第四章 高分子材料的主要物理性能
高分子材料与小分子物质相比具有多方面的独特性能，其性能的复杂性源自于其结构
的特殊性和复杂性。联系材料微观结构和宏观性质的桥梁是材料内部分子运动的状态。一种结构确定的材料，当分子运动形式确定，其性能也就确定；当改变外部环境使分子运动状态变化，其物理性能也将随之改变。这种从一种分子运动模式到另一种模式的改变，按照热力学的观点称作转变；按照动力学的观点称作松弛。例如天然橡胶在常温下是良好的弹性体，而在低温时（＜-100℃）失去弹性变成玻璃态（转变）。在短时间内拉伸，形变可以恢复；而在长时间外力作用下，就会产生永久的残余形变（松弛）。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）在常温下是模量高、硬而脆的固体，当温度高于玻璃化温度（～100℃）后，大分子链运动能力增强而变得如橡胶般柔软；温度进一步升高，分子链重心能发生位移，则变成具有良好可塑性的流体。
本着“结构?分子运动?物理性能”这样一条思维线路，本章有选择地介绍高分子材料的热性能、力学性能、高弹性和粘弹性、溶液性质、流变性质、电学性能等。同时通过介绍结构与性能的关系，帮助我们根据使用环境和要求，有目的地选择、使用、改进和设计高分子材料，设计和改进加工工艺和设备，扩大高分子材料使用范围。
第一节 高分子材料的分子运动、力学状态转变及热性能
一、高分子运动的特点
与低分子材料相比，高分子材料的分子热运动主要有以下特点： （一）运动单元和模式的多重性 高分子的结构是多层次、多类型的复杂结构，决定着其分子运动单元和运动模式也是多层次、多类型的，相应的转变和松弛也具有多重性。从运动单元来说，可以分为链节运动、链段运动、侧基运动、支链运动、晶区运动以及整个分子链运动等。从运动方式来说，有键长、键角的变化，有侧基、支链、链节的旋转和摇摆运动，有链段绕主链单键的旋转运动，有链段的跃迁和大分子的蠕动等。
在各种运动单元和模式中，链段的运动最为重要，高分子材料的许多特性均与链段的运动有直接关系。链段运动状态是判断材料处于玻璃态或高弹态的关键结构因素；链段运动既可以引起大分子构象变化，也可以引起分子整链重心位移，使材料发生塑性形变和流动。
（二）分子运动的时间依赖性 在外场作用下，高分子材料从一种平衡状态通过分子运动而转变到另一种平衡状态是需要时间的，这种时间演变过程称作松弛过程，所需时间称松弛时间。例如将一根橡胶条一端固定，另一端施以拉力使其发生一定量变形。保持该形变量不变，但可以测出橡胶条内的应力随拉伸时间仍在变化。相当长时间后，内应力才趋于稳定，橡胶条达到新的平衡。
设材料在初始平衡态的某物理量（例如形变量、体积、模量、介电系数等）的值为x 0，在外场作用下，到t 时刻该物理量变为x （t ），许多情况下x （t ）与x 0满足如下关系： ()τ/0t e x t x -=
（4-1）
公式（4-1）实质上描述了一种松弛过程，式中τ称松弛时间。当t =τ时，()e x x /0=τ，可见松弛时间相当于x 0变化到x 0/e 时所需要的时间。
低分子物质对外场的响应往往是瞬时完成的，因此松弛时间很短，而高分子材料的松弛时间可能很长。高分子的这种松弛特性来源于其结构特性，由于分子链的分子量巨大，几
何构型具有明显不对称性，分子间相互作用很强，本体粘度很大，因此其松弛过程进行得较慢。
不同运动单元的松弛时间不同。运动单元越大，运动中所受阻力越大，松弛时间越长。比如键长、键角的变化与小分子运动相仿，其松弛时间与小分子相当，约10-8-10-10s ；链段运动的松弛时间较长，可达到分钟的数量级；分子整链的松弛时间更长，可长达几分、几小时，甚至几天、几个月。由于高分子材料结构具有多重性，因此其总的运动模式具有一个广阔的松弛时间谱。
了解材料的松弛时间谱十分重要，因为材料的不同性质是在不同的松弛过程（它们具有不同的松弛时间）中表现出来的。在实际测试或使用材料时，只有那些松弛时间与外场作用时间数量级相当的分子运动模式（或性质）最早和最明显地被测试或表现出来。例如要研究链段的运动，实验进行的速度应当掌握在分钟数量级，太快或太慢的实验都不能测到链段的运动。如果要研究分子整链的运动（如材料的流动），实验时间必须长得多。换句话说，高分子材料的松弛特性使得其物理和力学性能与观察和测量的速度（或时间）相关。
（三）分子运动的温度依赖性
温度是分子运动激烈程度的描述，高分子材料的分子运动也强烈地依赖于温度的高低。一般规律是温度升高，各运动单元热运动能力增强，同时由于热膨胀，分子间距增加，材料内部自由体积增加，有利于分子运动，使松弛时间缩短。松弛时间与温度的关系可用Eyring 公式表示：
RT E o e /?=ττ （4-2）
式中τ0是常数，△E 是运动活化能，R 是气体常数，T 是绝对温度。由（4-2）式可见，温度升高，τ变小，松弛过程加快。
由于高分子材料的分子运动既与温度有关，也与时间有关，因此，观察同一个松弛现象，升高温度和延长外场作用时间得到的效果是等同的，在后面章节中将详细介绍这个十分重要的“时—温等效原理”。这一性质也决定了我们在研究测量高分子材料物理性能时，或者规定好测量温度，或者规定好测量时间或速度，否则不易得到正确可靠的结果。
二、高分子材料的力学状态及转变
不同类型高分子材料的力学状态不同，下面按非晶态（无定型）聚合物、结晶聚合物、体型聚合物分别介绍。
（一） 非晶态线型聚合物的力学状态及转变
对尺寸确定的非晶态线型聚合物试样施加一定的外力，并以一定的速度升温，测定试样发生的形变随温度的变化，得到材料的温度-形变曲线，又称热机曲线，如图4-1所示。整条曲线按温度高低可分为五个区，特点如下：
A 区：该区温度低，分子热运动能力小，链段运动处于冻结状态，只有侧基、链节、短支链等小运动单元的局部振动发生，因此材料弹性模量高（～1010N/m 2），形变小（～0.1%-1%），外力撤去后，形变立即消失、恢复原状。材料无论在内部结构还是力学性质方面都类似于低分子玻璃，这种状态称玻璃态。
B 区：该区称玻璃化转变区，是一个对温度变化十分敏感的区域。在此区间内，随温度升高，链段活动能力增加，链段可以通过绕主链上的单键内旋转而改变分子链构象，使形变迅速增加，模量下降3~4个数量级。该区域对应的转变温度称玻璃化转变温度，记为g T 。
C 区：温度进一步升高，链段具有充分的运动能力。在外力作用下，一方面通过链段运动使分子链呈现局部伸展的构象，材料可以发生大形变（～100%-1000%）；另一方面此时的热能还不足以使分子整链运动，分子链相互缠结形成网络，链段又有回复卷曲的趋势。这两
种作用相互平衡，使温度-形变曲线出现一个平台区。处于该区间的高分子材料，模量低，仅为106N ·m -2左右，形变大，外力去除后，形变可以恢复。这种力学状态称高弹态。
D 区：这也是一个对温度十分敏感的转变区，称粘流转变区。由于温度升高，链段的热运动进一步加剧。链段沿外力方向的协同运动，不仅使分子链形态发生改变，而且导致分子链解缠结，分子重心发生相对位移，宏观上表现为出现塑性形变和粘性流动。形变迅速增加，弹性模量下降到104 N ·m -2以下。该区间对应的转变温度称粘流温度，记为f T 。
E 区：温度高于f T 后，大分子链重心发生相对位移的运动占绝对优势，形变继续发展，高分子材料呈熔体（液体）状，这种状态称粘流态。高分子制品的加工成型多在该区域内进行。
图4-1 非晶态线型聚合物的温度-形变曲线
由上可见，在不同外部条件下，非晶态线型聚合物可以存在三种不同的力学状态—玻璃态、高弹态、粘流态，三态之间有两种状态转变过程—玻璃化转变、粘流转变。
与转变过程对应的两个转变温度——玻璃化转变温度g T 、粘流温度f T 是两个十分重要的物理量。从分子运动的观点看，玻璃化转变温度g T 对应着链段的运动状态，温度小于g T 时链段运动被冻结，大于g T 时链段开始运动。粘流温度f T 对应着分子整链的运动状态，温度小于f T 时分子链重心不发生相对位移，大于f T 时分子链解缠结，出现整链滑移。
不同高分子材料具有不同的转变温度，在常温下处于不同的力学状态。如橡胶的g T 较低，一般是零下几十度，如天然橡胶g T = -73℃,顺丁橡胶g T = -108℃。常温下橡胶处于高弹态，表现出高弹性，g T 规定为其最低使用温度，即耐寒温度。塑料的g T 较高，如聚氯乙烯
g T =87℃，聚苯乙烯g T =100℃，常温下处于硬而脆的玻璃态，g T 为其最高使用温度，也即
耐热温度。
另须指出，从热力学相态角度看，玻璃态、高弹态和粘流态均属液相，非晶态线型聚合物处于这三态时，分子排列均是无序的。三态之间的差别主要是变形能力不同，即模量不同。从分子热运动角度来看，三态的差别只不过是分子运动能力不同而已，因此从玻璃态到高弹态到粘流态的转变均不是热力学相变。
（二） 结晶聚合物的力学状态及转变
结晶聚合物的力学状态与结晶度和聚合物分子量大小有关。
低结晶度聚合物中结晶区小，非晶区大，非晶部分有玻璃化转变温度g T 决定其力学状态，结晶部分则有熔点m T 决定其力学状态。当温度高于g T 而低于m T 时（g T < T 然非晶区的链段开始运动，但由于晶区没熔融，微晶限制了整链的运动，材料仍处于高弹态。只有当温度高于m T ，晶区熔融，且分子整链相对移动（T >f T ），材料才进入粘流态。 高结晶度聚合物中（结晶度>40%）结晶相形成连续相，低温时处于类玻璃态，材料可作为塑料、纤维使用。温度升高，玻璃化转变不明显，而晶区熔融为主要的状态转变。晶区熔融后或者直接进入粘流态（若材料分子量低，f T 图4-2 结晶聚合物的温度-形变曲线 （三） 体型聚合物的力学状态 体型聚合物由于分子链间存在交联化学键，限制了整链运动，因此其特点是不溶、不熔。尽管如此，在合适条件下，链段仍能运动，根据链段运动与否可判断其处于玻璃态或是高弹态。 当交联度较小时，网链较长，网链构象的变化仍可按高斯链处理。此时材料仍有玻璃化转变温度g T 。根据环境温度高或低于g T ，可判断材料处于高弹态或玻璃态。当交联度大时，链段运动困难，玻璃化转变难以发生，材料始终处于玻璃态。通常热固性树脂，如酚醛树脂、环氧树脂等，其交联度（固化程度）高，它们是一类强度高、硬而脆的塑料。硫化橡胶作弹性体用，要求其处于高弹态，交联度必需恰当控制。 三、高分子材料的玻璃化转变 （一）玻璃化转变现象 玻璃化转变是高分子材料力学状态变化中的普遍现象，玻璃化转变温度g T 是高分子材料最重要的特征温度。玻璃化转变的实质是链段运动被“冻结”或“解冻”的状态变化。在玻璃化转变前后，材料的比容、热力学性质、力学及电学性质都发生明显变化。测量这些性质随温度的变化可确定玻璃化转变温度的大小（图4-3）。 图4-3 聚醋酸乙烯酯的比容-温度曲线 按照热力学相变定义，当材料力学状态出现转变时，若体系Gibbs 自由能G 连续变化，而G 的一阶导数，如焓H 、熵S 或体积V 出现不连续突变，此类转变称热力学一级相转变。若Gibbs 自由能G 的一阶导数在转变点连续，而二阶导数，如比热容C p 、体积膨胀系数α和等温压缩系数k 出现不连续突变，此类转变称热力学二级相转变。 由于高分子材料在玻璃化转变时，具有热力学二级转变的特征，早期曾被认为是二级相转变。实际上高分子材料的玻璃化转变并非真正的热力学二级转变，一个真正的二级转变应 是热力学平衡过程，与加热的速度和测量方法无关，而聚合物的玻璃化温度的确定却强烈地依赖加热的速度和测量方法。图4-3中，聚醋酸乙烯酯的比容-温度曲线上转折点的位置与冷却（或升温）速度有关。冷却快时测得的g T 高，冷却慢时测得g T 低，这表明高分子材料的玻璃化转变不是真正的二级相转变，而是高分子链段运动的一种松弛过程。 （二）玻璃化转变的机理 关于说明玻璃化转变的机理，曾从不同角度提出了几种理论，其中影响最大的是自由体积理论，由Fox 和Flory 于1950年提出。 Fox 和Flory 认为，液体、固体的宏观体积从微观看可分成两部分：一是分子本身占有体积，是体积的主要部分，二是分子堆砌形成的空隙或未占有的“自由体积”，如具有分子尺寸的空穴和堆砌缺陷等。这种未被占据的自由体积，是分子赖以移动和构象重排的场所，其大小或占据百分率决定着分子（对高分子材料而言是链段）运动的状态。 在玻璃化温度以上，自由体积较大，为链段运动提供了空间保证，材料处于高弹态。温度变化时，材料体积的变化由分子占有体积和自由体积的共同变化组成。温度降低，自由体积减小。降至玻璃化转变温度时，自由体积降到最低值。此时的自由体积已不足以提供链段运动的空间，使链段运动被冻结，材料处于玻璃态。在玻璃态中，材料体积随温度的变化将只取决于分子占有体积的变化，自由体积处于冻结状态，保持不变。这种观点是玻璃化转变的等自由体积理论的基础。 图4-4 自由体积理论示意图 考察非晶态线型聚合物的体积膨胀曲线（图4-4）。设V 0是玻璃态聚合物在绝对零度（0K ）时的分子占有体积，V f 是玻璃态自由体积，V g 是玻璃化温度g T 时材料总体积，按照体积的热膨胀规律，应有： g g f g T dT dV V V V )( 0++= （4-3） 式中g dT dV )(为玻璃态聚合物的膨胀率，即分子占有体积的膨胀率（注意在玻璃态范围内， V f 是不变的）。当T >g T 材料变为高弹态（或液态）时，聚合物的总体积V l 等于： )()(g l g l T T dT dV V V -+= （4-4） 式中l dT dV )(为高弹态聚合物的膨胀率（包括分子占有体积和自由体积两部分的膨胀）。可见， 自由体积的膨胀率应为高弹态膨胀率和玻璃态膨胀率之差g l dT dV dT dV )()(-，且仅在高弹态才有 自由体积的膨胀。 在g T 附近，定义玻璃态和高弹态聚合物的膨胀系数分别为： g g g dT dV V )( 1-=α （4-5） l g l dT dV V )(1-=α （4-6） 自由体积在g T 附近的膨胀系数则应为两者之差： g l f αααα-=?= （4-7） 若以f 表示自由体积与实际体积之比，称为自由体积分数，则发生玻璃化转变时的自由体积分数为： g f g V V f /= （4-8） 在温度高于g T 不多时，高弹态聚合物的自由体积分数近似为： )(g f g T T f f -+=α （4-9） 当聚合物从较高温度冷却时，温度降到g T 附近，聚合物的膨胀系数发生变化，由l α变为g α，根据此变化可确定玻璃化转变是否发生。同理在g T 附近，自由体积分数也发生变化，由f 变为g f 。有趣的是，实验发现许多高分子材料在玻璃化温度附近的自由体积分数相差不大，均接近于0.025（表4-1），这从一个方面支持了玻璃化转变的等自由体积理论。 表4-1 几种无定形高聚物在T 时的自由体积分数 根据自由体积理论，高分子材料的玻璃化转变可以理解成一种体积松弛过程。当聚合物从较高温度（高于g T ）冷却时，材料内链段占有体积不断缩小，自由体积也通过链段的运动，逐步转移到材料表面而释出，自由体积缩小。这种缩小与链段运动的松弛速度有关。若冷却速度较慢，链段运动有充分时间松弛，占有体积缩小得多，自由体积释放得也多，则由体积-温度曲线测得的g T 较低。若冷却速度快，由于体系粘度大，链段运动慢，链段占有体积缩小得慢，自由体积也不能及时释出，测得的g T 就高。冷却速度越快，所测得g T 也越高，表明高分子材料的玻璃化转变是一种体积松弛过程。同样在升温过程中测玻璃化转变温度，升温速度越快，测得的g T 也越高。 （三）影响玻璃化温度的因素 玻璃化转变温度g T 定义为高分子链段开始冻结（或运动）的温度，因此凡是(1)使分子链柔性增加（从而链段体积小），使分子间作用力降低（由此链段活动能力增大）的结构因素均会导致g T 下降；反之，凡导致链段活动能力下降的因素均使g T 升高。掌握影响玻璃化温度的因素及其规律十分重要，因为这提供了改变材料玻璃化温度从而改善材料耐热性和耐寒性的方法。 1、主链结构的影响 主链结构为—C —C —、—C —N —、—Si —O —、—C —O —等单键的非晶态聚合物，内旋转势垒小，分子链柔性大，其g T 较低；尤其主链含有醚键及孤立双键的高分子，其单键内旋转更加容易，柔性比纯—C —C —链高分子大，g T 更低。例如聚二甲基硅氧烷的g T = -123℃，是耐低温性能好的合成橡胶。 主链中含有苯环、萘环等杂环时，分子链柔顺性下降，刚性增大，因而g T 升高。例如聚碳酸酯的g T =150℃，聚苯醚的g T =220℃，见表4-2。提高玻璃化温度是设计合成耐热高分子的主要指导思想。 2、侧基、侧链的影响 侧基对g T 的影响包括侧基极性、侧基体积及侧基对称性的影响 等。以乙烯基类 CH 2CH n X 聚合物为例，当侧基X 为极性基团时，由于内旋转活化能及分子 间作用力增加，使g T 升高。如聚丙烯（X 为CH 3）的g T =-10℃；聚氯乙烯（X 为Cl ）极性较大，玻璃化温度也较高，g T =87℃；聚乙烯醇（X 为OH ，g T =85℃）、聚丙烯腈（X 为CN ，g T =104℃）侧基的极性大，玻璃化温度也高。 若X 为非极性侧基，其对g T 的影响主要看空间阻碍效应。侧基体积越大，对单键内旋转阻碍越大，分子链柔性下降，g T 升高。例如聚苯乙烯的侧基为一个大苯环，g T 上升到100℃；聚乙烯基咔唑的侧基更大（见表4-2），其g T 为208℃。 当侧基在分子链上对称分布时，无论侧基是极性还是非极性的，其g T 均低于不对称取代的高分子。这是因为对称取代基的偶极矩相互抵消，使分子链柔性提高的结果。聚异丁烯与聚丙烯相比，聚异丁烯的两个甲基取代基对称分布，其玻璃化温度（g T =-70℃）低于聚 T=-10℃）；聚偏二氯乙烯与聚氯乙烯相比，前者分子链上的氯原子对称分布，偶极丙烯（ g T=-19℃）。 矩抵消，玻璃化温度低（ g 表4-2 部分高分子材料的玻璃化转变温度 基长度增加，材料的g T 反而更低。以聚丙烯酸酯类 CH 2 CH n COOR 为例，取代基R 分别为甲 基（CH 3）、乙基（C 2H 5）、丁基（C 4H 9）时，材料的玻璃化温度依此降低，分别为g T =3℃、-24℃、-56℃。 3、分子量的影响 一般规律是分子量较低时，聚合物的g T 随分子量增加而升高；当分子量超过某一临界值后，g T 与分子量无关，经验公式为： ()n g g M K T T - ∞= （4-10） 式中()∞g T 为分子量无限大时聚合物的玻璃化温度，n M 为数均分子量，K 为常数。 4、分子间作用力的影响 分子间作用力越强，材料的内聚能越高，链段运动所需的热能越大，使材料玻璃化温度增高。比如当分子链间形成强氢键时，由于分子间作用增强，g T 升高。尼龙类材料与聚己二酸乙二酯分子链的柔顺性相当，后者的玻璃化温度仅为-70℃，而尼龙类材料由于分子链间有强氢键存在，其g T 升高，尼龙-6，尼龙-66的玻璃化温度均为50℃左右。 5、共聚、共混的影响 共聚和共混是改变聚合物玻璃化温度的重要方法。无规共聚物的玻璃化温度一般介于两种均聚物的玻璃化温度之间，并随其中某一组分含量的增加呈线性或非线性变化。曾提出许多计算无规共聚物g T 的方程，较常用的Fox 方程为： B g B A g A g T w T w T ,,///1+= （4-11） 式中g T 为共聚物的玻璃化温度；T g ，A 、T g ，B 分别为均聚物组分A 、B 的玻璃化温度；w A 、w B 为组分A 及B 在共聚物中的重量分数。 对嵌段或接枝共聚物，若两组分A 和B 的相溶性差且形成的微相区较大，则共聚物会出现两个g T ，各相当于A 、B 两个均聚物的g T ；若A 和B 相溶性好，可能只出现一个g T 。 两种聚合物共混时，一般出现两个g T 。随着两相相溶性的改善，两个g T 有靠近的趋势。 对于由A 和B 两个各自交联的网络互相穿插在一起而形成的互穿聚合物网络（IPN ），也会出现两个分别代表A 、B 特征的g T 。 6、增塑剂的影响 增塑剂是一种具有低挥发性的小分子液体，加入聚合物中能有效降低材料的玻璃化温度。增塑剂分子与高分子间具有较强的亲和力，它的加入使分子链间的作用力减弱，玻璃化温度g T 和流动温度f T 均降低，材料的使用性能及加工性能改变。例如纯聚氯乙烯室温下为硬塑料，可制成板材、管材等硬制品，若加入20%~40%的邻苯二甲酸二辛酯，玻璃化温度可降至-30℃，室温下呈高弹态，可用作橡胶代用品。 关于增塑剂使聚合物g T 降低的估算可仿照无规共聚物进行。除（4-11）式外，另一个常用公式为： d g d p g p g T T T ,,φφ+= （4-12） 式中T g ，p 、T g ，d 分别为聚合物与增塑剂的玻璃化温度；φp 、φd 为聚合物与增塑剂的体积分数，φp +φd =1。实际材料中，增塑剂的用量一般为10%~40%，用量过大会降低产品的力学性能。 除上述影响聚合物玻璃化温度的主要因素之外，还有其他结构因素如交联、结晶、立构 规整度以及外界条件如外力作用时间、外力类型、升温速率等也对聚合物玻璃化温度有影响，可参看有关书籍。需要指出的是，不同文献给出的一些聚合物的g T ，有时略有差异，有时多于一个以上，这与不同作者采用不同的测定方法有关。 四、玻璃态和结晶态聚合物的次级转变（次级松弛） 从分子运动的观点看，玻璃化转变及结晶熔融都是由链段运动状态改变引起的，通常称高分子材料的主转变，或α转变。玻璃化转变温度及结晶熔融温度在松弛谱图上的位置分别用a α、c α表示。转变温度低于g T （或m T ）的转变称作次级转变，或次级松弛。次级转变是由小于链段的小尺寸结构单元（如链节、侧基、键长键角等）运动状态改变引起的松弛过程。这些松弛过程的松弛时间较短，活化能较低，因而发生的温度较低。通常按照转变出现的温度由高到低命名各次级转变为β、γ、δ……转变，这种命名并非严格的指明何种次级转变一定对应着何种结构单元的分子运动，有时在这种聚合物的β松弛与另一种聚合物的β松弛有完全不同的分子机理。 研究高分子材料的次级转变有重要的实际意义和理论意义。由于次级转变反映了材料在低温区的分子运动状态，故藉此可研究材料的低温物理性能，如低温韧性及耐寒性等。对塑料而言，只有具备良好的低温韧性，才有更高的使用价值。现代科学技术的发展要求高分子材料在低温甚至超低温领域也能适用，而研制和开发耐低温材料需要研究高分子次级转变。另外，研究次级转变无疑也有助于了解高分子细微结构及运动状态与材料性能的关系。 次级松弛现象通常用动态粘弹谱或动态介电谱实验来研究。用动态粘弹谱仪是测量在一定频率下材料的损耗模量E ''~温度谱或损耗正切tg δ~温度谱；用介电损耗实验是测量材料的介电损耗tg δ~温度谱。图4-5给出典型的聚合物力学损耗~温度谱图，图中除给出玻璃化转变峰和熔融峰a α、c α外，还给出低温区的次级转变β、γ、δ峰。 图4-5 典型的聚合物动态力学损耗-温度谱 不同材料发生次级转变的分子运动模式不同。对于非晶高分子，主要有小于链段的小范围主链运动和侧基、侧链的运动。小范围主链运动包括碳-碳链上键长的伸缩振动，键角的变形振动，链节围绕单键的扭曲振动，以及杂链高分子中杂原子部分的运动，如聚碳酸酯的 酯基运动、聚酰胺中O C N H 的运动等。这些运动产生β转变。侧基、侧链的运动包括侧基的转动，侧基中基团的运动，以及较长侧链中的曲柄运动等，其运动状况与侧基、侧链的体积及在分子链的位置有关。如聚苯乙烯中苯环的内旋转、聚甲基丙烯酸甲酯中酯甲基的旋转都产生β转变；在—COOR 中的R 基转动时，若R 为—C 3H 7或—C 4H 9，将引起γ转变，若R 为—CH 3，引起δ转变。 结晶高分子的情况更复杂些。一方面结晶高分子的非晶区部分也有上述各种小范围分子运动模式，其运动还受到晶区的牵制；另一方面晶区部分尚有多种分子运动，例如晶型的转变、晶区的链段运动、晶区内部侧基和链端的运动、晶区缺陷的局部运动等。图4-6给出聚乙烯的动态力学损耗-温度谱。可以看到，低密度聚乙烯谱图中有α、β、γ松弛峰，而高密度聚乙烯没有β峰，其α峰则分裂成α、α’两个峰。实验已证实，聚乙烯的α峰相应于 晶区的分子运动，如晶区的预熔（晶区中分子链扭转和平移）、结晶片层的滑移及片晶表面分子链的运动，α转变为主转变；β峰由非晶区内分子链支化点的运动引起，高密度聚乙烯没有长支链，所以支化点运动的影响不明显；γ松弛峰相应于更小结构单元的运动，如非晶区内局部链节的曲轴运动、晶区缺陷处链的扭曲运动等。高密度聚乙烯结晶度高，晶区分子运动的影响更显著，α’峰则可能由于晶片边界的滑动引起的。 图4-6 聚乙烯的动态力学损耗-温度谱 五、高分子材料的耐热和耐寒性能 有机高分子材料在长期高温环境中，会发生两种变化。一是物理变化，如软化、熔融等，破坏尺寸稳定性；另一种是化学变化，如发生分解、氧化、环化、交联、降解等反应，破坏成分稳定性。在低温或超低温环境中，高分子材料则可能出现硬化、脆化等现象。材料发生这些变化将导致性能下降，寿命缩短，乃至失去使用价值。评价高分子材料的耐热性和耐寒性，即要求在使用的温度环境中，材料在相对长时间内不发生上述变化。 对于结晶度高的材料，其使用温度主要由熔点m T 决定；对于无定型高分子材料，使用温度主要由玻璃化温度g T 决定。对于塑料来讲，g T 是其耐热性的标志，对于橡胶而言，g T 则是耐寒性的标志。此外，表征材料热性能的参数还有：分解温度d T （通常d T >m T 或f T ）和脆化温度b T （b T 提高材料耐热性的关键是提高材料的g T 、m T 和d T ，主要方法为：1）提高分子链的刚性，在主链中减少单键，引入共轭双键或环状结构。大部分耐热高分子主链上有此类结构，如聚砜，g T =190℃，结构式为： CH 3 O —O — —C — —O — —S — — CH 3 O 2）提高分子链的规整性，提高结晶度；或引入极性基团，使分子间产生氢键，增强分子间作用力，提高g T 。如普通的无规聚苯乙烯（a-PS ）的g T =100℃，而全同立构聚苯乙烯（i-PS ）可以结晶，其熔点m T =240℃。3）采用交联方法，限制分子链运动，既提高耐热性，又提高物理、力学性能。如辐射交联的聚乙烯，耐热温度达250℃，远高于聚乙烯的熔点；又如具有交联结构的热固性树脂，其耐热性一般都较好。4）采用复合方法，如尼龙-66的热变形温度约80℃，将其与30%的玻璃纤维复合后，不仅强度提高，热变形温度也升高到250℃。 5）关于橡胶材料的耐热性。为了保证橡胶高弹性不受损，不能采用提高分子链刚性、或结晶、交联等方法，原则上只能从提高分子化学键键能着手（选用耐热橡胶品种），使之不易发生热降解或热交联。 改善橡胶材料的耐寒性。原则上应考虑增大分子链柔顺性，减少分子间作用力，削弱 T，降低结晶能力。主要方法有1）增塑法。分子链中规整部分的化学结构和组成，降低 g T。2）改性法。改变橡胶分子采用凝固点低、粘度大、沸点高、蒸汽压低的增塑剂，降低 g 链结构（如顺式、反式结构比例），降低结晶速度。硅橡胶（聚二甲基硅氧烷）是一种既耐热又耐寒的优良橡胶。使用温度从-70℃到250℃，原因在于一则Si—O键的键能大（大于C—C键），不易热分解，二则其内旋转位垒低，分子链柔顺性好。 经典自由电子理论推导 推导各向同（异）性材料的体膨胀系数和线膨胀系数的关系 二、计算题 在500单晶硅中掺有的硼，设杂质全部电离球该材料的电阻率，（设u= ，硅密度2.33g/cm^3,硼原子量为10.8） 假设X射线用铝材屏蔽，如果要是95%的X射线能量不能透过，则铝材的厚度至少要多少？铝的吸收系数为0.42cm-1 三、名词解释 马基申定则：总的电阻包括金属的基本电阻和溶质浓度引起的电阻（与温度无关）。 本征半导体：纯净的无结构缺陷的半导体单晶 介质损耗：电介质在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能量成为电介质的介质损耗磁化：任何物质处于磁场中，均会使其所占有的空间的磁场发生变化，这是由于磁场的作用使物质表现出一定的磁性，该现象称为磁化（单位体积的磁矩称为磁化强度）本征磁矩：原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩构成的原子固有磁矩称为本征磁矩 自发磁化：在铁磁物质内部存在着很强的与外磁场无关的“分子场”，在这种分子场作用下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发的磁化至饱和， 磁畴：居里点下，铁磁体自发磁化成若干个小区域，称为磁畴 磁晶各向异性：在单晶体的不同晶向上，磁性能是不同的，称为~ 形状各向异性：不同形状的试样磁化行为是不同的，该现象称为~ 磁致伸缩：铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化这种现象称为~ 技术磁化：在外磁场作用下铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和状态的内部变化过程 双光束干涉：两束光相遇后，在光叠加区，光强重新分布，出现明暗相间，稳定的干涉条纹（条件：频率相同振动方向一致，并且有固定的相位关系） 衍射：光波遇到障碍物时，在一定程度上能绕过障碍物进入几何阴影区。 色散：材料的折射率随入射光的波长而变化 折射率的色散：材料的折射率随入射光的频率减小而减小的性质 双折射：由一束入射光折射后分成两束光的现象。符合折射率的是寻常光，不然是非常光二向色性：晶体结构的各向异性不仅能产生折射率的各向异性（双折射），而且能产生吸收率的各向异性 四、问答题 1.经典自由电子理论与量子自由电子理论异同 同：金属晶体中，正离子形成的电场是均匀的，价电子是自由的， 异：经典理论认为没有施加外电场时，自由电子沿各个方向运动的几率相同，不产生电流？ 量子理论认为每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，所有价电子有不同的能级。 2.评价电介质的主要电学性能指标有哪些？ 介电常数、耐电常数、损耗因数、体电阻率和表面电阻率、前三个属于介电性，后者导电性3.电介质的极化基本形式 电子式极化、离子式极化、偶极子极化、空间电荷极化 1、 ?拉伸曲线： ?拉伸力F－绝对伸长△L的关系曲线。 ?在拉伸力的作用下，退火低碳钢的变形过程四个阶段： ?1）弹性变形：O～e ?2）不均匀屈服塑性变形：A～C ?3）均匀塑性变形：C～B ?4）不均匀集中塑性变形：B～k ?5）最后发生断裂。k～ 2、弹性变形定义： ?当外力去除后，能恢复到原形状或尺寸的变形－弹性变形。 ?弹性变形的可逆性特点： ?金属、陶瓷或结晶态的高分子聚合物：在弹性变形内，应力－应变间具有单值线性 关系，且弹性变形量都较小。 ?橡胶态高分子聚合物：在弹性变形内，应力－应变间不呈线性关系，且变形量较大。 ?无论变形量大小和应力－应变是否呈线性关系，凡弹性形变都是可逆变形。 3、弹性比功：（弹性比能、应变比能），用a e 表示， ?表示材料在弹性变形过程中吸收弹性变形功的能力。 ?一般用材料开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 ?物理意义：吸收弹性变形功的能力。 ?几何意义：应力σ-应变ε曲线上弹性阶段下的面积。 4、理想弹性材料：在外载荷作用下，应力-应变服从虎克定律，即σ＝Eε，并同时满足3个条件，即： ?①应变对于应力的响应是线性的； ?②应力和应变同相位； ?③应变是应力的单值函数。 ?材料的非理想弹性行为： ?可分为滞弹性、伪弹性及包申格效应等几种类型 5、滞弹性(弹性后效) ?滞弹性：是指材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹 性应变的现象。 6、实际金属材料具有滞弹性。 ?1）单向加载弹性滞后环 ?在弹性区内单向快速加载、卸载时，加载线与卸载线会不重合（应力和应变不同步）， 形成一封闭回线，称为弹性滞后环。 ?2）交变加载弹性滞后环 ?交变载荷时，若最大应力＜宏观弹性极限，加载速率比较大，则也得到弹性滞后环(图 b)。 ?3）交变加载塑性滞后环 ?交变载荷时，若最大应力＞宏观弹性极限，则得到塑性滞后环（图c）。 7、材料存在弹性滞后环的现象说明：材料加载时吸收的变形功> 卸载时释放的变形功，有一部分加载变形功被材料所吸收。 ?这部分在变形过程中被吸收的功，称为材料的内耗。 ?内耗的大小：可用滞后环面积度量。 8、金属材料在交变载荷(振动)下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫金属的“内耗”。 ?严格说，循环韧性与内耗是有区别的，但有时常混用。 ?循环韧性： ?指材料在塑性区内加载时吸收不可逆变形功的能力。 ?内耗： ?指材料在弹性区内加载时吸收不可逆变形功的能力 9、循环韧性：也是金属材料的力学性能，因它表示在交变载荷(振动)下吸收不可逆变形功的能力，故又称为消振性。 ?材料循环韧性越高，则自身的消振能力就越好。 ?高的循环韧性可减振：如汽轮机叶片（1Cr13），机床材料、发动机缸体、底座等选 用灰铸铁制造。 ?低循环韧性可提高其灵敏度：如仪表和精密机械、重要的传感元件。 ?乐器所用材料的循环韧性越低，则音质越好。 10、伪弹性有些合金如（Au金-Cd镉，In铟-Tl铊等）在受一定应力时会诱发形成马氏体，相应地产生应变，应力去除后马氏体立即逆变为母相，应变回复 11、当材料所受应力超过弹性极限后，开始发生不可逆的永久变形，又称塑性变形。 12、单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。 ?正应力：只能引起弹性变形及解理断裂。 ?只有在切应力的作用下，金属晶体才能产生塑性变形。 13、金属材料常见的塑性变形方式：滑移和孪生两种。 14、滑移现象： ?表面经抛光的金属单晶体在拉伸时，当应力超过屈服强度时，在表面会出现一些与 应力轴成一定角度的平行细线。 ?在显微镜下，此平行细线是一些较大的台阶（滑移带）。 ?滑移带：又是由许多小台阶组成，此小台阶称为滑移线 《材料物理性能》教学大纲 教学内容: 绪论(1 学时) 《材料物理性能》课程的性质,任务和内容,以及在材料科学与工程技术中的作用. 基本要求: 了解本课程的学习内容,性质和作用. 第一章无机材料的受力形变(3 学时) 1. 应力,应变的基本概念 2. 塑性变形塑性变形的基本理论滑移 3. 高温蠕变高温蠕变的基本概念高温蠕 变的三种理论 第二章基本要求: 了解:应力,应变的基本概念,塑性变形的基本概念,高温蠕变的基本概念. 熟悉:掌握广义的虎克定律,塑性变形的微观机理,滑移的基本形态及与能量的关系.高温蠕变的原因及其基本理论. 重点: 滑移的基本形态,滑移面与材料性能的关系,高温蠕变的基本理论. 难点: 广义的虎克定律,塑性变形的基本理论. 第二章无机材料的脆性断裂与强度(6 学时) 1.理论结合强度理论结合强度的基本概念及其计算 2.实际结合强度实际结合强度的基本概念 3. 理论结合强度与实际结合强度的差别及产生的原因位错的基本概念,位错的运动裂纹的扩展及扩展的基本理论 4.Griffith 微裂纹理论 Griffith 微裂纹理论的基本概 念及基本理论,裂纹扩展的条件 基本要求: 了解:理论结合强度的基本概念及其计算;实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件熟悉:理论结合强度和实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件. 重点: 裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件难点: Griffith 微裂纹理论的 基本概念及基本理论 第三章无机材料的热学性能(7 学时) 1. 晶体的点阵振动一维单原子及双原子的振动的基本理论 2. 热容热容的基本概念热容的经验定律和经典理论热容的爱因斯坦模型热容的德拜模型 3.热膨胀热膨胀的基本概念热膨胀的基 材料物理性能习题与解答 目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37) 1材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解：根据题意可得下表 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm，受到应力为1000N拉力，其氏模量为3.5×109 N/m2，能伸长多少厘米? 解： 拉伸前后圆杆相关参数表 ) ( 0114 .0 10 5.3 10 10 1 40 1000 9 4 0cm E A l F l E l l= ? ? ? ? ? = ? ? = ? = ? = ? - σ ε 10 909 .4 0? 0851 .0 1 = - = ? = A A l l ε 名义应变 1-3一材料在室温时的氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。 解：根据 可知： 1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。 证： 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： )21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈?=+?=+=μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(3105.3)21(388 MPa Pa E B ≈?=-?=-=μ体积模量. ,.,1 1 2 1 212 12 1 2 1 21 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝====∝= ===???? ? ?亦即做功或者： 亦即面积εεεεεεεσεσεσ)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量). 1()()(0)0() 1)(()1()(10 //0 ----= = ∞=-∞=-=e e e E t t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为 苯的性质： 苯的分子式C6H6,分子量78，沸点为80.1℃，熔点为+5.5℃，闪点-10.11℃(闭杯) 自燃点562.22℃爆炸极限1.2 - 8.0 % 在常温下是一种无色、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，相对密度0.8787g/ml，但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯。苯能与水生成恒沸物，沸点为69.25℃，含苯91.2％。因此，在有水生成的反应中常加苯蒸馏，以将水带出。苯的危害性及处理方法： 苯对中枢神经系统产生麻痹作用，引起急性中毒，有致癌可能性。重者会出现头痛、恶心、呕吐、神志模糊、知觉丧失、昏迷、抽搐等，严重者会因为中枢系统麻痹而死亡。少量苯也能使人产生睡意、头昏、心率加快、头痛、颤抖、意识混乱、神志不清等现象。吸入20000ppm的苯蒸气5-10分钟便会有致命危险。摄取：可引起急性中毒，麻痹中枢神经，需要充分漱口，喝水，尽快洗胃。 吸入：可导致呼吸困难。严重者可能导致呼吸及心跳停止。 皮肤：变干燥，脱屑，皴裂，有的可能发生过敏性湿疹。 眼睛：有刺激性，需用大量清水冲洗。 进入苯的环境中要带防毒面具或空气呼吸器以作防护处理。 灭火方法 燃烧性：易燃 灭火剂：泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。用水灭火无效。 乙苯的性质： 分子式：C8H10 分子量：106.16 ，无色液体，有芳香气味。熔点(℃)：-94.9 沸点(℃)：136.2 ，相对密度(水=1)：0.87 ，相对蒸气密度(空气= 1)： 3.66 ，饱和蒸气压(kPa)： 1.33(25.9℃) ，临界温度(℃)：343.1 ，临界压力(MPa)：3.70 ，闪点(℃)：15 ，引燃温度(℃)：432 ，爆炸上限%(V/V)：6.7 ，爆炸下限%(V/V)：1.0 。 主要用途：用于有机合成和用作溶剂，造苯乙烯的原料等。 健康危害：本品对皮肤、粘膜有较强刺激性，高浓度有麻醉作用。急性中毒：轻度中毒有头晕、头痛、恶心、呕吐、步态蹒跚、轻度意识障碍及眼和上呼吸道刺激症状。重者发生昏迷、抽搐、血压下降及呼吸循环衰竭。可有肝损害。直接吸入本品液体可致化学性肺炎和肺水肿。慢性影响：眼及上呼吸道刺激症状、神经衰弱综合征。平时接触可用水清洗，多喝纯牛奶。 危险特性：易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。与氧化剂接触猛烈反应。流速过快，容易产生和积聚静电。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解： 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量 ) (1.323)84 05.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(1 //0 ----= = ∞=-∞=-=e E E e e E t t t στεσεεεσετ τ ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为1.0 1.0 0816.04.25 .2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变)(91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .0100 =-=?=A A l l ε名义应变)(99510 524.445006MPa A F T =?==-σ真应力 第一章电学性能 1.1 材料的导电性 ，ρ称为电阻率或比电阻，只与材料特性有关，而与导体的几何尺寸无关，是评定材料导电性的基本参数。ρ的倒数σ称为电导率。 一、金属导电理论 1、经典自由电子理论 在金属晶体中，正离子构成了晶体点阵，并形成一个均匀的电场，价电子是完全自由的，称为自由电子，它们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样，因此又称为“电子气”。它们的运动遵循理想气体的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用类似于机械碰撞。当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向作定向加速运动，从而形成了电流。在自由电子定向运动过程中，要不断与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是产生电阻的原因。 2、量子自由电子理论 金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，可以在整个金属中自由运动。但金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级。 0K时电子所具有最高能态称为费密能E F。 不是所有的自由电子都参与导电，只有处于高能态的自由电子才参与导电。另外，电子波在传播的过程中被离子点阵散射，然后相互干涉而形成电阻。 马基申定则：′，总的电阻包括金属的基本电阻和溶质（杂质）浓度引起的电阻（与温度无关）；从马基申定则可以看出，在高温时金属的电阻基本取决于，而在低温时则决定于残余电阻′。 3、能带理论 能带：由于电子能级间隙很小，所以能级的分布可看成是准连续的，称为能带。 图1-1(a)、(b)、(c)，如果允带内的能级未被填满，允带之间没有禁带或允带相互重叠，在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流，具有这种能带结构的材料就是导体。 图1-1(d)，若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没有活动的余地，即便是禁带上面的能带完全是空的，在外电场作用下电子也很难跳过禁带，具有这种能带结构的材料是绝缘体。 材料物理性能考试重点、复习题 精品资料 1.格波：在晶格中存在着角频率为ω的平面波，是晶格中的所有原子以相同频率振动而 形成的波，或某一个原子在平衡附近的振动以波的形式在晶体中传播形成的波 2.色散关系：频率和波矢的关系 3.声子：晶格振动中的独立简谐振子的能量量子 4.热容：是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K 所需要增加的能量。 5.两个关于晶体热容的经验定律：一是元素的热容定律----杜隆-珀替定律：恒压下元素的 原子热容为25J/(K*mol);另一个是化合物的热容定律-----奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。 6.热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀 7.固体材料热膨胀机理：材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶 格结点上原子振动的平衡位置间的距离。材料温度一定时，原子虽然振动，但它平衡位置保持不变，材料就不会因温度升高而发生膨胀；而温度升高时，会导致原子间距增大。 8.温度对热导率的影响：在温度不太高时，材料中主要以声子热导为主,决定热导率的因 素有材料的热容C、声子的平均速度V和声子的平均自由程L,其中v通常可以看作常数,只有在温度较高时,介质的弹性模量下降导致V减小。材料声子热容C在低温下与温度T3成正比。声子平均自由程V随温度的变化类似于气体分子运动中的情况，随温度升高而降低。实验表明在低温下L值的变化不大，其上限为晶粒的线度，下限为晶格间距。在极低温度时，声子平均自由程接近或达到其上限值—晶粒的直径；声子的热容C则与T3成正比；在此范围内光子热导可以忽略不计，因此晶体的热导率与温度的三次方成正比例关系。在较低温度时，声子的平均自由程L随温度升高而减小，声子的热容C仍与T3成正比，光子热导仍然极小，可以忽略不计，此时与L相比C对声子热导率的影响更大,因此在此范围内热导率仍然随温度升高而增大,但变化率减小。 在较高温度下，声子的平均自由程L随温度升高继续减小,而声子热容C趋近于常数,材料的热导率由L随温度升高而减小决定。随着温度升高,声子的平均自由程逐渐趋近于其最小值,声子热容为常数,光子平均自由程有所增大,故此光子热导逐步提高,因此高温下热导率随温度升高而增大。一般来说,对于晶体材料，在常用温度范围内，热导率随温度的上升为下降。 9.影响热导率的因素:1）温度的影响，一般来说，晶体材料在常用温度范围内，热导率随 温度的上升而下降。2）显微结构的影响。3）化学组成的影响。4）复合材料的热导率 10.热稳定性：是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，所以又称为抗热震性。 11.常用热分析方法：1）普通热分析法2）差热分析3）差示扫描量热法4）热重法 12.光折射：当光依次通过两种不同介质时，光的行进方向要发生改变，这种现象称为折 射 13.光的散射：材料中如果有光学性能不均匀的结构，例如含有透明小粒子、光性能不同 的晶界相、气孔或其他夹杂物，都会引起一部分光束偏离原来的传播方向而向四面八方散开来，这种现象称为光的散射。 14.吸收：光通过物质传播时，会引起物质的价电子跃迁或使原子振动，从而使光能的一 部分转变为热能，导致光能的衰减的现象 15.弹性散射：光的波长（或光子能量）在散射前后不发生变化的，称为弹性散射 16.按照瑞利定律，微小粒子对波长的散射不如短波有效，在可见光的短波侧λ=400nm 处，紫光的散射强度要比长波侧λ=720nm出红光的散射强度大约大10倍 17.色散：材料的折射率随入射光的频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为材仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2 苯的性质及应用 分子式：C6H6 物理性质 苯的沸点为80.1℃，熔点为5.51℃，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重。苯难溶于水，易溶于有机溶剂，苯也是一种良好的有机溶剂。 化学性质 苯参加的化学反应大致有3种：一种是其他基团和苯环上的氢原子之间发生的取代反应；一种是发生在碳原子之间的共价键上的加成反应；一种是苯环的断裂。 一、取代反应 1、卤代反应 苯的卤代反应的通式可以写成：PhH+X2——→PhX+HX 反应过程中，卤素分子在苯和催化剂的共同作用下异裂，X+进攻苯环，X-与催化剂结合。 以溴为例，将液溴与苯混合，溴溶于苯中，形成红褐色液体，不发生反应，当加入铁屑后，在生成的三溴化铁的催化作用下，溴与苯发生反应，混合物呈微沸状，反应放热有红棕色的溴蒸汽产生，冷凝后的气体遇空气出现白雾（HBr）。反应后的混合物倒入冷水中，有红褐色油状液团（溶有溴）沉于水底，用稀碱液（如NaOH溶液）洗涤后生成可溶性盐（NaBr 和NaBrO），溴苯比水重且分层，在用干燥剂除水，最后蒸馏得无色液体溴苯。 注意：实验过程中，跟瓶口垂直的玻璃管起导气和冷凝的作用、导管不能伸入水中，因为HBr 极易溶于水，发生倒吸。 2、硝化反应 向浓硝酸中加入浓硫酸，待温度为50到60摄氏度时，再加入苯，反应生成硝基苯。其中，浓硫酸既做催化剂。 PhH+HO-NO2-----H2SO4（浓）△---→PhNO2+H2O 硝化反应是一个强烈的放热反应，若加入苯太快，温度急剧上升，而得到副产物，而且温度过高，苯容易挥发。 3、磺化反应 用浓硫酸或者发烟硫酸在较高温度下可以将苯磺化成苯磺酸。 PhH+HO-SO3H------△→PhSO3H+H2O 苯环上引入一个磺酸基后反应能力下降，不易进一步磺化，需要更高的温度才能引入第二、第三个磺酸基。这说明硝基、磺酸基都是钝化基团，即妨碍再次亲电取代进行的基团。 二、加成反应 苯环虽然很稳定，但是在一定条件下也能够发生加成反应。通常经过催化加氢，镍作催化剂，苯可以生成环己烷。但反应极难。 C6H6+3H2------催化剂△----→C6H12 此外由苯生成六氯环己烷（“六六六”剧毒农药）的反应可以在紫外线照射的条件下，由苯和氯气加成而得。 三、氧化反应 1、燃烧 苯和其他的烃一样，都能燃烧。当氧气充足时，产物为二氧化碳和水。但在空气中燃烧时，火焰明亮并有浓黑烟。这是由于苯中碳的质量分数较大。 2C6H6+15O2——→12CO2+6H2O 2、臭氧化反应 苯在特定情况下也可被臭氧氧化，产物是乙二醛。这个反应可以看作是苯的离域电子定域后生成的环状多烯烃发生的臭氧化反应。 赞同 拉伸冲杯试验模具与产品 高强度板材杯凸 EC系列板材成型实验平台创新性地引入双级液 压、动态载荷平衡、模具总成机构等独特设计， 达到板材成形实验平台的测试精度高、可扩展的 测试功能多、拉伸推力大、压边力与拉伸力分别 单独可控的优点，可以做各种超过10mm厚度的高 强度板材的成形测试。测试平台对现有的汽车轻 量化技术、板材成形工艺研究、材料物理性能测 试、焊接工艺评估、润滑油品分级方面起到至关 重要的作用，经我们的平台实验后，可得出最优 设计参数，减少工业领域的材料浪费，达到节能 环保的效果 目前国内市场上的板材成形试验机主要受限于结 构，采取多立柱液压压紧，丝杠提供拉伸力的方 式，这种结构复杂、体积庞大、提供的拉伸力范 围小，只能测试国标GB15825里面规定的2mm厚 以内的板材测试；EC系列的产品的拉伸力范围、 测试精度和重复性完全满足ISO、GB、DIN、ASTM 等试验标准 ⑤弯曲试验⑥扩孔试验⑦滚边试验 注：此试验的深拉冲杯完成后，需要 G1型滚边机完成滚弯过程 EC系列板材成形试验平台可做测试内容 EC系列板材成形试验平台应用领域： - 板材成形性能研究 - 冲压工艺模拟和成型工艺参数研究和评估（常温和高温） - 焊道检测、焊接工艺指标评定 - 润滑油的评估和分级 - 涂料性能检测 - 包装材料质量评定（易拉罐板材、清漆性能） EC系列板材成形试验平台技术特性: 1.双级液压拉伸压边系统，每级可单独控制位移、速度、方向、推力 2.压边力分边：带压边力自动分边装置，保证压边载荷均匀分布于圆周，结构保证由于压边力不均匀引起的物料不对称滑动，提高 拉伸试验结果的准确性 3.业内首创深拉冲杯一次成形技术，板材一次性自动冲裁圆片、自动适应均匀压边、自动拉伸、自动退料 4.创新性的模具总成成套更换方式，让模具更换更加简单方便，防止模具错误装配；更高的模具对中性 5.液压拉伸机构：冲头自动匀速推进、速度无极可调，系统推力大，整个试验过程平滑流畅 6.实验冲模对中性：0.05mm以内 7.机器停机方式：①传感器感应到冲头拉伸力急速下降，板材屈服极限到达，自动停机②手动停机：观察到裂纹出现，立即停机 8.系统内采用防尘设计，适应严酷工况；满足长期高负荷试验运行 9.拉伸力获取方式：盘辐式压力传感器、油压换算 10.全数字数据处理平台，高速动态数据采样频率超过1MSPS高速动态数据采集模块、高速嵌入式带DSP算法微处理器,数据采集密度大 11.输出：GOM-FLC系统信号接口、USB连接PC接口 12.主机自带人机界面，可独立监控实验过程，也可通过USB接口监控 13.可调滚动脚轮，移动方便 14.系统带缓冲刹车保护装置，启动、停机平稳，环保节能设计，能效比高 1.微观粒子的波粒二象性 在量子力学里，微观粒子在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。这种量子行为称为波粒二象性。 2.波函数及其物理意义 微观粒子具有波动性，是一种具有统计规律的几率波，它决定电子在空间某处出现的几率，在t 时刻，几率波应是空间位置（x,y,z,t)的函数。此函数 称波函数。其模的平方代表粒子在该处出现的概率。 表示t 时刻、 （x 、y 、z ）处、单位体积内发现粒子的几率。 3.自由电子的能级密度 能级密度即状态密度。 dN 为E 到E+dE 范围内总的状态数。代表单位能量范围内所能容纳的电子数。 4.费米能级 在0K 时，能量小于或等于费米能的能级全部被电子占满，能量大于费米能级的全部为空。故费米能是0K 时金属基态系统电子所占有的能级最高的能量。 5.晶体能带理论 假定固体中原子核不动，并设想每个电子是在固定的原子核的势场及其他电子的平均势场中运动，称单电子近似。用单电子近似法处理晶体中电子能谱的理论，称能带理论。 6.导体，绝缘体，半导体的能带结构 根据能带理论，晶体中并非所有电子，也并非所有的价电子都参与导电，只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。从下图可以看出，导体中导带和价带之间没有禁区，电子进入导带不需要能量，因而导电电子的浓度很 大。在绝缘体中价带和导期隔着一个宽的禁带E g ，电子由价带到导带需要外界供给能量，使电子激发，实现电子由价带到导带的跃迁，因而通常导带中导电电子浓度很小。半导体和绝缘体有相类似的能带结构，只是半导体的禁带较窄(E g 小) ，电子跃迁比较容易 1.电导率 是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值。当施加电压于导体的两 端 时，其电荷载子会呈现朝某方向流动的行为，因而产生电流。电导率 是以欧姆定律定义为电流密度 和电场强度 的比率： κ=1/ρ 2.金属—电阻率与温度的关系 金属材料随温度升高，离子热振动的振幅增大，电子就愈易受到散射，当电子波通过一个理想品体点阵时(0K)，它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子被才受到散射(不相干散射)，这就是金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶体中异类原于、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样，电子波在这些地方发生散射而产生电阻，降低导电性。 金属电阻率在不同温度范围与温度变化关系不同。一般认为纯金属在整个温度区间产生电阻机制是电子-声子（离子）散射。在极低温度下，电子-电子散射构成了电阻产生的主要机制。金属融化，金属原子规则阵列被破坏，从而增强了对电子的散射，电阻增加。 3.离子电导理论 离子电导是带有电荷的离子载流子在电场作用下的定向移动。一类是晶体点阵的基本离子，因热振动而离开晶格，形成热缺陷，离子或空位在电场作用下成为导电载流子，参加导电，即本征导电。另一类参加导电的载流子主要是杂质。 离子尺寸，质量都远大于电子，其运动方式是从一个平衡位置跳跃到另一个平衡位置。离子导电是离子在电场作用下的扩散。其扩散路径畅通，离子扩散系数就高，故导电率高。 4.快离子导体（最佳离子导体，超离子导体） 具有离子导电的固体物质称固体电解质。有些 苯的理化性质表 标识中文名：苯；纯苯；安息油英文名：Benzene 分子式：C6H6 分子量：78.11 CAS号：71-43-2 RTECS号：CYl400000 UN编号：1114 危险货物编号：32050 IMDG规则页码：3185 理化性质外观与性状：无色透明液体，有强烈芳香味。冰点为6℃ 主要用途：用作溶剂及合成苯的衍生物、香料、染料、塑料、医药、炸药、橡胶等。熔点：5．5 沸点：80．1 相对密度(水=1)：0．88 相对密度(空气=1): 2.77 饱和蒸汽压(kPa)：13．33／26．1℃ 溶解性：不溶于水，溶于醇、醚、丙酮等多数有机溶剂。 临界温度(℃)：289.5 临界压力(MPa)： 4.92 燃烧热(kj/mol)：3264.4 燃烧爆炸危险性避免接触的条件： 燃烧性：易燃 建规火险分级：甲 闪点(℃)：-11 自燃温度(℃)：560℃ 爆炸下限(V%)：1．2 爆炸上限(V%)：8．0 危险特性：其蒸气与空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇吹源引 着回燃。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。流速过快，容易产 生和积聚静电。 燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳。 稳定性：稳定 聚合危害：不能出现 禁忌物：强氧化剂。 灭火方法：泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。用水灭火无效。如果该物质或其被污染的流体进入水路，通知有潜在水体污染的下游用户，通知地方卫生、消防官员和污染 控制部门。在安全防爆距离以外，使用雾状水冷却暴露的容器。若冷却水流不 起作用(排放音量、音调升高，罐体变色或有任何变形的迹象)，立即撤离到安 全区域。 包装与储运危险性类别：第3．2类中闪点易燃液体 危险货物包装标志：7 包装类别：Ⅱ 储运注意事项：储存于阴凉、通风仓间内。远离火种、热源。仓温不宜超过30℃。防止阳光直射。保持容器密封。应与氧化剂分开存放。储存间内的照明、通风等设施应采 用防爆型，开关设在仓外。配备相应品种和数量的消防器材。罐储时要有防火 防爆技术措施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。灌装时应注意流速(不 超过3m／s)，且有接地装置，防止静电积聚。搬运时要轻装轻卸，防止包装及 容器损坏。夏季应早晚运输，防止日光曝晒。运输按规定路线行驶。 ERG指南：130 ERG指南分类：易燃液体(非极性／不溶于水／有毒) 毒性接触限值：中国MAC：40mg／m3[皮] 苏联MAC：5mg／m3[皮] 《材料物理性能》 第一章材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解： 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2) 可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 材料物理性能复习思考题汇总 第一章绪论及材料力学性能 一．名词解释与比较 名义应力:材料受力前面积为A,则δ。=F/A,称为名义应力 工程应力：材料受力后面积为A。，则δT =F/A。，称为工程应力 拉伸应变：材料受到垂直于截面积方向大小相等，方向相反并作用在同一条直线上的两个拉伸应力时发生的形变。 剪切应变：材料受到平行于截面积大小相等，方向相反的两个剪切应力时发生的形变。 结构材料：以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料 功能材料：具有除力学性能以外的其他物理性能的材料。 晶须：无缺陷的单晶材料 弹性模量：材料发生单位应变时的应力 刚性模量：反映材料抵抗切应变的能力 泊松比：反映材料横向正应变与受力方向线应变的比值。（横向收缩率与轴向收缩率的比值） 形状因子：塑性变形过程中与变形体尺寸，工模具尺寸及变形量相关参数。 平面应变断裂韧性：一个考虑了裂纹尺寸并表征材料特征的常数 弹性蠕变：对于金属这样的实际弹性体，当对它施加一定的应力时，它除了产生一个瞬时应变以外，还会产生一个随时间而变化的附加应变（或称为弛豫应变），这一现象称为弹性蠕变。 蠕变：在恒定的应力δ作用下材料的应变随时间增加而逐渐增大的现象 材料的疲劳：裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展。 应力腐蚀理论：在一定环境温度和应力场强度因子作用下，材料中关键裂纹尖端处，裂纹扩展动力与裂纹扩展阻力的比较，构成裂纹开裂和止裂的条件。 滑移系统：滑移面族和滑移方向为滑移系统 相变增韧：利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同温度的相变，从而增韧的效果，统称相变增韧 弥散强化：在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料，达到增韧效果，这称为弥散增韧 屈服强度：屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力 法向应力：导致材料伸长或缩短的应力 切向应力：引起材料切向畸变的应力 应力集中：受力构件由于外界因素或自身因素导致几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。 《材料物理性能》课程教学大纲 一、课程名称（中英文） 中文名称：材料物理性能 英文名称：Properties of Material Physics 二、课程代码及性质 课程代码: 0801151 课程性质:学科专业基础课程, 必修课 三、学时与学分 总学时：32（理论学时：32学时；实践学时：0学时） 学分：2 四、先修课程 大学物理、材料科学基础、热处理原理与工艺 五、授课对象 本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业开设 六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用） 本课程的教学目的: 1. 系统掌握材料物理性能方向的专业知识，具备应用这些知识分析、解决材料科学与工程专业中的功能材料选择和应用技术复杂问题的能力； 2. 掌握各种物理性能的本质，具备独立进行物理性能分析和测量的能力； 3. 理解不同类型物理性能与材料的不同层次的结构和组织之间的对应关系，具备基于材料成分、结构设计开发新型功能材料的能力；同时，具备基于材料物理性能的研究，实现对材料结构和相变（结构变化）的表征的能力； 4．了解功能材料及制备和应用技术的发展前沿，掌握其发展特点与动向。 七、教学重点与难点： 教学重点： 材料物理性能中的电学性能、介电性能、热学性能、光学性能和磁学性能基于材料成分、结构和组织微观本质。 教学难点： 材料物理性能中的电学性能、介电性能、热学性能、光学性能和磁学性能的微观机理和宏观性能内在联系的定量描述，以及各种性能之间的逻辑关系。 八、教学方法与手段： 教学方法： (1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成; (2)安排适量的课堂讨论环节,使学生通过课下的资料查阅而掌握基本的专业资料获取方法、途径、整理归纳和讲演能力。 教学手段： (1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观; (2)收集典型功能材料应用实物,在课堂上进行针对性讲授。 九、教学内容与学时安排 （1）总体安排 教学内容与学时的总体安排，如表2所示。 （2）具体内容 各章节的具体内容如下： 第一章材料物理性能概论(2学时) 1.1材料的分类 1.2材料物理性能本构关系 1.3材料物理性能的研究方法及描述 1.4数值分析方法在材料物理性能研究中的应用 1.5功能材料的性能、应用与发展 第二章材料的电学性能(6学时) 2.1 概念和原理 2.2 导体、绝缘体和半导体的能带 2.3 金属的导电性 2.4 离子导体 2.5 半导体的电学性能 2.6 超导电性 晶格热振动：固体材料由晶体或非晶体组成，点阵中的质点并不是静止不动的，而是围绕其平衡位置做微小振动。声频支振动：振动着的质点中频率甚低的格波，质点质点之间的相位差不大。光频支振动与之相反。热容：在没有相变和化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量。金属材料热容的影响因素：自由电子的影响，一般可忽略，低温热容缓慢下降，高温热容超过3R继续上升，合金成分对热容的影响。组织转变对热容的影响：一级相变和二级相变一级相变在相变点发生突变，二级，也剧烈变化但有限值，亚稳态组织转变，从亚稳态转变为稳态时要放出热量。热容的测量方法：量热计法，撒克司法，史密斯法和脉冲法。热分析法：差热分析，差示扫描量热法，热重法。热分析的应用：建立合金相图，热弹性马氏体相变研究，合金的有序无须转变研究，液相转变的研究。影响热膨胀性能的因素：键强，晶体结构，非等轴晶系的晶体，相变，化学成分。热膨胀系数的测量：机械杠杆式膨胀仪，光杠杆膨胀仪，电感式膨胀仪。热膨胀分析的应用：确定钢的组织转变点（切线法、极值法）研究加热转变。热导率：单位时间内通过单位截面面积的热量。热导率的测量：稳态法，非稳态法。材料的热冲击损坏类型：抗热冲击断裂性，抗热冲击损伤性。热应力：材料的热胀冷缩引起的内应力。提高抗热冲击断裂性能的措施：提高材料的强度减小弹性模量，提高材料的热导率，减小材料的热膨胀系数，减小表面散热系数，减小产品的有效厚度。载流子：材料中参与传导电流的带电粒子。费米球：在0K下自由电子在速度空间中分布形成一个中心对成球。掺杂半导体（n、p型）n型，所有结合键被价电子填满后仍有富裕的价电子，p型，价电子都成键后仍有些结合键上缺少价电子出现空穴。掺杂能级：掺入的异价原子使得局部结合键情况发生变化，导致半导体中出现附加能及。光致电导：半导体材料受到适当波长的电磁波辐射时，导电性会大幅度升高的现象。陶瓷材料的导电性：按用途分电子导电、离子导电，半导体、绝缘体。超导体：零电阻、完全抗磁，条件，温度条件、磁场条件、电流条件。磁化强度M：单位体积磁性材料内原子磁矩m的矢量总和。磁极化强度J：单位体积中磁偶极子矢量总和。材料按磁性分为：抗磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。磁致伸缩：铁磁体的长度或体积发生变化的现象。退磁场：在铁磁性材料内部，附加磁场方向和外加磁场方向相反。磁畴（三角畴、片状畴）矫顽力：畴壁越过最大的阻力峰所需要的磁场就相当于材料的矫顽力。剩余磁化强度：铁磁体磁化到饱和并去掉外磁场后，在磁化方向保留的Mr（剩余磁化强度）或Br（剩余磁感应强度）称为剩磁（用获得晶体结构或磁结构的办法来提高剩磁）磁滞损耗：铁磁性材料反复磁化一周，由于磁滞现象所造成的损耗（减小摩擦生热、或形成磁有序）。涡流损耗：感应电流所引起的损耗（做成薄片，提高电阻率）。剩余损耗：总损耗减去所剩下的损耗（控制杂质的量）。磁后效（约旦后效、李希特后效）交流（动态）磁性测量：伏安法、电桥法。OMR-正常磁电阻：传导电子受到磁场的洛伦兹力作用做回旋运动，使其有效的平均自由程减小所致。AMR-各向异性磁电阻效应：铁磁性的过渡金属、合金中，外加磁场方向平行于电流方向时的电阻率和外加磁场方向垂直电流方向时的电阻率不同。GMR-巨磁电阻效应：磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较无外磁场作用时纯在显著变化的现象。光的本（横波、具有偏振性）质：波粒二象性。光和固相作用的本质：电子极化、电子能态转变。影响折射率的因素：元素离子半径，电子结构，材料的结构、晶型、晶态。同质异构体，外界因素。半导体材料中的光吸收：激子吸收（能产生激子的光的吸收）、本征吸收（电子在带与带之间的跃迁所形成的吸收）发光寿命：发光体在激发停止之后材料物理性能复习重点
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