材料物理性能復(fù)習(xí)題

1、材料物理性能復(fù)習(xí)題一、名詞解釋光矢量：即是光波的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量。雙折射：當(dāng)光束通過各向異性介質(zhì)表面時(shí)，折射光會(huì)分成兩束沿著不同的方向傳播，這種由一束入射光折射后分成兩束光的現(xiàn)象。光軸：通過改變?nèi)肷涔獾姆较颍梢园l(fā)現(xiàn)，在晶體中存在一些特殊的方向，沿著這些方向傳播的光不會(huì)發(fā)生雙折射，這些特殊的方向稱為晶體的光軸。熱膨脹：物質(zhì)在加熱或冷卻時(shí)的熱脹冷縮現(xiàn)象稱為熱膨脹。朗伯特定律：/=/小，在介質(zhì)中光強(qiáng)隨傳播距離0呈指數(shù)形式衰減的規(guī)律即稱為朗伯特定律。熱穩(wěn)定性：指材料承受高溫的急劇變化而不致破壞的能力，也稱為抗熱震性。滯彈性：指材料在交變載荷的情況下表現(xiàn)為應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的滯后特性即稱為滯彈性。應(yīng)力感生有序：溶

2、解在固溶體中孤立的間隙原子，置換原子，在外加應(yīng)力時(shí)，這些原子所處的位置的能量即出現(xiàn)差異，因而原子要發(fā)生重新分布，即產(chǎn)生有序排列，這種由于應(yīng)力引起的原子偏離無序狀態(tài)分布叫應(yīng)力感生有序。穆斯堡耳效應(yīng)：固體中的無反沖核共振吸收即為穆斯堡爾效應(yīng)。高分子的分子結(jié)構(gòu)：指除具有低分子化合物所具有的，如同分異構(gòu)、幾何異構(gòu)、旋光異構(gòu)等結(jié)構(gòu)特征之外，還有高分子量，通常由103105個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成的眾多結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：是指大分子堆砌、排列的形式和結(jié)構(gòu)。均方末端距：是描述高分子鏈的形狀和大小時(shí)采用末端距的2次方的平均值，用一2表示，稱為均r方末端距。二、填空題1、下圖為聚合物的蠕變和回復(fù)曲線，可見一個(gè)聚

3、合物材料的總形變是三種形變之和，其中坷為普彈形變、2為高彈形變、3為粘性流動(dòng)。2、從微觀上分析壯子與固體材料相互作用的兩種重要結(jié)果是：電子極化和電子能態(tài)轉(zhuǎn)變3、在光的非彈性散射光譜中，出現(xiàn)在瑞利線低頻側(cè)的散射線統(tǒng)稱為斯托克斯線，而在瑞利線高頻側(cè)的散射線統(tǒng)稱為反斯托克斯線。4、摻雜在各種基質(zhì)中的三價(jià)稀土離子，它們產(chǎn)生光學(xué)躍遷的是f電子。5、紅寶石是歷史上首先獲得的激光材料，它的發(fā)光中心是Cr3+離子。6、非穩(wěn)態(tài)法測(cè)量材料的熱導(dǎo)率是根據(jù)試樣溫度場(chǎng)隨時(shí)間變化的情況來測(cè)量材料熱傳導(dǎo)性能的方法。7、彈性模量的物理本質(zhì)是標(biāo)志原子間結(jié)合力的大小。i=ji=i8y量彈性模量的方法有兩種：一種是靜態(tài)測(cè)量法，另一

4、種是動(dòng)態(tài)測(cè)量法。9、圖中表示曲線(a)表示熔融石英玻璃(SiO2)、曲線表示非晶態(tài)聚苯乙烯(PS)的熱導(dǎo)率隨溫度的變化。10、下圖為銅單晶的對(duì)數(shù)減縮量與應(yīng)變振幅的關(guān)系。其中A是由位錯(cuò)被釘扎時(shí)阻尼振動(dòng)引起1的，A是由位錯(cuò)脫釘過程引起的。H11、按照形成聚合物的元素種類通常把聚合物分為有機(jī)聚合物、無機(jī)聚合物和元素有機(jī)聚合物。12、一光纖的芯子折射率n1=1.62，包層折射率n2=1.52,試計(jì)算光發(fā)生全反射的臨界角8c=6976o。13、光線波導(dǎo)的纖芯相是高折射率材料，而包層是低折射率材料。三、簡(jiǎn)答題1、簡(jiǎn)述固體吸收和發(fā)光的三種機(jī)制，并畫出相應(yīng)的示意圖。（140頁）答：固體吸收和發(fā)光的三種機(jī)制是：

5、受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射。受激吸收是固體吸收一個(gè)光子的過程，固體粒子由E1能級(jí)躍遷到E2,光子能量hv=E2-E1；自發(fā)輻射是固體發(fā)射一個(gè)光子的過程，固體中粒子由E2能級(jí)躍遷到E，光子能量hv=E2-E；受激輻射是當(dāng)一個(gè)能量滿足E2-E1=hv的光子趨近高能級(jí)E2的原子，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，此受激光子與入射光子具有相同頻率、方向和偏振狀態(tài)。示意題2圖2、試用雙原子模型說明固體熱膨脹的物理本質(zhì)。（176頁）答：如圖，U1（耳）、U2（T2）、U3（T3）為=10脹。不同溫度時(shí)的能量，當(dāng)原子熱振動(dòng)通過平衡位置r0時(shí)，全部能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，偏離平衡位置時(shí)，動(dòng)能又逐

6、漸轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；到達(dá)振幅最大值時(shí)動(dòng)能降為零，勢(shì)能打到最大。由勢(shì)能曲線的不對(duì)稱可以看到，隨溫度升高，勢(shì)能由U1（耳）、U2（T2）向U3（T3）變化，振幅增加，振動(dòng)中心就由r0,ro向r0右移，導(dǎo)致雙原子間距增大，產(chǎn)生熱膨3、聚乙烯在下列條件下緩慢結(jié)晶，各生成什么樣的晶體？(2)(3)從極稀溶液中緩慢結(jié)晶：片晶從熔體中結(jié)晶：球晶極高壓力下固體擠出：纖維狀晶體在溶液中強(qiáng)烈攪拌下結(jié)晶：串晶4、試說明滯彈性內(nèi)耗的特征以及它與靜滯后型內(nèi)耗和阻尼共振型內(nèi)耗的區(qū)別。（271頁）答：滯彈性內(nèi)耗的特征是：應(yīng)變-應(yīng)力滯后回線的出現(xiàn)是由于實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)性質(zhì)所決定的。即回線的面積與振動(dòng)頻率相關(guān)，與振幅無關(guān)。靜滯后型內(nèi)耗與滯

7、彈性內(nèi)耗剛好相反，其回線面積與3)P,LP,L振動(dòng)頻率無關(guān)，而與振幅相關(guān)，但不是單純的線性關(guān)系。阻尼共振型內(nèi)耗與滯彈性內(nèi)耗相似，與振幅無關(guān)，與頻率密切相關(guān)，不同的是阻尼共振型內(nèi)耗所對(duì)應(yīng)的頻率一般對(duì)溫度不敏感，而前者的弛豫時(shí)間對(duì)溫度卻很敏感。5、簡(jiǎn)述高分子鏈的構(gòu)象的自由連接鏈模型。(340頁)答：高分子鏈構(gòu)象的自由連接鏈模型：一個(gè)高分子鏈?zhǔn)怯珊艽髷?shù)目的單鏈所組成，這些單鏈可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，即可在空間各個(gè)方向自由取向，形成無數(shù)而可區(qū)別的構(gòu)象。6、說明為什么橡膠急劇拉伸時(shí)，橡膠的溫度上升，而緩慢拉伸時(shí)，橡膠發(fā)熱。答:(1)急劇拉伸時(shí)，絕熱條件下，對(duì)于無ds=0。吉布斯自由能的變化1)dG=-SdT+Vd

8、P+fdLd2G|Vs_df)dTdL0C0P,L(fQT)0P,L(dT)04）此現(xiàn)象稱為高夫S朱爾效應(yīng)，是橡膠熵彈性的證明。III（2）緩慢拉伸時(shí)，由于等溫條件，dT=0,利用（1）式，吸收的熱量(dQ)T=TdS=-T偉dL7P,Lr0，dL0，(fQT)0(dQ)07、產(chǎn)生光吸收的原因是什么？（121頁）答：當(dāng)光穿過介質(zhì)時(shí)，入射光子的能量與介質(zhì)中某兩個(gè)能態(tài)之間的能量差值相等時(shí)，引起介質(zhì)的價(jià)電子躍遷或使原子振動(dòng)而消耗能量，此外，介質(zhì)中的價(jià)電子會(huì)吸收光子而激發(fā)，當(dāng)尚未退激時(shí)，在運(yùn)動(dòng)中與其他分子碰撞，電子的能量轉(zhuǎn)化為分子的動(dòng)能即熱能，從而構(gòu)成光能的衰減，即產(chǎn)生光吸收。8、玻璃、陶瓷等大部分無

9、機(jī)材料在電磁波譜的可見光區(qū)都有良好的透過性，這是為什么？答：在電磁波譜的可見光區(qū)，電介質(zhì)材料包括玻璃、陶瓷等大部分無機(jī)材料的價(jià)電子所處的能帶是填滿的，它不能吸收光子而自由運(yùn)動(dòng)，而光子能量又不足以使價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶，所以在一定波長范圍內(nèi)，吸收系數(shù)很小，即可見光譜波長范圍內(nèi)，此時(shí)電介質(zhì)就可在可見光譜區(qū)域有良好的透過性。9、熱應(yīng)力主要來源于哪三個(gè)方面？（231頁）答：熱應(yīng)力主要來源于下列三個(gè)方面：（1）因熱脹冷縮受到限制而產(chǎn)生的熱應(yīng)力；（2）多相復(fù)合材料因各相膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力；（3）因溫度梯度而產(chǎn)生熱應(yīng)力。10、試述鐵磁合金熱膨脹反?，F(xiàn)象及其應(yīng)用。（183頁）答：對(duì)于鐵磁性金屬鐵、鉆、鎳膨

10、脹系數(shù)隨溫度變化不符合一般規(guī)律，而是在正常的膨脹曲線上出現(xiàn)附加的膨脹峰，這就是鐵磁金屬的熱膨脹反?，F(xiàn)象。應(yīng)用是：調(diào)整合金成分可以獲得低膨脹合金或定膨脹合金。11、畫出恒應(yīng)力下的應(yīng)變弛豫和恒應(yīng)變下的應(yīng)力弛豫過程示意圖。（265頁）應(yīng)力弛豫12、試說明產(chǎn)生彈性的鐵磁性反?，F(xiàn)象的物理本質(zhì)及其應(yīng)用。（255頁）答：產(chǎn)生彈性的鐵磁性反常現(xiàn)象的物理本質(zhì)是由于鐵磁體中磁致伸縮的存在引起附加應(yīng)變所造成的。對(duì)于未被磁化到飽和的鐵磁材料，所有磁疇并沒有沿著同一個(gè)方向排列，在外力作用下發(fā)生彈性形變時(shí)，磁疇的磁矩將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生相應(yīng)的磁致伸縮（力致伸縮）；在拉伸時(shí)，具有正的磁致伸縮的材料，其磁疇矢量將轉(zhuǎn)向垂直于拉伸方向

11、，同樣在拉伸方向上產(chǎn)生附加拉伸。應(yīng)用是因瓦合金和艾林瓦合金，即彈性模量溫度系數(shù)n接近于零的恒彈性合金。13、何為穆斯堡爾效應(yīng)？為什么只有利用固體發(fā)射源和吸收體才能實(shí)現(xiàn)穆斯堡爾效應(yīng)？答：穆斯堡爾效應(yīng)：固體中的原子核由于鍵合作用被牢牢的固定在點(diǎn)陣的晶位上，在發(fā)射和吸收y光子時(shí)都不能從晶位上偏離，這時(shí)受到反沖的不再是單個(gè)原子，而是整個(gè)晶體，這種無反沖核磁共振吸收即為穆斯堡爾效應(yīng)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)證明，只有在固體尤其是一些合金、硅酸鹽化合物中實(shí)現(xiàn)無反沖核共振吸收的原子核占的比例較大14、請(qǐng)解釋AL203單晶的熱導(dǎo)率隨溫度變化的關(guān)系曲線。答：(1)在很低溫度下,l：的大小，達(dá)到了上限，因此l值基本上無多大變化；

12、Cv(熱容)：在低溫下與T3成正比；V：常數(shù)。所以入也近似與T3成比例的變化，隨著溫度升高，入迅速增大。(2)溫度繼續(xù)升高，C隨溫度T的變化不v再與T3成比例，并在德拜溫度以后，趨于一恒定值；l值因溫度升高而減小，并成了主要影響因素。因此，入值隨溫度升高而迅速減小。(3)在更高的溫度下，C已基本上無變化;vl值也漸趨于下限。所以，入隨溫度的變化變得緩和，在達(dá)到1600K的高溫后，入值又有少許回升。這是高溫時(shí)輻射傳熱帶來的影響。四、計(jì)算題1、今有分子量為1X104和5X104的兩種高聚物，試計(jì)算：(1)在分子數(shù)相同的情況下共混時(shí)數(shù)均分子量和重均分子量；(2)在重量相同的情況下共混時(shí)的數(shù)均分子量和

13、重均分子量。nnx104+x5x10422=3x104nn+22-x108+-x25x108“=22=x104x104+x5x104322解：(1)當(dāng)分子數(shù)相同時(shí)，設(shè)兩種高聚物分子數(shù)為n則：數(shù)均分子量Mn-EnMEn.m+m5re=_x104mm3+1045x104I重均分子量MWJnMi2YnM.iiYmM.mx104+mx5x104L=3x104Emm+m2、一玻璃對(duì)水銀燈藍(lán)、綠譜線入=4358A和5461A的折射率分別為1.6525和1.6425,用次數(shù)據(jù)定出Cauchy近似經(jīng)驗(yàn)公式=A+B的常數(shù)A和B，然九2后計(jì)算對(duì)納黃線入=5893A的折射率n及色散率dn/d入值。解：對(duì)藍(lán)譜線入=4

14、358A,有16525=A十B43582對(duì)綠譜線入=5461A,有6425=A十旦因此54612A=1.624964B=522969.1Bn=A+=1.6400九2由AB得=A垸dn=泳因此當(dāng)納黃線入=5893A時(shí),奚=-2B=5.11x10-6d九九33、一熱機(jī)部件由氮化硅制成，熱導(dǎo)率入為4Wm-iK-i,最大厚度r=0.12m,表面熱傳m導(dǎo)系數(shù)h1為500J/(m”sK),假定形狀因子S=1請(qǐng)估算能承受熱沖擊的最大允許溫差厶Tmax。SiN有關(guān)參數(shù)為：a=275芙10-6/K；E=379GPa；34o=345MPa；u=0.25。f解:SiN陶瓷能承受的熱沖擊的最大允許溫34AT-恥(Em

15、axEa差:0.31rhm1x18.4x345x(1-0.25)根據(jù)題中有關(guān)數(shù)據(jù)即可得：AT=2.46Kmax379x103x275x10-6x0.31x0.12x500一、概念題1電疇：晶體中存在一些不同方向的自發(fā)極化區(qū)域(domain)在鐵電體中，固有電極矩在一定的子區(qū)域內(nèi)取向相同這些區(qū)域就稱為電疇。(取向相同的固有電偶極矩)電疇的排列方式分為180度電疇(反平行)和90度電疇。因而不加電場(chǎng)時(shí),整個(gè)晶體總電矩為零。2疇壁：兩疇之間的界壁稱為疇壁。3馬基申等人把固溶體電阻率看成由金屬基本電阻率P(T)和殘余電阻P殘組成。即p=p(T)+p殘稱為馬基申定律。根據(jù)馬基申定律，在高溫時(shí)金屬的電阻率

16、基本上取決于P(T),而在低溫時(shí)取決于P殘。既然P殘是電子在雜質(zhì)和缺陷上的散射引起的，那么P殘的大小就可以用來評(píng)定金屬的電學(xué)純度。導(dǎo)體：可在電場(chǎng)作用流動(dòng)自由電荷的物體，能傳導(dǎo)電流的元件5絕緣體：不善于傳導(dǎo)電流的物質(zhì)Ill6半導(dǎo)體：電阻率介于金屬和絕緣體之間并且有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的材料7壓電體：能產(chǎn)生壓電效應(yīng)的晶體材8.電介質(zhì)的擊穿，當(dāng)施加在電介質(zhì)上的電壓增大到一定值時(shí)，使電介質(zhì)失去絕緣性的現(xiàn)象稱為擊穿（breakdown）。擊穿形式：1）電擊穿，是一電過程，僅有電子參與；2）熱擊穿；3）化學(xué)擊穿l=jl=l9介質(zhì)損耗：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量稱電介質(zhì)的損耗功率。介質(zhì)損耗

17、形式：1）電導(dǎo)（或漏導(dǎo)）損耗，實(shí)際使用的電介質(zhì)都不是理想的絕緣體，都或多或少地存在一些弱聯(lián)系帶電離子或空穴，在E作用下產(chǎn)生漏導(dǎo)電流，發(fā)熱，產(chǎn)生損耗。2）極化損耗10.超導(dǎo)體：材料失去電阻的狀態(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)，存在電阻的狀態(tài)稱為正常態(tài)，具有超導(dǎo)態(tài)的材料稱為超導(dǎo)體。11接觸電性：兩種不同的材料接觸，由于它們可以有不同的相、不同的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)，所以在它們的交界面上不可避免地要發(fā)生載流子的某種行為，由此而引起兩種材料單獨(dú)存在時(shí)所沒有的新的電學(xué)效應(yīng)，稱為接觸電性。12、熱電效應(yīng)：電位差、溫度差、電流、熱流之間存在著的交叉聯(lián)系構(gòu)成了熱點(diǎn)效應(yīng)。第一個(gè)熱電效應(yīng)塞貝克效應(yīng)：兩種下同的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若

18、在兩接頭處存在溫度差，則回路中將有電勢(shì)及電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效第二個(gè)熱電效應(yīng)玻爾貼效應(yīng)：當(dāng)有電流通過兩個(gè)不同導(dǎo)體組成的回路時(shí)，除產(chǎn)生焦耳熱外，在兩接頭處還分別出現(xiàn)吸收或放出熱量Q的現(xiàn)象，Q稱為玻爾帖熱，此現(xiàn)象稱為玻爾帖效應(yīng)，第三個(gè)熱電效應(yīng)一姆遜效應(yīng)：當(dāng)電流通過具有一定溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，除產(chǎn)生焦耳熱外，另有一橫向熱流流入或流出導(dǎo)體（即吸熱或放熱），此種熱電現(xiàn)象稱為湯姆遜效應(yīng)。13、熱釋電效應(yīng)：在某些絕緣物中，由于溫度變化而引起電極化狀態(tài)改變的現(xiàn)象。14、磁疇：未加磁場(chǎng)時(shí)鐵磁質(zhì)內(nèi)部已經(jīng)磁化到飽和狀態(tài)的若干個(gè)小區(qū)域。15、磁致伸縮材料：鐵磁體在磁場(chǎng)中磁化時(shí)，其尺寸或體積發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁致

19、伸縮效應(yīng)。具有磁致伸縮效應(yīng)的材料稱為磁致伸縮材料。16、磁電阻效應(yīng)：磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的載流子起作用致使電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象17、磁矯頑力：反磁化過程中，當(dāng)反向磁疇擴(kuò)大到同正向磁疇大小相相等時(shí)，它們的磁化對(duì)外對(duì)外部的效果相互抵消，有效磁化強(qiáng)度為零，這時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為磁矯頑力。18、磁化率：即單位外磁場(chǎng)強(qiáng)度下材料的磁化強(qiáng)度。它的大小反映了物質(zhì)磁化的難易程度，是材料的一個(gè)重要的磁參數(shù)。19、磁導(dǎo)率：反應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)的變化速率，單位與相同，為亨咪。其大小與磁介質(zhì)和隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。20、磁晶的各向異性：在單晶體的不同晶向上，磁性能不同的性質(zhì)。21、磁彈性能：當(dāng)鐵磁體存在應(yīng)力時(shí)，磁致伸縮

20、要與應(yīng)力相互作用，與此有關(guān)的能量。22、退磁能：鐵磁體與自身退磁場(chǎng)的相互作用能稱為退磁場(chǎng)能（磁化飽和后，慢慢減少H，則M亦減小，此過程為退磁。）23、光電效應(yīng)：是指光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。（百度的）24、一般吸收：在光學(xué)材料中，石英對(duì)所有可見光幾乎都透明的，在紫外波段也有很好的透光性能，且吸收系數(shù)不變，這種現(xiàn)象為一般吸收。25選擇吸收：在光學(xué)材料中，石英對(duì)于波長范圍為3.55Oum的紅外光卻是不透明的，且吸收系數(shù)隨波長劇烈變化，這種現(xiàn)象為選擇吸收。26折射率的色散：材料的折射率隨入射光的頻率的減小而減小，這種現(xiàn)象稱為折射率的色散。27光生伏特效應(yīng)：是指半導(dǎo)體

21、在受到光照射時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。（百度的）28光的非彈性散射：當(dāng)光通過介質(zhì)時(shí)，從側(cè)向接受到的散射光主要是波長（或頻率）不發(fā)生變化的瑞利散射光，屬于彈性散射。當(dāng)使用高靈敏度和高分辨率的光譜儀，可以發(fā)現(xiàn)散射光中還有其它光譜成分，它們?cè)陬l率坐標(biāo)上對(duì)稱地分布在彈性散射光的低頻和高頻側(cè)，強(qiáng)度一般比彈性散射微弱得多。這些頻率發(fā)生改變的光散射是入射光子與介質(zhì)發(fā)生非彈性碰撞的結(jié)果，稱為非彈性散射。29發(fā)射光譜：發(fā)射光強(qiáng)發(fā)射光波長諸指在一定的激發(fā)條件下發(fā)射光強(qiáng)按波長的分布。老其形狀與材料的能量結(jié)構(gòu)有關(guān)。電反映材料中從高能級(jí)始發(fā)的向下躍遷過程。激發(fā)光譜：發(fā)光強(qiáng)度激發(fā)光波長指材料發(fā)射某一特定譜線（或譜帶）的發(fā)光強(qiáng)度

22、隨激發(fā)光的波長而變化的曲線遵能夠引起材料發(fā)光的激發(fā)波長也一定是材料可以吸收的波長，但激發(fā)光譜工吸收光譜（因?yàn)橛械牟牧衔展夂蟛灰欢〞?huì)發(fā)射光，把吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉對(duì)發(fā)光沒有貢獻(xiàn)的吸收是不會(huì)在激發(fā)光譜上反映的）。諸反映材料中從基態(tài)始發(fā)的向上躍遷過程。30發(fā)光壽命：發(fā)光壽命指發(fā)光體在激發(fā)停止之后持續(xù)發(fā)光時(shí)間的長短。31發(fā)光效率：+量子效率n:指發(fā)射光子數(shù)n與吸收光子數(shù)（或輸入的電子數(shù)）n之比。outin+功率效率n:表示發(fā)光功率P與吸收光功率（或輸入的電功率）P之比。outin4光度效率n:表示發(fā)射的光通量lL與輸入的光功率（或電功率）P之比。32受激輻射：對(duì)于物質(zhì)中處于高能級(jí)上的原子，如

23、果在它發(fā)生自發(fā)輻射以前，受到頻率的外來光子的作用，就有可能在外來光子的影響下，發(fā)射出一個(gè)同樣的光子，而由高能級(jí)躍遷到低能級(jí)上。這種輻射不同于自發(fā)輻射，稱為受激輻射。（百度的）33熱阻：是材料對(duì)熱傳導(dǎo)的阻隔能力。杜隆-柏替定律：元素的熱容定律（杜隆一珀替定律）：恒壓下，元素的摩爾熱容為25J/（Kmol），輕元素例外。熱膨脹：物體的體積或長度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹。魏得曼-弗蘭茲定律：在室溫下許多金屬的熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率之比幾乎相同，而不隨金屬的不同而改變。材料的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性是指材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力，又稱為抗熱震性。因瓦效應(yīng)：材料在一定溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的膨脹系數(shù)值

24、低于正常規(guī)律的膨脹系數(shù)值的現(xiàn)象。二簡(jiǎn)答題：（1）電介質(zhì)電導(dǎo)的概念，詳細(xì)類別，來源答：并不是所有的電介質(zhì)都是理想的絕緣體，在外電場(chǎng)作用下，介質(zhì)中都會(huì)有一個(gè)很小的電流。稱為泄露電流。導(dǎo)電方式有：電子與空穴（電子電導(dǎo)）；可移動(dòng)的正負(fù)離子和離子空位。對(duì)于離子電導(dǎo)，必須需要指出的是：在較低場(chǎng)強(qiáng)下，存在離子電導(dǎo)；在高場(chǎng)強(qiáng)下，呈現(xiàn)電子電導(dǎo)。晶體的離子電導(dǎo)分為兩類：一類是源于晶體點(diǎn)陣中基本離子的運(yùn)動(dòng)，稱為離子固有電導(dǎo)或本征電導(dǎo)，這種電導(dǎo)是熱缺陷形成的，即是由離子旨身隨著熱運(yùn)動(dòng)的加劇而離開晶格點(diǎn)陣形成。另一類是源于結(jié)合力較弱的雜質(zhì)離子的運(yùn)動(dòng)造成的，稱為雜質(zhì)電導(dǎo)硬磁材料與軟磁材料各自的特點(diǎn)與區(qū)別答：軟磁材料：磁滯

25、回線瘦長，易于磁化，也易于退磁，卩高、Ms高、He小、Mr低硬磁(永磁)材料：磁滯回線短粗，磁化后不易退磁，u低、He與Mr高請(qǐng)簡(jiǎn)要回答熱電性的三個(gè)基本熱電效應(yīng)答：第一個(gè)熱電效應(yīng)塞貝克效應(yīng)：兩種下同的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若在兩接頭處存在溫度差，則回路中將有電勢(shì)及電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。第二個(gè)熱電效應(yīng)玻爾貼效應(yīng)：當(dāng)有電流通過兩個(gè)不同導(dǎo)體組成的回路時(shí)，除產(chǎn)生焦耳熱外，在兩接頭處還分別出現(xiàn)吸收或放出熱量Q的現(xiàn)象，Q稱為玻爾帖熱，此現(xiàn)象稱為玻爾帖效應(yīng)。第三個(gè)熱電效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)：當(dāng)電流通過具有一定溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，除產(chǎn)生焦耳熱外，另有一橫向熱流流入或流出導(dǎo)體(即吸熱或放熱)此種熱電現(xiàn)象稱為

26、湯姆遜效應(yīng)。電滯回線的各個(gè)物理量的名稱及物理意義強(qiáng)度度P：電極化強(qiáng)度Pr：剩余電極化Ps：飽和電極化E：外電場(chǎng)強(qiáng)度Eo：矯頑電場(chǎng)強(qiáng)磁滯回線的各個(gè)物理量的名稱及物理意義答：圖4-5扶磁體的磁ft；曲線和磁滯回線MS：飽和磁化強(qiáng)度BS：飽和磁感強(qiáng)度磁化強(qiáng)度磁感強(qiáng)度力和外加磁場(chǎng)強(qiáng)度余磁場(chǎng)強(qiáng)度Mr：剩余Br：剩余HC：矯頑Hs:飽Hr:DE請(qǐng)基于磁化率大小給物質(zhì)磁性分類，并說明各類的物質(zhì)磁化難易程度x稱為物質(zhì)的磁化率，它的大小反映了物質(zhì)磁化的難易程度抗磁性材料：X為甚小負(fù)常數(shù)2）反鐵磁性材料：X是甚小的正常數(shù)3）順磁磁性材料：X為正常數(shù)4）亞鐵磁性材料：類似鐵磁體，但X值沒有鐵磁體大5）鐵磁性材料：X

27、為很大的正常數(shù)7）簡(jiǎn)要回答物質(zhì)磁性的本源答：任何物質(zhì)由原子組成，原子又有帶正電的原子核（核子）和帶負(fù)電的電子構(gòu)成。核子和電子本身都在做自旋運(yùn)動(dòng)，電子又沿一定軌道繞核子做循規(guī)運(yùn)動(dòng)。它們的這些運(yùn)動(dòng)形成閉合電流，從而產(chǎn)生磁矩。材料磁性的本源是：材料內(nèi)部電子的循規(guī)運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)。為什么自發(fā)磁化要分很多磁疇。答;從能量的觀點(diǎn)，這種磁疇的形成是能量最小原則的必然結(jié)果，形成磁疇是為了降低系統(tǒng)的能量。由于交換作用力圖使整個(gè)晶體自發(fā)磁化至飽和，磁化顯然沿晶體的易磁化方向，這樣才能使交換能和慈晶能都處于最小值。但是晶體都有一定的形狀和尺寸，整個(gè)晶體均勻磁化的結(jié)果必然產(chǎn)生磁極，有磁極急必然產(chǎn)生退磁能，從而給系統(tǒng)增加

28、了退磁能，退磁能將要破壞已經(jīng)形成的自發(fā)磁化。這兩個(gè)矛盾的相互作用結(jié)果將使大磁疇分割為小磁疇正常情況下，為什么半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而降低。答：正常情況下，為什么半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而降低。自由電子，由公式知，自由電子與溫度近似成正比，故溫度升高，自由電子增大，所以半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而降低。10金屬電阻隨溫度升高而升高原因：=1金屬材料隨溫度升高，離子熱振動(dòng)的振幅增大，電子就愈易受到散射，可認(rèn)為P與溫度成正比，則P也與溫度成正比11影響金屬導(dǎo)電性的因素主要因素：溫度，受力情況，冷加工，晶體缺陷，熱處理，幾何尺寸效應(yīng)，電阻率各向異性。12.當(dāng)形成化合物時(shí)，合金的導(dǎo)電性變化激烈，其

29、電阻率要比各組元的電阻率高很多。原因在于原子鍵合的方式發(fā)生了變化，其中至少一部分由金屬鍵變?yōu)楣矁r(jià)鍵獲離子鍵，使導(dǎo)電電子減少。若兩組元給出的價(jià)電子的能力相同（即兩個(gè)組元的電離勢(shì)幾乎沒差別），則所形成化合物的電阻值就低，若兩個(gè)組元的電離勢(shì)相差較大，即一組元的給出電子被兩個(gè)組元吸收，則化合物的電阻就大，接近半導(dǎo)體的性質(zhì).13）超導(dǎo)體為什么具有完全的抗磁性：外磁場(chǎng)在試樣表面感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)磁感應(yīng)電流。此電流所經(jīng)路徑的電阻為零，所以它產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)總是與外磁場(chǎng)大小相等，方向相反，因而使超導(dǎo)體內(nèi)的合成磁場(chǎng)為零。于是表現(xiàn)出完全的抗磁性。I三|=|14本征硅的導(dǎo)電機(jī)理：在熱、光等外界條件的影響下，滿帶上的價(jià)電子獲

30、得足夠的能量，躍過禁帶躍遷至空帶而成為自由電子，同時(shí)在滿帶中留下電子空穴，自由電子和電子空穴在外加電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)形成電流。15硼摻雜Si的導(dǎo)電機(jī)制：在本征半導(dǎo)體中，摻入3價(jià)硼元素的雜質(zhì)（硼，鋁，鎵，銦），就可以使晶體中空穴濃度大大增加。因?yàn)?價(jià)元素的原子只有3個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它頂替晶格中的一個(gè)4價(jià)元素原子，并與周圍的4個(gè)硅（或鍺）原子組成4個(gè)共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子，形成一個(gè)空位。因?yàn)椋?價(jià)元素形成的空位能級(jí)非常靠近價(jià)帶頂?shù)哪芰?，在價(jià)電子共有化運(yùn)動(dòng)中，相鄰的原子上的價(jià)電子就很容易來填補(bǔ)這個(gè)空位（較躍遷至禁帶以上的空帶容易的多），從而產(chǎn)生一個(gè)空穴。所以每一個(gè)三價(jià)雜質(zhì)元素的原子都能接受一個(gè)價(jià)電子

31、，而在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)空穴。=116砷摻雜Si的導(dǎo)電機(jī)理：本征半導(dǎo)體中摻入5價(jià)元素（磷，砷，銻）就可使晶體中的自由電子的濃度極大地增加。因?yàn)?價(jià)元素的原子有5個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它頂替晶格中的一個(gè)4價(jià)元素的原子時(shí)，余下了1個(gè)價(jià)電子變成多余的，此電子的能級(jí)非?？拷鼘?dǎo)帶底，非常容易進(jìn)入導(dǎo)帶成為自由電子，因而導(dǎo)帶中的自由電子較本征半導(dǎo)體顯著增多，導(dǎo)電性能大幅度提高。17介質(zhì)損耗的形式及造成這幾種損耗的原因：1）電導(dǎo)（或漏導(dǎo)）損耗實(shí)際使用的電介質(zhì)都不是理想的絕緣體，都或多或少地存在一些弱聯(lián)系帶電離子或空穴，在E作用下產(chǎn)生漏導(dǎo)電流，發(fā)熱，產(chǎn)生損耗。低場(chǎng)強(qiáng)下，存在離子電導(dǎo)；高場(chǎng)強(qiáng)下，電子電導(dǎo)。離子電導(dǎo)：本征電導(dǎo)和雜

32、質(zhì)電導(dǎo)。2）極化損耗：介質(zhì)極化時(shí),有些極化形式可引起損耗。一方面:極化過程中離子要在E作用下克服熱運(yùn)動(dòng)消耗能量，引起損耗。另一方面：松弛極化建立時(shí)間較長，極化跟不上外E的變化（特別是交流頻率較高時(shí)），所造成的電矩往往滯后于E，即E達(dá)最大時(shí)，極化引起的極化電荷未達(dá)最大，當(dāng)E開始減小時(shí)，極化仍繼續(xù)增至最大值后才開始減小，當(dāng)E為0時(shí)，極化尚未完全消除，當(dāng)外E反向時(shí)，極板上遺留的部分電荷中和了電源對(duì)極板充電的部分電荷，并以熱的形式散發(fā)，產(chǎn)生損耗。3）電離損耗又稱游離損耗，是氣體引起的，含氣孔的固體電介質(zhì)，外E大于氣體電離所需的E時(shí)，氣體發(fā)生電離吸收能量，造成損耗。電離損耗可使電介質(zhì)膨脹，可導(dǎo)致介質(zhì)熱破

33、壞和促使化學(xué)破壞，因此必須降低電介質(zhì)中的氣孔。另外還有結(jié)構(gòu)損耗和宏觀結(jié)構(gòu)不均勻造成的損耗。（18）電疇轉(zhuǎn)向時(shí)引起較大內(nèi)應(yīng)力，這種轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定。當(dāng)外加電場(chǎng)撤去后，則有小部分電疇偏離極化方向，恢復(fù)原位，而大部分電疇則停留在新轉(zhuǎn)向的極化方向上，也就形成了剩余極化。（19）電疇的運(yùn)動(dòng)在外電場(chǎng)的推動(dòng)下，電疇會(huì)隨外電場(chǎng)方向出現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)過程分為新疇成核、發(fā)展和疇壁移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。TTo疇：反向電場(chǎng)（邊沿，缺陷處即成核）新一尖劈狀的新疇向前端發(fā)展（因180。疇前移速度快幾個(gè)數(shù)量級(jí)），180。疇不產(chǎn)生應(yīng)力（因自發(fā)極化反平行），一般需耗較大電場(chǎng)能。90疇：對(duì)于90疇的“轉(zhuǎn)向”雖然也產(chǎn)生針狀電疇，但是主要是通過9

34、0。疇的側(cè)向運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。但因晶軸的長縮方向不一致，而產(chǎn)生應(yīng)力并引起近鄰晶胞承受壓力。實(shí)際的鐵電體中，必然同時(shí)存在90。疇和180。疇，并且相互影響，相互牽制。尤其多晶陶瓷中雜質(zhì)，缺陷，晶粒間界，空間電荷的存在將給電疇的轉(zhuǎn)向帶來電的或機(jī)械應(yīng)力方面的影響，故鐵電陶瓷在外電場(chǎng)作用下的定向移動(dòng)率，通常比鐵電單晶的定向率低的多(這也是為什么鐵電單晶Ps值比鐵電陶瓷高的原因)。二、綜合題3引起電介質(zhì)擊穿的形式及其物理機(jī)制：電擊穿是因電場(chǎng)使電介質(zhì)中積聚起足夠數(shù)量和能量的帶電電質(zhì)點(diǎn)而導(dǎo)致電介質(zhì)失去絕緣性能。熱擊穿是在電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部熱量積累，溫度過高而導(dǎo)致失去絕緣性能。電化學(xué)擊穿是在電場(chǎng)，溫度等因素作用

35、，電介質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)變化，性能逐漸劣化，最后失去絕緣性能。4超導(dǎo)現(xiàn)象的物理機(jī)制是什么：BCS理論。認(rèn)為,超導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是超導(dǎo)體中的電子在超導(dǎo)態(tài)時(shí)，電子間存在著特殊的吸引力，而不是正常態(tài)時(shí)的靜電斥力。這種吸引力使電子雙雙結(jié)成電子對(duì)。它是超導(dǎo)態(tài)電子與晶格點(diǎn)陣間相互作用產(chǎn)生的結(jié)果。使動(dòng)量和自旋方向相反的兩個(gè)電子el、e2結(jié)成了電子對(duì)，稱為庫柏電子對(duì)。5闡明P209頁圖。4.19的物理特征（不確定）在電磁波譜的可見光區(qū)，金屬和半導(dǎo)體的吸收系數(shù)都很大，但是電介質(zhì)材料，包括玻璃、陶瓷等無機(jī)材料的大部分在這個(gè)波譜區(qū)都有良好透過性，也就是說吸收洗漱很小。在紫外區(qū)出現(xiàn)了紫外吸收端，因?yàn)椴ㄩL越短，能量越大。

36、紅外區(qū)的吸收峰是因?yàn)殡x子彈性振動(dòng)與光子輻射發(fā)生諧振消耗能量所致。6鐵磁性產(chǎn)生的兩個(gè)條件：原子有未被抵消的自旋磁矩（必要條件），可發(fā)生自發(fā)磁化（充分條件）。自發(fā)磁化的產(chǎn)生機(jī)理與條件：據(jù)鍵合理論，原子相互接近形成分子時(shí)，電子云要相互重疊，電子要相互交換位置。對(duì)過渡族金屬，原子的3d與4s態(tài)能量接近，它們電子云重疊時(shí)引起了3d、4S態(tài)電子的交換。交換所產(chǎn)生的靜電作用力稱為交換力，交換力的作用迫使相鄰原子的自旋磁矩產(chǎn)生有序的排列。7要獲得一束高能激光如何實(shí)現(xiàn)為了產(chǎn)生激光，必須選擇增益系數(shù)超過一定的閾值的激光介質(zhì)，在激光諧振的配合下，使沿腔軸（鏡面法線）方向傳播的光波不斷增強(qiáng)，并成為色彩極單純（特定模式

37、）、方向性極好、能量密度極高的激光束。（8）金屬-半導(dǎo)體接觸時(shí)，請(qǐng)基于溢岀功大小闡述接觸電效應(yīng)答假定金屬的逸出功GM大于半導(dǎo)體的逸出功dS，當(dāng)形成MS結(jié)時(shí)，半導(dǎo)體中的電子會(huì)向金屬中擴(kuò)散，使金屬表面帶負(fù)電，半導(dǎo)體表面帶正電，能帶發(fā)生移動(dòng)，形成新的費(fèi)米能而達(dá)到平衡，不在有靜電子的流動(dòng)，形成了接觸電位差，VMS=（dM-dS）/e并在接觸界面出現(xiàn)一個(gè)由半導(dǎo)體指向金屬的內(nèi)電場(chǎng)，阻礙載流子的繼續(xù)擴(kuò)散。也形成了耗盡層，能帶向上彎曲，在金屬與半導(dǎo)體兩側(cè)形成勢(shì)壘高度稍有不同的肖特基勢(shì)壘。這種MS結(jié)具有整流作用。當(dāng)dMr0時(shí)，表現(xiàn)為引力，但引力隨位移的增大較慢。因此，合力曲線和勢(shì)能曲線均不對(duì)稱詡3.6于豳冋弓6

38、0曲空和代葩曲學(xué)引力與斥力都與質(zhì)點(diǎn)間的距離有關(guān)：引力與斥力都隨質(zhì)點(diǎn)間距離減小而增大，但兩個(gè)作用力都是非線性的，即不簡(jiǎn)單地與位移成正比。隨間距的減小增大速度不同，斥力增加的快，其合力曲線的斜率不等（平衡位置左側(cè)大，右側(cè)小），所以質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)其平均位置不在原平衡位置，而是靠右。溫度升高，振幅增大，其平均位置偏離原平衡位置靠右的距離越大，兩質(zhì)點(diǎn)間的距離增大，使晶胞參數(shù)增大，整個(gè)物體膨脹。用勢(shì)能曲線解釋任一溫度下，質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置動(dòng)能最大，勢(shì)能為零;在左右最遠(yuǎn)距離勢(shì)能最大，動(dòng)能為零。隨溫度升高，質(zhì)點(diǎn)振幅增大，左右側(cè)最大勢(shì)能都增加，但由于斥力增加的快，左側(cè)勢(shì)能增加較右側(cè)快，形成了勢(shì)能曲線的不對(duì)稱。因此，隨

39、溫度的升高，質(zhì)點(diǎn)的中心位置右移，質(zhì)點(diǎn)間的距離最大，物體膨脹。III=1=1,=J=111=1圖321雙原了湘互作用勢(shì)能曲線。表示OKy1、2,3.4分別表示八.T2,TVR四個(gè)不同溫度.14鐵電體自發(fā)極化的物理機(jī)制：1)非鐵電態(tài)到鐵電態(tài)過渡總是伴隨著晶格結(jié)構(gòu)的改變。2)晶體由立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄?，晶體的對(duì)稱性降低。3）自發(fā)極化主要是由于某些離子偏離了平衡位置而造成的。偏離導(dǎo)致單位晶胞中出現(xiàn)電矩，電矩之間的相互作用使偏離離子在新的位置上穩(wěn)定下來。與此同時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。D。P-SiSubstrateSon+15.（右圖為N溝道晶體管示意圖，在P型襯底的MOS系統(tǒng)中增加兩個(gè)N型擴(kuò)散區(qū)，分別稱

40、為源區(qū)（S表示）和漏區(qū)（D表示）XCi1（X）7OIK02通過控制柵壓G的極性和數(shù)值，可以使MOS晶體管分別處于導(dǎo)通或截止的狀態(tài)：源、漏之間的電流將受到柵壓的調(diào)制，這就是MOS晶體管工作原理的基礎(chǔ)。16基于伏特效應(yīng)設(shè)計(jì)的太陽能電池吸收光能及產(chǎn)生電能的示意圖并闡明其運(yùn)作過程。利用擴(kuò)散摻雜的方法，在P型半導(dǎo)體的表面形成一個(gè)薄的N型層，在光的照射下，在PN結(jié)及其附近表面產(chǎn)生大量的電子和空穴對(duì)，在PN結(jié)附近一個(gè)擴(kuò)散長度內(nèi)，電子-空穴對(duì)還沒有復(fù)合就有可能通過擴(kuò)散達(dá)到PN結(jié)的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域（PN結(jié)自建電場(chǎng)），電子將運(yùn)動(dòng)到N型區(qū)，空穴將運(yùn)動(dòng)到P型區(qū)，使N區(qū)帶負(fù)電、P區(qū)帶正電，上下電極產(chǎn)生電壓光生電子伏特效應(yīng)。+

41、:p1N4-:+:XCHOO7_O13_OI17.PN結(jié)在正、反向電壓施加作用下的導(dǎo)電過程：A、PN結(jié)的構(gòu)成：PN結(jié)的兩邊由于存在載流子分布的濃度差而引起載流子PXCH00701406rN子os阿胡（刃-1）。的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。P區(qū)中的空穴擴(kuò)散到了N區(qū)，N區(qū)中的電區(qū)，隨著擴(kuò)散的進(jìn)行在交界面處形成了一層的空間電荷區(qū)，同時(shí)也有一定值的內(nèi)電場(chǎng)Ei和內(nèi)建電位差VD,如右圖所示。B、外加正向電壓的情況由于外加正向電壓U與內(nèi)電位差VD方向相反，因而使阻擋層兩端的電位差減小到（VD-U），空間電荷量減少，以至內(nèi)電場(chǎng)減小，結(jié)果產(chǎn)生了從P區(qū)流向N區(qū)的正向電流。該電流是由多子擴(kuò)散形成的，故較大。C、由于外加電壓U與內(nèi)電

42、位差VD方向相同，阻擋層加寬，科技電荷量增多，以至內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng),形成了從N區(qū)流向P區(qū)的反向電流。該電流是由少子漂移形成的，故很微弱，且?guī)缀醪浑SU的增大而變化。18介質(zhì)極化的五種基本形式及概念、基本特點(diǎn)I=jl=l1）。電子式極化（電子位移極化）：在E作用下,原子外圍的電子云中心相對(duì)于原子核發(fā)生位移，形成感應(yīng)電矩而使介質(zhì)極化的現(xiàn)象。特點(diǎn)：形成很快（10-1410-16s）,是彈性可逆的，極化過程不消耗能量。在所有電介質(zhì)中都存在，但只存在此種極化的電介質(zhì)只有中性的氣體、液體和少數(shù)非極性固體。112）。2）離子式極化（離子位移極化）:離子晶體中，除離子中的電子產(chǎn)生位移極化外，正負(fù)離子也在E作用下發(fā)生相

43、對(duì)位移而引起的極化。又分為：A離子彈性位移極化：在離子鍵構(gòu)成的晶體中，11離子間約束力很強(qiáng)，離子位移有限，極化過程很快（10-1210-13s）,不消耗能量，可逆。B、熱離子極化（離子松弛式位移極化）：在有些離子晶體和無定形體中，存在一些約束力較弱的離子，無E時(shí)作無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，宏觀無電矩；有E時(shí)，正負(fù)離子反向遷移，形成正負(fù)離子分離而產(chǎn)生介質(zhì)極化。極化建立時(shí)間較長（10-210-5s）,有極化滯后現(xiàn)象，需消耗一定能量，不可逆。3）偶極子極化（固有電矩的轉(zhuǎn)向極化）：有E時(shí),偶極子有沿電場(chǎng)方向排列的趨勢(shì)，而形成宏觀電矩,形成的極化。所需時(shí)間較長（10-210-10S）,不可逆，需消耗能量。4）空間電

44、荷極化：有些電介質(zhì)中，存在可移動(dòng)的離子，在E作用下，正負(fù)離子分離所形成的極化。所需時(shí)間最長（10-2s）。19、BaTiO3單晶體在外電場(chǎng)作用下的極化反轉(zhuǎn)過程：極化反轉(zhuǎn)過程1Lf-B1U-；1：:B.ririkSiugc-liMcdtvdvnE二_w_二m二h1/反向疇成核3）疇橫向長大2）疇縱向生長4）疇反轉(zhuǎn)（20）金屬Fe具有磁性原因答：鐵磁質(zhì)的磁性是自發(fā)產(chǎn)生的，磁化過程只不過是把鐵磁質(zhì)本身的磁性顯示了出來，而不是由外界向鐵磁質(zhì)提供磁性。鐵磁性產(chǎn)生的充分條件：原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層（或說存在固有磁矩），且A（交換能積分常數(shù)）為正值（或說可發(fā)生自發(fā)磁化）。據(jù)鍵合理論，原子相互接近形成分

45、子時(shí)，電子云要相互重疊，電子要相互交換位置。對(duì)Fe過渡族金屬，原子的3d與4s態(tài)能量接近，它們電子云重疊時(shí)引起了3d、4S態(tài)電子的交換。交換力的作用迫使相鄰原子的自旋磁矩產(chǎn)生有序的排列。鐵磁質(zhì)產(chǎn)生自發(fā)磁化期末復(fù)習(xí)題一、填空（20）一長30cm的圓桿，直徑4mm,承受5000N的軸向拉力。如直徑拉成3.8mm,且體積保持不變，在此拉力下名義應(yīng)力值為，名義應(yīng)變值為。克勞修斯一莫索蒂方程建立了宏觀量介電常數(shù)與微觀量極化率之間的關(guān)系。3固體材料的熱膨脹本質(zhì)是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)間平均距離隨溫度升高而增大。4.格波間相互作用力愈強(qiáng)，也就是聲子間碰撞幾率愈大，相應(yīng)的平均自由程愈仝,熱導(dǎo)率也就愈低。5電介質(zhì)材料中

46、的壓電性、鐵電性與熱釋電性是由于相應(yīng)壓電體、鐵電體和熱釋電體都是不具有對(duì)稱中心的晶體。6復(fù)介電常數(shù)由實(shí)部和虛部這兩部分組成，實(shí)部與通常應(yīng)用的丄電常紅一致，虛部表示了電介質(zhì)中_能量損耗的大小。當(dāng)磁化強(qiáng)度M為負(fù)值時(shí),固體表現(xiàn)為抗磁性。8電子磁矩由電子的但道磁矩和自旋磁矩組成。9無機(jī)非金屬材料中的載流子主要是電子和離子。10廣義虎克定律適用于各向異性的非均勻材料。11設(shè)某一玻璃的光反射損失為m，如果連續(xù)透過x塊平板玻璃，則透過部分應(yīng)為I（1-m）2x。012對(duì)于中心穿透裂紋的大而薄的板，其幾何形狀因子Y=_廠一。13設(shè)電介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)的電荷量q，在電場(chǎng)作用下極化后，韮電荷與負(fù)電荷的位移矢量為l，則此

47、偶極矩為ql。14裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力是物體內(nèi)儲(chǔ)存的選性應(yīng)變能的降低大于等于由于開裂形成兩個(gè)新表面所需的表面能。15.Griffith微裂紋理論認(rèn)為，斷裂并不是兩部分晶體同時(shí)沿整個(gè)界面拉斷，而是裂紋擴(kuò)展的結(jié)果。16考慮散熱的影響，材料允許承受的最大溫度差可用第二熱應(yīng)力因子表示。17當(dāng)溫度不太高時(shí)，固體材料中的熱導(dǎo)形式主要是更子熱。18.在應(yīng)力分量的表示方法中，應(yīng)力分量。，t的下標(biāo)第一個(gè)字母表示方向，第二個(gè)字母表示應(yīng)力作用的方向。19翌滯回線的存在是判定晶體為鐵電體的重要根據(jù)。20原子磁矩的來源是電子的軌道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物質(zhì)的磁性主要由電子的自旋磁矩引起。按照格里菲斯微裂紋理論，材料

48、的斷裂強(qiáng)度不是取決于裂紋的數(shù)量，而是決定于裂紋的壬小，即是由最危險(xiǎn)的裂紋尺寸或臨界裂紋尺寸決定材料的斷裂強(qiáng)度。復(fù)合體中熱膨脹滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于不同相間或晶粒的不同方向上膨脹系數(shù)差別很大，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使坯體產(chǎn)生微裂紋。晶體發(fā)生塑性變形的方式主要有滑移和孿生。鐵電體是具有自發(fā)極化且在外電場(chǎng)作用下具有電滯回線的晶體。自發(fā)磁化的本質(zhì)是電子間的靜電交換相互作用。二、名詞解釋（20）自發(fā)極化：極化并非由外電場(chǎng)所引起，而是由極性晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所引起，使晶體中的每個(gè)晶胞內(nèi)存在固有電偶極矩，這種極化機(jī)制為自發(fā)極化。斷裂能：是一種織構(gòu)敏感參數(shù)，起著斷裂過程的阻力作用，不僅取決于組分、結(jié)構(gòu)，在很大程度

49、上受到微觀缺陷、顯微結(jié)構(gòu)的影響。包括熱力學(xué)表面能、塑性形變能、微裂紋形成能、相變彈性能等。滯彈性：當(dāng)應(yīng)力作用于實(shí)際固體時(shí)，固體形變的產(chǎn)生與消除需要一定的時(shí)間，這種與時(shí)間有關(guān)的彈性稱為滯彈性。格波：處于格點(diǎn)上的原子的熱振動(dòng)可描述成類似于機(jī)械波傳播的結(jié)果，這種波稱為格波，格波的一個(gè)特點(diǎn)是，其傳播介質(zhì)并非連接介質(zhì)，而是由原子、離子等形成的晶格。電介質(zhì)：指在電場(chǎng)作用下能建立極化的一切物質(zhì)。電偶極子：是指相距很近但有一距離的兩個(gè)符號(hào)相反而量值相等的電荷。蠕變（creep）（緩慢變形）：固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長而增加的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，

50、而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長，它在應(yīng)力小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn)。突發(fā)性斷裂：斷裂源處的裂紋尖端所受的橫向拉應(yīng)力正好等于結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，裂紋產(chǎn)生突發(fā)性擴(kuò)展。一旦擴(kuò)展，引起周圍應(yīng)力的再分配，導(dǎo)致裂紋的加速擴(kuò)展，這種斷裂稱為突發(fā)性斷裂。壓電效應(yīng)：不具有對(duì)稱中心的晶體在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)對(duì)不具有對(duì)稱中心晶體的極化方向上施加電場(chǎng)，晶體也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，晶體的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電

51、致伸縮現(xiàn)象。電致伸縮：當(dāng)在不具有對(duì)稱中心晶體的極化方向上施加電場(chǎng)時(shí)，晶體會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，晶體的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為電致伸縮現(xiàn)象，或稱為逆壓電效應(yīng)。鐵電體：具有自發(fā)極化且在外電場(chǎng)作用下具有電滯回線的晶體。三、問答題（每題5分，共20分）1簡(jiǎn)述K和K的區(qū)別。IIC答：K應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子：反映裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的參量。IK斷裂韌度：當(dāng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子增大到一臨界值時(shí)，帶裂紋的材料發(fā)生IC斷裂，該臨界值稱為斷裂韌性。K是力學(xué)度量，它不僅隨外加應(yīng)力和裂紋長度的變化而變化，也和裂紋I的形狀類型，以及加載方式有關(guān)，但它和材料本身的固有性能無關(guān)。而斷裂韌性K則是反映材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，因此是材料

52、的固有性IC質(zhì)。簡(jiǎn)述位移極化和松馳極化的特點(diǎn)。答：位移式極化是一種彈性的、瞬時(shí)完成的極化，不消耗能量；松弛極化與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)，完成這種極化需要一定的時(shí)間，并且是非彈性的，因而消耗一定的能量。鐵磁性與鐵電性的本質(zhì)差別是什么？答：鐵電性由離子位移引起，鐵磁性由原子取向引起。鐵電性在非對(duì)稱性的晶體中發(fā)生，鐵磁性發(fā)生在次價(jià)電子的非平衡自旋中。鐵電體的居里點(diǎn)是由于晶體相變引起的，鐵磁性的居里點(diǎn)是原子的無規(guī)則振動(dòng)破壞了原子間的“交換”作用，從而使自發(fā)磁化消失引起的。為什么金屬材料有較大的熱導(dǎo)率，而非金屬材料的導(dǎo)熱不如金屬材料好？答:固體中導(dǎo)熱主要是由晶格振動(dòng)的格波和自由電子運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。在金屬中由于有大量的

53、自由電子，而且電子的質(zhì)量很輕，所以能迅速地實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。雖然晶格振動(dòng)對(duì)金屬導(dǎo)熱也有貢獻(xiàn)，但只是很次要的。在非金屬晶體，如一般離子晶體的晶格中，自由電子是很少的，晶格振動(dòng)是它們的主要導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)。因此，金屬一般都具有較非金屬材料更大的熱導(dǎo)率。5說明圖中三條應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特點(diǎn)，并舉例說明其對(duì)應(yīng)的材料。切a型性變?nèi)ゴ穑菏芰η闆r下，絕大多數(shù)無機(jī)材料的變形行為如圖中曲線(a)所示，即在彈性變形后沒有塑性形變(或塑性形變很小)，接著就是斷裂，總彈性應(yīng)變能非常小，這是所有脆性材料的特征，包括離子晶體和共價(jià)晶體等。在短期承受逐漸增加的外力時(shí)，有些固體的變形分為兩個(gè)階段，在屈服點(diǎn)以前是彈性變形階段，在屈服點(diǎn)后是

54、塑性變形階段。包括大多數(shù)金屬結(jié)構(gòu)材料如圖中曲線所示。橡皮這類高分子材料具有極大的彈性形變，如圖中曲線(c)所示，是沒有殘余形變的材料，稱為彈性材料。6如果要減少由多塊玻璃組成的透鏡系統(tǒng)的光反射損失，通?？梢圆扇∈裁捶椒ǎ繛槭裁?？答:有多塊玻璃組成的透鏡系統(tǒng)，常常用折射率和玻璃相近的膠粘起來,這樣除了最外和最內(nèi)的兩個(gè)表面是玻璃和空氣的相對(duì)折射率外，內(nèi)部各界面均是玻璃和膠的較小的相對(duì)折射率，從而大大減少了界面的反射損失。7闡述大多數(shù)無機(jī)晶態(tài)固體的熱容隨溫度的變化規(guī)律。答：根據(jù)德拜熱容理論，在高于德拜溫度9時(shí)，熱容趨于常數(shù)(25J/D(Kmo1)，低于9D時(shí)與T3成正比。因此，不同材料的9D是不同的

55、。無機(jī)材料的熱容與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系是不大的，絕大多數(shù)氧化物、碳化物,熱容都是從低溫時(shí)的一個(gè)低的數(shù)值增加到1273K左右的近似于25J/Kmol的數(shù)值。溫度進(jìn)一步增加，熱容基本上沒有什么變化。有關(guān)介質(zhì)損耗描述的方法有哪些？其本質(zhì)是否一致？答：損耗角正切、損耗因子、損耗角正切倒數(shù)、損耗功率、等效電導(dǎo)率、復(fù)介電常數(shù)的復(fù)項(xiàng)。多種方法對(duì)材料來說都涉及同一現(xiàn)象。即實(shí)際電介質(zhì)的電流位相滯后理想電介質(zhì)的電流位相。因此它們的本質(zhì)是一致的。簡(jiǎn)述提高陶瓷材料抗熱沖擊斷裂性能的措施。答：(1)提高材料的強(qiáng)度，減小彈性模量E。提高材料的熱導(dǎo)率。(3)減小材料的熱膨脹系數(shù)。(4)減小表面熱傳遞系數(shù)h。(5)減小產(chǎn)品的有效厚

56、度r。為什么含有未滿殼層的原子組成的物質(zhì)中只有一部分具有鐵磁性？含有未滿殼層原子組成的物質(zhì)包括順磁性物質(zhì)和有序磁性物質(zhì)。由于順磁性物質(zhì)中原子做無規(guī)則熱振動(dòng)，原子磁矩排列雜亂無章，宏觀上不表現(xiàn)磁性；有序磁性物質(zhì)包括反鐵磁性、亞鐵磁性和鐵磁性物質(zhì)，由于在反鐵磁性或亞鐵磁性物質(zhì)中磁性有序的原子排列形成的磁矩平行和反平行相間排列，其磁矩完全或部分抵消，故只有部分磁矩(或自旋電子)方向相同的有序磁性物質(zhì)具有鐵磁性。四、論述題：(本題共兩題，共20分)1何為相變?cè)鲰g？論述氧化鋯增韌陶瓷的機(jī)理。答：利用多晶多相陶瓷中某些成分在不同溫度的相變，從而增韌的效果，這統(tǒng)稱為相變?cè)鲰g。2第二相顆粒相變韌化（trans

57、formationtoughening）是指將亞穩(wěn)的四方ZrO顆粒引入到陶瓷基體中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展進(jìn)入含有t-ZrO晶粒的區(qū)域時(shí)，在裂2紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的作用下，將會(huì)導(dǎo)致t-ZrO發(fā)生tTm相變，因而除了產(chǎn)生新2的斷裂表面而吸收能量外，還因相變時(shí)的體積效應(yīng)（膨脹）而吸收能量，可見，應(yīng)力誘發(fā)的這種組織轉(zhuǎn)變消耗了外加應(yīng)力。同時(shí)由于相變粒子的體積膨脹而對(duì)裂紋產(chǎn)生壓應(yīng)力，阻礙裂紋擴(kuò)展。結(jié)果這種相變韌化作用使在該應(yīng)力水平下在無相變粒子的基體中可以擴(kuò)展的裂紋在含有氧化鋯tTm相變粒子的復(fù)合材料中停止擴(kuò)展，如要使其繼續(xù)擴(kuò)展，必須提高外加應(yīng)力水平，具體體現(xiàn)在提高了材料的斷裂韌性。2說明下圖中各個(gè)參量，數(shù)字及曲線所代表

58、的含義。答：B飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)外加磁場(chǎng)H增加到一定程度時(shí)，B值就不再s上升，也就是這塊材料磁化的極限。B剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)外加磁場(chǎng)降為0時(shí)，材料依然保留著磁性，其強(qiáng)度為B。rH矯頑力（矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度），表示材料保持磁化、反抗退磁的能力。據(jù)此犬小可以區(qū)分軟磁和硬磁。A磁導(dǎo)率（=B/H），表示材料能夠傳導(dǎo)和通過磁力線的能力。Oabc段表示材料從宏觀無磁性到有磁性的磁化過程；cdefghc段表示物質(zhì)在外加磁場(chǎng)中磁化、退磁再磁化的過程，因?yàn)橥舜诺倪^程滯后于磁化曲線，故又稱此曲線為磁滯回線。由該曲線圍成的空間有明確的物理意義，即曲線圍起的面積越大，矯頑力（H）越大，要求的矯頑場(chǎng)強(qiáng)越大，磁化所需的能量越大

59、，磁性材料就越“硬”反之，曲線圍起的面積越小，磁性材料就越論述大多數(shù)無機(jī)非金屬材料在常溫下不能產(chǎn)生塑性形變的原因。答：無機(jī)非金屬材料的組成主要是晶體材料，原則上講可以通過位錯(cuò)的滑移實(shí)現(xiàn)塑性變形。但是由于陶瓷晶體多為離子鍵或共價(jià)鍵，具有明顯的方向性。同號(hào)離子相遇，斥力極大，只有個(gè)別滑移系能滿足位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的幾何條件和靜電作用條件。晶體結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，滿足這種條件就愈困難。另外，陶瓷材料一般呈多晶狀態(tài)，而且還存在氣孔、微裂紋、玻璃相等。其晶粒在空間隨機(jī)分布，不同方向的晶粒，其滑移面上的剪應(yīng)力差別很大。即使個(gè)別晶粒已達(dá)臨界剪應(yīng)力而發(fā)生滑移，也會(huì)受到周圍晶粒的制約，使滑移受到阻礙而終止。所以多晶材料更不容易產(chǎn)

60、生滑移。所以大多數(shù)無機(jī)非金屬材料在常溫下不能進(jìn)行塑性變形。2用固體能帶理論說明什么是導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體，并予以圖示。答：根據(jù)能帶理論，晶體中并非所有電子，也并非所有的價(jià)電子都參與導(dǎo)電，只有導(dǎo)帶中的電子或價(jià)帶頂部的空穴才能參與導(dǎo)電。從下圖可以看出，導(dǎo)體中導(dǎo)帶和價(jià)帶之間沒有禁區(qū)，電子進(jìn)入導(dǎo)帶不需要能量，因而導(dǎo)電電子的濃度很大。在絕緣體中價(jià)帶和導(dǎo)期隔著一個(gè)寬的禁帶E，電子由價(jià)帶到導(dǎo)g帶需要外界供給能量，使電子激發(fā)，實(shí)現(xiàn)電子由價(jià)帶到導(dǎo)帶的躍遷，因而通常導(dǎo)帶中導(dǎo)電電子濃度很小。全31豐特岸半導(dǎo)體和絕緣體有相類似的能帶結(jié)構(gòu)，只是半導(dǎo)體的禁帶較窄（Eg?。娮榆S遷比較容易。五、計(jì)算題（每題5分，共20分