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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划晶体缺陷对材料性能的影响材料的晶体缺陷与力学性能课程教学大纲课程英文名称：Defectsofcrystalandmechanicalpropertiesofmateral课程编号：XX课程计划学时：32学分：2课程简介：材料的组织、结构、性能及加工使用状况是现代材料科学与工程的四要素，在四要素关系中最基本的是结构和性能的关系。本课程就是研究各种晶体缺陷与力学性能之间的关系。它是材料物理专业学生必须掌握的一门基础课程。它的研究途径一是通过实验，二是总结生产实践的经验，三是建立材料基础理
2、论，从理论上预计材料的结构和性能。该课程的实践性较强，而且随着新材料、新工艺的发展及新的研究方法和手段的拓展而不断发展，是与时俱进不断创新的。一、课程教学内容及教学基本要求第一章基础知识回顾第一节引言第二节晶体学的基础知识。本节要求掌握晶体学的基础知识。主要内容：空间点阵、晶面指数和晶向指数、晶体结构及其几何特征。第二章晶体中的点缺陷与位错本章重点是：1.点缺陷的形成与平衡浓度；2.柏氏矢量的确定，物理意义及守恒性；3.位错的基本类型和特征；4.分析归纳位错运动的两种基本形式：滑移和攀移的特点；5.分析运动位错的交割及其所形成的扭折或割阶不同情况；6.比较螺型位错与刃型位错二者应力场畸变能的异
3、同点；7.作用于位错的组态力、位错的线张力、外加切应力、位错附近原子实际所受的力、以及位错间的交互作用力相互之间的关系与区别；8.位错的增值机制；9.堆垛层错与不全位错；10.位错反应的条件；11.Thompson四面体；12.扩展位错的生成、宽度和运动；第一节点缺陷第二节位错的基本类型和特征。第三节位错运动的两种基本形式：滑移和攀移第四节位错的增值机制第五节堆垛层错与不全位错第六节位错反应的条件；.扩展位错的生成、宽度和运动点缺陷的平衡浓度：螺型位错的应力场：刃型位错的应力场：式中位错的应变能：式中位错的线张力：作用于位错的力：滑移力攀移力两平行螺位错间径向作用力：两平行刃型位错间的交互作用
4、力：F-R源开动的临界切应力：扩展位错的平衡宽度：第三章晶界与相界本章重点是：晶界能，孪晶界，相界，共格相界，半共格相界，错配度，非共格相界。第一节晶界与相界的定义与分类。第二节小角晶界第三节大角晶界第四节晶界运动第五节晶界对材料性能的影响重要公式：对称倾斜晶界：不对称倾斜晶界：，三叉晶界界面能平衡公式：第四章材料的变形与再结晶第一节金属材料的拉伸曲线第二节弹性变形第三节固体的弹性与内耗第四节晶体的低温塑性变形第五节回复、再结晶和晶粒长大第六节晶体的高温变形第五章强化理论第一节晶体强化的途径第二节应变强化第三节细晶强化第四节固溶强化第五节分散强化第六节马氏体强化第七节纤维强化二、教学内容学时分
5、配一览表(总学时三、大纲附录1、建议教材：晶体缺陷与力学性能，钱存富等编著。2、参考书目：材料科学基础清华大学出版社，潘金生等编著。金属的晶体缺陷与力学性能冶金工业出版社，赖祖涵编著。金属力学性质的微观理论科学出版社，哈宽富编著。3、有关说明：与其他课程的关系：本课程的前导课程是高等数字、固体物理、材料科学基础等。本课程的课程建设本课程是为材料物理专业所开的选修课程，讲授时必须注意，内容上要有一定深度和广度，并紧密结合现代发展的趋势和研究进展,使学生对金属材料的力学性能有全面地了解。考核方式：闭卷考核缺陷对材料性能的影响技术探讨XX-09-1122:27:34阅读35评论0字号：大中小订阅在一
6、般情形下，点缺陷主要影响晶体的物理性质，如比容、比热容、电阻率等比容的定义:为了在晶体内部产生一个空位，需将该处的原子移到晶体表面上的新原子位置，这就导致晶体体积增加。比热容的定义:由于形成点缺陷需向晶体提供附加的能量，因而引起附加比热容。电阻率:金属的电阻来源于离子对传导电子的散射。在完整晶体中，电子基本上是在均匀电场中运动，而在有缺陷的晶体中，在缺陷区点阵的周期性被破坏，电场急剧变化，因而对电子产生强烈散射，导致晶体的电阻率增大。此外，点缺陷还影响其它物理性质：如扩散系数、内耗、介电常数等。”在碱金属的卤化物晶体中，由于杂质或过多的金属离子等点缺陷对可见光的选择性吸收，会使晶体呈现色彩。这
7、种点缺陷便称为色心。在一般情形下，点缺陷对金属力学性能的影响较小，它只是通过和位错交互作用，阻碍位错运动而使晶体强化。但在高能粒子辐照的情形下，由于形成大量的点缺陷和挤塞子，会引起晶体显著硬化和脆化。这种现象称为辐照硬化。缺陷对物理性能的影响很大，可以极大的影响材料的导热，电阻，光学，和机械性能，极大地影响材料的各种性能指标，比如强度，塑性等。化学性能影响主要集中在材料表面性能上，比如杂质原子的缺陷会在大气环境下形成原电池模型，极大地加速材料的腐蚀，另外表面能量也会受到缺陷的极大影响，表面化学活性，化学能等等。总之影响非常大，但是如果合理的利用缺陷，可以提高材料某一方面的性能，比如人工在半导体
8、材料中进行掺杂，形成空穴，可以极大地提高半导体材料的性能。首先，金属材料的强度与位错在材料受到外力的情况下如何运动有很大的关系。如果位错运动受到的阻碍较小，则材料强度就会较高。实际材料在发生塑性变形时，位错的运动是比较复杂的，位错之间相互反应、位错受到阻碍不断塞积、材料中的溶质原子、第二相等都会阻碍位错运动，从而使材料出现加工硬化。因此，要想增加材料的强度就要通过诸如：细化晶粒、有序化合金、第二相强化、固溶强化等手段使金属的强度增加。以上增加金属强度的根本原理就是想办法阻碍位错的运动。缺陷对晶体光学性质的影响班级：物理111学号：姓名：李祥行材料具有多种性能，大致分为两类，一是使用性能，包括力
9、学性能、物理性能和化学性能等；二是工艺性能，例如铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性以及热处理性等等。在我们生产中经常用到的材料，其性能常常因为微观上小小的差异而变得迥然不同。我们就理想型的完整晶体进行对于材料缺陷对材料性能的影响的研究与探索。晶体缺陷：在理想完整晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域。这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷，它破坏了晶体的对称性。晶体中存在的缺陷种类很多，根据几何形状和涉及的范围常可分为点缺陷、面缺陷
10、、线缺陷几种主要类型。点缺陷：是指三维尺寸都很小，不超过几个原子直径的缺陷。主要有空位和间隙原子。线缺陷：是指三维空间中在二维方向上尺寸较小，在另一维方面上尺寸较大的缺陷。属于这类缺陷主要是位错。位错是晶体中的某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。面缺陷：是指二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷。通常是指晶界和亚晶界。光子晶体是介电常数周期性变化而形成能量禁带,禁止特殊波长电磁波在其中传播的材料。像半导体掺杂具有的重要意义一样,在光子晶体中引人点缺陷、线缺陷或面缺陷,对其在通讯、光子集成回路等方面的潜在应用具有重要意义。本文主要从点缺陷、线缺陷对晶体光学性质的影响展开。光子晶体的一个
11、重要特征是光子局域，如果引入缺陷破坏光子晶体的周期结构，就在其禁带中会出现频率极窄的缺陷态，和缺陷态频率吻合的光子有可能被局域在缺陷位置，一旦其偏离缺陷光就将迅速衰减。光子晶体中的缺陷有点缺陷和线缺陷，在垂直于线缺陷的平恧上，光被局域在线缺路位置，只能沿线缺陷方向传播，以形成一条光的通路，处于完整光子晶体的禁带中的光可以沿着线缺陷传播，相当于光子晶体波导。点缺陷仿佛是光被全反射墙完全包裹起来，利用点缺陷可以将光俘获在某一个特定的位置，光就无法从任何一个方向向外传播，这相当于微腔。(1)光子晶体的带隙指晶格结构、介电常数比、填充比、柱体形状对光子禁带有相应的影响带隙的移动可以解释为，在介电常数为
12、的均匀介质中传播的电磁波，频谱关系为(k)=cuF。若将光子晶体看作均匀介质，介电常数取为有效介电常数，当晶格常数增大，而介质柱半径不变时，相当于有效介电常数减小，从而频率增大，即波长减小；反之频率降低，波长增大。光子晶体点缺陷的缺陷模，在二维光子晶体中引入点缺陷，方法有多种：可以移走一个介质柱；或者用另一个介质材料代替其中一个介质柱；或者改变其中一个介质柱的大小、形状等，在光子晶体中央位置设置一半径与其他介质柱半径不同的点缺陷，们选取晶格常数为a=lgra，介质柱半径为02a，点缺陷介质柱半径为03a，介质柱介电常数为萨1156，在缺陷处设置观察点。整个计算区域划分为130x110的网层，电
13、磁波段在缺陷处的光强较大，所以在该波段点缺陷产生很强的局域性，当点缺陷介质柱半径为0，即该点缺陷为空时。光子晶体线缺陷，在光子晶体中，通过设置缺陷结构能够得到所需要的光波导。波导传输光子的中心频率可以通过改变点缺陷的性质如半径大小而改变；对缺陷峰线宽和峰值的控制在一定条件下，光子晶体波导和微腔会发生耦合，波导中频率在微腔共振频率附近的光波耦合到微腔里，由于两个点缺陷所形成的微腔存在两个共振频率，可以近似地将椭圆点缺陷介，两个等效圆点缺陷相对入射波方向的空间位置不断改变，由于这两个圆点缺陷存在两个共振频率，当满足特定条件时，就形成一个或两个共振峰。所以，点缺陷介质柱的形状相对线波导方向(入射波方
14、向)的改变对共振模的形成有很大的影响。晶体点缺陷模和线缺陷的传输特性，发现随着点缺陷半径的增大，缺陷峰的位置向长波方向移动，且点缺陷半径越接近平均格点半径，缺陷峰的峰值越小；同时分析了晶格常数对线波导通带的影响，发现随着晶格常数的增大，线波导的通带逐渐向长波长方向移动，其带宽略微改变，并对光子晶体中的点缺陷、线缺陷以及它们的组合缺陷的特性进行了深入了解。若忽略缺陷介质的色散,当其折射率减小时,缺陷模蓝移,透射率变大,半峰全宽度保持不变,品质因子增大。光子晶体转弯波导色散曲线晶体光学研究常用的实验仪器是折射计、光学测角仪、偏光显微镜和分光光度计等。晶体光学在晶体定向、矿物鉴定、晶体结构以及其他晶
15、体光学现象的工作与研究中有重要应用。晶体光学元件，如各种起偏棱镜、补偿器等，则广泛应用于各种光学仪器和实验中。适量的某些点缺陷的存在可以大大增强半导体材料的导电性和发光材料的发光性，起到有益的作用。我们需要好好利用。参考文献1.浦同钉光子晶体缺陷的特性研究及应用期末材料科学论文2.林旭彬，陈钰杰，李宝军类蜂窝状结构完全带隙二维光子晶体阴光学学报3.万勇夏临华赵修松王利魁李洪亮面缺陷对三维胶体晶体光学性质的影响光学学报4.冯端晶体缺陷研究的进展物理学报5.杨颖点缺陷光子晶体传播特性的研究光谱实验室目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。
