材料物理 PPT课件

Vx12kx2 22m02x2
式中k， 4202m；k弹性系数 0固 ；有频率
代入薛定谔方程， 得到谐振子的运动微分方程：
2 2 V E
2m
2 2m
d 2
dx2
2
2m02 x2
E
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
的几率 ），波函数是空间和时间的函数，并且是复数，
即Φ = Φ(x，y，z，t)
自由粒子(动量、能量不随时间或位置改变）的波函数：
2 i ( px Et )
0e h
r,t
Ae
i
( Et
pr )
0 、 A 常数
（描述自由粒子的波是平面波）
波函数的性质：波函数乘上一个常数后，所描写的粒子状态不变（粒子在 空间各点出现的几率总和等于1，所以粒子在空间各点出现的几率只决定于 波函数在各点强度的比例，而不决定于强度的绝对大小）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
量子力学的应用
⑴一维势阱问题 势阱—在某一定区域内，势能有固定的值。 设一粒子处于势能为V的势场中，沿x方向做一维运动，势能满足下列边界条件：
V
0xa，Vx0
x0和xa，Vx
t
(1.6)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
③定态薛定谔方程 由于势能与时间无关，薛定谔方程可进行简化．设方程的一种特解为：
x ,y ,z .t. x ,y ,z ft

表面是指基片（衬底）的表面状态 。 基片的作用：承载薄膜材料与作为外延衬底。 淀积物在表面形成薄膜的过程是：吸附→成核→
长大（二维或三维）。 表面的缺陷与形貌会延伸到薄膜中。 表面存在的应力也会影响薄膜的生长。 表面的状态对薄膜的性质影响非常大。
§2.2材料的界面
2.2.1界面的定义和种类
2.2.3 相界
1. 非共格相界 两相结构不同或晶格常数差别很大时，交界区
称非共格相界。 2. 共格相界
当两相结构一样，晶格常数差别较小，通过晶 格常数扩张与收缩，使得晶界两侧的原子排列按 原晶格结构连贯地结合。
3. 准共格相界:晶格结构相同，但晶格常数差
别较大，过渡区主要由失配位错组成
2.2.4 分界面
高技术新材料如金属间化合物，超晶格、多层膜和各
种薄膜材料，纳米固体材料以及颗粒、晶须、纤维等增强
金属基或增韧的陶瓷基复合材料中，由于界面的原子结构、
化学成分不同于界面两侧体材料，而且在界面上很容易发
生化学反应。
所以界面的性质与界面两侧的体材料有很大差别，界
面对材料的性能起着重要的作用，甚至有时能起控制作用。
1.表面的范围
根据研究内容而定，是一个过渡区（若干Å 至数 m）。
2.理想表面与实际表面
（1）理想表面表面原子排列除上部无原子外与 体内一样。
（2）实际表面 未清洁过的表面（ Uncleaned surface）； 清洁表面（Cleaned surface）； 真空清洁表面 。
1.1.2清洁表面的的原子排布
相与相的交界面称界面（Boundary ， Interface）。 晶粒与晶粒间的交界区称晶粒间界（Grain Boundary
GB），又称晶界或粒界。 对多相凝聚体系统，各相间的界面称相界（Phase

第一章
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1
主要内容
• 第一节 材料的形变 • 第二节 材料的塑性、蠕变与粘弹性 • 第三节 材料的断裂与机械强度 • 第四节 材料的量子力学基础 • 专题 材料的力学与显微结构
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2
1.1 材料的形变
形变（Deformation）
材料在外力的作用下发生形 状与尺寸的变化
力学性能或机械性能
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牛顿流体
• 牛顿流体
在足够的剪切力下或温度足够高时，无机 材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子的非晶 部分均匀产生粘性形变，因此高温下的氧 化物流体、低分子溶液或高分子稀溶液大 多属于牛顿流体
• 非牛顿流体
高分子浓溶液或高分子熔体不符合牛顿粘 性定律，为非牛顿流体。
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绝对速率理论的粘性流动模型
tan成正比
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两相复合材料
若在力的作用下两相的应变相同，上限弹性 模量EH： EHE 1V 1E2V 2
若假设两相的应力相同，则下限弹性模量EL：
1/L E V 1/E 1V 2/E 2
对于连续基体内含有封闭气孔时，总弹性模 量的经验公式为：
E=E0(1-1.9P+0.9P2) E0为无气孔时的弹性模量 P为气孔率
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9
1.1.2应变
• 应变（Strain）： 材料受力时内部各质点之间的相对位移
对于各向同性的材料，有三种基本
拉伸应变， 剪切应变 压缩应变△
应变类型：
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拉伸应变
• 拉伸应变：指材料受到垂直于截面积的大 小相等、方向相反并作用在同一条直线上 的两个拉伸应力时材料 发生的形变
• 一根长度为L0的材料，在拉应力的作用

2、 电子交换积分A>0 充分条件
Rab 3 r
——
（ 具有一定晶体结构）
为什么温度升高铁磁性转变为顺磁性？
1）温度升高，原子间距最大，交互作用降低；
2）温度升高，热运动破坏了磁矩的同相排列（自发磁化）；
3）当温度升高到T>Tc ，自发磁化不存在，铁磁性转变为 顺磁性。
4、 铁磁性物质的基本特征
（3-1）
I Q nqls n qs tt
j I n q nq E （3-2）
s
如何理解材料的电导现象 必须明确几个问题☺
☺参与迁移的是哪种载流子——有关载流子类别 的问题 carrier sort
☺载流子的数量有多大——有关载流子浓度、载 流子产生过程的问题 carrier density
☺载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过
( 物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度)
s＜0的则称为负磁致伸缩。负磁致伸缩则是沿场磁 化方向缩短，在垂直于磁化方向伸长，镍属于这 一类。
磁性材料
B
软磁材料的特征
•具有较高的磁导率和较高的饱和 磁感应强度；
oH
• 较小的矫顽力（矫顽力很小，
即磁场的方向和大小发生变化时
磁畴壁很容易运动）和较低磁滞
损耗，磁滞回线很窄；
软铁、坡莫合金、硒钢片、铁
•
在磁场作用下非常容易磁化；
铝合金、铁镍合金等。 由于软磁材料磁滞损耗小，
• 取消磁场后很容易退磁化
适合用在交变磁场中，如变压
器铁芯、继电器、电动机转子
、定子都是用软件磁性材料制
成。
磁性材料
(二) 硬磁材料
硬磁材料又称永磁
材料，难于磁化又难于退磁。

例如，H2O Hcl CO SO2
因无序排列对外不呈现电性。
电子云的 正电中心
电介质
极化面 电荷
–
+–
+
+ – + –
+
–
+–
+ – E0 + –
+
–
–
+ – + –
+–
+
–
+ –E E+ –
+–
+
无外场时，电偶极子杂乱无章的排列
3、极化机制
电子位移极化
无极分子（Nonpolar molecule） 在无外场作用下整个分子无电矩。
A、电容材料
I、存储电能
传统 电容 器
VS
电 池
超级电 容器
高能量密度 高功率密度 长循环寿命
超级电容器
• 超级电容器 (Supercapacitors),它兼有静电电容器和电池 特性,能提供比静电电容器更高的能量密度,比电池更高的功 率密度和更长的循环寿命。
A、电容材料
I、存储电能
A、电容材料
A、电容材料
I、存储电能
制备高性能的超级电容器有2个途径: A、是增大电极材料比表面积,从而增大双电层电容量; B、是提高电极材料的可逆法拉第反应的机率,从而提 高准电容容量。 实际应用中,这2种储能机理往往同时存在。
A、电容材料
I、存储电能
原理 种类 优点 缺点
研究热点
碳素材料
以双电层为主
活性炭（AC）；活性炭纤维（CFA）；碳纳米 管（CNTs）；炭气凝胶（CAGs）；石墨等
3、极化机制
离子位移极化

(c)反常元素
一些半导体和绝缘体转变为导体的压力极限
元素
S Se Si Ge I
p极限/ GPa ρ/(μΩ·m)
元素
40
-
H
12.5 16 12 22
-
金刚石
-
P
-
AgO
500
p极限/ GPa 200 60 20 20
ρ/(μΩ· m)
-
60±20 70±20
-
22
(三).冷加工和缺陷对电阻率的影响 (1)晶体缺陷使金属的电阻率增加
D
特征温度。 常用的非过渡族金属的德拜温度一般不超过500K。
12
在德拜温度以上，可以认为电子是完 全自由的，金属的电阻取决于离子的 热振动。此时，纯金属的电阻率与温
度关系为 T 电声
1 电声 T (T 2 3 D );
2

电声

T
5 (T D
);
3 电电 T 2 (T 2K)
19
正常金属元素：电阻率随压力增大而下降；（铁、 钴、镍、钯、铂、铱、铜、银、金、锆、铪等）
反常金属元素：碱金属、碱土金属、稀土金属和第 V族的半金属，它们有正的电阻压力系数，但随压力升 高一定值后系数变号。研究表明，这种反常现象和压力 作用下的相变有关。
20
压力对金属电阻的影响
21
(a) (b)正常元素
3
4
表1. 常见材料的电阻率 （×10-8Ωm）
材料 Ag Cu Al Fe Mn 电阻率 1.46 1.54 1.72 5.88 260
5
2.2 电子类载流子导电
22..22..11金金属属导导电电机机制制
e2 n e2 n l 2m 2m