《材料物理性能lec》課件

《材料物理性能LEC》PPT課件目錄CONTENTS引言材料物理性能概述材料的力學(xué)性能材料的熱學(xué)性能材料的電學(xué)性能材料的磁學(xué)性能光學(xué)性能環(huán)境友好性能01CHAPTER引言《材料物理性能LEC》課程名稱材料科學(xué)、物理、工程等專業(yè)的學(xué)生和從業(yè)人員適用對象介紹材料的電、熱、光、磁等物理性能及其應(yīng)用主要內(nèi)容課程簡介010204學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握材料的基本物理性能及其測試方法理解物理性能與材料應(yīng)用的關(guān)系能夠根據(jù)實際需求選擇合適的材料提高解決實際問題的能力0302CHAPTER材料物理性能概述材料物理性能是指材料在原子、分子層次上表現(xiàn)出的物理特性，如電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等。定義金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料等。分類定義與分類材料物理性能決定了材料在各種環(huán)境下的行為表現(xiàn)，是材料科學(xué)和工程領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。能源、電子、通信、航空航天、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。重要性及應(yīng)用應(yīng)用重要性發(fā)展歷程從古代陶瓷、金屬冶煉到現(xiàn)代納米材料、復(fù)合材料等，材料物理性能的研究不斷深入和發(fā)展。趨勢隨著科技的不斷進(jìn)步，新型材料的研發(fā)和應(yīng)用將更加廣泛，材料物理性能的研究將更加深入和精細(xì)化。發(fā)展歷程與趨勢03CHAPTER材料的力學(xué)性能材料在受到外力作用時發(fā)生形變，當(dāng)外力去除后能迅速恢復(fù)原狀的性質(zhì)。彈性材料在受到外力作用時發(fā)生形變，且在去除外力后不能恢復(fù)原狀，但可以通過外力調(diào)整其形狀的性質(zhì)。塑性彈性與塑性強(qiáng)度材料在受到外力作用時所能承受的最大應(yīng)力，是衡量材料抵抗破壞能力的指標(biāo)。韌性材料在受到外力作用時吸收能量的能力，是衡量材料抵抗脆性斷裂能力的指標(biāo)。強(qiáng)度與韌性硬度與耐磨性硬度材料表面抵抗被壓入或刻劃的能力，是衡量材料表面硬度的指標(biāo)。耐磨性材料抵抗摩擦和磨損的能力，是衡量材料耐久性的指標(biāo)。04CHAPTER材料的熱學(xué)性能導(dǎo)熱系數(shù)是衡量材料導(dǎo)熱性能的重要參數(shù)，數(shù)值越大，導(dǎo)熱性能越好。導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱機(jī)制導(dǎo)熱性能影響因素導(dǎo)熱機(jī)制包括自由電子、聲子、光子等，不同材料的導(dǎo)熱機(jī)制不同。導(dǎo)熱性能受到材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、溫度、壓力等因素的影響。030201導(dǎo)熱性

熱膨脹與熱容熱膨脹當(dāng)溫度升高時，材料會膨脹，其膨脹的程度與材料的種類和溫度有關(guān)。熱容熱容是指材料在加熱或冷卻過程中吸收或釋放熱量所需的能量，分為比熱容和熱容。熱膨脹與熱容的關(guān)系熱膨脹和熱容之間存在一定的關(guān)系，可以通過測量材料的熱容來推算其熱膨脹系數(shù)。相變相變是指物質(zhì)從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相態(tài)的現(xiàn)象，如熔化、凝固、蒸發(fā)等。相變與熱穩(wěn)定性關(guān)系相變對材料的熱穩(wěn)定性有重要影響，了解材料的相變特性有助于提高其熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性材料的熱穩(wěn)定性是指材料在高溫下保持其物理和化學(xué)性質(zhì)的能力。熱穩(wěn)定性與相變05CHAPTER材料的電學(xué)性能導(dǎo)電性是描述材料傳導(dǎo)電流的能力。導(dǎo)電性的好壞取決于材料中自由電子的數(shù)量和移動性。金屬由于其內(nèi)部存在大量自由電子，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性。絕緣體如陶瓷、玻璃等，由于電子被緊密束縛，導(dǎo)電性較差。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性介于金屬和絕緣體之間，可以通過摻雜等方式調(diào)控其導(dǎo)電性能。導(dǎo)電性介電性是描述電介質(zhì)在電場作用下極化并儲存電場能的能力。介電性是電介質(zhì)所特有的屬性，與導(dǎo)電性不同。電介質(zhì)在電場作用下會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，使得電介質(zhì)內(nèi)部的正負(fù)電荷中心發(fā)生相對位移，從而在電介質(zhì)內(nèi)部形成電偶極子。介電常數(shù)是描述電介質(zhì)介電性能的重要參數(shù)，其值取決于材料的種類和溫度。介電性鐵電性是指某些特定材料在特定條件下表現(xiàn)出自發(fā)極化的性質(zhì)；熱電性是指材料在溫度梯度作用下產(chǎn)生電動勢的特性。鐵電體是一種特殊的晶體，在一定溫度下會表現(xiàn)出自發(fā)極化現(xiàn)象。這種自發(fā)極化可以隨著外電場的改變而發(fā)生反轉(zhuǎn)，因此鐵電體在電場作用下具有較高的介電常數(shù)和自發(fā)極化強(qiáng)度。熱電效應(yīng)是指材料在溫度梯度作用下產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，可以分為塞貝克效應(yīng)、皮爾茲效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)等。利用熱電效應(yīng)可以制作熱電器件，實現(xiàn)熱能和電能之間的直接轉(zhuǎn)換。鐵電性與熱電性06CHAPTER材料的磁學(xué)性能根據(jù)磁性的來源，物質(zhì)可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性等。磁性分類描述物質(zhì)磁性強(qiáng)弱的物理量有磁化強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度等，常用的單位有安培/米(A/m)、特斯拉(T)等。磁性單位物質(zhì)的磁性隨溫度變化，通常在一定溫度下發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，如順磁性物質(zhì)和鐵磁性物質(zhì)。磁性與溫度物質(zhì)的磁性磁疇是材料內(nèi)部自發(fā)磁化的區(qū)域，不同磁疇的磁矩方向不同。磁疇定義磁疇的形狀、大小和分布與材料的晶體結(jié)構(gòu)和溫度等因素有關(guān)。磁疇結(jié)構(gòu)當(dāng)外磁場施加于材料時，磁疇的磁矩會轉(zhuǎn)向外磁場方向，材料表現(xiàn)出宏觀的磁化現(xiàn)象。磁化過程磁疇結(jié)構(gòu)與磁化過程存儲技術(shù)隨著技術(shù)的發(fā)展，高密度磁記錄和磁存儲技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如垂直記錄和熱輔助記錄等。記錄原理利用物質(zhì)在磁場中的磁化方向變化來記錄信息，如硬盤和軟盤的記錄方式。應(yīng)用領(lǐng)域除了計算機(jī)存儲外，磁記錄和磁存儲技術(shù)還廣泛應(yīng)用于音頻和視頻記錄、傳感器等領(lǐng)域。磁記錄與磁存儲07CHAPTER光學(xué)性能光的傳播描述光在介質(zhì)中的傳播速度、折射率、反射率等特性。光的散射解釋光的散射現(xiàn)象，包括米氏散射、瑞利散射等，以及散射對光學(xué)性能的影響。光的傳播與散射VS討論不同材料對光的吸收特性，以及吸收光譜的測量和應(yīng)用。光的反射分析光的反射現(xiàn)象，包括鏡面反射和漫反射，以及反射光譜的測量和應(yīng)用。光的吸收光的吸收與反射介紹材料的發(fā)光原理，包括熒光、磷光等，以及發(fā)光性能的測量和應(yīng)用。探討非線性光學(xué)效應(yīng)的原理，如倍頻、和頻、差頻等，以及其在光學(xué)器件中的應(yīng)用。發(fā)光非線性光學(xué)效應(yīng)發(fā)光與非線性光學(xué)效應(yīng)08CHAPTER環(huán)境友好性能123指材料抵抗環(huán)境中腐蝕介質(zhì)侵蝕的能力。耐腐蝕性材料的化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)、環(huán)境因素（溫度、濕度、壓力、腐蝕介質(zhì)類型和濃度等）。影響因素選用高純度材料、加入合金元素、表面涂覆保護(hù)層等。提高耐腐蝕性的方法耐腐蝕性材料與生物體之間的相互適應(yīng)性。生物相容性材料能夠與活體組織發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)組織生長和修復(fù)。生物活性材料的化學(xué)組成、表面性質(zhì)、形態(tài)結(jié)構(gòu)等。影響因素優(yōu)化材料表面性質(zhì)、引入活性成分、表面涂覆生物活性物質(zhì)等。提高生物相容性與生物活性的方法生物相容性與生物活性ABCD環(huán)境穩(wěn)定性與降解性環(huán)境穩(wěn)