材料物理性能课件-1.1晶格热振动
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第1章热学性能一、基本概念:晶格振动(晶格热振动)、格波、声子、光学波、声学波晶格振动或晶格热振动:晶体点阵中的质点(原子、离子)总是围绕着平衡位置作微小振动。
●热激发时每个原子在平衡位置附近的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”。
(●声子:晶格振动是“量子化”的,“量子化”的格波看成某种微粒,称为“声子”。
光学波:频率高的格波,伴随的能量也大,其频率范围处在光频范围(红外区),故称为光频支或光学波。
(离子型材料具有很强红外吸收特性)声学波:另一支格波频率较低,伴随的能量小,与普通弹性波类似,是以声波形式出现的驻波,称为声频支或声学波。
二、基本理论1、热传导固体材料导热——晶格振动(格波)以及电子和空穴运动实现。
金属导热——自由电子间碰撞;无机非金属材料——晶格振动(格波),低温声子导热,高温时光子导热;绝缘材料声子导热2、热膨胀固体材料热膨胀的物理本质:归结为点阵结构中质点(原子或离子)间平均距离随温度升高而加大。
原因:质点在晶格点阵中作非简谐振动,相邻质点间的作用力实际上是非线性的,并不简单地与位移成正比。
●双原子势能曲线:与合力变化相对应,两原子相互势能成一个不对称曲线变化。
温度上升,势能增高,不对称性越明显,导致振动中心右移,原子间距增大。
宏观上表现为热膨胀。
●玻璃材料:影响固体材料热膨胀系数的一些因素:结构紧密的晶体膨胀系数大,结构空敞的晶体膨胀系数小。
这是由于开放结构能吸收振动能及调整键角来吸收振动能所导致的。
石英玻璃:aV=0.56*10-6K-1;石英晶体:aV=12*10-6K-13、热传导固体材料导热——晶格振动(格波)以及电子和空穴运动实现。
金属导热——自由电子间碰撞;无机非金属材料——晶格振动(格波),低温声子导热,高温时光子导热;绝缘材料声子导热多晶体与单晶体热导率(P22)第2章电学性能一、基本概念:分析理论:对固体电子能量结构和状态的认识,开始于金属晶体材料:经典自由电子论、量子自由电子论、能带理论能带:一个能级分裂后所形成的密级的能量范围,能级间能量差为小于10-33eV,能带中电子能量连续变化;能量低,能带窄,能量高,能带宽。