材料物理性能(同名7746)

材料物理性能

第一章

考點(diǎn)1.

電子理論的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即古典電子理論、量子自由電子理論和能帶理論。

古典電子理論假設(shè)金屬中的價(jià)電子完全自由，并且服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律；

量子自由電子理論也認(rèn)為金屬中的價(jià)電子是自由的，但認(rèn)為它們服從量子力學(xué)規(guī)律；

能帶理論則考慮到點(diǎn)陣周期場(chǎng)的作用。

考點(diǎn)2.

費(fèi)米電子

在T

=

0K時(shí)，大塊金屬中的自由電子從低能級(jí)排起，直到全部?jī)r(jià)電子均占據(jù)了相應(yīng)的能級(jí)為止。具有能量為EF(0)以下的所有能級(jí)都被占滿，而在EF(0)之上的能級(jí)都空著，EF(0)稱為費(fèi)米能，是由費(fèi)米提出的，相應(yīng)的能級(jí)稱為費(fèi)米能級(jí)。

考點(diǎn)3.

四個(gè)量子數(shù)

1、主量子數(shù)n

2、角量子數(shù)l

3、磁量子數(shù)m

4、自旋量子數(shù)ms

考點(diǎn)4.

思考題

1、過渡族金屬物理性能的特殊性與電子能帶結(jié)構(gòu)有何聯(lián)系？

過渡族金屬的

d

帶不滿，且能級(jí)低而密，可容納較多的電子，奪取較高的

s

帶中的

電子，降低費(fèi)米能級(jí)。

第二章

考點(diǎn)5.

載流子

載流子可以是電子、空穴，也可以是離子、離子空位。材料所具有的載流子種類不同，其導(dǎo)電性能也有較大的差異，金屬與合金的載流子為電子，半導(dǎo)體的載流子為電子和空穴，離子類導(dǎo)電的載流子為離子、離子空位。而超導(dǎo)體的導(dǎo)電性能則來自于庫(kù)柏電子對(duì)的貢獻(xiàn)。

考點(diǎn)6.

雜質(zhì)可以分為兩類

一種是作為電子供體提供導(dǎo)帶電子的發(fā)射雜質(zhì)，稱為“施主”；另一種是作為電子受體提供價(jià)帶空穴的收集雜質(zhì)，稱為“受主”。

摻入施主雜質(zhì)后在熱激發(fā)下半導(dǎo)體中電子濃度增加(n>p)，電子為多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱“多子”，空穴為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱“少子”。這時(shí)以電子導(dǎo)電為主，故稱為n型半導(dǎo)體。施主雜質(zhì)有時(shí)也就稱為n型雜質(zhì)。

在摻入受主的半導(dǎo)體中由于受主電離(p>n)，空穴為多子，電子為少子，因而以空穴導(dǎo)電為主，故稱為p型半導(dǎo)體。受主雜質(zhì)也稱為p型雜質(zhì)。

考點(diǎn)7.

我們把只有本征激發(fā)過程的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

考點(diǎn)8.

在同一種半導(dǎo)體材料中往往同時(shí)存在兩種類型的雜質(zhì)，這時(shí)半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型主要取決于摻雜濃度高的雜質(zhì)。

隨著溫度的升高本征載流子的濃度將迅速增加，而雜質(zhì)提供的載流子濃度卻不隨溫度而改變。因此，在高溫時(shí)即使是雜質(zhì)半導(dǎo)體也是本征激發(fā)占主導(dǎo)地位，呈現(xiàn)出本征半導(dǎo)體的特征(n≈p)。

一般半導(dǎo)體在常溫下靠本征激發(fā)提供的載流子甚少

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考點(diǎn)21.

磁彈性能

物體在磁化時(shí)要伸長(zhǎng)（或收縮），如果受到限制，不能伸長(zhǎng)（或收縮），則在物體內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力（或拉應(yīng)力）。這樣，物體內(nèi)部將產(chǎn)生彈性能，稱為磁彈性能。因此，物體內(nèi)部缺陷、雜質(zhì)等都可能增加其磁彈性能。

考點(diǎn)22.

技術(shù)磁化包含著兩種機(jī)制：壁移磁化和疇轉(zhuǎn)磁化。

壁移磁化：在有效場(chǎng)作用下，自發(fā)磁化方向接近于H方向的磁疇長(zhǎng)大，而與H方向偏離較大的近鄰磁疇相應(yīng)縮小，從而使疇壁發(fā)生位置變化

其實(shí)質(zhì)是：在H作用下，磁疇體積發(fā)生變化，相當(dāng)于疇壁位置發(fā)生了位移。

磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過程：在H

≠0時(shí)，鐵磁體磁疇內(nèi)所有磁矩一致向著H方向轉(zhuǎn)動(dòng)的過程。

外磁場(chǎng)的作用是導(dǎo)致磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)的根本原因及動(dòng)力（即H

≠0時(shí)，總自由能將發(fā)生變化，其最小值方向?qū)⒅匦路植迹女牭娜∠蛞矔?huì)由原來的方向——向H方向轉(zhuǎn)動(dòng)）

考點(diǎn)23.

改善鐵磁材料磁導(dǎo)率的方法有：

①

消除鐵中的雜質(zhì)；

②

把晶粒培育到很大的尺寸；

則肯定是單疇結(jié)構(gòu)。

5、什么叫矯頑力？提高材料的矯頑力的途徑有哪些？

使磁化至技術(shù)飽和的永磁體的B（磁感應(yīng)強(qiáng)度）降低至零所需要的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為磁感矯頑力。

提高材料的矯頑力的途徑：1)、使合金從有序結(jié)構(gòu)向無序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，2)、范性形變使晶體中產(chǎn)生大量的缺陷和內(nèi)應(yīng)力，矯頑力隨形變量增大而增大，3)、加工硬化，4)、晶粒細(xì)化

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6、自發(fā)磁化的物理本質(zhì)是什么？材料具有鐵磁性的充要條件是什么？

鐵磁體自發(fā)磁化的本質(zhì)是電子間的靜電交換相互作用

材料具有鐵磁性的充要條件為:

1）必要條件:材料原子中具有未充滿的電子殼層,即原子磁矩

2）充分條件:交換積分A

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第四章

考點(diǎn)26.

金屬的摩爾定容熱容由點(diǎn)陣振動(dòng)和自由電子兩部分的貢獻(xiàn)組成

考點(diǎn)27.

常溫時(shí)與點(diǎn)陣振動(dòng)對(duì)摩爾定容熱容的貢獻(xiàn)相比，電子的貢獻(xiàn)微不足道，但在極高溫和極低溫條件下則不可忽略。

這是因?yàn)樵诟邷叵?，電子像金屬晶體的離子那樣顯著地參加到熱運(yùn)動(dòng)中，以

∝T

作出貢獻(xiàn)。因此，在III溫區(qū)CV,m不以3R為漸近線，而繼續(xù)有所上升。在極低溫度下電子摩爾定容熱容不像離子熱容那樣急劇減小，因而在極低溫下起著主導(dǎo)作用。

隨T的降低CV,m趨近于零，當(dāng)T增高到德拜溫度θD以上時(shí)，CV,m接近于3R。如果把CV,m看做T/θD的函數(shù)，則對(duì)所有金屬都得到同樣的關(guān)系。

過渡族金屬摩爾定容熱容中電子部分的貢獻(xiàn)表現(xiàn)得較顯著，它包括s態(tài)電子的摩爾定容熱容，也包括d或f態(tài)電子的摩爾定容熱容。

考點(diǎn)28.

相變

相變分為一級(jí)相變和高級(jí)(二級(jí)、三級(jí)……)相變。

1、當(dāng)系統(tǒng)由1相轉(zhuǎn)變?yōu)?相時(shí)，化學(xué)勢(shì)μ1=μ2,而化學(xué)勢(shì)的一級(jí)偏微商不相等，稱為一級(jí)相變。

在一級(jí)相變時(shí)發(fā)生體積突變(ΔV≠0)的同時(shí)還發(fā)生熵(及熱焓)的突變(△S≠0)

屬于一級(jí)相變的有：物態(tài)變化、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、共晶、包晶、共析轉(zhuǎn)變等。

2、當(dāng)系統(tǒng)相變時(shí)μ1=μ2，且化學(xué)勢(shì)的一級(jí)偏微商也相等，而化學(xué)勢(shì)的二級(jí)偏微商不相等。

則稱為二級(jí)相變。

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二級(jí)相變時(shí)△Cp,m≠0，Δx≠0，△β≠0，即體積和熱焓均無明顯變化，而Cp,m有突變

屬于二級(jí)相變的有：鐵磁-順磁以及部分鐵電-順電和有序-無序轉(zhuǎn)變等。

考點(diǎn)29.

膨脹合金的工業(yè)應(yīng)用

鐵磁合金的熱膨脹反常在工業(yè)上有重要的應(yīng)用。這里大體可分為兩大類：低膨脹合金和定膨脹合金。

考點(diǎn)30.

熱傳導(dǎo)的物理機(jī)制

熱傳導(dǎo)的過程就是材料內(nèi)部的能量傳輸過程。

在固體中能量的載體可以有自由電子、聲子（點(diǎn)陣波）和光子（電磁輻射）。因此，固體的導(dǎo)熱包括：電子導(dǎo)熱、聲子導(dǎo)熱和光子導(dǎo)熱。

考點(diǎn)31.

思考題

1、何謂德拜溫度？有什么物理意義？對(duì)它有哪些測(cè)試方法？

德拜溫度:固體比熱理論中按照德拜假設(shè)分析時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)參量。(為了準(zhǔn)確計(jì)算固體比熱容而引入的一個(gè)物理量。)不同固體的德拜溫度不同。

物理意義:德拜溫度θD是反映晶體點(diǎn)陣內(nèi)原子間結(jié)合力的又一重要物理量,是反映固體的許多特性的重要標(biāo)志。

測(cè)試方法：X射線衍射強(qiáng)度

2、根據(jù)維德曼-弗蘭茲定律計(jì)算鎂在400的熱導(dǎo)率κ。已知鎂在0

的電阻率ρ=4.4×10-6Ω×cm，電阻溫度系數(shù)α=0.005-1。

注意：1、計(jì)算時(shí)要注意開氏溫度與攝氏溫度的換算；

2、計(jì)算時(shí)要注意厘米與米的換算

3、計(jì)算時(shí)為了求ρo，因此公式○3要運(yùn)用兩次。

解：由公式

κ/(σTT)=2.54×10-8

W·Ω·k-2

···○1

ρT=

···○2

ρT=ρo(1+αT)

···○3

得：κ=

-

=210.5

W·m-1·k-1

第五章

考點(diǎn)32.

可見光波的波長(zhǎng)為390~770nm。

考點(diǎn)33.

偏振性是橫波的特有性質(zhì)。

考點(diǎn)34.

幾條有關(guān)光傳播特性的基本規(guī)律

1、光在均勻介質(zhì)中的直線傳播定律；

2、光通過兩種介質(zhì)的分界面時(shí)的反射定律和折射定律；

3、光的獨(dú)立傳播定律和光路可逆性原理。

考點(diǎn)35.

棱鏡、透鏡和反射鏡

1、利用材料的折射性質(zhì)可以制成有用的光學(xué)元件，應(yīng)用最為廣泛的是棱鏡和透鏡，棱鏡是由幾個(gè)平面包圍而成的透明光學(xué)材料。棱鏡主要用于分光和偏轉(zhuǎn)光束的方向。透鏡通常是由兩個(gè)球面或曲面包圍而成的透明光學(xué)材料，主要用于聚光和成像。

2、根據(jù)光的反射定律制作的原件是反射鏡。反射鏡的表面可以磨成光滑的平面或球面（或其他曲面）。平面反射鏡通常用于改變光的傳播方向，球面和其他曲面反射鏡除了可以改變光束的方向之外，還會(huì)對(duì)光波有匯聚或發(fā)散作用。

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考點(diǎn)36.

本證吸收區(qū)

晶體中點(diǎn)陣周期勢(shì)場(chǎng)的作用導(dǎo)致了能帶的形成。

電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶的過程所跨越的禁帶寬度Eg，對(duì)應(yīng)于一個(gè)強(qiáng)吸收區(qū)，稱為基本吸收區(qū)，也稱本證吸收區(qū)。

考點(diǎn)37.

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的現(xiàn)象稱為雙折射。雙折射的兩束光中有一束光的偏折方向符合折射定律，所以稱為尋常光。另一束的折射方向不符合折射定律，被稱為非常光（或e光）。

一般而言，非常光的折射線不在入射面內(nèi)，并且折射角以及入射面與折射面之間的夾角不但和原來光束的入射角有關(guān)，還和晶體的方向有關(guān)。

考點(diǎn)38.

光的吸收和散射

1、從微觀上分析，光子與固體材料相互作用，實(shí)際上是光子與固體材料中的原子、離子、電子之間的相互作用，引起了電子極化。電磁輻射的電場(chǎng)分量，在可見光頻率范圍內(nèi)，電場(chǎng)分量與傳播過程中的每個(gè)原子都發(fā)生作用，引起電子極化，即造成電子云和原子核電荷重心發(fā)生相對(duì)位移。其結(jié)果是，當(dāng)光線通過介質(zhì)時(shí)，一部分能量被吸收，同時(shí)光波速度被減小。

2、光在通過氣體、液體、固體等介質(zhì)時(shí)，遇到煙塵、微粒、懸浮液滴或者結(jié)構(gòu)成分不均勻的微小區(qū)域，都會(huì)有一小部分能量偏離原來的傳播方向而向四面八方彌散開來，這種現(xiàn)象稱為光的散射。光的散射導(dǎo)致原來傳播方向上光強(qiáng)的減弱。

考點(diǎn)39.

發(fā)光效率

發(fā)光效率通常有三種表示法：量子效率、功率效率和流明效率。

考點(diǎn)40.

思考