固體物理簡(jiǎn)介省公開(kāi)課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)

1材料物理學(xué)講義煙臺(tái)大學(xué)光電學(xué)院孫元平.03第1頁(yè)2本課程所采取教材第2頁(yè)3內(nèi)容介紹（一）第一章 介紹第二章 原子結(jié)構(gòu)及鍵第三章 晶體結(jié)構(gòu)第四章 固體中缺點(diǎn)第五章 擴(kuò)散第六章 金屬機(jī)械性能第七章 位錯(cuò)第八章 斷裂第九章 相圖第3頁(yè)4內(nèi)容介紹（二）第十章 相變第十一章 金屬合金處理與應(yīng)用第十二章 陶瓷結(jié)構(gòu)和性質(zhì)第十三章 陶瓷處理與應(yīng)用第十四章 聚合體結(jié)構(gòu)第十五章 聚合物處理與應(yīng)用第十六章 復(fù)合材料第十七章 材料腐蝕與老化第十八章 材料電學(xué)性質(zhì)第十九章 材料熱學(xué)性質(zhì)第4頁(yè)5內(nèi)容介紹（三）第二十章 材料磁學(xué)性質(zhì)第二十一章 材料光學(xué)性質(zhì)第5頁(yè)6第一章 介紹第6頁(yè)7鋁罐包裝塑料瓶裝玻璃瓶裝第7頁(yè)81.1 材料發(fā)展史早期人類(lèi)：石頭、木頭、泥土、獸皮方法：直接獲取、使用古代：陶瓷、金屬（銅鐵金銀等）、珠寶。方法：選擇、熱處理。從有限材料中選擇最適當(dāng)。當(dāng)代：近60年以來(lái)，千萬(wàn)種材料方法：依據(jù)需要特殊制造。第8頁(yè)91.2 材料物理學(xué)包含內(nèi)容材料科學(xué)和材料工程材料科學(xué)：研究材料已存在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相互關(guān)系材料工程：依據(jù)這些結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系設(shè)計(jì)新、含有預(yù)先設(shè)定功效材料第9頁(yè)101.3結(jié)構(gòu)和性質(zhì)結(jié)構(gòu)：材料內(nèi)部組分排列亞原子結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蝹€(gè)原子中電子及其與核作用原子結(jié)構(gòu)：原子或分子之間排列微觀結(jié)構(gòu)：大量原子聚集在一起，可用顯微鏡觀察宏觀結(jié)構(gòu)：用肉眼可觀察結(jié)構(gòu)固體材料主要特征分類(lèi)：力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和變性（化學(xué)反應(yīng)性）第10頁(yè)11

力學(xué)：彎曲電學(xué)：電場(chǎng)熱學(xué)：熱導(dǎo)

磁學(xué)：地磁光學(xué)：電熒光化學(xué)反應(yīng)性：GaN第11頁(yè)12處理結(jié)構(gòu)性質(zhì)性能材料：藍(lán)寶石（Al2O3） 1.單晶（晶格完整，透明）2.很多小單晶互連體 3.單晶互連體及大量空洞第12頁(yè)13選擇材料準(zhǔn)則1.表征實(shí)際需要材料性質(zhì)，以作為準(zhǔn)則去選擇材料2.材料實(shí)際使用當(dāng)中其特征是否會(huì)變壞3.怎樣降低成本第13頁(yè)141.4材料分類(lèi)金屬（Metals）陶瓷（Ceramics）聚合物（Polymers）合成物（Composites）半導(dǎo)體（Semiconductors）生物材料（Biomaterials）第14頁(yè)151.5先進(jìn)材料（AdvancedMaterials）

用于高科技材料計(jì)算機(jī)光纖空間站(ApolloSpacecraft)軍用火箭第15頁(yè)161.6未來(lái)材料發(fā)展趨勢(shì)之一

智能材料（SmartMaterials）介紹發(fā)覺(jué)環(huán)境改變并依據(jù)預(yù)設(shè)做出對(duì)應(yīng)反應(yīng)包含探測(cè)輸入信號(hào)傳感器（Sensor）和做出反應(yīng)和調(diào)整功效致動(dòng)器（Actuator）致動(dòng)器材料種類(lèi)形狀記憶合金（ShapeMemoryAlloys）金屬，在形變之后假如溫度發(fā)生改變能夠恢復(fù)原狀壓電陶瓷（PiezoelectricCeramics）能夠伴隨所加電場(chǎng)（電壓）而伸縮，反之則能夠產(chǎn)生電壓磁致伸縮材料（MagnetostrictiveMaterials）與壓電材料類(lèi)似，只是對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生反應(yīng)電/磁流變液體（electro/magneto-rheologicalfluids）能夠伴隨所加電/磁場(chǎng)而粘稠度發(fā)生巨大改變液體第16頁(yè)17形狀記憶合金（ShapeMemoryAlloys）Ti-30Ni-20Pt合金最上面是在室溫下彎到38°，

在350°C加熱后自動(dòng)恢復(fù)到8°第17頁(yè)18壓電陶瓷（PiezoelectricCeramics）微型壓電陶瓷泵，包含兩個(gè)黃銅泵膜和兩個(gè)壓電陶瓷片第18頁(yè)19磁致伸縮材料（MagnetostrictiveMaterials）伴隨外加磁場(chǎng)增加，材料中疇壁開(kāi)始移動(dòng)晶疇旋轉(zhuǎn)這兩個(gè)機(jī)制使材料晶疇能夠改變，從而引發(fā)尺寸改變第19頁(yè)20電/磁流變液體（electro/magneto-rheologicalfluids）流體中存在非常小粒子，且其磁導(dǎo)率與流體不一樣當(dāng)施加外加磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)沿著磁場(chǎng)方向有序排列，引發(fā)流體宏觀粘稠度改變第20頁(yè)211.6未來(lái)材料發(fā)展趨勢(shì)之二

納米材料（Nanomaterials）研究尺寸小于100nm，大約為500個(gè)原子直徑。GaAs表面上Cs原子STM照片（7×7nm）利用STM能夠操縱單個(gè)原子排列形成既定圖案第21頁(yè)納米雕刻22北京大學(xué)利用AFM探針在Au-Pd薄膜上雕刻出孟浩然《春曉》，每個(gè)字大小月1.5μm。(J.Songetal.,Appl.Phys.A66,S715,1998.)第22頁(yè)納米墨水筆23在AFM探針上加上化學(xué)物質(zhì)（墨水），在Au薄膜襯底上書(shū)寫(xiě)文字圖形。右圖為納米筆書(shū)寫(xiě)出來(lái)RichardFeynman演講“Thereisplentyofroomatthebottom.”AssoonasImentionthis,peopletellmeabout,andhowfarithasprogressedtoday.Theytellmeaboutelectricmotorsthatarethesizeofthenailonyoursmallfinger.Andthereisadeviceonthemarket,theytellme,bywhichyoucanwritetheLord'sPrayerontheheadofapin.Butthat'snothing;that'sthemostprimitive,haltingstepinthedirectionIintendtodiscuss.Itisastaggeringlysmallworldthatisbelow.Intheyear,whentheylookbackatthisage,they