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1、材料物理性能概述引言引言当今世界，材料越来越成为非常重要的社会生产支柱之一，而材料的性能越来越多地被重视和研究。本文主要介绍一下材料的各种物理性能。本文主要从六个方面来介绍，分别是材料的电学性能、磁学性能、热学性能、光学性能。一、材料的电学性能一、材料的电学性能1.概述 材料的电学性能包括以下内容：导电性的一般理论处理、金属材料的导电性、半导体材料的导电性、离子晶体导电性与超导电性。导电性方面，引入电导率、电流密度概念。2. 导电性的一般理论处理 材料依导电性的分类及导电性范围，四类材料的导电性范围，导电性与材料中电子态间的关系；导电性与材料中载流子的浓度、电荷量、移动速度(及迁移率)的一般关
2、系，在半导体、金属(经典自由电子理论)中的具体形式；量子自由电子理论下的导电性，Fermi 球漂移，导电电子数，电导率结论的推导，自由电子的自由程；能带理论下的导电性结论， 1 32NevFF2各类材料导电性相对强弱的讨论，Brillouin 区边界的限制。3. 金属材料的导电性机理：实验规律(Matthiessen 规则)，残余电阻与温度对电阻的影响，电阻根源周期势场的不规则点，即散射中心(数量、强度)、导电性的微观控制因素电子的自由程。影响因素：温度的影响规律；合金成分的影响(固溶态影响强度与原子半径及化合价差的关系，有序化的影响；多相区)；相变的影响。其它(自学)：偏离 Matthies
3、sen 规则的合金化影响，K 状态，其它影响因素；电阻研究的意义：材料分析方法(高纯度分析，相变及转变分析)，测温等应用，精密电阻合金、导电材料、电热合金等。4 . 半导体材料的导电性 半导体材料简介(本征单质、化合物材料，掺杂 n 型，p 型，材料的电子态特征)，导电性(0K 下不导电，T0K 时，依靠热激活导电)，电子有效质量、电子与空穴。载流子浓度理论推导，本征半导体的典型数值，掺杂半导体的结构、附近能级的产生、及对载流子浓度的影响；半导体材料的导电性与温度、掺杂的关系，晶体缺陷的影响。非平衡载流子与半导体导电性的光敏感性，p-n 结特性。5. 离子晶体导电性与超导电性 离子导电性固态下
4、离子在电场作用下的迁移率(Einstein 公式)，电导率公式，温度与异价杂质对导电性的影响及原因分析。超导电性超导特征(电阻率趋于 0，抗磁性第 I、II 类超导体)，超导条件(温度、磁场、电流密度的临界值，及相关性)；电子态特征(电子对超导性，与晶格作用同位素实验结果、超导体常态下导电性不佳)；超导材料(金属及合金，金属间化合物，陶瓷)。二、材料的磁性二、材料的磁性1. 材料磁性概述 材料磁性的涵盖面，分析材料磁性的意义(物质磁性自身、磁性材料的工程意义)磁性表征与基本物理量(磁场、磁矩、磁化强度、磁感应强度、磁极化强度、静磁能、磁场力、磁导率、磁化率)，单位制中物理量的换算关系材料的宏观
5、磁性：强磁性与自然界中的强磁性材料(3d 金属及合金，3d 金属离子的氧化物、硫化物等，4f 金属及离子化合物)、居里温度，弱磁性(顺磁性与抗磁性)。2. 物质磁性起源 电子的轨道磁矩与自旋磁矩(轨道与自旋旋磁比)，质子与中子的磁矩；电子磁矩的合成孤立原子的磁矩(Hund 法则，Lande因子)，弱磁性原因，强磁性的必要条件 I(有未填满亚电子层)。强磁性固体中的原子磁矩4f 金属及离子的磁矩，3d 金属离子(ferrites)的磁矩(轨道淬灭)，3d 金属的原子磁矩(轨道淬灭 + 能带理论，Pauling-Slater 曲线)3. 顺磁磁化与 Weiss 分子场理论、自发磁化 (3 学时)涉
6、及原子磁矩之间的微观合成方式抗磁性原子磁矩空间排列状态与微观磁性分类：无序排列(顺磁性)、有序排列(铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性)，Langevin 顺磁磁化Weiss 分子场理论自发磁化，强磁性物质的必要条件 II(铁磁性或亚铁磁性)。交换作用类型直接交换作用(Bethe-Slater 曲线)，间接交换作用，RKKY交换作用(稀土-3d 过渡族金属间化合物的饱和磁化强度问题)。4 . 铁磁体中的基本物理现象与能量 退磁场(退磁因子)，磁晶各向异性与磁致伸缩现象、表征、主要影响因素；静磁能、退磁能、磁晶各向异性能、磁弹性能、交换作用能；5. 磁畴与技术磁化 铁磁体中磁畴及形成原因，畴壁能，单畴粒
7、子尺寸。磁性材料的磁化过程起始磁化曲线与磁滞回线；饱和磁化强度、剩磁、矫顽力、起始磁导率、最大磁导率；磁化过程机理磁矩的转动、畴壁移动。过程分析举例。6 . 磁性材料的技术磁化性能、机理及选材基本原则 (1 学时)软磁与硬磁材料的性能要求，区别，选材基本原则。典型材料三、材料的热学性能三、材料的热学性能1. 热学性能概述 吸、放热(热容问题)，热膨胀，热传导。2 .热膨胀特征表征量线膨胀系数、体积膨胀系数一般金属及合金的热膨胀规律各类材料热膨胀系数比较正常热膨胀的本质、主要影响因素材料相变与转变过程中尺寸、形状的变化，形状记忆效应金属及合金中的反常热膨胀3. 固体材料的热容固体热容的理论处理D
8、ulong-Petit 定律、Debye 理论、自由电子的热容贡献热容的影响因素 温度、相变/转变、合金热容规则4. 材料的热传导热导率定义传热机理晶格传热、自由电子传热，Wiedemann-Franz 定律；温度、合金元素影响四、材料的光学性能四、材料的光学性能1 .光传播的基本理论光的直线传播（折射率、反射率）以及光和材料相互作用后产生的透射、吸收和散射特性对于材料的光发射，激励方式、材料发光的基本性质及物理机制2 .对于材料的受激辐射，在讲述共振吸收与自发辐射的基础上介绍激光材料以及其产生激光的过程。光学材料的应用（光导纤维、磁光盘、太阳能电池等） 。常用的光学测量方法，如光吸收、拉曼光谱、分子荧光分析法教材及参考资料：（1）教材： 龙毅等编材料物理性能 （教育部高等学校规划教材） ， 中南大学出版社，2009 年 6 月（2）王润等编， 材料物理性能 ， 冶金工业出版社（3）田莳编著， 材料的物理性能 ，北京航空航天大学出版社， （4） 材料的物理性能 ，哈尔滨工业大学出版社，
