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材料物理导论《材料物理导论》课程教学大纲课程英文名称: An Introduction to Materials Physics课程编号:0312083002课程计划学时: 48学分: 3课程简介:本课程的目的主要是让材料物理专业的学生在课程学习期间了解利用物理学的方法处理材料科学中问题。
学会从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发，说明材料的微观结构、组织形貌、原子电子运动状态及它们与材料性能和成分之间的关系。
本课程要求理解材料的力学、热学、电学、磁学、光学、声学以及材料的功能转换等内容。
通过该课程的学习能深刻理解材料的各种性能及主要影响因素，并能在材料研究中建立相应的物理模型，阐述材料结构、性能和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律。
一、课程教学内容及教学基本要求第一章材料的力学本章重点：材料的形变；材料的塑性、蠕变与黏弹性；材料的断裂与机械强度；材料的力学与显微结构。
难点：材料的塑性、蠕变与黏弹性；材料的断裂与机械强度。
了解：材料的量子力学基础；材料的力学与显微结构。
本章学时:6学时教学形式:讲授教具:黑板，粉笔第一节材料的形变；材料的塑性、蠕变与黏弹性本节要求：掌握：材料的形变（考核概率30%）。
掌握：材料的塑性、蠕变与黏弹性（考核概率50%）。
（重点，难点）1材料的形变：应力；应变；弹性形变；黏性形变（重点）2材料的塑性、蠕变与黏弹性：材料发塑性；材料的蠕变；材料的黏弹性（重点，难点）第二节材料的断裂与机械强度本节要求：掌握：材料的理论结合强度；材料的脆性断裂与韧性断裂（考核概率70%）。
掌握：材料的裂纹断裂理论；材料的断裂韧性；材料的强度(考核概率70%)。
1材料的理论结合强度（重点，难点）2材料的脆性断裂与韧性断裂（重点，难点）3材料的裂纹断裂理论（重点，难点）4材料的断裂韧性（重点，难点）5材料的强度（重点，难点）第三节材料的量子力学基础；材料的力学与显微结构本节要求：了解：材料的量子力学基础。
大一材料导论知识点总结材料导论是大一学生学习工程材料科学与工程必修课程的第一个核心科目。
在学习过程中，我们掌握了许多重要的知识点，下面将对这些知识点进行总结。
1. 材料的组成和结构材料的组成是指材料所包含的化学元素的种类和相对含量。
而材料的结构则指材料中原子、离子或分子的排列方式。
了解材料的组成和结构有助于我们深入了解材料的性质和功能。
2. 材料的物理性质材料的物理性质包括密度、热膨胀系数、导热性、电导率等。
了解材料的物理性质可以帮助我们选择适合特定应用的材料。
3. 材料的力学性能材料的力学性能是指在外力作用下材料的变形和破坏行为，包括弹性模量、屈服强度、延伸率等。
熟悉材料的力学性能有助于我们设计和优化使用合适材料的结构。
热处理是改变材料组织和性能的一种方法，包括退火、淬火、时效等。
掌握热处理技术可以提高材料的力学性能和耐腐蚀性。
5. 材料的腐蚀与防护材料的腐蚀是指材料在特定环境条件下发生的不可逆的化学、电化学变化。
了解材料的腐蚀行为有助于选择合适的材料和防护措施，延长材料的使用寿命。
6. 材料的结构性能关系材料的结构和性能密切相关，不同结构的材料表现出不同的性能。
研究材料的结构性能关系可以帮助我们设计新型材料，并预测材料在特定应用中的性能。
7. 材料的晶体结构晶体结构是材料中晶粒的排列方式和相互关系。
了解材料的晶体结构有助于我们理解材料的各种性能，例如光学性能、磁性能等。
相图是描述材料在不同温度和成分条件下的相变规律的图表。
研究材料的相图可以为我们合理选择材料和优化材料的加工工艺提供依据。
9. 材料的复合材料复合材料由两种或两种以上的材料组合而成，具有较好的综合性能。
了解复合材料的制备和性能有助于我们应用于各种领域。
10. 材料的可持续发展在材料的选择和利用中，应注重材料的可持续发展性能，包括资源可再生性、环境友好性等。
关注材料的可持续发展可以减少对环境的影响，推动可持续发展。
以上是大一材料导论的一些重要知识点的总结，通过学习和掌握这些知识点，我们能够更好地理解材料科学与工程，并在实践中更好地应用这些知识，为我国材料科学技术的发展做出贡献。
材料导论名词解释1.韧性：材料在塑性形变过程中吸收能量的能力。
2.疲劳极限：工具钢的曲线从某一应力开始出现一段水平线，这意味着在该水平应力一下，3.无论应力变化多少周，材料也不会破坏，这一应力称为疲劳极限。
疲劳强度：是维持某一周数而不破坏的应力。
4.蠕变：材料在恒定应力下随时间缓慢塑性形变的过程。
5.硬度：材料抗穿刺能力的度量。
6.热应力：当一种各向同性材料被缓慢均匀地加热时，当材料的尺寸变化受到限制时就会产生的应力。
7.介电质：凡是不传导电流的物质均可称为介电质。
8.介电强度：材料可以经受的最大电压梯度。
9.压电现象：介电体的尺寸受力变化时就会极化而产生一个电压或电场。
10.电致伸缩：材料在电场中因极化而改变尺寸的现象。
11.磁导率：表征在外磁场作用下物质磁化难易的物理量。
12.光电效应：材料表面原子中的电子吸收光量子的能量跃迁到高能级，使它们能在电场中加速，产生导电现象。
13.玻璃化温度：不同相对分子质量的无定形聚合物在不同温度可表现出不同的力学状态，在一个特定的温度下，聚合物分子表现为坚硬的固体。
但这种固体不是结晶形成的，而是无定形分子被冻结形成的，同小分子玻璃一样，称为玻璃态，因此这个特定的温度称为玻璃化转变温度。
14.热塑性弹性体：热塑性与橡胶弹性的结合体。
15.粘结剂：通过表面接触而使材料连接在一起的物质。
16.临界长径比：临界纤维长度与临界纤维直径的比值。
17.玻璃钢：不饱和聚酯与玻璃纤维混合制成的复合材料。
18.孔隙度：孔隙体积占表观体积的百分数。
19.烧结：将型坯加热到很高的温度，一方面脱除型坯中的所有液体，一方面使粉体粒子粘结在一起，形成一个整体的过程。
20.烧结助剂：某些材料的烧结是通过低熔点相的粘结，低熔点组分先熔融并发生流动，充满粒子间的缝隙，不仅将粒子粘结在一起而且可使制品的密度接近100%，这一技术为液相烧结法，低熔点相则为烧结助剂。
21.相转变：指因温度或应力的变化引起晶体结构的变化。
色心:晶体中引入的电子或空穴，通过静电作用被晶体中带有正、负有效电荷的点缺陷所俘获，形成多种俘获电子中心和俘获空穴中心，并随能级跃迁而产生新的吸收带。
由于一些中心的吸收带位于可见光范围内，可使晶体呈现出不同的颜色，因而称其为色心。
对称破缺是指具有一定对称性的结构在经历相转变的过程中，某些原有对称元素突变性丧失的现象表面弛豫是表面层点阵参数的略微变化，表现在表面与其下少数儿个原了层问距的变化上，其晶体结构基本上保持一致表面重构是表面层结构相对于体相发生很大的变化，一般出现表面超结构。
堆垛层错:正常堆垛顺序中引入不正常顺序堆垛的原了面而产生的一类缺陷，反相畴界:界面相邻两侧存在一非点阵平移，界面处由正常的配对状态转为非正常的配对状态而保持共格。
晶体学切变面:一些过渡金属氧化物及其复合氧化物中，金属离了与氧的化学计量比变化很大，在形成缺氧的非计量化学比晶体时，晶体的两部分沿某一晶面滑移，形成晶体学切变面。
格波:晶体中原子围绕其平衡位置不断振动，由于原子问存在相互作用，一定频率振动着的原子问产生确定的位相关系，从而在晶格上形成一种平面波，称为格波。
热应力由于相邻质点问相互作用具有一定的非线性，固体在温度升高时，相邻质点的平均距离增大，产生热膨胀。
若用刚性约束阻碍晶体膨胀，则会在晶体内部产生一种附加应力，这种由热膨胀引起的内应力即为热应力。
弹性模量是材料受力作用时应力与应变的比值，反映了材料内部原了问的结合强度，是材料的一个固有物性参数滞弹性:实际固体在外力作用下产生弹性形变，在撤去外力后，并非能像理想弹性体一样立即恢复，而是需要一定的恢复时问，则称这种固体的实际弹性性质为滞弹性蠕变:施加恒定外力作用下，物体应变随时问的延长而增加的现象; 晶格滑移:晶体受力时，晶体中的一部分相对于另一部分产生相对滑移的现象粘性流动:材料在在外力的作用下发生类似粘性液体流动的变形，其变形速度与剪应力成正比，与材料粘度成反比。
南京理工大学2006年-2007年新材料概论期末考试试题及答案详细解释南京理工大学2006年-2007年新材料概论期末考试试题一、名词解释（10×2’）微晶玻璃磁致伸缩效应迈斯纳效应缩主反应LCA法电流变效应SMMFGMMMC纳米科技二、选择题（10×1’）1. 下列指标中不是结构材料力学性能指标的是：（A）强度（B）硬度（C）切削性能（D）疲劳强度2. 晶体中大量原子集合在一起，原来相同的能级分裂为大量的与原来能级很接近的新能级，这些新能级所分布的能量范围称为：（A）能带（B）允带（C）满带（D）禁带3.第二类超导材料具有两个临界磁场，上临界磁场HC1和下临界磁场HC2，当外磁场H满足：HC1 <>（A）R=0、B=0 （B）R≠0、B=0 （C）R=0、B≠0 （D）R≠0、B≠04.磁性材料（A）在任何条件下都具有磁性（B）仅在居里温度以下才具有磁性（C）仅在居里温度以上具有磁性（D）在居里温度和熔点之间具有磁性。
5.制备石英光纤有多种方法，其中等离子体化学气相沉积法的缩写是：（A）PCVD （B）CVD （C）MCVD （D）AVD6.生物材料植入人体后，与机体组织直接接触，在生理环境作用下逐渐被腐蚀，将这种反应称为：（A）宿主反应（B）过敏反应（C）生理腐蚀反应（D）失效反应7.环境材料同时具有满意的使用性能和环境协调性能，环境的协调性指的是：（A）对资源和能源的消耗少，对环境无污染（B）对资源和能源的消耗少，对环境污染少（C）对资源和能源的消耗多，对环境污染少（D）对资源和能源的消耗少，对环境污染多8.形状记忆材料不属于下列材料中的哪一种（A）合金材料（B）复合材料（C）功能材料（D）智能材料9.梯度功能材料属于以下哪一种材料（A）复合材料（B）合金材料（C）结构材料（D）形状记忆材料10.纳米尺度的物质，其熔点显著减小，这种效应被称为（A）表面效应（B）小尺寸效应（C）量子尺寸效应（D）宏观隧道效应三、判断题（10×1’）1. 材料是人类用来制造产品的物质，但在人类产生前业已存在。
材料物理导论名词解释（2）材料物理导论名词解释Harmonic vibration 简谐振动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，方向总指向平衡位置的回复力的作用下的振动Heat conduction by electron 电子热传导：依靠电子的碰撞，进行能量的传递Heat conduction by phono 声子热传导：声子从高浓度区域到低浓度区域的扩散过程Heat stress damage of materials 材料的热应力损伤：材料在受到热冲击作用时产生的断裂损伤Homogeneous materials 均质材料：无法机械分割为更单纯材料的单元Hysteretic losses 磁滞损耗：铁碳体处于交变磁场中时将沿磁滞回线反复被磁化、去碳，在此过程中要消耗额外的能量并以热的形式从铁磁体中释放Instrinsic electrical conduction 本征电导：导带中的电子导电和价带中的空穴导电同时发生 Instrinsic excitation 本征激发：把价电子激发成导带电子的过程Instrinsic semiconductor 本征半导体：只有本征激发的半导体Insulator 绝缘体：不易导电的物体Ionic defect conentration 离子浓度：以单位体积中所含的运动离子的量Ionic electrical conduction 离子型电导：载流子主要是离子的材料所具有的电导Ionic polarization 离子极化：在外电场作用下，构成分子的离子发生相对位移而形成的极化 Josephson 约瑟夫森效应：当在两块超导体之间存在一块极薄的绝缘层时，超导电子能通过极薄的绝缘层。
Laser 激光：受激发射的光Lattice vibration 晶格热振动：晶体中原子以平衡位置为中心不停的振动的现象Lattice wave 格波：晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或一原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶格中传播而形成的波Linear expansion coefficient 线胀系数：固态物质的温度改变1℃时，其长度的变化与它在0℃时的长度之比Luminescence 荧光：材料接受能量后立即引起发光、中断能量后几乎立刻停止发光Magnetic domain wall 磁畴壁：两相邻磁畴间的过渡区域或交界面Magnetic domain 磁畴：自发磁化是按区域分布的，各个自发磁化区域称为磁畴 Magnetic field 磁场：由运动电荷或电场的变化而产生的一种特殊物质Magnetization 磁化：铁磁性材料在外加磁场作用下，各磁矩规则取向而宏观显示出的磁性现象Magneto resistance effects 磁阻效应：由于磁场存在导致半导体电阻增大的现象meissner 麦斯纳效应：当超导体低于某临界温度Tc时，外加的磁场会被排斥在超导体之外Melting point 熔点：固态急速向液态转变的温度Mgnetism indensity 磁化强度：材料内部的磁感应强度可以看成两部分：1.来自自身空间磁场的作用2.来自材料的磁化产生的附加磁场的作用Mgnetocry stalline anisotropy 磁晶各向异性能：沿不同方向使材料磁化，达到磁饱和时材料所消耗的能量，在铁磁单晶体的不同晶向上磁性能不同的性质Mobility 迁移率：载流子在单位电场中的迁移速度n-type semiconductor n型半导体：掺入施主杂质，主要依靠导带中电子导电的半导体电子型半导体Optical fiber 光纤：传输光能的波导介质Paramagnetism 顺磁性：有些材料的自旋磁矩与轨道磁矩未完全抵消，每个原子都有一个永久磁矩，在外磁场作用下，各原子磁矩会沿外磁场方向择优取向，使材料表现出宏观的磁性的性质。
材料物理导论材料物理导论是一门涵盖了材料科学和物理学的学科，主要研究物质的性质和结构。
下面将分步骤阐述材料物理导论的主要内容。
第一步：物质的基本性质物质的基本性质是材料物理导论中的重要部分。
物质的基本性质包括物质的质量、电荷、电磁力、位移、动量等特性。
对于材料科学来说，物质的基本性质对材料的选择、设计和制造的过程具有重要意义。
第二步：晶体结构晶体结构是材料物理导论中的热点研究议题之一。
晶体结构研究包括元素周期表、晶体的分类、晶体的点阵、晶体的晶格常数、晶体的晶格缺陷以及晶体的相互作用等内容。
晶体结构对于材料特性、材料性能和材料应用具有重要意义。
第三步：物理分析方法物理分析方法是材料物理导论中的重要研究内容。
物理分析方法包括光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射、热力学实验、质谱分析等方法。
物理分析方法可以帮助人们更好地认识材料、了解材料的内部结构与外部性能。
第四步：电子结构电子结构是材料物理导论中的重要概念之一。
电子结构研究包括材料的能带结构、能量带隙以及电子状态密度等几个方面。
此外，电子结构也与材料的载流子行为以及各种材料性质的特性密切相关。
第五步：材料特性材料特性是材料物理导论中所关注的重要问题。
材料特性包括材料的热学性质、光学性质、磁学性质、电学性质、机械性质等特征。
对于材料科学来说，了解材料的特性对材料的改性、设计及应用极为重要。
以上便是关于材料物理导论内容的主要介绍。
材料物理导论作为一门交叉学科，结合了材料科学和物理学的研究方法和思想，让人们更好地认识材料的性质和结构。
通过对材料物理导论的深入研究和实践，可以有效地加深我们对材料科学和物理学领域的理解，为材料科学的发展贡献自己的力量。
材料物理导论名词解释（3）材料物理导论名词解释p-type semiconductor p型半导体：掺入受主杂质，主要依靠导带中空穴导电的半导体空穴型半导体Quality factor 品质因子：能量的储存与损耗之比Refractive index 折射率：光在真空与材料中的传播之比Scattering of ionized impurities 电离杂质散射：半导体中施主杂质、受主杂质电离后分别变成带正电、负电的离子，在电离施主或受主周围形成一个电场使得载流子散射的现象 Semiconductor 半导体：电阻率介于金属与绝缘材料之间的材料Soft magnetic materials 软磁材料：在较弱磁场下易于磁化，也易退磁的一种磁性材料 Specific heat capacity 比热容：单位质量的热容量Spontaneous plarization 自发极化：外加电场去除后仍存在极化的现象Spuerconductor 超导体：一定温度下具有零电阻超导电现象的材料Statistical mechanics 统计力学：研究大量粒子几何的宏观运动规律的科学Statistical regularity 统计规律性：由大量微观粒子组成的整体，表现出与机械运动规律不同的另一种规律性。
Susceplitilsty 磁化率：表示材料磁化程度的物理量Thermal conduction 热传导：材料中的热量自动从高温区传向低温区的现象Thermal eqilibrium state 热力学：平衡态：一个系统处于不变的外界条件下，经过一定的时间后系统达到的一个宏观性质不随时间变化的状态。
Thermal expansion coeffient热膨胀系数：温度升高1K时，物体长度、体积相对增长值 Thermal expansion 热膨胀：材料的长度或体积在不加压力时随温度的升高而变大的现象Thermal motion 热力学：物质中原子和分子不停的无规则运动状态Thermal shock resistance 热稳定性：材料承受温度的急剧变化而不致碎裂破坏的能力Thermal stability热稳定性：材料承受温度的急剧变化而不致碎裂破坏的能力Thermal stress rupture 热应力：材料在为改变外力作用状态时，仅因热冲击而在材料内部产生的内应力Thermodynamics 热力学：研究热现象中物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生时系统与外界相互作用的学科Transmittance 透光率：光能通过材料后剩余光能所占百分比Valence band 价带：填满的电子的能量最高的允带Valence bands 允带：电子能够占据的能量区域Velocity distribution function 速度分布函数：描述分子运动速率分布状态的函数 Vescattering of carriers 载流子迁移：载流子在电场作用下产生运动的现象材料物理性能名词解释2017-04-09 17:22 | #2楼铁电性：电偶极子由于它们的相互作用而产生的自发平行排列的现象。
第一章 材料的力学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。
2. 一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，解：3. 一材料在室温时的杨氏模量为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：拉伸前后圆杆相关参数表 )(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l El l =⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =⨯==-σ名义应力0851.0100=-=∆=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =⨯==-σ真应力)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(388MPa Pa E B ≈⨯=-⨯=-=μ体积模量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：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 。
Absorption coefficient 吸收常数：垂直于光束方向的水层元内单位厚度的吸收量Acceptor impurity 受主杂质：lll族杂质在Si、Ge中能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心acceptor ionization 受主电离：空穴挣脱受主杂质束缚的过程Antiferromagnetism 反铁磁性：材料中相邻原子或离子的磁矩作反向平行排列使得总磁矩为零的性质。
Birefringence 双折射：光入射到各向异性的晶体分解为两束光而沿不同方向折射的现象Conduction bands 导带：一部分被电子填充，另一部分能级空着的允带Crystallization 结晶：液态金属转变为固态金属形成晶体的过程Current density 电流密度：描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量currie temperature 居里温度：自发极化急剧消失的温度Diamagnetism 抗磁性：外加磁场使材料中电子轨道运动发生变化，感应出很小的磁矩且该磁矩与外磁场方向相反的性质Dielectric breakdown 介电体击穿：介电体在高电场下电流急剧增大，并在某一电场强度下完全丧失绝缘性能的现象dielectric loss 介电损耗：将电介质在电场作用下，单位时间内消耗的电能Dielectric medium 电介质：能够被电极化的介质Dipolar turning polarization 偶极子转向极化：极性介电体的分子偶极矩在外电场作用下，沿外施电场方向转向而产生宏观偶极矩的极化Disperse phase 分散相：被分散的物质Dispersion of refractive index 折射率的色散：材料的折射率m随入射光频率减小而减小的现象Donor impurity level 施主能级：将被施主杂质束缚的电子能量状态称施主能级Donor impurity 施主杂质：V族杂志在硅、锗中电力时，能够释放电子而产生导电导子并形成整点中心，称其位施主杂质或n型杂志donor ionization 施主电离：施主杂质释放电子的过程Electirical polarization 电子极化：电场作用下，构成原子外围的电子云相对原子核发生位移形成的极化Electrical field 电场：由电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质Electrical resistivity 电阻率：某种材料制成的长1米、横截面积是1平方米的在常温下（20℃时）导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。
电导率：当施加的电场产生电流时电流密度正比于电场强度，其比例常数即电导率。
超导：在一定的低温条件下，金属突然失去电阻的现象。
电介质：在电场作用下能被极化的物质，通常是指电阻率大于1010Ω·cm的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学性能的材料。
正压电效应：晶体受机械力作用时，一定方向的表面产生束缚电荷（正负电荷中心不重合），其电荷密度大小与所加应力成线性关系。
逆压电效应：晶体在外电场激励下,某些方向产生形变的现象，形变与电场强度成线性关系。
电致伸缩:电介质在外电场的作用下,发生尺寸变化即产生应变现象,起应变大小与所加电压的平方成正比。
相对电导率:把国际标准退火铜在20℃时的电导率（电阻率为0．017241Ωmm2/m，电导率为58．0M S/m）作为100%，其他材料与此导电率的比值（百分数).热焓：等压过程中，质量为m的物体从0K升高到T时所需的热量。
平均热容：单位质量的物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量。
真实热容：物体吸收或放出的热量在数值上等于物体的焓变。
定压热容：等压条件下单位质量的物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量.定容热容：等容条件下单位质量的物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量。
摩尔热容：1mol物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量。
热传导:由于材料相邻两部分间的温差而发生的能量迁移与传递。
热电性：在金属导体组成的回路中，存在温差或通以电流时，会产生热与电的转换效应。
K状态：回火过程中发现含过渡族合金的电阻有反常升高（其他物理性能，如热膨胀效应、比热容、弹性、内耗等也有明显变化）。
冷加工时发现合金的电阻率明显降低。
托马斯(Thomas）最早发现这一现象,并把这一组织状态称为K状态。
不均匀固溶体:由x射线分析可见,固溶体中原子间距的大小显著地波动,其波动正是组元原子在晶体中不均匀分布的结果，所以也把K状态称之为“不均匀固溶体"。
材料物理学导论材料物理学是一门研究材料的性质、结构和行为的学科，它旨在了解材料的基本原理，并为材料的开发和应用提供理论和实验依据。
本文将介绍材料物理学的基本概念、研究方法和应用领域，以及与其他学科的交叉研究。
一、材料物理学的基本概念材料物理学是研究材料的物理性质和行为的学科。
它关注材料结构和性质之间的关系，以及材料制备和性能优化的方法。
材料的物理性质包括力学性质、光学性质、磁性和电性等。
材料物理学着眼于揭示物质的微观结构和宏观性质之间的联系，以及各种条件下材料的行为。
二、材料物理学的研究方法1. 实验研究：材料物理学借助实验手段，对材料的结构和性质进行定量分析。
通过调整材料成分、制备工艺和外部条件等因素，研究材料性能的变化规律，为材料的设计和应用提供依据。
2. 理论模拟：材料物理学采用理论模型和计算方法，揭示物质的微观结构和性质之间的关系。
通过求解方程、模拟材料的运动和相互作用等，预测材料的性质和行为。
理论模拟为材料设计和性能优化提供了重要的理论指导。
三、材料物理学的应用领域1. 新材料开发：材料物理学为新材料的研发提供了基础和理论指导。
通过对材料的定量分析和设计，可以开发出具有特殊性能和应用价值的新材料，如高强度材料、超导材料和半导体材料等。
2. 能源领域：材料物理学在能源领域的应用十分广泛。
例如，通过研究材料的电学性质和光学性质，可以开发出高效的太阳能电池和光催化材料，用于能源转换和储存。
3. 电子器件：材料物理学为电子器件的设计和制造提供了理论指导。
通过研究材料的导电性和磁性等性质，可以开发出更小型、更高性能的电子器件，如集成电路和磁存储芯片等。
4. 生物医学：材料物理学在生物医学领域有着重要的应用。
例如，通过研究生物材料的相容性和生物学特性，可以制备出用于组织工程和药物传递的新型材料。
四、材料物理学的交叉学科研究材料物理学与其他学科之间存在紧密的交叉研究。
例如，材料物理学与化学、工程学和生物学等学科的交叉研究，推动了新材料的开发和创新。
第二章材料科学与工程的四个基本要素作业一第一部分填空题（10个空共10分，每空一分）1．材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工。
2．材料性质的表述包括力学性质、物理性质和化学性质。
3．强度可以用弹性极限、屈服强度和比例极限等来表征。
4．结构材料三类主要的失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀。
5．材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。
6．晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、非晶体和准晶体。
7．化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。
8．材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。
第二部分判断题（10题共20分，每题2分）1．材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应。
（√）2．疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。
（√）3．硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。
（错）4．性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。
（√）5．晶体是指原子排列短程有序，有周期。
（错）6．材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。
（√）7．材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。
（错）8．材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。
（√）9．材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。
（错）10．材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。
（√）第三部分简答题（4题共40分，每题10分）1．材料性能的定义是什么？答：在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。
2．金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？答：1）按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面减小而不能满足大样本空间时，这个数值不再恒定；2）晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近于理论强度值。
第一章：材料的力学形变：材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变力学性能（机械性能）：材料承受外力作用，抵抗形变的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能应力：材料单位面积上所受的附加内力称应力。
法向应力应该大小相等，正负号相同，同一平面上的两个剪切应力互相垂直。
法向应力导致材料的伸长或缩短，剪切应力引起材料的切向畸变。
应变：用来表征材料受力时内部各质点之间的相对位移。
对于各向同性材料，有三种基本的应变类型。
拉伸应变，剪切应变，压缩应变。
拉伸应变：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直线上的两个拉伸应力时材料发生的形变。
剪切应变：材料受到平行于截面积的大小相等，方向相反的两剪切应力时发生的形变。
压缩应变：材料周围受到均匀应力P时，体积从起始时的V0变化为V1的形变。
弹性模量：是材料发生单位应变时的应力，表征材料抵抗形变能力的大小，E 越大，越不易变形，表征材料的刚度越大。
是原子间结合强度的标志之一。
黏性形变：是指黏性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间的增大而增大。
剪切应力小时，黏度与应力无关，随温度的上升而下降。
牛顿流体：服从牛顿黏性定律的物体称为牛顿流体。
在足够大的剪切应力下或温度足够高时，无机材料中的陶瓷晶界，玻璃和高分子材料的非晶部分均会产声黏性形变，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，而高分子浓溶液或高分子熔体不符合牛顿黏性定律，为非牛顿流体。
塑性：材料在外应力去除后仍能保持部分应变的特性称为塑性。
晶体塑性形变两种类型：滑移和孪晶。
延展性：材料发生塑性形变而不断裂的能力称为延展性。
μ（泊松比），定义为在拉伸试验中，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加率之比。
滑移是指在剪切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分发生平移滑动，在显微镜下可观察到晶体表面出现宏观条纹，并构成滑移带。
滑移一般发生在原子密度大和晶向指数小的晶面和晶向上。
材料物理专业介绍篇一：材料物理专业介绍一．专业特色本专业隶属于南京理工大学“材料学”国家重点学科,是材料科学与凝聚态物理的交叉融合,紧跟当今世界材料微型化、功能化、智能化的发展潮流，着眼于各类材料的光、电、磁等物理性能及其应用，包含凝聚态物理、半导体和微电子方向的主干课程。
本专业理论与实验相结合，培养学生具有扎实的凝聚态物理学科基础以及新型光电功能材料前沿学科领域的探索研究能力，能够适应光电信息功能材料及器件、半导体材料及器件、新能源材料及器件、智能磁性材料及器件等国家新材料战略领域的用人需求。
二．培养目标本专业培养较系统地掌握光电功能材料的基本理论，具备制备、检测和评价光电功能材料及器件、半导体材料及器件、微电子材料及器件的基本技能，能在光电功能材料及其相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的高级专门人才。
三．培养要求本专业学生主要学习材料科学方面的基本理论、基本知识和基本技能，受到科学思维与科学实验方面的基本训练，具有运用物理和电子科学与技术的基础理论、基本知识和实验技能进行光电功能材料的研究和技术开发的基本能力。
毕业生应获得以下几方面的知识和能力：1．掌握光电功能材料、凝聚态物理、电子科学与技术等方面的基本理论和基本知识；2．掌握光电功能材料及元器件的制备、检测、评价和应用等方面的基础知识、基本原理和基本实验技能；3．了解电子科学与技术等相近专业的一般原理和知识；4．熟悉国家关于材料科学与工程研究、科技开发及相关产业的政策，国内外知识产权等方面的法律法规；5．了解光电功能材料与元器件的理论前沿、应用前景和最新发展动态，以及产业发展状况；四．学制与学位标准学制：四年修业年限：三至六年授予学位：工学学士五、主干学科与交叉学科主干学科：材料科学与工程；交叉学科：物理学、电子科学与技术。
六、主要课程大学物理、材料科学基础、固体物理、材料物理化学、材料现代分析方法、材料物理性能、半导体物理、半导体材料与器件、光电材料与器件、模拟电路和数字电路、纳米材料与应用、磁性材料、电子封装材料与工艺、硅器件与集成电路原理、电池材料与技术等。
光电效应：是指在光的作用下从物体表面释放电子的现象康普顿效应：x-ray 被物质散射时，测到了波长改变的现象。
量子围栏：蒸发到铜(111)晶面的铁原子用扫描隧道显微镜的探针排列成的园环。
几率密度：代表电子出现在 (x,y,z) 点附近单位体积中被测到的几率的大小量子力学的基本原理：Born 提出的波函数的几率解释本征方程、本征值、本征函数:算符作用于函数u 上等于常数f 与u 的乘积 u = f u 量子隧道效应：粒子在能量E 小于势垒高度时仍能贯穿势垒的现象电阻率（电导率）：是物质的本征参数，用来表征材料导电性表征材料导电性的微观物理量：载流子浓度和迁移率自由电子气模型：金属中电子共有化，好比理想气体，彼此之间没什么相互作用，各自独立地在势能等于平均势能的场中运动，因而不受外力作用，只是到金属表面时才受到突然升高的势能的阻挡马蒂森定则：金属的电阻率可表为0()()e T T ρρρ=+。
()e T ρ由于声子对电子的散射所引起的，称为本征电阻率。
0ρ杂质或缺陷对电子的散射产生的，与温度无关，称剩余电阻率。
能带理论：预言固体中电子能量会落在某些限定范围或“带”中布洛赫定理：周期性势场中的波函数()()ikx k x e u x ψ=⋅禁带：在诸能量断开的间隔内不存在允许的电子能级（原因：是在布区边界上存在布拉格反射.）能带: 包括允带和禁带。
允带（allowed band ）：允许电子能量存在的能量范围。
禁带（forbidden band ）：不允许电子存在的能量范围。
布里渊区：将标志电子状态的波矢k 分割成许多区域，这些区域满带：被电子填满的能带导带：被电子部分填充的能带空带：没有电子填充的能带价带: 被价电子占据的允带（低温下通常被价电子占满）。
或最上面的一个满带Wilson 转变：对于绝缘体,若满带与空带重叠,即成为不满带,则成为了导体。
这种与能带是否交叠相对应的金属--绝缘体的转变称为Wilson 转变。
Peierls 转变：晶格结构变化引起的金属--绝缘体转变霍尔效应：x 方向施加电场E x ，电流密度为J x , z 方向施加磁场B z ，y 方向产生的电场E y磁阻效应：在垂直于电流方向上施加磁场，沿外加电场方向的电流密度有所降低，即表观电阻增大，称此效应为磁阻效应N 型半导体：在本征Si 和Ge 中掺入微量V 族元素后形成的杂质半导体P 型半导体：在本征Si 和Ge 中掺入微量Ⅲ族元素后形成的杂质半导体补偿作用：在半导体中，同时存在着施主和受主杂质因为施主和受主杂质之间有互相抵消的作用杂质能带：杂质电子有可能在杂质原子间产生共有化运动，从而使孤立的杂质能级扩展散射：载流子在半导体中运动时产生碰撞碰撞后载流子速度的大小及方向就发生改变本征缺陷载流子：晶格格点上的正、负离子因热缺陷而产生的，脱离格点的填隙离子及空格点才能够在电场的作用下作定向运动，参与导电过程。
肖特基缺陷和弗兰克尔缺陷。
电介质:在电场作用下会沿电场方向产生电偶极矩，在靠近电极的材料表面会产生束缚电荷电导率很低的材料电偶极矩:对于总电量为零的任何分布的电荷系统，都可以把它等效地看成是由两个相距为L ，分别带有+Q 和-Q 电量的点电荷所组成的系统，这个系统称为偶极子电介质的极化: 在外电场作用下，在电介质内部感生偶极矩的现象极化强度P: 电介质单位体积内的感生偶极矩. 极化强度是电介质单位体积中所有极化粒子偶极矩的向量和。
极化的大小不仅决定于粒子的感应电矩，而且决定于单位体积的粒子数 弹性位移极化电子（弹性）位移极化:电子云相对于原子核位移而建立起感应偶极矩的现象离子（弹性）位移极化: 在电场作用下正离子沿电场方向移动，负离子反电场方向移动，形成感应偶极矩 电子极化率: 表征电介质电子位移极化的微观参数ee e E μα=随离子半径和价电子数增加而增大. 与温度无关偶极子转向极化:电场作用下偶极子沿电场方向取向的几率大于其它方向，因此就在电场方向形成宏观偶极矩松弛极化: 偶极子取向极化 界面极化洛伦兹有效电场: 作用在分子或原子处的总电场自发极化:晶胞具有极性，使晶体处在高度的极化状态下，由于这种极化状态是外场为零时自发地建立起来的，铁电体：自发极化强度矢量能在外电场的作用下沿着某几个特定的晶向重新定向的电介 电滞回线关系：当电场发生周期性变化时，极化强度P 滞后于外加电场E 。
电畴：自发极化方向相同的晶胞所组成的小区域电畴运动:铁电体的自发极化在外电场作用下反转时，晶体的电畴结构也要发生相应的改变。
矫顽电场强度：把剩余极化全部去除所需的反向电场强度居里点：当温度高于某一临界温度T c 时，晶体的铁电性消失，而且晶格结构也发生转变，这一温度是铁电体的居里点能量损耗：松弛极化损耗、电导损耗介质弛豫：在交流电场下，如果频率一增加，极化就变得跟不上，介电常数值随频率而变化起来弥散现象：在这一频率区域，介电常数发生剧烈变化，同时出现极化的能量耗散夹层极化：由两种或两种以上ε和σ不同的介质组成的复合介质，在电压作用下，在其介质层的交界面上会引起自由电荷的缓慢积聚(即宏观极化)过程，并产生损耗边缘效应：击穿往往发生在击穿强度比较低的气体或液体环境媒质中电子崩过程：电场强度增加到一定程度时，自由电子碰撞电离产生的新电子链锁发生碰撞电离、汤逊第一电离系数α：是一个电子在单位行程上所产生的电子或正离子数 γ过程或二次过程：在电离中产生的正离子，当以足够的能量撞击阴极时，能引起金属表面电离，使阴极释放出电子汤逊第二电离系数γ：折合到每个碰撞阴极表面的正离子使阴极金属释放出的平均自由→→=L Q μ偶极矩电子数自持放电：当除去外电离因素后，放电仍然能够自行维持下去，这种放电称自持放电汤逊击穿判据:1)1(=-d e αγ 电击穿：当固体电介质承受的电压超过一定的数值U B 时，就使其中有相当大的电流通过，使介质丧失绝缘性能，这个过程就是电击穿雪崩理论：在电场足够高时，自由电子从电场中获得的能量在每次碰撞后都能产生一个自由电子齐纳击穿：当外加电场足够高时，由于量子力学的隧道效应，禁带下电子就可能进入导带。
在强场作用下，自由电子被加速，引起电子碰撞电离。
由于隧道电流的增加，晶体局部温度提高，致使晶体局部熔融而破坏1固体介质的击穿场强往往取决于材料的均匀性。
2大部分材料在交变电场下的击穿场强低于直流下的击穿场强.3在高频下由于局部放电的加剧，使得击穿场强下降得更厉害，并且材料的介电常数越大，击穿场强下降得越多热击穿：当固体电介质在电场作用下，由电导和介质损耗所产生的热量超过试样通过传导、对流和辐射所能散发的热量时，试样中的热平衡就被破坏，试样温度不断上升，最终造成介质永久性的热破坏 高频下的主要击穿形式是热击穿。
电—机械击穿：由于高聚物弹性模量小(比陶瓷材料等小两个数量级左右)，容易变形，挤压的作用使聚合物的厚度减小。
如温度有所增加，使材料杨氏模量下降，从而试样的厚度更显著地减小，这就使电场在电压不变情况下，E 进一步升高，最终导致击穿，常称为电—机械击穿。
超电导现象：电阻突然消失，发生这一现象的温度称为临界温度。
超导体内没有电场Meissner 效应:在超导转变过程中，表现出抗磁行为，也就是说，超导体把磁力线排斥出体外两个基本特征 ρ＝0 和B ＝0临界磁场：用一磁场加到超导体之后，当磁场达到某一值时，超导体就出现了电阻 这个磁场称之为临界磁场Josephson 效应：超导体中的“库珀电子对”可以以隧道效应穿过两个弱连结(薄的绝缘位垒)的超导体晶格振动：晶体中的整个晶格可看成是一个相互耦合的振动系统，这个系统的运动通常称为。
玻恩－卡曼（Born-Karman ）周期性边界条件：假设在有限晶体之外有无限多个和这个有限晶体完全相同的假想晶体，它们和实际晶体彼此毫无缝隙地衔接在一起，组成一个无限的晶体。
这样就保证了有限晶体的平移对称性。
色散关系：2qa ω= 格波：()i qna t n u Ae ω-=解为平面波形式，即原子的振动形成了波 一维单原子 ：1）格波的空间坐标是离散的2）格波的角频率ω有极大值m ω=3）色散关系表明，格波角频率ω 是波矢q 的周期函数，周期为 (2π/a )4）长波近似 当a ＜＜λ时 ，无色散，这正是连续媒质中弹性波的色散关系。
在长波近似的情况下，晶体可视为连续介质，格波可视为弹性波。
5）格波的波矢q 不连续。
q 的最小间隔为： 而q 的周期为 一维双原子：声学波：ω-可用超声波来激发，同时长波部分和弹性声波一致 分子的整体运动模式光学支：这支波的频率较高，已进入红外频率范围 同一个分子中的原子的相对运动情况在长波极限情况下 声学格波描写元胞内原子的同相运动，光学格波描写元胞内原子的反相运动q 的最小间隔为: Na π 一维均为纵波声子：三维晶格线性谐振子处于不连续的能量状态相邻状态的能量差为ω ,它是谐振子的能量量子，称它为声子 (声子系统是无相互作用的声子气组成的系统。
)晶格振动谱: 晶格振动频率与波矢之间的函数关系ω(q ) (色散关系)热容量：指物质分子或原子热运动的能量Q 随温度T 的变化率，表征材料吸放热能力 元素的热容定律(杜隆—珀蒂定律)：定容下元素原子的摩尔热容25 J ／(K·mol)．柯普定律: 化合物分子的摩尔热容等于构成该化合物分子各元素的原子摩尔热容之和 爱因斯坦模型假设：假设晶体中的原子振动是相互独立的，所有原子都具有同一频率 1当温度很高时(T >>0)，有325J/(K mol)V C Nk ≈≈⋅这与经典的杜隆—珀蒂定律相符2当温度很低时(T →0)， θE /T >>1，有摩尔热容趋于零德拜（Debye ）模型:长声学波1 晶体视为连续介质，格波视为弹性波2 有一支纵波，两支横波，纵、横弹性波的波速相等3晶格振动频率在0----ωm 之间(ωm 为德拜频率)金属热容需要同时考虑晶格振动和自由电子 3h e V V V C C C bT T γ=+≈+ 热膨胀：是指材料的长度或体积在不加压力时随温度的升高而变大的现象2Na π2aπ热传导：是指材料中的热量自动地从热端传向冷端的现象热导率：在单位温度梯度下单位时间内通过材料单位垂直面积的热量。
反映材料的导热能力。
导热主要是靠晶格振动的声子和自由电子的运动来实现的。
高温时还可能有光子热传导。
声子间碰撞引起的散射是晶格中热阻的主要来源魏德曼—弗兰兹定律：在不太低的温度下，金属热导率与电导率之比正比于温度，其比例常数的值不依赖于具体金属。
0/e L T κσ=热稳定性：指材料承受温度的急剧变化而不致碎裂破坏的能力。
抗热冲击断裂性 抗热冲击损伤性热应力：材料在未改变外力作用状态时，仅因热冲击而在材料内部产生的内应力 第一抗热应力断裂因子R 11(1)f R E σμα-= 第二抗热应力断裂因子R 2 21(1)J/(m s)f t t R R E σμκκα-==⋅第三抗热应力断裂因子 231(1)f t t P P P R R R C E C C σμκκραρρ-=⋅=⋅=磁偶极子：一个磁性强弱能够用无限小的回路电流所表示的小磁体磁化强度M ：单位体积物质内所具有的磁矩矢量和磁极化强度J ：单位体积物质内所具有的磁偶极矩矢量和描述宏观物质磁性强弱的物理量 J M磁感应强度B: 指物质内单位面积中通过的磁力线数描述磁极周围任一点磁场力大小或磁极周围磁场效应的物理量磁化率χ:指单位磁场强度H 在单位磁体中所感生出的磁化强度M 大小的物理量。
