蠕变理论、晶界蠕变理论 P288. 无机材料弹性模量的因素:1.原子结构的影响2温度的影响3.相变的影响。
材料物理性能期末复习考点

一名词解释1.声频支振动:震动着的质点中所包含的频率甚低的格波,质点彼此之间的相位差不大,格波类似于弹性体中的应变波,称声频支振动.2。
光频支振动:格波中频率甚高的振动波,质点间的相位差很大,临近质点的运动几乎相反,频率往往在红外光区,称光频支振动。
3.格波:材料中一个质点的振动会影响到其临近质点的振动,相邻质点间的振,动会形成一定的相位差,使得晶格振动以波的形式在整个材料内传播的波。
4。
热容:材料在温度升高和降低时要时吸收或放出热量,在没有相变和化学反应的条件下,材料温度升高1K时所吸收的热量。
5。
一级相变:相变在某一温度点上完成,除体积变化外,还同时吸收和放出潜热的相变。
6.二级相变:在一定温度区间内逐步完成的,热焓无突变,仅是在靠近相变点的狭窄区域内变化加剧,其热熔在转变温度附近也发生剧烈变化,但为有限值的相变。
7。
热膨胀:物体的体积或长度随温度升高而增大的现象.8。
热膨胀分析:利用试样体积变化研究材料内部组织的变化规律的方法.9。
热传导:当材料相邻部分间存在温度差时,热量将从温度高的区域自动流向温度低的区域的现象。
10。
热稳定性(抗热震性):材料称受温度的急剧变化而不致破坏的能力.11。
热应力:由于材料的热胀冷缩而引起的内应力.12.材料的导电性:在电场作用下,材料中的带电粒子发生定向移动从而产生宏观电流13。
载流子:材料中参与传导电流的带电粒子称为载流子14.精密电阻合金:需要电阻率温度系数TRC或者α数值很小的合金,工程上称其为精密电阻合金15。
本征半导体:半导体材料中所有价电子都参与成键,并且所有键都处于饱和(原子外电子层填满)状态,这类半导体称为本征半导体。
16. n型半导体:掺杂半导体中或者所有结合键处被价电子填满后仍有部分富余的价电子的这类半导体。
17. p型半导体:在所有价电子都成键后仍有些结合键上缺少价电子,而出现一些空穴的一类半导体.18.光致电导:半导体材料材料受到适当波长的电磁波辐射时,导电性会大幅升高的现象。
【精】《材料物理性能》期末复习资料

• 当ωτ=1时,ε′′极 大,因而tgδ也极 大
16. 介电强度的定义?
• 介质的特性,如绝缘、介电能力,都是指 在一定的电场强度范围内的材料的特性, 即介质只能在一定的电场强度以内保持这 些性质。当电场强度超过某一临界值时, 介质由介电状态变为导电状态。这种现象 称介电强度的破坏,或叫介质的击穿
• 本征离子电导的导电离子主要由热缺陷提 供
• 其载流子浓度:n=Nexp(−E/2kT)中E的物 理意义是缺陷形成能
7.离子迁移率的公式,试分析影响离子 迁移率的主要因素是什么。
• 离子迁移率的公式是 i 62kv0T qexpU(0/kT) • (在弱电场作用下)影响离子迁移率的主要因素包
括晶体结构(δ、ΔU0、ν0 ) ,而指数项受温度影响 较大
15. 德拜方程以及各参数的物理意义,试分析 频率对ε′、ε′′的影响
• 德拜方程:
r (
)
(0) 1 i
'r
(0) 1 2 2
' 'r
[
(0) 1 2
]
2
• 各参数物理意义:ε(0)为静态相对介电系数,ε∞ 为高频相对介电系数,τ为弛豫时间常数
15. 德拜方程以及各参数的物理意义,试分析频率 对ε′、ε′′的影响
• “雪崩”式电击穿理论:晶格的破坏过程,碰撞 电离后的自由电子的倍增,产生雪崩现象,以碰 撞电离后自由电子数倍增到一定值作为电击穿判 据
1. 铁电体的定义与电滞回线、铁电畴的定义。
• 铁电体:在一定温度范围内含有能自发极 化,且极化方向可随外电场作可逆转动的 晶体
• 电滞回线:在铁电态下晶体的极化与电场 的关系曲线
• 其中N为等效状态密度,Eg为禁带宽度
材料物理性能复习资料

1、固体无机材料的物理性能主要包括力(可用机械性能代替)、热、光、电、磁、辐照(或写成辐射)、介电、声等方面的性能。
2、超导体的三个性能指标分别是指:临界转变温度、临界磁场强度、临界电流密度3、导热的微观机制有:电子热导和声子热导(也可写作电子导热和声子导热)4、光子通过固体会发生反射、折射、透过、吸收现象;5、原子本征磁矩包括电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩 ;6、顺磁性产生的基本条件:一、具有奇数个电子的原子或点陈缺陷,二、内壳层未被填满的原子或离子,这样使原子的固有磁矩不为零;7、钛酸钡(BaTiO 3)具有哪些介电性:压电性、热释电性、铁电性;8、热应力的来源:因热胀冷缩而产生的热应力、因温度梯度而产生热应力和多相复合材料因各相膨胀系数不同而产生的热应力;9、光磁记录时可以采用 居里温度 和 补偿温度 两种不同温度下的写入方式10核外电子的能量由主量子数n 、角量子数l 、磁量子数m 、自旋量子数ms 这四种量子数来确定11理想金属的电阻来源为电子散射、声子散射12电介质的主要性能指标有介电常数ε、介电损耗因子ε''、介电强度、品质因子()1tan -δ、介电电导率10、热膨胀来自于原子的非简谐振动;13、可以通过居里温度点进行磁场热处理(或“冷加工”)获得磁织构;14、电介质的击穿有电击穿、热击穿、化学击穿三种模式15、电阻产生的本质是 晶体点阵的完整性遭到破坏的地方,电子波受到散射16、压电体具有的最典型晶体结构特征是 无中心对称结构 ;17、电容器的电流由 理想电容器所造成的电流;电容器真实电介质极化建立的电流;电容器真实电介质漏电流 三部分构成 18、彩色光的三个基本参量是 亮度、 色调 、色饱和度 ;19、技术磁化可以通过磁畴的旋转和磁畴壁的迁移两种形式进行;20、减少退磁能是产生分畴的基本动力,但却增加了畴壁能;21、赛贝克效应和珀尔贴效应热电效应互为可逆热电效应;22、固体热容包括晶格热容、电子热容两部分;23、德拜温度是反映 原子间结合力 的重要物理量;24、固体中的导热主要是由晶格振动的格波(声子)和自由电子的运动来实现25、在计算半导体中的载流子数量时需要用到 费米-狄拉克 统计26、自由电子至少是二重简并态27、众所周知,纯银的导电性比纯铝好,纯铝中溶入5%的纯银后形成的合金,一般来说其导电性将 降低 ,导热性将 降低28、离子型导体在高温区导电的特征是 本征 导电,低温区是 杂质导电29、电介质极化的类型主要有: 位移极化 、空间电荷极化 、驰豫极化 、取向极化30、原子磁矩包括电子轨道磁矩、电子自旋磁矩、原子核磁矩31、磁畴的起因是 减小退磁能32、常见的三种热电效应是 赛贝克 、帕尔贴、汤姆逊33、只有在发生非弹性应变(表达出与此意思相同的亦可得分,如“应力与应变相差一个相位”,回答滞弹性或粘弹性只能算半对时才能产生内耗;34、固体对所有作用力的反应的实质来自于 原子间相互作用的势能35、固体物质中有电子、空穴、正离子、负离子四种载流子能够形成导电36、电阻产生的波长为500 nm 的单色光相当于波数为 20000 的单色光37、马氏体不锈钢 是 铁磁性材料,奥氏体不锈钢 不是 铁磁性材料;38、激光器是光波谐振器,由光波放大器(或激光工作物质)、谐振腔、 泵浦系统三部分构成,激活离子的作用是 提供亚稳态能级; 39、波长与波数的换算关系式是 n 710=λ, λ:波长(nm), n: 波数(1-cm )(需指明符号的含义);40、家用电脑光盘上的数据一般可以通过克尔 效应读出;41、固体对所有作用力的反应的实质来自于 原子间相互作用的势能42、固体电阻产生的基本机制是电子散射和声子散射。
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第二章材料的热学性能热容:热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量,其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。
不同温度下,物体的热容不一定相同,所以在温度T时物体的热容为:物理意义:吸收的热量用来使点阵振动能量升高,改变点阵运动状态,或者还有可能产生对外做功;或加剧电子运动。
晶态固体热容的经验定律:一是元素的热容定律—杜隆-珀替定律:恒压下元素的原子热容为25J/(K•mol);二是化合物的热容定律—奈曼-柯普定律:化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
不同材料的热容:1.金属材料的热容:由点阵振动和自由电子运动两部分组成,即式中和分别代表点阵振动和自由电子运动的热容;α和γ分别为点阵振动和自由电子运动的热容系数。
合金的摩尔热容等于组成的各元素原子热容与其质量百分比的乘积之和,符合奈曼-柯普定律:式中,n i和c i分别为合金相中元素i的原子数、摩尔热容。
2.无机材料的热容:(1)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,热容基本无变化。
(也即它们符合热容定律)(2)对材料的结构不敏感,但单位体积的热容却与气孔率有关。
气孔率越高,热容越小。
相变可分为一级相变和二级相变。
一级相变:体积发生突变,有相变潜热,例如,铁的a-r转变、珠光体相变、马氏体转变等;二级相变:无体积发生突变、无相变潜热,它在一定温度范围逐步完成。
例如,铁磁顺磁转变、有序-无序转变等,它们的焓无突变,仅在靠近转变点的狭窄温度区间内有明显增大,导致热容的急剧增大,达转变点时,焓达最大值。
3.高分子材料热容:高聚物多为部分结晶或无定形结构,热容不一定符合理论式。
一般,高聚物的比热容比金属和无机材料大,高分子材料的比热容由化学结构决定,它存在链段、链节、侧基等,当温度升高时,链段振动加剧,而高聚物是长链,使之改变运动状态较困难,因而,需提供更多的能量。
传导机制(1)金属中热传导是以自由电子导热为主,合金热传导以自由电子导热和声子导热为主;金属材料的热导率很大。
(2)对于晶体的无机非金属,热传导主要是靠点阵振动,即声子导热为主,约为金属热传导的三十分之一。
(3)高聚物的热传导以链段运动传热为主,而高分子链段运动比较困难,所以,其导热能力较差。
晶体中存在的各种缺陷和杂质会导致声子的散射,降低声子的平均自由程,使热导率变小。
固溶体的形成同样也降低热导率,而且溶质元素的质量和大小与溶剂元素相差愈大,取代后结合力改变愈大,则对热导率的影响愈大。
热阻:材料对热传导的阻碍能力。
理想晶体中的热阻也即声子与声子的碰撞。
热膨胀本质:原子间相互作用,位能曲伸不对称。
温度升高,振动加剧,振动中心发生变化(右移),原子间距增大,材料产生热膨胀。
线膨胀系数与熔点的关系有一个经验表达式:因此,固态晶体的熔点愈高,晶体原子间结合力增大,其膨胀系数就愈低。
高分子材料的热稳定性提高高分子的耐热性:(1)增加高分子链的刚性(分子链带上庞大的侧基,增加主链共轭双键,减少单链),(2)提高聚物结晶能力(提高链的规整度和对成性),(3)进行交联,增加分子链间化学键,阻碍分子链运动。
无机材料的热稳定性提高抗热冲击断裂性能的措施(主要针对陶瓷,玻璃等):①提高材料强度σ,减小弹性模量 E,使σ/E 提高。
②提高材料的热导率λ,使R'提高。
③减小材料的热膨胀系数α。
也即产生的热应力小。
④减小表面热传递系数h。
⑤减小产品的有效厚度r m。
热差分析:是在程序控制温度下,将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却,测量试样与参比物之间温差(ΔT)随温度(T)时间(t)的变化关系。
参比物要求:应为热惰性物质,即在整个测试的温度范围内它本身不发生分解、相变、破坏,也不与被测物质产生化学反应同时参比物的比热容,热传导系数等应尽量与试样接近。
第三章材料的光学性能一、光在介质中的传播速度比真空慢的原因当光的电磁场作用到介质上时,介质的原子受到外加电场的作用而极化,正电荷沿着电场方向移动,负电荷沿着反电场方向移动,这样正负电荷的中心发生相对位移。
外电场越强,原子正负电荷中心距离越大。
由于这种光波电磁场和介质原子的电子体系的相互作用而产生的极化,“拖住”了电磁波的步伐,使光波的传播速度减少。
二、光的反射:指光在传播到不同物质时,在分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。
影响因素:在垂直入射的情况下,光在界面上反射的多少取决于两种介质的相对折射率n21,如果n1和n2相差很大,那么界面反射损失就严重。
如果n1等于n2,几乎没有反射损失。
由许多块玻璃组成透镜系统。
反射损失更可观。
为了减小这种界面损失,常常采用折射率和玻璃相近的胶将它们粘起来,这样,除了最外和最内的表面是玻璃和空气的相对折射率外,内部各界面都是玻璃和胶的较小的相对折射率,从而大大减小了界面的反射损失。
三、双折射现象、常光折射和非常光折射的概念当光通过除立方晶体以外的其他品型介质时,一般都要分为振动方向和互垂直、传播速度不等的两个波,它们分别形成两条折射光线,这个现象称为双折射。
双折射光线中,平行于人射面的光线的折射率,称为常光折射率n0,不论入射光的入射角如何变化,n0始终为一常数,因而常光折射率严格服从折射定律。
另一条与之垂直的光线所构成的折射率、则随入射线方向的改变而变化,称为非常光折射率n e,它不遵守折射定律,随入射光的方向而变化。
四、选择吸收:同一物质对各种波长的光吸收程度不一样,有的波长的光吸收系数可以非常大,而对另一波长的吸收系数又可以非常小。
均匀吸收:介质在可见光范围对各种波长的吸收程度相同。
金属材料、半导体、电介质产生吸收峰的原因(1)金属对光能吸收很强烈,这是因为金属的价电子处于未满带,吸收光子后即呈激发态,用不着跃迁到导带即能发生碰撞而发热。
(2)半导体的禁带比较窄,吸收可见光的能量就足以跃迁。
(3)电介质的禁带宽,可见光的能量不足以使它跃迁,所以可见光区没有吸收峰。
紫外光区能量高于禁带宽度,可以使电介质发生跃迁,从而出现吸收峰。
电介质在红外区也有一个吸收峰,这是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。
五、散射:材料中如果有光学性能不均匀的结构,例如含有透明小粒子,光性能不同的晶界相、气孔或其他夹杂物,都会引起一部分光束偏离原来的传播方向而向四面八方散开来。
折射:当光依次通过两种不同介质时,光的行进方向要发生改变,这种现象称为折射。
弹性散射:光的波长(或光子能量)在散射前后不发生变化的,称为弹性散射。
非弹性散射:当光束通过介质时,人射光子与介质发生非弹性碰撞,使散射光的波长(或频率)发生改变,这种散射称为非弹性散射。
与弹性散射相比,非弹性散射通常要弱几个数量级,常常被忽略。
六、红移、蓝移原因(1)从能量的角度看,可以用简单的能级跃迁图来说明。
图a表示瑞利散射过程,图b可表示红移过程,图c表示蓝移过程。
(2)从波动观点来看,光的非弹性散射机制是光波电磁场与介质内微观粒子固有振动之间的耦合,从而激发介质微观结构的振动或导致振动的消失,以致散射光波频率相应出现“红移”〔频率降低〕或“蓝移”(频率增高)。
七、利用拉曼散射分析物质的结构(不确定)由于拉曼散射和布里渊散射中散射光的频率与散射物质的能态结构有关,研究非弹性光散射已经成为获得固体结构、点阵振动、声学动力学以及分子的能级特征等信息的有效手段。
八、色散:材料的折射率随入射光的频率的减小(或波长的增加)而减小的性质,称为材料的色散。
原因:在光波电磁场的作用下,光波引起介质中束缚电荷受迫振动,受迫振动的振子(束缚电荷)又可以作为新的电磁波波源,向外发射“电磁次波”(或称散射波)。
在固体材料中,这种散射中心的密度很高,多个振子波的相互干涉使得次波只沿原来入射光波的方向前进。
按照波的叠加原理,次波和入射光波叠加的结果使合成波的位相与入射波不同。
次波的叠加改变了波的位相,也就改变了光波的速度。
九、自发辐射与受激辐射的区别自发辐射过程是指,如果原子已经处于高能级,那么它就可能自发、独立地向低能级跃迁并发射一个光子,其能量为: hν=E2-E1各个原子发射的自发辐射光子,除了能量(频率)受上式限制外,其发射方向和偏振态都是随机和无规的。
受激辐射过程是,当一个能量满足hν=E2-E1的光子趋近高能级E2的原子时,人射的光子诱导高能级原子发射一个和自己性质完全相同的光子来。
受激辐射的光子和人射光子具有相同的频率、方向和偏振状态。
十、激光的激活介质的作用:实现粒子数反转的介质,具有对光的放大作用。
十一、红宝石红宝石(CrAl2O3)加工好的红宝石激光器呈棒状,两端面平行,靠近两个端面各放置一面镜子,以便使一些自发发射的光通过激光棒来回反射。
其中一个镜子起完全反射的作用,另一个镜子只是部分反射。
当沿着激光棒的长度方向用氙闪光灯照射时,大部分闪光的能量以热的形式散失,一小部分被激光棒吸收,Cr3+的d电子可以从4A2基态激发到4F1和4F2激发态。
这些激发态寿命很短(10-9s),通过无辐射跃迁迅速衰变,降到2E能级。
2E激发态的寿命很长,约为5x10-3s,这表明有足够的时间形成位子数反转。
然后由2E 能级跃迁返回基态,多余的能量以激光形式释放出来,于是产生了激光。
第四章材料的导电性能一、超导:在一定的低温条件下材料突然失去电阻的现象称为超导电性。
两个基本特性:完全导电性和完全抗磁性(即超导体内无磁场,内部磁感应强度B为零)二、库柏电子对(BCS理论):当超导体内处于超导态的某一电子e1在晶体中运动时,它周围的正离子点阵将被这个电子吸引以降低静电能,从而使这个局部区域的正电荷密度增加,而这个带正电的区域又会对邻近电子e2产生吸引力,正是由于这种吸引力克服了静电斥力,使动量和自旋方向相反的两个电子e1、e2结成了电子对,这种电子对称为库柏电子对。
材料变为超导态后,由于电子对结成库柏对,使能量降低而成为一种稳定态。
三、固溶体、化合物对导电性能的影响1.固溶体的导电性(1)固溶体组元浓度对电阻的影响一般情况下形成固溶体时合金的电导率降低,即电阻率增高。
固溶体电阻率比纯金属高的主要原因是溶质原子的溶入引起溶剂点阵的畸变,破坏了晶格势场的周期性,从而增加了电子的散射概率,使电阻率增大。
同时,由于固溶体组元间化学相互作用(能带、电子云分布等)的加强使有效电子数减少,也会造成电阻率的增高。
(2)有序固溶体的电阻固溶体有序化对合金的电阻有显著的影响,其影响作用体现在两方面:一方面,固溶体有序化后,其合金组元间化学作用加强,电子结合比无序固溶体强,导致导电电子数减少而合金的剩余电阻增加;另一方面,晶体的离子电场在有序化后更对称,从而减少对电子的散射,使电阻降低。