(完整版)材料物理性能復(fù)習(xí)總結(jié)

1、第一章電學(xué)性能1.1材料的導(dǎo)電性?= ?; P稱為電阻率或比電阻，只與材料特性有關(guān)，而與導(dǎo)體的幾何尺寸 無(wú)關(guān)，是評(píng)定材料導(dǎo)電性的基本參數(shù)。P的倒數(shù)稱為電導(dǎo)率。一、金屬導(dǎo)電理論1、經(jīng)典自由電子理論在金屬晶體中，正離子構(gòu)成了晶體點(diǎn)陣，并形成一個(gè)均勻的電場(chǎng)，價(jià)電子是 完全自由的，稱為自由電子，它們彌散分布于整個(gè)點(diǎn)陣之中，就像氣體分子充滿 整個(gè)容器一樣，因此又稱為“電子氣”。它們的運(yùn)動(dòng)遵循理想氣體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 自由電子之間及它們與正離子之間的相互作用類似于機(jī)械碰撞。當(dāng)對(duì)金屬施加外電場(chǎng)時(shí)，自由電子沿電場(chǎng)方向作定向加速運(yùn)動(dòng)， 從而形成了電流。在自由電子定 向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，要不斷與正離子發(fā)生碰撞，使電子受阻，

2、這就是產(chǎn)生電阻的原因。2、量子自由電子理論金屬中正離子形成的電場(chǎng)是均勻的， 價(jià)電子與離子間沒(méi)有相互作用，可以在 整個(gè)金屬中自由運(yùn)動(dòng)。但金屬中每個(gè)原子的內(nèi)層電子基本保持著單個(gè)原子時(shí)的能 量狀態(tài)，而所有價(jià)電子卻按量子化規(guī)律具有不同的能量狀態(tài)，即具有不同的能級(jí)。0K時(shí)電子所具有最高能態(tài)稱為費(fèi)密能 Ef。不是所有的自由電子都參與導(dǎo)電，只有處于高能態(tài)的自由電子才參與導(dǎo)電。 另外，電子波在傳播的過(guò)程中被離子點(diǎn)陣散射，然后相互干涉而形成電阻。馬基中定則：？?=?+?,總的電阻包括金屬的基本電阻和溶質(zhì) （雜質(zhì)）濃度引起的電阻（與溫度無(wú)關(guān)）；從馬基中定則可以看出，在高溫時(shí)金屬的電阻 基本取決于？?？，而在低溫時(shí)

3、則決定于殘余電阻？。3、能帶理論能帶：由于電子能級(jí)間隙很小，所以能級(jí)的分布可看成是準(zhǔn)連續(xù)的， 稱為能 帶。圖1-1（a）、（b）、（c）,如果允帶內(nèi)的能級(jí)未被填滿，允帶之間沒(méi)有禁帶或允帶 相互重疊，在外電場(chǎng)的作用下電子很容易從一個(gè)能級(jí)轉(zhuǎn)到另一個(gè)能級(jí)上去而產(chǎn)生 電流，具有這種能帶結(jié)構(gòu)的材料就是導(dǎo)體。圖1-1（d）,若一個(gè)滿帶上面相鄰的是一個(gè)較寬的禁帶，由于滿帶中的電子沒(méi) 有活動(dòng)的余地，即便是禁帶上面的能帶完全是空的， 在外電場(chǎng)作用下電子也很難 跳過(guò)禁帶，具有這種能帶結(jié)構(gòu)的材料是絕緣體。圖1-1(e),半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體相同，所不同的是它的禁帶比較窄，電子跳過(guò)禁帶不像絕緣體那么困難， 滿帶中

4、的電子受熱振動(dòng)等因素的影響，能被激發(fā)跳過(guò)禁帶而進(jìn)入上面的空帶，在外電場(chǎng)作用下空帶中的自由電子產(chǎn)生電流。圖1-1能帶填充情況示意圖(a)、(b)、(c)金屬；(d)絕緣體；(e)半導(dǎo)體溫度對(duì)材料導(dǎo)電性的影響：溫度升高使離子振動(dòng)加劇，熱振動(dòng)振幅加大，原 子的無(wú)序度增加，周期勢(shì)場(chǎng)的漲落也加大，這些因素都使電子運(yùn)動(dòng)的自由程減小， 散射幾率增加而導(dǎo)致電阻率增大。二、無(wú)機(jī)非金屬導(dǎo)電機(jī)理電導(dǎo)：材料在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生漏電電流。載流子：對(duì)材料來(lái)說(shuō)，只要有電流就意味著有帶點(diǎn)粒子的定向運(yùn)動(dòng)，這些帶點(diǎn)粒子稱為載流子。金屬材料電導(dǎo)的載流子是自由電子；無(wú)機(jī)非金屬材料電導(dǎo)的載流子可以是電_ 工、電子空穴,或離子、離子空位。載

5、流子是電子或電子空穴的電導(dǎo)稱為 電子式電導(dǎo)，載流子是離子或離子空位 的電導(dǎo)稱為離子式電導(dǎo)。本征電導(dǎo)：離子電導(dǎo)源于晶體點(diǎn)陣中基本離子的運(yùn)動(dòng)。雜質(zhì)電導(dǎo)：離子電導(dǎo)是結(jié)合力比較弱的離子運(yùn)動(dòng)造成的，這些離子主要是雜質(zhì)。1.2半導(dǎo)體的電學(xué)性能一、本征半導(dǎo)體的電學(xué)性能本征半導(dǎo)體：純凈的無(wú)結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶。電學(xué)特性：(1)本征激發(fā)成對(duì)地產(chǎn)生自由電子和空穴，所以自由電子濃度與空穴濃度相 等，都是等于本征載流子的濃度ni；(2)禁帶寬度Eg越大，載流子濃度ni越小；(3)溫度升高時(shí)載流子濃度ni增大；(4)載流子濃度ni與原子密度相比是極小的，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很 微弱。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體的電學(xué)性能1、n型

6、半導(dǎo)體概念：在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)(磷、神、睇)的半導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)：摻入五價(jià)元素后，可以使晶體中的自由電子濃度極大地增加， 這是因 為五價(jià)元素的原子有五個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它頂替品格中的一個(gè)四價(jià)元素的原子時(shí)， 它 的四個(gè)價(jià)電子與周圍的四個(gè)硅(或錯(cuò))原子以共價(jià)鍵相結(jié)合后，還余下了一個(gè)價(jià) 電子變成多余的。多子：在n型半導(dǎo)體中，自由電子的濃度大(1.5*1014cm-3),故自由電子稱 為多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子。少子：n型半導(dǎo)體中的空穴稱為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子。在電場(chǎng)作用下，n型半導(dǎo)體中的電流主要由多數(shù)載流子一一自由電子產(chǎn)生， 也就是說(shuō)，它是以電子電導(dǎo)為主。2、p型半導(dǎo)體概念：在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素

7、(硼、鋁、錢、鈿)的雜質(zhì)半導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)：三價(jià)元素的原子只有三個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它頂替品格中的一個(gè)四價(jià)元素原 子，并與周圍的四個(gè)硅(或錯(cuò))原子組成四個(gè)共價(jià)鍵時(shí)，必然缺少一個(gè)價(jià)電子， 形成一個(gè)空位置。在電場(chǎng)作用下，p型半導(dǎo)體中的電流主要由多數(shù)載流子一一空穴產(chǎn)生，即它 是以空穴導(dǎo)電為主。3、雜質(zhì)半導(dǎo)體的特點(diǎn)(1)摻雜濃度與原子密度相比雖然很微小，但是卻能使載流子濃度極大地提 高，因而導(dǎo)電能力也顯著地增強(qiáng)，摻雜濃度越大，其導(dǎo)電能力也越強(qiáng)。(2)摻雜只是使一種載流子的濃度增加，因此雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多子導(dǎo)電。 當(dāng)摻入五價(jià)元素時(shí)，主要靠自由電子導(dǎo)電；當(dāng)摻入三價(jià)元素時(shí)，主要靠空穴導(dǎo)電。 三、金屬和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變

8、化規(guī)律不同點(diǎn)陣振動(dòng)的聲子散射：由于點(diǎn)陣振動(dòng)使原子間距發(fā)生變化而偏離理想周期排 列，引起禁帶寬度的空間起伏，從而使載流子的勢(shì)能隨空間變化， 導(dǎo)致載流子的 散射。顯然，溫度越高振動(dòng)越激烈，對(duì)載流子的散射越強(qiáng)，遷移率下降。電離雜質(zhì)散射：由于隨溫度升高載流子熱運(yùn)動(dòng)速度加大，電離雜質(zhì)的散射作 用也就相對(duì)減弱，導(dǎo)致遷移率增加1.3絕緣體的電學(xué)性能絕緣體：一般是指電阻率大于1010Q- m、用來(lái)限制電流流動(dòng)的材料。評(píng)價(jià)電介質(zhì)的主要電學(xué)性能指標(biāo)有介電常數(shù)、耐電強(qiáng)度、損耗因素、體電阻率和表面電阻率。一、電介質(zhì)的介電常數(shù)當(dāng)極板問(wèn)為真空時(shí)，平板電容器的電容量C與平板的面積S、板間距離d的 ?關(guān)系為？ = ?勺C0、

9、？?分別為真空下的電谷和 介電常數(shù)，？= 8.85 X 10-2 ?當(dāng)極板間存在電介質(zhì)時(shí)的介電常數(shù)為 靜態(tài)介電常數(shù)。帶有電介質(zhì)的電容C與無(wú)電介質(zhì)(真空)的電容 C0之比稱為電介質(zhì)的相對(duì) 介電常數(shù)r。極化強(qiáng)度？?= ?(?- 1)?,不僅隨外電場(chǎng)強(qiáng)度E升高而增加，而且取決于材 料的相對(duì)介電系數(shù)9復(fù)介電常數(shù)？= ?- ?；實(shí)部？?= ? = ?介電強(qiáng)度：當(dāng)施加于電介質(zhì)上的電場(chǎng)強(qiáng)度或電壓增大到一定程度時(shí)， 電介質(zhì) 就由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這一突變現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿，發(fā)生擊穿時(shí)的電 場(chǎng)強(qiáng)度即為介電強(qiáng)度。二、電介質(zhì)的極化電介質(zhì)按其分子中正負(fù)電荷的分布狀況可以分為中性電介質(zhì)、偶極電介質(zhì)和離子型電介質(zhì)。

10、極化：電介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下，其內(nèi)部的束縛電荷所發(fā)生的彈性唯一現(xiàn)象和 偶極子的取向(正端轉(zhuǎn)向電場(chǎng)負(fù)極、負(fù)端轉(zhuǎn)向電場(chǎng)正極)現(xiàn)象。介質(zhì)極化的基本形式(1)電子式極化：在電場(chǎng)作用下，構(gòu)成介質(zhì)原子的電子云中心與原子核發(fā)生 相對(duì)位移，形成感應(yīng)電偶極矩而使介質(zhì)極化的現(xiàn)象。電子位移極化的形成過(guò)程很快，外電場(chǎng)消失后會(huì)立即恢復(fù)原狀，不消耗任何能量。(2)離子式極化：在離子晶體中，除離子中的電子要產(chǎn)生位移極化外，處于 點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上的正負(fù)離子也要在電場(chǎng)作用下發(fā)生相對(duì)位移而引起極化。(3)偶極子極化：偶極分子在無(wú)外電場(chǎng)時(shí)就有一定的電偶極矩 p,當(dāng)有外電 場(chǎng)時(shí)，由于偶極子要受到轉(zhuǎn)矩的作用，有沿外電場(chǎng)方向排列的趨勢(shì)，因而呈現(xiàn)

11、宏 觀電偶極矩，形成極化。(4)空間電荷極化：在一部分電介質(zhì)中存在著可移動(dòng)的離子，在外電場(chǎng)作用 下，正離子將向負(fù)電極側(cè)移動(dòng)并積累，而負(fù)離子將向正電極側(cè)移動(dòng)并積累。三、電介質(zhì)的介電損耗介質(zhì)損耗：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量。漏導(dǎo)電流：在外電場(chǎng)的作用下，總有一些帶電粒子會(huì)發(fā)生移動(dòng)而引起微弱的 電流，這種微小電流稱為漏導(dǎo)電流。漏導(dǎo)損耗：漏導(dǎo)電流流經(jīng)介質(zhì)時(shí)使介質(zhì)發(fā)熱而消耗了電能，這種因電導(dǎo)而引起的介質(zhì)損耗稱為漏導(dǎo)損耗。極化損耗：除電子、離子彈性位移極化基本上不消耗能量外， 其他緩慢極化 （例如松弛極化、空間電荷極化等）在極化緩慢建立的過(guò)程中都會(huì)因客服阻力而 引起能量的損耗，這種損

12、耗一般稱為極化損耗。1.4超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性：在一定的低溫條件下材料電阻突然失去的現(xiàn)象。材料有電阻的狀態(tài)稱為正常態(tài)，失去電阻的狀態(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)，材料由正常狀 態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度稱為臨界溫度。超導(dǎo)體的三個(gè)性能指標(biāo)：完全導(dǎo)電性、完全抗磁性和通量量子化。評(píng)價(jià)超導(dǎo)體的三個(gè)性能指標(biāo)： 臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc、I一界磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc、臨界電 流密度Jc。臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度：破幻超導(dǎo)態(tài)的最小磁場(chǎng)。臨界電流密度：保持超導(dǎo)態(tài)的最大輸入電流。超導(dǎo)現(xiàn)象的物理本質(zhì)：超導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于超導(dǎo)體中的電子在超導(dǎo)態(tài) 時(shí)電子之間存在著特殊的吸引力，而不是正常態(tài)時(shí)電子之間的靜電斥力。這種特 殊吸引力使電子雙雙結(jié)成電子對(duì)， 電子對(duì)在材料中規(guī)則

13、地運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果碰到物理 缺陷、化學(xué)缺陷或熱缺陷，而這種缺陷所給予電子的能量變化又不足以使“電子對(duì)”破壞，則此“電子對(duì)”將不損耗能量，即在缺陷處電子不發(fā)生散射而無(wú)障礙 地通過(guò)，這時(shí)電子運(yùn)動(dòng)的非對(duì)稱分布狀態(tài)將繼續(xù)下去。- 13 -第二章磁學(xué)性能1.1磁性基本量及磁性分類一、磁化現(xiàn)象和磁性的基本量磁化：任何物質(zhì)處于磁場(chǎng)中，均會(huì)使其所占的空間的磁場(chǎng)發(fā)生變化， 這是由 于磁場(chǎng)的作用使物質(zhì)表現(xiàn)出一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁化。磁化弓®度M:單位體積的磁矩。磁化率 * 磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之比，表征磁介質(zhì)屬性的物理量。磁導(dǎo)率工磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之比，表征磁介質(zhì)磁性的物理量。磁感應(yīng)強(qiáng)度B:通過(guò)

14、垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁力線數(shù)稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度。二、物質(zhì)磁性的分類圖2-1五類磁體的磁化曲線示意圖(1)抗磁體：磁化率為很小的負(fù)數(shù)，它們?cè)诖艌?chǎng)中受微弱斥力，金屬約有一 半簡(jiǎn)單金屬是抗磁體。(2)順磁體：磁化率為正值，它們?cè)诖艌?chǎng)中受微弱吸力。(3)鐵磁體：在較弱的磁場(chǎng)作用下，就能產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度，磁化率是很 大的正數(shù)，且M或B與外磁場(chǎng)強(qiáng)度H呈非線性關(guān)系變化。鐵磁體在溫度高于某 臨近溫度后變成順磁體，此臨近溫度稱為居里溫度或居里點(diǎn)。(4)亞鐵磁體：類似于鐵磁體，但磁化率沒(méi)有鐵磁體那么大。(5)反鐵磁體：磁化率是很小的正數(shù)，在溫度低于某溫度時(shí)，它的磁化率隨 溫度升高而增大，高于這個(gè)溫度，其行為像順

15、磁體。三、磁化曲線和磁滯回線飽和磁化強(qiáng)度Ms：隨磁化場(chǎng)的增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B開(kāi)始時(shí)增加較緩慢，然 后迅速地增加，再緩慢地增加，最后當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到Hs時(shí)，磁化至飽和，此時(shí)的磁化強(qiáng)度稱為飽和磁化強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs圖2-2鐵的磁滯回線磁滯：鐵磁材料從退磁狀態(tài)被磁化至飽和的技術(shù)磁化過(guò)程中存在著不可逆過(guò) 程，即從飽和磁化狀態(tài)降低磁場(chǎng) H時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B將不沿著原磁化曲線下降 而是沿bc緩慢下降，這種現(xiàn)象稱為“磁滯”。剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度：當(dāng)外磁場(chǎng)降為0時(shí)，得到不為零的磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br,稱為 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。矯頑力：要將B減小到0,必須加一反向磁場(chǎng)-Hc,該反向磁場(chǎng)值稱為矯頑 力。bc

16、段：退磁曲線；bcdefgb:磁滯回線軟磁材料：矯頑力Hc很小而磁化率很大的材料。硬磁材料：Hc大而X小的材料。矩磁材料：某些磁滯回線趨于矩形的材料。2.2 抗磁性和順磁性一、原子本征磁矩原子磁矩包括電子軌道磁矩、電子的自旋磁矩和原子核磁矩三部分。原子中電子的軌道磁矩和電子的自旋磁矩構(gòu)成了原子固有磁矩，即本征磁矩、抗磁性在磁場(chǎng)中電子繞中心核的運(yùn)動(dòng)只不過(guò)是疊加了一個(gè)電子進(jìn)動(dòng)（拉莫爾進(jìn)動(dòng)），如果繞核的平均電子流起初為零，施加磁場(chǎng)后的拉莫爾進(jìn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不為零的 繞核電子流，這個(gè)電流等效于一個(gè)方向與外加場(chǎng)相反的磁矩， 因而產(chǎn)生了抗磁性。物質(zhì)的抗磁性是由外加磁場(chǎng)作用下電子繞核運(yùn)動(dòng)所感應(yīng)的附加磁矩造成的

17、。三、順磁性材料的順磁性來(lái)源于原子的固有磁矩。產(chǎn)生順磁性的條件：原子的固有磁矩不為零一一具有奇數(shù)個(gè)電子的原子或點(diǎn)陣缺陷；內(nèi)殼層未被填滿的原子或離子。四、金屬的抗磁性和順磁性金屬的磁性要從以下四個(gè)方面考慮：正離子的順磁性、正離子的抗磁性、自 由電子的順磁性和自由電子的抗磁性。正離子的抗磁性來(lái)源于其電子的軌道運(yùn)動(dòng)， 正離子的順磁性來(lái)源于原子的固 有磁矩，自由電子的順磁性來(lái)源于電子的自旋磁矩，電子運(yùn)動(dòng)都產(chǎn)生抗磁磁矩。2.3 鐵磁性的物理本質(zhì)自發(fā)磁化：在鐵磁物質(zhì)內(nèi)部存在著很強(qiáng)的與外磁場(chǎng)無(wú)關(guān)的“分子場(chǎng)”，在這 種“分子場(chǎng)”的作用下，原子磁矩趨于同向平行排列，即自發(fā)的磁化至飽和。鐵磁性產(chǎn)生的原因當(dāng)原子相互

18、接近形成分子時(shí)，電子云要相互重疊，電子要相互交換位置，其 本質(zhì)是靜電作用力迫使相鄰原子的電子自旋磁矩有序排列。這種交換作用產(chǎn)生的附加能量稱為交換能Eex （?= -?cos如當(dāng)A為正值時(shí)，小=0時(shí)，Eex最大， 相鄰自旋磁矩同向平行排列，即自發(fā)磁化，這就是鐵磁性產(chǎn)生的原因。鐵磁性產(chǎn)生的條件：原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層；a/r （原子核之間的 距離/參加交換作用的電子距核的距離）大于 3使交換積分A為正。前者指的是 原子本征磁矩不為零，后者指的是要有一定的晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。2.4 相關(guān)概念磁晶各向異性：在單晶體的不同晶向上，磁性能是不同的。磁晶各向異性能：磁化強(qiáng)度矢量沿不同晶軸方向的能量差代表磁晶

19、各向異性 能。磁致伸縮：鐵磁體在磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，其形狀和尺寸都會(huì)發(fā)生變化。磁致伸縮產(chǎn)生的原因：磁致伸縮是原子磁矩有序排列時(shí)電子間的相互作用導(dǎo) 致原子間距調(diào)整而引起的，晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)不同，磁化時(shí)原子間距的變化情況也不 同，因此呈現(xiàn)不同的磁滯伸縮性能。鐵磁體在磁場(chǎng)中的能量為 靜磁能，它包括鐵磁體與外磁場(chǎng)的相互作用能和鐵 磁體在自身退磁場(chǎng)中的能量。后一種靜磁能常稱為 退磁能。磁疇：在店里點(diǎn)以下，鐵磁體自發(fā)磁化成若干個(gè)小區(qū)域， 這些自發(fā)磁化至飽 和的小區(qū)域稱磁疇。相鄰磁疇的界限稱為疇壁。技術(shù)磁化：在外磁場(chǎng)作用下鐵磁體從完全退磁狀態(tài)磁化至飽和狀態(tài)的內(nèi)部變 化過(guò)程。技術(shù)磁化是通過(guò)兩種方式進(jìn)行的， 一種是磁疇

20、壁的遷移、另一種是磁疇的旋轉(zhuǎn)。磁心在不可逆交變磁化過(guò)程中所消耗的能量，統(tǒng)稱為 鐵心損耗，簡(jiǎn)稱鐵損。 它由磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗三部分組成。磁后效：磁化強(qiáng)度（或磁感應(yīng)強(qiáng)度）跟不上磁場(chǎng)變化的延遲現(xiàn)象。課后習(xí)題在磁場(chǎng)作用下，金屬離子都產(chǎn)生一定的抗磁性，為何只有部分金屬是抗磁 金屬？答：抗磁性是電子軌道運(yùn)動(dòng)感應(yīng)的， 物質(zhì)的抗磁性普遍存在。但原子往往還 存在著軌道磁矩和自旋磁矩所組成的順磁磁矩。當(dāng)原子系統(tǒng)的總磁矩等于零時(shí)， 抗磁性就容易表現(xiàn)出來(lái)，如果電子殼層未被填滿，即原子系統(tǒng)具有總磁矩時(shí)，只 有那些抗磁性大于順磁性的物質(zhì)才成為抗磁體。第三章光學(xué)性能光通過(guò)固體時(shí)的現(xiàn)象：透過(guò)、吸收、反射和散射。3.

21、1光的反射和折射影響折射率n的因素(1)構(gòu)成材料元素的離子半徑：當(dāng)介質(zhì)材料的離子半徑增大時(shí)，其介電常數(shù) e增大，折射率n也增大。(2)材料的結(jié)構(gòu)、晶型和非晶態(tài)：對(duì)于非晶態(tài)和立方晶體這些各項(xiàng)同性的材料，當(dāng)光通過(guò)時(shí)，光速不因傳播方向改變而改變，材料只有一個(gè)折射率，稱為 均 質(zhì)介質(zhì)；除立方晶體以外的其他晶型都是非均質(zhì)介質(zhì)，光進(jìn)入非均質(zhì)介質(zhì)時(shí)，一般都要分為振動(dòng)方向相互垂直、傳播速度不等的兩個(gè)波，它們分別構(gòu)成兩條折射 光線，即雙折射。(3)材料所受的內(nèi)應(yīng)力：有內(nèi)應(yīng)力的透明材料，垂直于受拉主應(yīng)力方向的n值大，平行于受拉主應(yīng)力方向的n值小。(4)同質(zhì)異構(gòu)體：在同質(zhì)異構(gòu)材料中，高溫時(shí)存在的晶型折射率較低，低溫

22、 時(shí)的晶型折射率較高。3.2 材料對(duì)光的吸收和色散朗伯特定律：？的寧?？它表明，在介質(zhì)中光強(qiáng)隨傳播距離呈指數(shù)衰減， 吸收系數(shù)a越大，材料越厚，光就被吸收得越多，因而透過(guò)后的光強(qiáng)度就越小。光的色散：材料的折射率隨入射光頻率的減小 (或波長(zhǎng)的增加)而減小的性 質(zhì)。材料的色散規(guī)律：(1)對(duì)于同一種材料，波長(zhǎng)越短則折射率越大；(2)波長(zhǎng)越短則色散率越大；(3)對(duì)于不同材料，在同一波長(zhǎng)下，折射率越大者色散率越大；(4)不同材料的色散曲線間沒(méi)有簡(jiǎn)單的數(shù)量關(guān)系。3.3 介質(zhì)的光散射光的散射：光在通過(guò)氣體、液體、固體等介質(zhì)時(shí)，遇到煙塵、微粒、懸浮液 滴或者機(jī)構(gòu)成分不均勻的微小區(qū)域，都會(huì)有一部分能量偏離原來(lái)的傳

23、播方向而向 四面八方彌散開(kāi)來(lái)。光強(qiáng)與傳播距離的關(guān)系：？?？(?+?：和0s分別為吸收系數(shù)和散射 系數(shù)一、彈性散射彈性散射：散射前后，光的波長(zhǎng)（或光子能量）不發(fā)生變化的散射。1、廷德?tīng)柹⑸洚?dāng)散射中心的尺度a0遠(yuǎn)大于光波的波長(zhǎng) 入時(shí)，L0,散射光強(qiáng)與入射光波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。2、米氏散射當(dāng)散射中心尺度a0與入射光波長(zhǎng) 入相當(dāng)時(shí)，在04之間，具體數(shù)值與散射中心尺寸有關(guān)。3、瑞利散射當(dāng)散射中心的線度a0遠(yuǎn)小于入射光的波長(zhǎng) 入時(shí)，（=4,即散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的4 次方成反比（?= ?-?4 ）為什么晴天早晨的太陽(yáng)呈鮮紅色而中午卻變成白色？答：在可見(jiàn)光的短波側(cè)；=400nm處，紫光的散射強(qiáng)度要比長(zhǎng)波側(cè)=720nm處紅光

24、的散射強(qiáng)度大約大10 倍，由于大氣及塵埃對(duì)光譜上藍(lán)紫色的散射比紅橙色強(qiáng)， 一天內(nèi)不同時(shí)刻陽(yáng)光到達(dá)觀察者所通過(guò)的大氣層厚度不同，陽(yáng)光透過(guò)大氣層越厚，藍(lán)紫色成分損失越多，因此到達(dá)觀察者的陽(yáng)光中藍(lán)紫色的比例就越少。三、非彈性散射非彈性散射：頻率發(fā)生改變的光散射時(shí)入射光子與介質(zhì)發(fā)生非彈性碰撞的結(jié)果。3.4 材料的光發(fā)射材料的光發(fā)射是材料以某種方式吸收能量之后，將其轉(zhuǎn)化為光能，即發(fā)射光子的過(guò)程。光致發(fā)光：通過(guò)光的輻照將材料中的電子激發(fā)到高能態(tài)從而導(dǎo)致發(fā)光。陰極射線發(fā)光：利用高能量的電子來(lái)轟擊材料，通過(guò)電子在材料內(nèi)部的多次散射碰撞，使材料中多種發(fā)光中心被激發(fā)或電離而發(fā)光的過(guò)程。電致發(fā)光：通過(guò)對(duì)絕緣發(fā)光體施

25、加強(qiáng)電場(chǎng)導(dǎo)致發(fā)光，或者從外電路將電子（空穴）注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶（價(jià)帶），導(dǎo)致載流子復(fù)合而發(fā)光。發(fā)射光譜：在一定的激發(fā)條件下發(fā)射光強(qiáng)按波長(zhǎng)的分布。激發(fā)光譜：材料發(fā)射某一種特定譜線（或譜帶）的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)光的波長(zhǎng)而變化的曲線。發(fā)光壽命：發(fā)光體在激發(fā)停止之后持續(xù)發(fā)光的時(shí)間稱為發(fā)光壽命（熒光壽命或余輝時(shí)間）。發(fā)光效率：通常有三種表示法，即量子效率、功率效率和光度效率。量子效率卬是指發(fā)射光子數(shù)nout與吸收光子數(shù)（或輸入的電子數(shù)）nin之比；功率效率p 表示發(fā)光功率Pout與吸收光的功率（或輸入的電功率） Pin之比；光度效率 刀定 義為發(fā)射的光通量L與輸入的光功率（或電功率）Pin之比。3.5 材料

26、的受激輻射和激光激光：在外來(lái)光子的激發(fā)下誘發(fā)電子能態(tài)的轉(zhuǎn)變，從而發(fā)射出與外來(lái)光子的頻率、相位、傳輸方向以及偏振態(tài)均相同的相干光波。光的發(fā)射和吸收可經(jīng)由三種基本過(guò)程：受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射。受激吸收就是固體吸收一個(gè)光子的過(guò)程，光子能量 ？?=?- ?,固體中粒 子的能級(jí)由E1躍遷到E2。自發(fā)輻射就是固體發(fā)射一個(gè)光子的過(guò)程，光子能量 ？?=?- ?,固體中粒 子的能級(jí)由E2躍遷到Eio受激輻射的過(guò)程是：當(dāng)一個(gè)能量滿足?= ?- ?的光子趨近高能級(jí)E2的原 子時(shí)，有可能誘導(dǎo)高能級(jí)原子發(fā)射一個(gè)和自己性質(zhì)完全相同的光子， 此受激輻射 的光子與入射光子具有相同的頻率、方向和偏振狀態(tài)。因此，受激輻射是

27、一種共 振或相干過(guò)程，一個(gè)入射光子被放大為兩個(gè)光子。激活介質(zhì)：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的介質(zhì)具有對(duì)光的放大作用，它是能產(chǎn)生光的受 激輻射并起放大作用的物質(zhì)體系。第四章熱學(xué)性能4.1 熱容與熱給比熱容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的物體溫度升高1K所需的熱量。熱容：質(zhì)量為m的物體溫度升高1K所需的熱量。在加熱與冷卻過(guò)程中外界 壓力一定不變，稱為比定壓熱容；在加熱與冷卻過(guò)程中物體體積保持不變，則為比定容熱容。4.2 熱膨脹熱膨脹：物體在加熱或冷卻時(shí)的熱脹冷縮現(xiàn)象。熱膨脹的物理本質(zhì)溫度升高，原子振幅增加，原子的位移和原子間相互作用力呈非線性和非對(duì) 稱的關(guān)系，導(dǎo)致原子間距增大，因此產(chǎn)生熱膨脹。圖4-43、4-44,自己看書，目測(cè)不

28、會(huì)考！ ！線膨脹系數(shù)：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的材料在某一溫度區(qū)間，溫度每升高 1K的平均伸長(zhǎng) 量。體膨脹系數(shù)：?jiǎn)挝惑w積的材料在某一溫度區(qū)間，溫度每升高 1K的體積變化 量。4.3 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)：由于材料相鄰部分間的溫差而發(fā)生的能量遷移。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位截面上的熱流密度 q正比于該棒的溫度梯度 最?即？?= ?.-?比例系數(shù)人稱為熱導(dǎo)率。?熱擴(kuò)散率？?= -?. cp為比定壓熱容。 ? ?熱阻率？?= 1/?,合金固溶體的熱阻分為基本熱阻(本征熱阻)(T)和殘余熱阻0兩部分，3= CJ0+。熱傳導(dǎo)的物理機(jī)制(1)電子導(dǎo)熱和聲子導(dǎo)熱：對(duì)純金屬而言，電子導(dǎo)熱時(shí)主要機(jī)制；在合金中聲子導(dǎo)熱的作用要增強(qiáng)；在半金屬或半導(dǎo)體內(nèi)聲子導(dǎo)熱常常與電子導(dǎo)熱相仿；在絕緣體內(nèi)幾乎只存在聲子導(dǎo)熱一種形式。(2)光子導(dǎo)熱：通?？梢圆豢紤]光子導(dǎo)熱，因?yàn)橹挥性跇O高溫下才可能