材料物理性能总复习ppt课件

1、 材料性能学总复习 资料的热学性能是表征资料与热相互资料的热学性能是表征资料与热相互作用行为的一种宏观特性。作用行为的一种宏观特性。 热容：在没有相变或化学反响的条件热容：在没有相变或化学反响的条件下，资料温度升高下，资料温度升高1K1K所吸收的热量所吸收的热量Q Q。 热膨胀：物体的体积或长度随温度的热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的景象。升高而增大的景象。 热传导：当固体资料的两端存在温差热传导：当固体资料的两端存在温差时，热量会从热端自动地传向冷端的景象。时，热量会从热端自动地传向冷端的景象。资料的热学性能 材料性能学总复习1、表征热容的参量、表征热容的参量 比热容比热容 摩尔

2、热容摩尔热容 平均比热容平均比热容mTQc1mTTQcaverage112mTQcVV1定容热容：定容热容：mTQcPP1定压热容：定压热容：单位质量资料的热容：单位质量资料的热容： J / (kg.K)J / (kg.K)1 mol1 mol资料的热容，资料的热容，J / (mol.K)J / (mol.K)单位质量资料从温度单位质量资料从温度 T1 T1 升高到升高到 T2 T2 所吸收所吸收热量的平均值：热量的平均值： 材料性能学总复习2、经典热容实际、经典热容实际将气体分子的热容实际直接用于将气体分子的热容实际直接用于固体，其根本假设：晶体格点是孤立的，固体，其根本假设：晶体格点是孤立

3、的，根据经典统计实际，其能量是延续的，根据经典统计实际，其能量是延续的，因此固体中一个原子在空间有三个振动因此固体中一个原子在空间有三个振动自在度，每个自在度上的平均动能和位自在度，每个自在度上的平均动能和位能均为能均为0.5kT0.5kT00E 3NkTkTN kT3RT11=(+)=322)/(253molKJRdTdECV 杜隆珀替定律杜隆珀替定律 奈曼奈曼- -柯普定律柯普定律恒压下元素的原子热容等于恒压下元素的原子热容等于25J/(K.mol)25J/(K.mol)。化合物分子热容等于构成此化合物各元化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。素原子热容之和。经典热容实际：模型

4、过于简单，不能解释低温下热容减小的景象经典热容实际：模型过于简单，不能解释低温下热容减小的景象 材料性能学总复习3、热容的量子实际、热容的量子实际热容的量子实际：能量量子化热容的量子实际：能量量子化爱因斯坦热容实际假设：每个原子皆爱因斯坦热容实际假设：每个原子皆为一个独立的振子，原子之间彼此无关。为一个独立的振子，原子之间彼此无关。 高温部分符合较好，但低温部分的高温部分符合较好，但低温部分的实际值比实验值下降得过快。实际值比实验值下降得过快。德拜热容实际思索晶体中点阵的相互德拜热容实际思索晶体中点阵的相互作用，将格波看成是弹性波。每个谐振子的作用，将格波看成是弹性波。每个谐振子的频率不同，频

5、率范围从频率不同，频率范围从w0w0到到wmwm 对一些化合物的热容计算与实验不对一些化合物的热容计算与实验不符，很高温度和极低温度与实验不符。符，很高温度和极低温度与实验不符。 材料性能学总复习4、热膨胀的物理本质：、热膨胀的物理本质：固体资料的热膨胀与原子的非简谐振动非线性振动有关固体资料的热膨胀与原子的非简谐振动非线性振动有关5、热膨胀性能的表征、热膨胀性能的表征u 单位长度的物体温度升高单位长度的物体温度升高1 1度的伸长量称为线度的伸长量称为线膨胀系数；膨胀系数；u 单位体积的固体温度升高单位体积的固体温度升高1 1度时的体积变化量度时的体积变化量称为体积膨胀系数。称为体积膨胀系数。

6、u 平均线膨胀系数：温度区间的。平均线膨胀系数：温度区间的。00121211LTLLTTLLL1201TTLLLT点阵构造中质点间平均间隔随温度升高而增大。点阵构造中质点间平均间隔随温度升高而增大。 材料性能学总复习6、影响热膨胀的要素、影响热膨胀的要素u 合金成分：普通来说，参与膨胀系数大于基体的溶质时，合金成分：普通来说，参与膨胀系数大于基体的溶质时，将提高固溶体的热膨胀系数。构成金属间化合物时，规律将提高固溶体的热膨胀系数。构成金属间化合物时，规律比较复杂。比较复杂。u 相变：一级相变转变点处无穷大；二级相变有拐点。相变：一级相变转变点处无穷大；二级相变有拐点。u 晶体致密度和晶体缺陷：

7、构造严密膨胀系数较大；晶体致密度和晶体缺陷：构造严密膨胀系数较大；u 晶体各向异性：普通来说，杨氏模量较高的方向将有较晶体各向异性：普通来说，杨氏模量较高的方向将有较小的膨胀系数。小的膨胀系数。7、常用工程资料的热膨胀、常用工程资料的热膨胀金属资料的热膨胀系数介于陶瓷和高分子资料之金属资料的热膨胀系数介于陶瓷和高分子资料之间。间。 材料性能学总复习8、导热系数与传热的微观机理、导热系数与传热的微观机理 在单位温度梯度下，单位时间内经过单位在单位温度梯度下，单位时间内经过单位截面积的热量，单位为截面积的热量，单位为W/(mW/(mK)K)导热系数导热系数传热的微观机理传热的微观机理l 固体中的导

8、热主要是由晶格振动的格波声子固体中的导热主要是由晶格振动的格波声子导热和自在电子的运动电子导热来实现的。导热和自在电子的运动电子导热来实现的。l 在金属中由于有大量的自在电子，而且电子的在金属中由于有大量的自在电子，而且电子的质量很轻，所以能迅速地实现热量的传送，在非质量很轻，所以能迅速地实现热量的传送，在非金属晶体的晶格中，自在电子很少，因此晶格振金属晶体的晶格中，自在电子很少，因此晶格振动是他们的主要导热机构。动是他们的主要导热机构。 材料性能学总复习9、热导率与电导率的关系、热导率与电导率的关系 在室温下，许多金属的热导率与电导率之比在室温下，许多金属的热导率与电导率之比/几乎一样，而不

9、随金属不同而改动。几乎一样，而不随金属不同而改动。 导电性好的资料导热性也好导电性好的资料导热性也好魏德曼魏德曼- -弗朗兹定律弗朗兹定律LorentzLorentz定律定律比值比值/与温度与温度 T T 呈正比呈正比LT28221045. 23KWekTL式中，式中，L L LorentzLorentz常数：常数： 材料性能学总复习10、影响热导率的要素、影响热导率的要素 温度：存在极大值。温度：存在极大值。 显微构造：显微构造：1 1结晶构造的影响：晶体构造愈复杂，晶格结晶构造的影响：晶体构造愈复杂，晶格振动的非谐性程度愈大。格波遭到的散射愈大，声振动的非谐性程度愈大。格波遭到的散射愈大，

10、声子平均自在程愈小，热导率愈低；子平均自在程愈小，热导率愈低；2 2各向异性晶体的热导率：非等轴晶系的晶各向异性晶体的热导率：非等轴晶系的晶体热导率呈各向异性，温度升高时，晶体构造的对体热导率呈各向异性，温度升高时，晶体构造的对称性提高，不同方向的热导率差别减小称性提高，不同方向的热导率差别减小3 3对于同一种资料，非晶体的热导率总是比对于同一种资料，非晶体的热导率总是比单晶体小；非晶态的热导率总是比晶态小。单晶体小；非晶态的热导率总是比晶态小。 成分：杂质元素将使缺陷热阻加强，导热性下成分：杂质元素将使缺陷热阻加强，导热性下降。降。 气孔：在不改动构造的情况下，气孔率的增大，气孔：在不改动构

11、造的情况下，气孔率的增大，总是使热导率降低总是使热导率降低 材料性能学总复习 磁性是一切物质的根本属性，从微观磁性是一切物质的根本属性，从微观粒子到宏观物体以致于宇宙间的天体都存在粒子到宏观物体以致于宇宙间的天体都存在着磁的景象。着磁的景象。 磁性是磁性资料的一种运用性能，磁磁性是磁性资料的一种运用性能，磁性资料具有能量转换、存储或改动能量形状性资料具有能量转换、存储或改动能量形状的功能。的功能。资料的磁学性能 材料性能学总复习1、根本磁参量的概念与定义以及影响要素、根本磁参量的概念与定义以及影响要素 磁矩磁矩 磁化强度磁化强度 磁导率磁导率 方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电方向与环形

12、电流法线的方向一致，其大小为电流与封锁环形面积的乘积流与封锁环形面积的乘积ISIS，与电流，与电流I I和封锁环和封锁环形面积形面积SS成正比成正比单位体积内原子固有磁矩矢量和单位体积内原子固有磁矩矢量和A/mA/m 磁化率磁化率mPVM1AIm磁矩表征资料磁性大小的物理量，磁矩愈大，磁性愈强，即物体在磁磁矩表征资料磁性大小的物理量，磁矩愈大，磁性愈强，即物体在磁场中受的力愈大。场中受的力愈大。HM在单位外磁场强度在单位外磁场强度H H下的磁化强度下的磁化强度HMr0)1 (r 磁感应强度磁感应强度在强度为在强度为H H的磁场中被磁化后，物质内磁场强度的大小的磁场中被磁化后，物质内磁场强度的大

13、小 材料性能学总复习2、物质磁性的分类、物质磁性的分类1 1抗磁性：当磁化强度抗磁性：当磁化强度M M为负时，固体表现为抗磁性，抗磁为负时，固体表现为抗磁性，抗磁性物质的原子离子的磁矩应为零，即不存在永久磁矩。性物质的原子离子的磁矩应为零，即不存在永久磁矩。当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电子轨道改动，感生当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电子轨道改动，感生出一个磁矩，按照楞次定律，其方向应与外磁场方向相反，表出一个磁矩，按照楞次定律，其方向应与外磁场方向相反，表现为抗磁性现为抗磁性所以抗磁性来源于原子中电子轨道形状的变化，抗磁性物质所以抗磁性来源于原子中电子轨道形状的变化，抗磁性物质的抗磁

14、性普通很微弱的抗磁性普通很微弱2 2顺磁性：不论外加磁场能否存在，原子内部存在永久磁矩。顺磁性：不论外加磁场能否存在，原子内部存在永久磁矩。在无外加磁场时，由于顺磁物质的原子做无规那么的热振动，在无外加磁场时，由于顺磁物质的原子做无规那么的热振动，宏观看来没有磁性宏观看来没有磁性在外加磁场作用下，每个原子磁矩比较规那么地取向，物质在外加磁场作用下，每个原子磁矩比较规那么地取向，物质显示出极弱的磁性显示出极弱的磁性 材料性能学总复习3 3铁磁性：即使在较弱的磁场内也可以得到极高的磁化强度，而铁磁性：即使在较弱的磁场内也可以得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保管极强的磁性且当外磁场移去后

15、，仍可保管极强的磁性铁磁体的磁化率为正值，而且很大，但当外场增大时，由于磁化铁磁体的磁化率为正值，而且很大，但当外场增大时，由于磁化强度迅速到达饱和，其磁化率变小强度迅速到达饱和，其磁化率变小铁磁性物质很强的磁性来自于其很强的内部交换场，自发磁化是铁磁性物质很强的磁性来自于其很强的内部交换场，自发磁化是铁磁物质的根本特征铁磁物质的根本特征铁磁性物质的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超越这一温铁磁性物质的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超越这一温度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，因此自发度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，因此自发磁化强度变为磁化强度变为0 0，

16、铁磁性消逝，这一温度称为居里点，铁磁性消逝，这一温度称为居里点TeTe4 4反铁磁性：反铁磁性：5 5亚铁磁性：亚铁磁性： 材料性能学总复习3. 铁磁性资料特性铁磁性资料特性1 1磁化曲线：磁化曲线： 铁磁性物质的磁化曲铁磁性物质的磁化曲线线M MH H或或B BH H是非线是非线性的，随磁化场的添加，性的，随磁化场的添加，磁化强度磁化强度M M或磁感强度或磁感强度B B开开场时缓慢添加，然后迅速场时缓慢添加，然后迅速添加，再转而缓慢添加，添加，再转而缓慢添加，最后磁化饱和。最后磁化饱和。 材料性能学总复习2 2磁滞回线磁滞回线两条反磁化曲线组成的闭合回线两条反磁化曲线组成的闭合回线 CD段：

17、退磁曲线段：退磁曲线 MS：饱和磁化强度：饱和磁化强度 BS：饱和磁感强度：饱和磁感强度 Mr：剩余磁化强度：剩余磁化强度 Br：剩余磁感强度：剩余磁感强度 HC：矫顽力：矫顽力u 磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时所耗费的功，称磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时所耗费的功，称为磁滞损耗为磁滞损耗Q，Q=HdB，单位是，单位是J/m 材料性能学总复习3 3磁致伸缩、铁磁性与居里温度磁致伸缩、铁磁性与居里温度磁致伸缩：铁磁体在磁场中磁化时，其尺寸或体积发磁致伸缩：铁磁体在磁场中磁化时，其尺寸或体积发生变化的景象。生变化的景象。铁磁性：即使在较弱的磁场内也可以得到极高的磁化铁磁性：即使在较弱的磁场

18、内也可以得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保管极强的磁性强度，而且当外磁场移去后，仍可保管极强的磁性居里温度：铁磁性物质的铁磁性只在某一温度以下才居里温度：铁磁性物质的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超越这一温度，由于物质内部热骚动破坏电表现出来，超越这一温度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，因此自发磁化强度变为子自旋磁矩的平行取向，因此自发磁化强度变为0，铁磁，铁磁性消逝，这一温度称为居里温度性消逝，这一温度称为居里温度Te 材料性能学总复习p 磁化曲线为非线性磁化曲线为非线性p 存在磁饱和与磁滞景象存在磁饱和与磁滞景象p 磁化是不可逆的，交变磁化时构成磁滞磁化是不

19、可逆的，交变磁化时构成磁滞回线回线p 磁化率及磁化强度远高于抗磁和顺磁性。磁化率及磁化强度远高于抗磁和顺磁性。4 4铁磁性物质的磁化特性与抗磁和顺磁物质的差别铁磁性物质的磁化特性与抗磁和顺磁物质的差别 材料性能学总复习4. 自发磁化实际：铁磁性的本质自发磁化实际：铁磁性的本质 在铁磁体内部存在很强的分子场，在其作用下，在一在铁磁体内部存在很强的分子场，在其作用下，在一定尺寸范围的区域磁畴内原子固有磁矩趋于同向平行定尺寸范围的区域磁畴内原子固有磁矩趋于同向平行陈列，产生自发磁化。陈列，产生自发磁化。 各自发磁化小区域磁畴的磁化方向各不一样，其各自发磁化小区域磁畴的磁化方向各不一样，其磁性彼些相互

20、抵消，所以对外并不显示磁化。磁性彼些相互抵消，所以对外并不显示磁化。 物质内部相邻原子的电子之间存在一种来源于静电的物质内部相邻原子的电子之间存在一种来源于静电的相互交换作用由于这种交换作用对系统能量的影响，迫使相互交换作用由于这种交换作用对系统能量的影响，迫使各原子的磁矩平行或反平行。各原子的磁矩平行或反平行。5. 铁磁性产生的条件铁磁性产生的条件 原子内部要有未填满的电子壳层原子本征磁矩不为零原子内部要有未填满的电子壳层原子本征磁矩不为零a/ra/r大于大于3 3使交换积分使交换积分A A为正。一定的晶体点阵构造为正。一定的晶体点阵构造 材料性能学总复习6. 技术磁化实际技术磁化实际 技术

21、磁化实际：磁畴与磁畴构造、成因及影响要素技术磁化实际：磁畴与磁畴构造、成因及影响要素磁畴：磁性资料中磁化方向一致的小区域磁畴：磁性资料中磁化方向一致的小区域磁畴构造：各个磁畴之间彼此取向不同，首尾相接，构成磁畴构造：各个磁畴之间彼此取向不同，首尾相接，构成闭合的磁路，使磁体在空气中的自在静磁能下降为闭合的磁路，使磁体在空气中的自在静磁能下降为0 0，对外不显，对外不显现磁性，磁畴之间被畴壁隔开，畴壁本质上是相邻磁畴间的过渡现磁性，磁畴之间被畴壁隔开，畴壁本质上是相邻磁畴间的过渡层层磁畴成因：大量实验证明，磁畴构造的构成是由于这种磁磁畴成因：大量实验证明，磁畴构造的构成是由于这种磁体为了坚持自发

22、磁化的稳定性，必需使强磁体的能量到达最低值，体为了坚持自发磁化的稳定性，必需使强磁体的能量到达最低值，因此就分裂成无数微小的磁畴因此就分裂成无数微小的磁畴磁畴影响要素：畴壁的厚度取决于交换能和磁结晶各向异磁畴影响要素：畴壁的厚度取决于交换能和磁结晶各向异性能平衡的结果，实践资料中的畴构造，遭到资料的尺寸、晶界、性能平衡的结果，实践资料中的畴构造，遭到资料的尺寸、晶界、第二相、应力、掺杂、缺陷等的显著影响，使畴构造复杂化第二相、应力、掺杂、缺陷等的显著影响，使畴构造复杂化 材料性能学总复习7. 技术磁化过程技术磁化过程技术磁化过程：在外加磁场对磁畴的作用过程，也就是外加磁技术磁化过程：在外加磁场

23、对磁畴的作用过程，也就是外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向或近似外磁场方向的过场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向或近似外磁场方向的过程。程。技术磁化是经过两种方式进展：磁畴壁的迁移和磁畴的旋转技术磁化是经过两种方式进展：磁畴壁的迁移和磁畴的旋转磁化曲线和磁滞回线是技术磁化的结果。磁化曲线和磁滞回线是技术磁化的结果。I I区：可逆磁化过程磁场减少到零时，区：可逆磁化过程磁场减少到零时，M M、B B沿原曲线减沿原曲线减少到零，磁化曲线是线性的，没有剩磁和磁滞。以可逆壁移为主少到零，磁化曲线是线性的，没有剩磁和磁滞。以可逆壁移为主IIII区：不可逆，非线性，有剩磁、磁滞，由许多的区：不可

24、逆，非线性，有剩磁、磁滞，由许多的M M、B B的的腾跃性变化组成腾跃性变化组成IIIIII区：磁化矢量的转动过程，区：磁化矢量的转动过程，B B点时，壁移消逝，为单畴点时，壁移消逝，为单畴体。但体。但M M与与H H的方向不一致。再添加外场，磁矩逐渐转动，趋于一致，的方向不一致。再添加外场，磁矩逐渐转动，趋于一致，至至S S点到达技术饱和点到达技术饱和 材料性能学总复习8.软磁、硬磁资料的根本参数与特性软磁、硬磁资料的根本参数与特性硬磁资料永磁体硬磁资料永磁体特征：在无外磁场下坚持高的特征：在无外磁场下坚持高的磁化强度。磁化强度。性能：高的性能：高的BsBs、 BrBr、HsHs、 HcHc

25、。运用：电表、电机、机、录音运用：电表、电机、机、录音机、收音机、拾音器等。机、收音机、拾音器等。软磁资料变压器铁芯软磁资料变压器铁芯特征：易磁化、易消磁。特征：易磁化、易消磁。性能：低的性能：低的BsBs、 Br Br、HsHs、 Hc Hc；高的高的。运用：制造磁导体，添加磁路运用：制造磁导体，添加磁路磁通量，降低磁阻。如：变压器。磁通量，降低磁阻。如：变压器。 材料性能学总复习 资料的电学性能是指在外电场下资资料的电学性能是指在外电场下资料内部电荷的呼应行为料内部电荷的呼应行为, ,大致分为导电性和大致分为导电性和介电性。介电性。 导电性表征资料内部的电荷作长间导电性表征资料内部的电荷作

26、长间隔定向流动的性能隔定向流动的性能; ; 介电性表征资料内部正、负电荷发介电性表征资料内部正、负电荷发生微观诧异的相对位移而产生极化的性能生微观诧异的相对位移而产生极化的性能. .资料的电学性能 材料性能学总复习JEnqEnqvEJJnqvvEn - n - 单位体积内载流子数目单位体积内载流子数目q - q - 为每一载流子携带的电荷量为每一载流子携带的电荷量v v 为每一载流子在为每一载流子在E E的方向上发生迁移的平均速度的方向上发生迁移的平均速度1、电导率的普通表达式，各个参数的物理意义、电导率的普通表达式，各个参数的物理意义E - E - 为外电场电场强度为外电场电场强度J - J

27、 - 为电流密度为电流密度为载流子的迁移率，其为载流子的迁移率，其含义为单位电场下载流子含义为单位电场下载流子的平均漂移速度。的平均漂移速度。 材料性能学总复习2、导电性本质要素、导电性本质要素决议资料导电性好坏的本质要素有两个：决议资料导电性好坏的本质要素有两个： 载流子浓度载流子浓度载流子迁移率载流子迁移率 温度、压力等外界条件，以及键合、成分等资料温度、压力等外界条件，以及键合、成分等资料要素都对载流子数目和载流子迁移率有影响。任何提要素都对载流子数目和载流子迁移率有影响。任何提高载流子浓度或载流子迁移率的要素，都能提高电导高载流子浓度或载流子迁移率的要素，都能提高电导率，降低电阻率。率

28、，降低电阻率。iiiiiinq 材料性能学总复习3、电子电导、电子电导1222*2*2*2mentmenvmleneffeffeffl l 电子的平均自在程；电子的平均自在程；m m* * 电子的有效质量；电子的有效质量； 电子平均运动速度；电子平均运动速度；e e 电子电量；电子电量； 两次散射之间的平均时两次散射之间的平均时间；间；neff neff 单位体积内的实践参单位体积内的实践参与导电的电子数；与导电的电子数；v v 单位时间内散射的次数单位时间内散射的次数tv温温度度升升高高有效电子数有效电子数和电子平均和电子平均速度几乎无速度几乎无影响影响离子振动加剧离子振动加剧声子散射声子散

29、射电子平均自在程减小电子平均自在程减小两次散射之间的平均时间减小两次散射之间的平均时间减小单位时间内散射的次数添加单位时间内散射的次数添加金属电阻率添加，电导率下降金属电阻率添加，电导率下降缺缺陷陷增增多多杂质散射杂质散射 材料性能学总复习4、离子电导、离子电导kTEAsssexpTBAiiexp本征离子电导本征离子电导杂质离子电导杂质离子电导 载流子由热缺陷提供，温度升高热缺陷浓度增大，载流子载流子由热缺陷提供，温度升高热缺陷浓度增大，载流子浓度增大，离子本征电导率也随之加大浓度增大，离子本征电导率也随之加大 载流子的浓度决议于杂质的数量和种类，杂质浓度增大，载载流子的浓度决议于杂质的数量和

30、种类，杂质浓度增大，载流子浓度增大，同时使点阵发生畸变，杂质离子离解活化能变小，流子浓度增大，同时使点阵发生畸变，杂质离子离解活化能变小，电导率增大电导率增大EsEs的物理意义是缺陷构成能的物理意义是缺陷构成能 材料性能学总复习5、马基申定那么及金属电阻率与温度的关、马基申定那么及金属电阻率与温度的关系系马基申定那么马基申定那么 T普通在高于室温的情况下，有：普通在高于室温的情况下，有：TT10 总的电阻包括金属的根本电阻声子散射和电子散射和溶质杂总的电阻包括金属的根本电阻声子散射和电子散射和溶质杂质浓度引起的电阻电子在杂质和缺陷上的散射，与温度无关。质浓度引起的电阻电子在杂质和缺陷上的散射，

31、与温度无关。与温度的关系与温度的关系5TT2T极低温下极低温下T2K：电子：电子-电子散射电子散射 较高温度：电子较高温度：电子-声子散射声子散射 材料性能学总复习6、半导体的载流子浓度、迁移率及其电阻率、半导体的载流子浓度、迁移率及其电阻率本征半导体本征半导体kTETKpngii2exp231pnipiniiqnqnqnj1本征载流子浓度与温度本征载流子浓度与温度T T和禁带宽和禁带宽度度Eg Eg 有关：有关： 随温度添加，载流子浓度添加；随温度添加，载流子浓度添加； 禁带宽度大时，载流子浓度小；禁带宽度大时，载流子浓度小；n n 和和p p 分别表示在单位场强下自在电子和空穴的平均漂分别

32、表示在单位场强下自在电子和空穴的平均漂移速度移速度cm/scm/s，称为迁移率。，称为迁移率。杂质半导体杂质半导体多子导电多子导电 材料性能学总复习温温度度升升高高半导体载流子浓度、迁移率及其电阻率与温度的关系半导体载流子浓度、迁移率及其电阻率与温度的关系载流子浓度载流子浓度载流子迁移率载流子迁移率半导体电阻率半导体电阻率声子散射呵斥下降声子散射呵斥下降杂质散射呵斥上升杂质散射呵斥上升上升上升本征半导体，下降本征半导体，下降杂质半导体杂质半导体低温区：下降低温区：下降饱和区：升高饱和区：升高本征区：下降本征区：下降本征半导体，下降本征半导体，下降杂质半导体杂质半导体低温区：上升低温区：上升饱和

33、区：下降饱和区：下降本征区：下降本征区：下降 材料性能学总复习7、超导体特性和超导体的三个性能目的、超导体特性和超导体的三个性能目的 1 1完全导电性完全导电性2 2完全抗磁性迈斯纳效应完全抗磁性迈斯纳效应u 超导转变温度超导转变温度 TcTcu 临界磁场临界磁场 BcBcHcHcu 临界电流密度临界电流密度 JcJc特性特性性能目的性能目的 材料性能学总复习 极化：在外电场作用下，介质内质点原子、极化：在外电场作用下，介质内质点原子、分子、离子或在不同区域的正、负电荷重心发生分子、离子或在不同区域的正、负电荷重心发生分别，构成内部的电偶极矩偶极子的过程。分别，构成内部的电偶极矩偶极子的过程。

34、 极化率：单位电场强度下，介质粒子电偶极矩极化率：单位电场强度下，介质粒子电偶极矩的大小，表征资料的极化才干。的大小，表征资料的极化才干。 极化强度：单位体积的介质内的电偶极矩的总极化强度：单位体积的介质内的电偶极矩的总和和 偶极子的电偶极矩：偶极子的电偶极矩：0nnEP8、极化、极化率、极化强度及其关系式、极化、极化率、极化强度及其关系式介电性的本质是在外电场作用下电介质内部的极化。介电性的本质是在外电场作用下电介质内部的极化。locEq 材料性能学总复习介质的极化普通包括三个部分：电子极化、介质的极化普通包括三个部分：电子极化、离子极化、偶极子转向极化离子极化、偶极子转向极化极化方式：位移

35、极化、松弛极化、偶极子转极化方式：位移极化、松弛极化、偶极子转向极化、空间电荷极化向极化、空间电荷极化9、介质极化的类型及根本方式、介质极化的类型及根本方式 材料性能学总复习u 近程迁移近程迁移u 要抑制势垒要抑制势垒u 建立时间较长建立时间较长u 不可逆过程不可逆过程u 耗费能量耗费能量10、位移极化、松弛极化的特点是什么？、位移极化、松弛极化的特点是什么？弹性瞬时完成，不耗费能量弹性瞬时完成，不耗费能量位移极化位移极化松弛极化松弛极化 材料性能学总复习 电介质在电场作用下，在单位时间内因发热而耗电介质在电场作用下，在单位时间内因发热而耗费的能量称为电介质的损耗功率费的能量称为电介质的损耗功

36、率u 电导漏导损耗电导漏导损耗u 极化损耗极化损耗u 电离损耗游离损耗电离损耗游离损耗u 构造损耗构造损耗u 宏观构造不均匀性介质损耗宏观构造不均匀性介质损耗11、介质损耗的定义与根本方式、介质损耗的定义与根本方式介质损耗定义：介质损耗定义：介质损耗的方式介质损耗的方式 材料性能学总复习 电介质在恒定电场作用下所损耗的能量与经过其电介质在恒定电场作用下所损耗的能量与经过其内部的电流有关，加上电场后经过介质的全部电流包内部的电流有关，加上电场后经过介质的全部电流包括：由样品的几何电容的充电所呵斥的电流，简称电括：由样品的几何电容的充电所呵斥的电流，简称电容电流，不损耗能量。容电流，不损耗能量。

37、由各种介质极化的建立所呵斥的电流，这种电流引由各种介质极化的建立所呵斥的电流，这种电流引起的损耗称为极化损耗。起的损耗称为极化损耗。 由介质的电导漏导呵斥的电流，这种电流引起由介质的电导漏导呵斥的电流，这种电流引起的损耗称为电导损耗。的损耗称为电导损耗。12、介质损耗的物理本质是什么？电导损耗、极化损耗、介质损耗的物理本质是什么？电导损耗、极化损耗 材料性能学总复习 介质的特性，如绝缘、介电才干，都是指在一定的介质的特性，如绝缘、介电才干，都是指在一定的电场强度范围内的资料的特性，即介质只能在一定的电电场强度范围内的资料的特性，即介质只能在一定的电场强度以内坚持这些性质。场强度以内坚持这些性质

38、。 当电场强度超越某一临界值时，介质由介电形状变当电场强度超越某一临界值时，介质由介电形状变为导电形状。这种景象称介电强度的破坏，或叫介质的为导电形状。这种景象称介电强度的破坏，或叫介质的击穿击穿 相应的临界电场强度称相应的临界电场强度称 为介电强度，或称为击穿为介电强度，或称为击穿电场强度电场强度13、介电强度的定义？、介电强度的定义？ 材料性能学总复习第一热电效应塞贝克效应：当两种不同金属第一热电效应塞贝克效应：当两种不同金属 1 和和 2 联联成闭合回路，并且两接头处温度不同时，那么回路中将成闭合回路，并且两接头处温度不同时，那么回路中将产生电流和相应的电动势热电势产生电流和相应的电动势

39、热电势第二热电效应帕尔帖效应：当两种不同导体组成一回第二热电效应帕尔帖效应：当两种不同导体组成一回路并有电流在回路中经过时，将使两种金属的其中一接路并有电流在回路中经过时，将使两种金属的其中一接头处放热，另一接头处吸热，电流方向相反时，那么吸头处放热，另一接头处吸热，电流方向相反时，那么吸、放热接头互换，此即帕尔帖效应、放热接头互换，此即帕尔帖效应第三热电效应汤姆逊效应：在具有温度梯度因此有第三热电效应汤姆逊效应：在具有温度梯度因此有热流的一根均匀导体中通以电流时，会产生吸热或放热流的一根均匀导体中通以电流时，会产生吸热或放热景象。热景象。14、热电效应本质及其运用、热电效应本质及其运用 半导

40、体中的塞贝克效应比金属中显著得多，因此，金属的塞贝克效应主要运用于丈量温度；半导体的塞贝克效应那么用于温差发电。 材料性能学总复习16、铁电性、压电性、热释电性、铁电性、压电性、热释电性 各种介电性存在的宏观条件普通电介质压电体热释电体铁电体电场极化电场极化电场极化电场极化无对称中心 无对称中心 无对称中心自发极化自发极化极轴极轴电滞回线 材料性能学总复习 资料的光学性能是指资料在与光的资料的光学性能是指资料在与光的相互作用中表现出来的性能。相互作用中表现出来的性能。 折射、反射、吸收、散射、透射折射、反射、吸收、散射、透射 资料的光发射资料的光发射资料的光学性能 材料性能学总复习1. 光与介

41、质的相互作用光与介质的相互作用1 1折射、折射率的影响要素折射、折射率的影响要素 构成资料元素的离子半径：介质资料的离子半径构成资料元素的离子半径：介质资料的离子半径增大时，其增大时，其增大，因此增大，因此n也随之增大；也随之增大； 资料的构造、晶型：均质介质非晶态、立方晶资料的构造、晶型：均质介质非晶态、立方晶体只需一个折射率；非均质介质发生双折射体只需一个折射率；非均质介质发生双折射 资料的内应力：垂直于受拉主应力方向的资料的内应力：垂直于受拉主应力方向的n大，平大，平行于受拉主应力方向的行于受拉主应力方向的n小小 同质异构：在同质异构资料中，高温时的晶型折同质异构：在同质异构资料中，高温

42、时的晶型折射率较低，低温时存在的晶型折射率较高射率较低，低温时存在的晶型折射率较高 材料性能学总复习2 2折射率的色散：折射率的色散：u 折射率的色散：资料的折射率随入射光频折射率的色散：资料的折射率随入射光频率的减小或波长的添加而减小的性质率的减小或波长的添加而减小的性质u 消色差镜头：由于光学玻璃普通都或多或消色差镜头：由于光学玻璃普通都或多或少具有色散景象，因此运用这种资料制成的单少具有色散景象，因此运用这种资料制成的单片透镜，成像不够明晰，在自然光的透过下，片透镜，成像不够明晰，在自然光的透过下，在像的周围环绕一圈色带，抑制的方法是用不在像的周围环绕一圈色带，抑制的方法是用不同牌号的光

43、学玻璃，分别磨成凸、凹透镜组成同牌号的光学玻璃，分别磨成凸、凹透镜组成复合镜头，可消除色差复合镜头，可消除色差 材料性能学总复习3 3反射：镜反射与漫反射反射：镜反射与漫反射u 镜反射：资料外表光洁度非常高的情况下镜反射：资料外表光洁度非常高的情况下的反射，反射光线具有明确的方向性的反射，反射光线具有明确的方向性u 漫反射：资料外表粗糙的情况下的反射，漫反射：资料外表粗糙的情况下的反射，在部分地方的入射角参差不一，反射光的方向在部分地方的入射角参差不一，反射光的方向也各式各样，致使总的反射能量分散在各个方也各式各样，致使总的反射能量分散在各个方向上向上 材料性能学总复习4 4全反射全反射光导纤

44、维的原理光导纤维的原理12sinnnac 当光束从折射率较大的光密介质进入折射率较小当光束从折射率较大的光密介质进入折射率较小的光疏介质，那么折射角大于入射角，当入射角大于的光疏介质，那么折射角大于入射角，当入射角大于某一角度某一角度acac时，不再有折射光线，入射光的能量全部时，不再有折射光线，入射光的能量全部回到第一种介质中，这种景象称为全反射。回到第一种介质中，这种景象称为全反射。 acac为全反为全反射的临界角。射的临界角。 材料性能学总复习5 5光的吸收系数光的吸收系数朗伯特定律朗伯特定律 ：物质对光的吸收系数，与：物质对光的吸收系数，与资料的密度、辐射波长以及导带与价资料的密度、辐

45、射波长以及导带与价带之间的能隙有关带之间的能隙有关不同资料，不同资料， 差别很大差别很大空气：空气： a=10-5cm-1 a=10-5cm-1玻璃：玻璃： a=10-2cm-1 a=10-2cm-1金属：金属： a a为几万几十万为几万几十万leII0 材料性能学总复习6 6介质对光的吸收介质对光的吸收u 吸收由普通吸收和选择性吸收两部分构成吸收由普通吸收和选择性吸收两部分构成u 没有任何一种介质真空除外对任何波长的电磁没有任何一种介质真空除外对任何波长的电磁波都是完全透明的，一切介质对某些波长范围的光透明波都是完全透明的，一切介质对某些波长范围的光透明，而对另外一些波长范围的光不透明，而对

46、另外一些波长范围的光不透明u 金属对一切的低频电磁波从无线电波到紫外线金属对一切的低频电磁波从无线电波到紫外线都是不透明的，只需对高频电磁波都是不透明的，只需对高频电磁波X射线和射线和g射线才是射线才是透明的透明的u 可见光吸收：金属、半导体；紫外吸收：对应于满可见光吸收：金属、半导体；紫外吸收：对应于满带至导带的跃迁；红外吸收：对应于离子的弹性振动与带至导带的跃迁；红外吸收：对应于离子的弹性振动与光子辐射发生谐振光子辐射发生谐振u 色心：能吸收可见光的晶体缺陷色心：能吸收可见光的晶体缺陷 材料性能学总复习7 7介质对光的散射介质对光的散射u 光波在资料中遇到光学性能不均匀构造，如含有光波在资

47、料中遇到光学性能不均匀构造，如含有小粒子的透明介质、光性能不同的晶界相、气孔或其它小粒子的透明介质、光性能不同的晶界相、气孔或其它夹杂物，引起散射；夹杂物，引起散射；u遇到不均匀构造产生次级波，与主波方向不一致，遇到不均匀构造产生次级波，与主波方向不一致，与主波合成出现干涉景象，使光偏离原来的方向，引起与主波合成出现干涉景象，使光偏离原来的方向，引起散射散射Sx0II e(S)x0II e uS：散射系数，与散射质点的大小、数量以及与基体的相：散射系数，与散射质点的大小、数量以及与基体的相对折射率等要素有关，当光的波长约等于散射质点的直径时对折射率等要素有关，当光的波长约等于散射质点的直径时，

48、出现散射系数的峰值，出现散射系数的峰值 材料性能学总复习8 8影响透光性的要素：影响透光性的要素：u8影响透光性的要素：吸收系数、反射系数、散射影响透光性的要素：吸收系数、反射系数、散射系数系数u散射系数最影响陶瓷资料的透光率，细分有以下几散射系数最影响陶瓷资料的透光率，细分有以下几个方面：资料的宏观及显微缺陷、晶粒陈列方向的影响个方面：资料的宏观及显微缺陷、晶粒陈列方向的影响、气孔引起的散射损失、气孔引起的散射损失u改良透光性措施：改良透光性措施：u 提高原资料纯度、提高原资料纯度、u 掺加外加剂、掺加外加剂、u 工艺措施工艺措施 材料性能学总复习2. 资料的光发射分类资料的光发射分类 资料

49、的光发射是资料以某种方式吸收能量之后，将其资料的光发射是资料以某种方式吸收能量之后，将其转化为光能即发射光子的过程。普通分为两大类：转化为光能即发射光子的过程。普通分为两大类： 平衡辐射热辐射温度升高，热激活添加，发射高平衡辐射热辐射温度升高，热激活添加，发射高能量的光子添加，那么辐射谱变成延续谱，其强度分布决能量的光子添加，那么辐射谱变成延续谱，其强度分布决议于温度。热辐射资料的颜色和亮度随温度改动。议于温度。热辐射资料的颜色和亮度随温度改动。 非平衡辐射在外界激发下物体偏离了原来的热平衡态，非平衡辐射在外界激发下物体偏离了原来的热平衡态，继而发出的辐射。发射出光子的波长在可见光范围内，就继

50、而发出的辐射。发射出光子的波长在可见光范围内，就产生了发光景象，为冷光。产生了发光景象，为冷光。 材料性能学总复习3. 发光性能评价发光性能评价 发射光谱：在一定的激发条件下发射光强度按波长的分布。发射光谱：在一定的激发条件下发射光强度按波长的分布。 激发光谱：资料发射某一种特定谱线或谱带的发光强激发光谱：资料发射某一种特定谱线或谱带的发光强度随激发光的波长而变化的曲线。度随激发光的波长而变化的曲线。 发光寿命：发光体在激发停顿后继续发光时间的长短称为发光寿命：发光体在激发停顿后继续发光时间的长短称为发光寿命。发光寿命。 发光效率：量子效率、功率效率、光度效率。发光效率：量子效率、功率效率、光

51、度效率。 材料性能学总复习4. 发光的物理机制发光的物理机制 分立中心发光：发光中心通常是掺杂在透明基体资料中的分立中心发光：发光中心通常是掺杂在透明基体资料中的离子，有时也可以是基体资料本身构造的某一个基团。离子，有时也可以是基体资料本身构造的某一个基团。 复合发光：由于电子被激发到导带时在价带上留下一个空复合发光：由于电子被激发到导带时在价带上留下一个空穴，因此当导带的电子回到价带与空穴复合时，便以光的穴，因此当导带的电子回到价带与空穴复合时，便以光的方式放出能量。方式放出能量。 材料性能学总复习5. 冷光冷光 发光是辐射能量以可见光的方式出现。当外部刺发光是辐射能量以可见光的方式出现。当外部刺激激发电子从价带跃迁至导带，并前往到价带时便发射出激激发电子从价带跃迁至导带，并前往到价带时便发射出光子能量为光子能量为1.8 3.1eV1.8 3.1eV。假设这些光子的波长在可见。假设这些光子的波长在可见光范围内，那么产生发光景象。与热辐射发光相区别，称光范围内，那么产生发光景象。与热辐射发光相区别，称这种发光为冷光。这种发光为冷光。 冷光普通分为荧光和磷光两大类：冷光普通分为荧光和磷光两大类： 荧光：当激发除去后在荧光：当激发除去后在10-8