材料物理性能考试总结

第一章固体中电子能量和状态1.1电子的粒子性和波动性1.霍尔效应取一金属导体，放在与它通过电流相垂直的磁场内，则在横跨样品的两面产生一个与电流和磁场都垂直的电场，此现象称为霍尔效应。

2.德布罗意假设一个能量为E，动量为P的粒子，同时也具有波性，其波长λ由动量P决定，频率ν由能量E确定：λ=h/P=h/(mv); ν=E/h;式中：m为粒子质量；v为自由粒子的运动速度,由上式求得的波长，称为德布罗意波长。

3.其中，d=2.15*10-10m，θ=50°E=54eV;由λ=dsinθ得，λ=2.15*10-10m*sin50°=1.65*10-10m电子质量m=9.1*10-31kg，电子能量E=54eV，则由λ=h/p得λ=h/(2mE)1/2=[6.6*10-34/(3.97*10-24)]m=1.66*10-10m比较两个结果基本一致，说明德布罗意波假设的正确性。

1.2金属的费米——索末菲电子理论金属的费米索末菲电子理论同意经典的电子学说，认为价电子是完全自由的，但量子自由电子学说认为自由电子状态不服从麦克斯韦——玻尔兹曼统计规律，而是服从费米——狄拉克的量子统计规律。

故该理论利用薛定谔方程求解自由电子的运动波函数，计算自由电子的能量。

1.导体，绝缘体，半导体的能带结构（P25-26）二价元素如周期表中的ⅡA族碱土族Be、Mg、Ca、Sr、Ba，ⅡB族为Zn、Cd、Hg，按上边的讨论，每个原子给出两个价电子，则得到填满的能带结构，应该是绝缘体，对一维情况的确是这样，但在三维情况下，由于能带之间发生重叠，造成费米能级以上不存在禁带，因此二价元素也是金属。

1.3习题1.一电子通过5400V电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3）计算它对Ni晶体（111）面（面间距d=2.04×10-10m）的布拉格衍射角。

2.有两种原子，基态电子壳层是这样填充的（1）12、2226、3233;（2）12、2226、3236310、4246410;，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。

第二章材料的电性能2.1电子类载流体导电1.金属产生电子的根本原因当电子通过一个理想晶体点阵时（0K），它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子波才受到散射（不相干散射），这就是金属产生电阻的根本原因。

2.温度变化引起金属导电性改变的原因由于温度引起的粒子运动（热震动）振幅的变化（通常用振幅的均方值表示），以及晶体中的异类原子，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。

3.马西森定律若金属中含有少量杂质，其杂质原子使金属的正常结构发生畸变，它对电子波的作用如同空气中的尘埃对光的传播影响一样，引起额外的散射。

此时散射系数由两部分组成μ=μT+Δμ其中散射系数μT与温度成正比，Δμ与杂质浓度成正比，与温度无关。

这样，总的电阻包括基本电阻和溶质（杂质）浓度引起的电阻（与温度无关）。

这就是马西森定律。

用下式表示：ρ=ρ＇+ρ(T)式中：ρ(T)是与温度有关的电阻率；ρ＇是杂质浓度、点缺陷、位错有关的电阻率。

4.电阻率与温度的关系通常金属融化时电阻增高1.5～2倍。

因为融化时金属原子规则排列遭到破坏，从而增强了对电子的散射，电阻增加。

但也有反常，如锑，随温度的升高，电阻也增加；融化时反而下降了。

其原因是，锑在融化时，由共价结合而变化为金属结合，故电阻率下降。

5.形成固溶体时电阻率的变化当形成固溶体时，合金导电性能降低。

即使在导电性好的金属溶剂中融入导电性很高的金属时，也是如此，这是因为在溶剂晶格中溶入溶质原子时，溶剂晶格发生扭曲畸变，破坏了晶格势场的周期性，从而增加了电子散射几率，电阻率增高。

2.2离子类载流子导电1. 1.离子电导理论2.3半导体我们把纯的半导体称为本征半导体（一定是单晶），因为它的行为仅仅由它固有的性质决定。

把由于外部作用而改变半导体固有性质的半导体称为非本征（杂质）半导体。

1.n型半导体也称为电子型半导体。

n型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。

2.p型半导体p型半导体，也称为空穴型半导体。

p型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。

3.pn结采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将p型半导体与n型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为pn结2.4超导体1.超导形态特性和超导体的三个性能指标1.完全导电性；2.完全抗磁性3.通量量子化2.5习题1.铂线300K时电阻率为1×10-7Ω·m，假设铂线成分为理想纯。

试求1000K时的电阻率。

2.镍铬丝电阻率（300K）为1×10-6Ω·m，加热到400K时电阻率增加5%，假定在此温度区间内马西森定则成立。

试计算由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。

第三章材料的介电性能3.1电介质极化的机制电介质在外加电场作用下产生宏观电极化强度，实际上是电介质微观上各种你极化机制贡献的结果，它包括电子的极化，离子的极化（又可分为位移极化和弛豫极化）、电偶极子取向极化和空间电荷极化。

3.2陶瓷材料的损耗陶瓷材料的损耗主要来自三个部分：1.电导损耗；2.取向极化和弛豫极化损耗；3.电介质结构损耗；此外，无机材料表面气孔吸附水分，油污及灰尘等造成表面电导也会引起较大的损耗。

3.3电介质在电场中的破坏1.介电强度（介电击穿强度）当陶瓷或聚合物用于工程中作绝缘材料、电容器介电材料和封装材料时，通常都要经受一定的电压梯度作用，如果材料发生短路，这些材料就失效了。

人们称这种失效为介电击穿。

引起材料击穿的电压梯度（V/cm）称为材料的介电强度或介电击穿强度。

3.4压电性和热释电性1.压电效应在一些特定的方向上加力，则在力的垂直方向的平面的方向上出现正负束缚电荷，后来这种现象称为压电效应。

2.正压电效应当晶体受到机械力作用时，一定方向的表面产生束缚电荷，其电荷密度大小与所加应力的大小成线性关系。

这种由机械能转化为电能的过程，称为正压电效应。

3.逆压电效应逆压电效应就是当晶体在外界电场的激励下，晶体的某些方向上产生形变（或谐振）的现象。

4.逆压电效应与电致伸缩实际上，任何介电质在外场作用下，都会发生尺寸变化，即产生应变。

这种现象称为电致伸缩，其应变大小是与所加电压的平方成正比。

3.5铁电性1.电滞回线1920年法国人Valasek发现罗息盐（酒石酸钾钠——NaKC4H4O6·4H2O）具有特意的介电性其极化强度随外加电场的变化如图3.16所示的形状称为电滞回线，把具有这种性质的晶体称为铁电体。

2.电筹每个区域内部电偶极子沿同一方向，但不同小区域的电偶极子不同，这每个小区域称为电筹（简称筹），由于极化的非线性，铁电体的介电常数不是恒定值。

1.铁电性、压电性、热释电性之间的关系3.6习题2、3。

第四章材料光学性能4.1光和固体的相互作用1.材料折射率及其影响因素1.构成材料元素的离子半径2.材料的结构、晶型3.材料存在的内应力4.同质异构体5.从外部因素来说，入射光的波长也是材料折射率的影响因素。

大多数情况下光的折射率总是随着波长的增加而减小，这种性质称为色散。

2.材料的反射系数和影响因素若两种介质折射率相同，则R=0。

垂直入射时，光透过几乎没有损失。

由于陶瓷，玻璃等材料的折射率较空气的大，所以反射损失较严重。

为了减小反射损失，经常采用以下措施：（1）透过介质表面镀层透膜。

（2）将多次透过的玻璃用折射率与之相近的胶将它们粘起来，以减少空气界面造成的损失。

4.2材料的发光1.荧光和磷光冷发光有两种类型：荧光和磷光。

当激发除去后在10-8s内发出的光称为荧光，其发光是被激发的电子跳回价带时，同时发射光子。

发光磷光则有所不同，发磷光的材料往往含有杂质并能在能隙中建立施主能级，当激发的电子从导带跳回到价带时，首先跳到施主能级并被捕获。

2.余晖时间指发光后其强度降到原强度1/10时所需要的时间。

4.3激光1.激光工作的原理（给图讲原理）第五章材料的热性能5.1材料的热熔1.德拜温度5.2材料的导热性1.金属的热传导对于纯金属，导热主要依靠自由电子，而合金导热就要同时考虑声子导热的贡献。

5.3材料的热稳定性1.热冲击损坏一般无机材料和其他脆性材料，热稳定性比较差，其热冲击损坏有两种类型：一种是材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能称为热冲击断裂性；另一种是在热冲击循环作用下，材料表面开裂，剥落并不断发展，最终断裂或变质，抵抗这类破坏的性能称为热冲击损伤性。

第六章材料的磁性能6.1磁学基本量及磁性分类1.物质的磁性分类1.抗磁体2.顺磁体3.铁磁体在较弱的磁场作用下，聚能产生很大的极化强度。

χ是很大的正数，且与外磁场呈非线性关系变化4.亚铁磁体这类磁体有点像铁磁体，但χ没有铁磁体那么大。

5.反铁磁体这类磁体的χ是很小的正数，在温度低于某温度时，它的磁化率同磁场的取向有关。

2.原子本征磁矩材料的磁性来源于原子磁矩。

原子的磁矩包括电子轨道磁矩、电子自旋磁矩和原子核磁矩。

6.2铁磁性和亚铁磁性材料的特征6.3磁性材料自发磁化和技术磁化铁磁体自发磁化分成若干个小区域（这种自发磁化至饱和的小区域称为磁畴）。

1.铁磁性产生的原因（条件）1.原子内部要有未填满的电子壳层；2.R ab/r之比大于三使交换积分为A正。

前者指的是原子本征磁矩不为零；后者指的是要有一定的晶体结构。

2.磁畴相邻磁畴的界限称为磁畴壁，主要可分为两种，一种为180°磁畴壁，另一种为90°磁畴壁。

如图3.技术磁化的本质技术磁化过程就是外加磁场对磁畴的作用过程，也就是外加磁场把各个磁畴的磁矩的方向转到外磁场方向（或近似外磁场方向）的过程。

它与自发磁化有本质的不同。

技术磁化是通过；两种方式进行的：一种是磁畴壁迁移；另一种是磁畴壁旋转。