材料磁学性能unit3-浙江大学材料物理性能笔记

1．1.晶格振动热容，热膨胀，热传导等热学性能都与晶格振动相关。

相邻原子的相位差：ak. a 为晶格常数，K 为相位差常数（波数/波矢）。

热激发时，每个原子在平衡位置附近振动，会通过邻近原子以行波的形式在晶体内传播，这种波称为格波格波: λ=2π/K ，v=w/KK ∈（-π/a, π/a ）——>布里渊区——>保证Xn 单值性①波矢K 取值的有限性格波的特性 ②存在色散关系：当λ>>a ，晶格可看成连续介质，格波可看成弹性波 K 很大时，波长很短，介质不能看成连续③波矢取值的分立性周期性边界条件：边界对内部原子振动状态的影响。

声子：把量子化的格波看成的某种微粒。

晶格振动能量=∑各声子的能量一维复式格子与一维单式格子的不同点是一个波矢对应两个独立的频率，存在两种色散关系。

波矢K 的取值需要限制在[-π/2a ，π/2a]之间，这个范围就是一维双原子链的布里渊区 w1:K=+π/2a w1max=1/2m β；K=0，w1min=0.w2:K=+π/2a w2min=2/2m β；K=0，w2max=)21/()212m m m m +（β.=u /2β u 为折合质量ω2：处于光频范围(红外区)，光频支或光频波ω1：以声波形式出现的驻波，声频支或声频波声学波与光学波的区别。

前者是相邻原子的振动方向相同，波长很长时，格波为晶胞中心在振动，可以看作连续介质的弹性波；后者是相邻原子的振动方向相反，波长很长时，晶胞中心不动，晶胞中的原子作相对振动(ω1)max 和(ω2)min 之间的频率区间不存在格波，故称为“禁止”频率（或能量）区。

质量比（M/m ）愈大，两支波之间频率间隙Δω愈宽一维单原子晶格： N 个原子组成，晶胞数为N ，波矢K 可取N 个不同值，自由度共有N 个(每个原子的自由度是1 )有N 个晶格振动频率（1个波矢K 对应1个振动频率）一维双原子晶格： 2N 个原子组成，晶胞数为N ，波矢K 可取N 个不同值，自由度共有2N 个(每个晶胞的自由度是2 )有2N 个晶格振动频率（1个波矢K 对应2个振动频率）因此有：晶格振动波矢数= 晶体所包含的原胞数晶格振动频率数= 晶体自由度数在恒压加热过程中，物体除温度升高外，还要对外界做功，所以温度每提高1K需要吸收更多的热量，即CP > CV,固体热容与晶格振动有关。

2.1.固体电子理论1.经典自由电子学说自由电子在晶体中的行为如同气体，故又称电子气体困难：1）实测的电子对热容的贡献比经典自由电子学说估计值小得多2）实际测量的电子平均自由程比经典理论估计值大许多3）绝缘体、半导体、金属导体导电性为何存在巨大差异2.量子自由电子学说电子的能量是不连续的，而是存在一准连续的能级量子自由电子学说尚无法解释为何绝缘体、半导体、金属的导电性能存在巨大差异量子自由电子学说的局限是忽略了周期势场的影响态密度物理意义：单位能量范围内所能容纳的电子数费米能表示0K时基态系统电子所占有的最高能级的能量, 可以认为费米能不随温度变化3. 有了能带概念，就可以说明金属和绝缘体的区别，并且由能带理论预言了介于两者之间的半导体的存在单电子近似:假定固体中的原子核不动，并设想每个电子是在固定的原子核的势场中及其它电子的平均势场中运动，这样就把问题简化成单电子问题，这种方法称为单电子近似能带论:用单电子近似法处理晶体中电子能谱的理论紧束缚近似:如果用相反的思维过程，即先考虑电子完全被原子核束缚，然后再考虑近似束缚的电子，也可以得到能带概念，这种方法称为紧束缚近似原子基态价电子能级分裂而成的能带称为价带，相应于价带以上的能带（即第一激发态）称为导带金属:热能（T>0K）或电场所产生的能量足以将大量电子激发成为自由电子绝缘体与半导体:半导体与绝缘体的能带结构相同，差别仅在于禁带的宽度价带顶部并无空能级，要产生自由电子和电子空穴必须使电子跨越禁带以进入导带，所需能量较大。

一般地，激发能量由热或光提供，而非由电场提供非晶态：扩展态：电子可在整个晶体中运动的电子态定域化定域态的能量被局限在一个范围内迁移率边：扩展态和定域态之间有一个能量的分界2.2.材料电导性能电导率：σ=nze（v/E） n为单位体积电粒子数目μ=v/E 迁移率μ（单位电场作用下带电粒子漂移速度）σ=nzeμ散射越弱，τ(松弛时间)越大，迁移率也就越高晶格散射：晶格振动引起的散射。

第三章材料的磁学性能一，一，基本概念1. 1.磁畴：在未加磁场时铁磁金属内部已经磁化到饱和状态的小区域。

2. 2.磁导率：磁导率是磁性材料最重要的物理量之一，表示磁性材料传导和通过磁力线的能力，用μ表示，其中μ＝Ｂ／Ｈ．单位为亨利／米（Ｈ·m-1）．3. 3.自发磁化：在未加磁场时铁磁金属内部的自旋磁矩已经自发地排向了同一方向的现象．4. 4.磁滞损失：磁滞回线所包围的面积相当于磁化一周所产生的能量损耗。

5. 5.磁晶各向异性：6. 6.退磁场：非闭合回路磁体磁化后，磁体内部产生一个与磁化方向相反的磁场。

第三章材料的磁学性能随着近代科学技术的发展，金属和合金磁性材料，由于它的电阻率低、损耗大，已不能满足应用的需要，尤其是高频范围。

磁性无机材料除了有高电阻、低损耗的优点以外，还具有各种不同的磁学性能，因此它们在无线电电子学、自动控制、电子计算机、信息存储、激光调制等方面，都有广泛的应用。

磁性无机材料一般是含铁及其它元素的复合氧化物，通常称为铁氧体（ferrite）。

它的电阻率为10～106Ω·m，属于半导体范畴。

目前，铁氧体已发展成为一门独立的学科。

本章介绍磁性材料的一般磁性能，着重讨论铁氧体材料的性能与应用。

7.1磁矩和磁化强度7.1.1磁矩（1）定义在磁场的作用下，物质中形成了成对的N、S磁极，称这种现象为磁化。

与讨论电场时的电荷相对应，引入磁量的概念，并把磁量叫做磁极强度或磁荷。

将一对等量异号的磁极相距很小的距离，把这样的体系叫做磁偶极子。

在外磁场的影响下，磁偶极子沿磁场方向排列。

为达到与磁场平行，该磁矩在力矩T=Lq m Hsin (7.1)的作用下，发生旋转。

式中的系数Lq m定义为磁矩M(Wb·m)。

磁矩这一物理量是磁相互作用的基本条件，是物质中所有磁现象的根源。

磁矩的概念可用于说明原子、分子等微观世界产生磁性的原因。

（2）原子磁矩物质是原子核和电子的集合体，要理解物质的磁性起源，就要考虑原子具有的磁矩。

材料物理性能知识点总结材料性能的影响因素材料化学组成和显微结构不同，决定其有不同的特性；材料的内部分子层次上，原子、离子之间的相互作用和化学键合对材料性能产生决定性的影响；多晶多相材料的显微结构的不同，影响材料的大部分性能。

晶体结合类型、特征：（1）离子晶体：离子键合、高硬度、高升华热，可溶于极性溶剂、低温不导电，高温离子导电。

（2）共价晶体：共价键合、高硬度、高熔点，几乎不溶于所有溶剂，高折射率，强反射本领。

（3）金属晶体：金属键合、高密度、导电率高，延展性好，只溶于液体金属。

（4）分子晶体：范德华力结合，高热膨胀，易溶于非极性有机溶剂中，低熔点、沸点，压缩系数大，保留分子的性质。

（5）氢键：低熔点、沸点，结合力高于无氢键的类似分子。

单晶体是由一个微小的晶核各向均匀生长而成，其内部的粒子基本上按其特有的规律整齐排列。

晶体微粒（包括离子、原子团）在空间排列有一定的规律晶体性质：1.均与性；2.各向异性；3.规则的多面体外形；4.确定的熔点；5.对称性晶体可分为单晶、多晶、微晶等微晶：粒度很小的晶体组成的物质（显晶质、隐晶质、单晶、多晶）晶体和非晶体的区别如下：晶体有规则的几何外形非晶体没有一定的外形晶体有固定的熔点非晶体没有固定的熔点晶体显各向异性非晶体显各向同性按热力学观点看：晶体一般都具有最低的能量，因而较稳定非晶体一般能量较高，都处于介稳或亚稳态晶格确定步骤：1.确定基本结构单元；2.将结构基元看做一点；3.这些几何点聚焦形成点阵（面角守恒：同组晶体和对应面之间夹角恒定不变）材料应用考虑因素：使用寿命、性能、可靠性、环境适应性、性价比。

材料性能是一种用于表征材料在给定外界条件下的行为参量。

同一材料不同性能，只是相同的内部结构，在不同的外界条件下所表现出的不同行为。

材料性能的研究：材料性能的研究，既是材料开发的出发点，也是其重要归属。

材料强度、表面光洁度、绝缘性能、热导性、热膨胀系数等是衡量基板材料好坏的重要指标。