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材料物理课件一

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《材料物理》 课程教学大纲

《材料物理》课程教学大纲 一、课程名称(中英文) 中文名称:材料物理 英文名称:Physics of Materials 二、课程代码及性质 课程代码:0801142 课程性质:专业基础课、专业必修课 三、学时与学分 总学时:40(理论学时:40学时;实践学时:0学时) 学分:2.5 四、先修课程 大学物理、材料科学基础 五、授课对象 本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业学生开设。 六、课程教学目的(对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用) 本课程的教学目的: 1、掌握材料物理(能带论、晶格振动、材料磁性)的基本理论,具备解决和分析问题的能力; 2、掌握功能材料的物理(电学、热学、磁学、光学)现象与本质规律,培养学生开发新型功能材料的能力; 3、了解功能材料的发展趋势和动态,培养学生学习新知识的能力。

七、教学重点与难点: 教学重点: 影响材料物理性质的基本理论。晶体结合、能带论、晶格振动与热学性质、

材料的磁性 教学难点: 能带论、材料的磁性、材料的介电性、超导电性 八、教学方法与手段: 教学方法: (1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成; (2)从材料的物理性质及物理现象为引导、探讨产生光、电、磁的材料物理本质,掌握重要的理论。。 教学手段: (1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观; (2)强调研究思路的创新过程,注重理论与实践相结合。每一个基本理论学习介绍后再增加介绍其带来新功能材料与器件的研究突破,引导学生的学习兴趣。 九、教学内容与学时安排 (1)总体安排 教学内容与学时的总体安排,如表2所示。 (2)具体内容 各章节的具体内容如下: 绪论(2h) 第一章晶体结构(4h) 1.1 晶格的周期性 1.2晶格的对称性 1.3 倒格子 1.4 准晶 第二章晶体结合 (4h) 2.1晶体结合的普遍描述 2.2 晶体结合的基本类型及特性

材料物理性能课后习题答案

材料物理性能习题与解答

目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37)

1材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为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。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm,受到应力为1000N拉力,其氏模量为3.5×109 N/m2,能伸长多少厘米? 解: 拉伸前后圆杆相关参数表 ) ( 0114 .0 10 5.3 10 10 1 40 1000 9 4 0cm E A l F l E l l= ? ? ? ? ? = ? ? = ? = ? = ? - σ ε 10 909 .4 0? 0851 .0 1 = - = ? = A A l l ε 名义应变

1-3一材料在室温时的氏模量为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: 1-4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: 1-5一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 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图,并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解:Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程: Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程: )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(388 MPa Pa E B ≈?=-?=-=μ体积模量. ,.,1 1 2 1 212 12 1 2 1 21 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝====∝= ===???? ? ?亦即做功或者: 亦即面积εεεεεεεσεσεσ)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量). 1()()(0)0() 1)(()1()(10 //0 ----= = ∞=-∞=-=e e e E t t t στεσεεεσεττ;;则有:其蠕变曲线方程为:. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有::其应力松弛曲线方程为

《材料物理性能》课后习题答案

1-1一圆杆的直径为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: 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。 1-5一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 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图,并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解:Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程: V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程: ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量 ) (1.323)84 05.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(1 //0 ----= = ∞=-∞=-=e E E e e E t t t στεσεεεσετ τ ;;则有:其蠕变曲线方程为:. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ ==∞==则有::其应力松弛曲线方程为1.0 1.0 0816.04.25 .2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变)(91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .0100 =-=?=A A l l ε名义应变)(99510 524.445006MPa A F T =?==-σ真应力

材料物理复习资料

第一章 1. PN型半导体 多数载流子是电子的半导体是N型半导体;多数载流子是空穴的半导体是P型半导体。 2. 浅杂质能级,深杂质能级 掺杂杂质能级距导带或价带比较近,这类能级为浅杂质能级;杂质能级距离导带和价带比较远,这类能级为深杂质能级。 3. 半导体中费米能级的位置 ⑴对于本证半导体而言,绝对温度下的费米能级 位于禁带中央,随着温度的升高,费米能级逐渐增加。 ⑵对于掺杂半导体而言,① n型半导体的E f位于 禁带的上半部,掺杂浓度越高,E f便越高,导带中的 电子越多;并且随温度的升高,E f逐渐趋向于禁带的 中间,在高温时达到本证,即E f=E i。②P型半导体的 E f位于禁带的下半部,掺杂浓度越高,E f便越低, 价带中的空穴越多;并且随温度的升高,E f逐渐从价 带方向趋向于禁带的中间,在高温时达到本证,即E f=E i。 4. 激子的概念 如果光子的能量小于禁带宽度,价带上的电子吸收了光子能量以后不足以跃迁至导带,但是,这个离开价带上的带负电的电子可以同留在价带上的带正电的空穴形成一个较弱的束缚态,这个由电子-空穴对组成的束缚态称为激子。 5. 半导体的电阻率和温度的关系 本征半导体:由于没有电离杂质的散射作用,载流子浓度仅由本征激发所决定。温度升高时,本征激发急剧增加,载流子浓度也迅速增加。因此,本征半导体的电阻率随温度的升高而单调下降。 杂质半导体: AB段:杂质电离随温度升高而增加,散射 较弱,,电阻率随温度升高而降低。 BC段:杂质电离完成,本征激发较少,载 流子浓度不随温度变化,散射随温度增加而 增加,电阻率随温度升高而增加。 C点后:本征激发强烈,载流子浓度随温度 升高而增加,浓度成了控制电阻率的主要因 素,随温度升高而降低。 6. 光吸收 本征吸收、激子吸收、杂质吸收、自由载流子吸收、声子吸收

材料物理 题库

一、单选题 1、新相与母相之间一定存在的差异是()。 A、晶态结构 B、化学成分 C、化学成分和晶态结构 D、晶态结构或化学成分 答案:A 2、马氏体的命名是因()科学家,Martens以其名字命名的。 A、德国 B、英国 C、俄罗斯 D、美国 答案:A 3、下列情况中,哪个不是二级相变的特点?() A、有相变潜热 B、一阶偏导相等 C、有热容突变 D、二阶偏导不相等答案:A 4、下列性质不是金属玻璃特性的是()。 A、高电阻 B、高韧性 C、高硬度 D、优良磁性能 答案:B 5、下列情况中,哪个不是一级相变的特点?() A、化学位相同 B、一阶偏导不相等 C、有热容突变 D、有相变潜热 答案:C 6、下列不是马氏体转变特点的是()。 A、切变共格 B、表面浮凸 C、扩散 D、可逆性 答案:C 7、马氏体按下列哪种方式转变时,不能与母相保持共格关系。() A、变温生核,恒温瞬时长大 B、变温生核,变温长大 C、等温马氏体 D、以上都可以 答案:A 8、形变诱导马氏体相变是指在()时进行塑性变形,即可诱发马氏体相变。 A、M s以上 B、M s以下 C、M f以上 D、M f以下 答案:A 9、下贝氏体的典型形貌是()。 A、针状 B、羽状 C、盘状 D、球状 答案:A 10、在恒压条件下,自由度计算公式为()? A、f=c-p+2 B、f=c-p+1 C、f=c-p D、f=c-p-1 答案:B 二、判断题 1、共析转变是指由一个固相同时生成两个新相的相变过程。() 答案:对 2、新相生成时,若扩散速率小于相变速率则不能生成平衡相。() 答案:错

3、马氏体相变的典型特点是切变共格与表面浮凸。() 答案:对 4、马氏体相变阻力很大,需要较大的过冷度才能进行。() 答案:对 5、新相生成时一定伴随原子扩散。() 答案:错 6、缺陷处能量较高,可以为相变提供驱动力,有利于新相的生成与长大。() 答案:对 7、两相界面如果为共格相界时,新相更容易形成球状晶粒。() 答案:错 三、名词解释 1、扩散系数: 答案:指当浓度为一个单位时,单位时间内通过单位面积的气体量。 2、形状记忆效应: 答案:一定形状的材料在一定温度下制成一定形状,改变温度后加外力使其发生塑性变形,然后再反向改变温度,当温度超过该种材料的某一临界点时,无须外应力的作用又恢复原来的形状。 3、扩散型相变: 答案:特点是相变过程中有原子扩散,切相变过程受原子扩散控制。 4、热弹性马氏体: 答案:始终保持与母相共格,可随温度上升、降低而缩小、长大的马氏体。 5、C曲线: 答案:共析转变的TTT(时间-转变量-温度)曲线,每一变化均为快-慢-快都是C形,因此又称为“C曲线” 6、玻璃化温度(Tg): 答案:过冷液体冷却到某一温度Tg时,生成非晶态结构,Tg称为玻璃化温度。 四、填空题 1、扩散相变的典型代表是( )相变。 答案:珠光体 2、新相与母相之间一定伴随着( )改变。 答案:晶态结构 3、固态相变的阻力是新相的界面能和( )。 答案:应变能 4、当( )时,相变不能按平衡相图转变,生成亚稳相。 答案:扩散速率小于相变速率 5、当含碳量小于0.77%时,共析转变先共析相为( )。 答案:铁素体(或F) 6、热弹性马氏体始终与母相保持共格关系,可随着温度的升高而( )。

《材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》 第一章材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为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: 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。 1-5一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 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图,并算出t = 0,t = ∞ 和 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量

《材料物理性能》测试题汇总(doc 8页)

《材料物理性能》测试题 1、利用热膨胀曲线确定组织转变临界点通常采取的两种方法是: 、 2、列举三种你所知道的热分析方法: 、 、 3、磁各向异性一般包括 、 、 等。 4、热电效应包括 效应、 效应、 效应,半导体制冷利用的是 效应。 5、产生非线性光学现象的三个条件是 、 、 。 6、激光材料由 和 组成,前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。 7、压电功能材料一般利用压电材料的 功能、 功能、 功能、 功能或 功能。 8、拉伸时弹性比功的计算式为 ,从该式看,提高弹性比功的途径有二: 或 ,作为减振或储能元件,应具有 弹性比功。 9、粘着磨损的形貌特征是 ,磨粒磨损的形貌特征是 。 10、材料在恒变形的条件下,随着时间的延长,弹性应力逐渐 的现象称为应力松弛,材料抵抗应力松弛的能力称为 。 1、导温系数反映的是温度变化过程中材料各部分温度趋于一致的能力。 ( ) 2、只有在高温且材料透明、半透明时,才有必要考虑光子热导的贡献。 ( ) 3、原子磁距不为零的必要条件是存在未排满的电子层。 ( ) 4、量子自由电子理论和能带理论均认为电子随能量的分布服从FD 分布。 ( ) 5、由于晶格热振动的加剧,金属和半导体的电阻率均随温度的升高而增大。 ( ) 6、直流电位差计法和四点探针法测量电阻率均可以消除接触电阻的影响。 ( ) 7、 由于严格的对应关系,材料的发射光谱等于其吸收光谱。 ( ) 8、 凡是铁电体一定同时具备压电效应和热释电效应。 ( ) 9、 硬度数值的物理意义取决于所采用的硬度实验方法。 ( ) 10、对于高温力学性能,所谓温度高低仅具有相对的意义。 ( ) 1、关于材料热容的影响因素,下列说法中不正确的是 ( ) A 热容是一个与温度相关的物理量,因此需要用微分来精确定义。 B 实验证明,高温下化合物的热容可由柯普定律描述。 C 德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化。 D 材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定。 2、 关于热膨胀,下列说法中不正确的是 ( ) A 各向同性材料的体膨胀系数是线膨胀系数的三倍。 B 各向异性材料的体膨胀系数等于三个晶轴方向热膨胀系数的加和。 C 热膨胀的微观机理是由于温度升高,点缺陷密度增高引起晶格膨胀。 D 由于本质相同,热膨胀与热容随温度变化的趋势相同。 3、下面列举的磁性中属于强磁性的是 ( ) A 顺磁性 B 亚铁磁性 C 反铁磁性 D 抗磁性 4、关于影响材料铁磁性的因素,下列说法中正确的是 ( ) A 温度升高使得M S 、 B R 、H C 均降低。 B 温度升高使得M S 、B R 降低,H C 升高。 C 冷塑性变形使得C H μ和均升高。 D 冷塑性变形使得C H μ和均降低。 5、下面哪种效应不属于半导体敏感效应。 ( ) A 磁敏效应 B 热敏效应 C 巴克豪森效应 D 压敏效应 6、关于影响材料导电性的因素,下列说法中正确的是 ( ) A 由于晶格振动加剧散射增大,金属和半导体电阻率均随温度上升而升高。 B 冷塑性变形对金属电阻率的影响没有一定规律。 C “热塑性变形+退火态的电阻率”的电阻率高于“热塑性变形+淬火态” D 一般情况下,固溶体的电阻率高于组元的电阻率。 7、下面哪种器件利用了压电材料的热释电功能 ( ) A 电控光闸 B 红外探测器 C 铁电显示器件 D 晶体振荡器 8、下关于铁磁性和铁电性,下面说法中不正确的是 ( ) A 都以存在畴结构为必要条件 B 都存在矫顽场 C 都以存在畴结构为充分条件 D 都存在居里点 9、下列硬度实验方法中不属于静载压入法的是 ( )

材料化学与材料物理

材料化学与材料物理 材料0802 材料化学是从化学的角度研究材料的设计、制备、组成、结构、表征、性质和应用的一门科学。它既是材料科学的一个重要分支,又是化学学科的一个组成部分,具有明显的交叉学科、边缘学科的性质。通过应用研究可以发现材料中规律性的东西,从而指导材料的改进和发展。在新材料的发现和合成,纳米材料制备和修饰工艺的发展以及表征方法的革新等领域所作出了的独到贡献。材料化学在原子和分子水准上设计新材料的战略意义有着广阔应用前景。随着国民经济的迅速发展以及材料科学和化学科学领域的不断进展,作为新兴学科的材料化学发展日新月异。是一个跨学科领域涉及的问题性质及其应用领域的各种科学和工程。这一科学领域探讨了在原子或分子尺度材料的结构之间的关系及其宏观性能。随着媒体的关注明显集中在纳米科学和纳米技术,在近年来材料科学逐步走在很多大学的前列。对一个给定的材料往往是时代的选择,它的界定点。材料的化学分析方法可分为经典化学分析和仪器分析两类。前者基本上采用化学方法来达到分析的目的,后者主要采用化学和物理方法(特别是最后的测定阶段常应用物理方法)来获取结果,这类分析方法中有的要应用较为复杂的特定仪器。现代分析仪器发展迅速,且各种分析工作绝大部分是应用仪器分析法来完成的,但是经典的化学分析方法仍有其重要意义。应用化学方法或物理方法来查明材料的化学组分和结构的一种材料试验方法。鉴定物质由哪些元素(或离子)所组成,称为定性分析;测定各组分间量的关系(通常以百分比表示),称为定量分析。有些大型精密仪器测得的结果是相对值,而仪器的校正和校对所需要的标准参考物质一般是用准确的经典化学分析方法测定的。因此,仪器分析法与化学分析法是相辅相成的,很难以一种方法来完全取代另一种。 经典化学分析根据各种元素及其化合物的独特化学性质,利用与之有关的化学反应,对物质进行定性或定量分析。定量化学分析按最后的测定方法可分为重量分析法、滴定分析法和气体容量法。 ①重量分析法:使被测组分转化为化学组成一定的化合物或单质与试样中的其他组分分离,然后用称重方法测定该组分的含量。 ②滴定分析法:将已知准确浓度的试剂溶液(标准溶液)滴加到被测物质的溶液中,直到所加的试剂与被测物质按化学计量定量反应完为止,根据所用试剂溶液的体积和浓度计算被测物质的含量。 ③气体容量法:通过测量待测气体(或者将待测物质转化成气体形式)被吸收(或发生)的容积来计算待测物质的量。这种方法应用天平滴定管和量气管等作为最终的测量手段。 仪器分析根据被测物质成分中的分子、原子、离子或其化合物的某些物理性质和物理化学性质之间的相互关系,应用仪器对物质进行定性或定量分析。有些方法仍不可避免地需要通过一定的化学前处理和必要的化学反应来完成。仪器分析法分为光学、电化学、色谱和质谱等分析法。 光学分析法:根据物质与电磁波(包括从γ射线至无线电波的整个波谱范围)的相互作用,或者利用物质的光学性质来进行分析的方法。最常用的有吸光光度法(红外、可见和紫外吸收光谱)、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、发射光谱法、荧光分析法、浊度法、火焰光度法、X射线衍射法、X射线荧光分析法、放射化分析法等。 材料物理是使用物理描述材料在许多不同的方式,如力,热,光,力学。这是一个综合

材料物理性能测试思考题答案

有效电子数:不是所有的自由电子都能参与导电,在外电场的作用下,只有能量接近费密能的少部分电子,方有可能被激发到空能级上去而参与导电。这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。 K状态:一般与纯金属一样,冷加工使固溶体电阻升高,退火则降低。但对某些成分中含有过渡族金属的合金,尽管金相分析和X射线分析的结果认为其组织仍是单相的,但在回火中发现合金电阻有反常升高,而在冷加工时发现合金的电阻明显降低,这种合金组织出现的反常状态称为K状态。X射线分析发现,组元原子在晶体中不均匀分布,使原子间距的大小显著波动,所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。 能带:晶体中大量的原子集合在一起,而且原子之间距离很近,致使离原子核较远的壳层发生交叠,壳层交叠使电子不再局限于某个原子上,有可能转移到相邻原子的相似壳层上去,也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去,从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异,与此相对应的能级扩展为能带。 禁带:允许被电子占据的能带称为允许带,允许带之间的范围是不允许电子占据的,此范围称为禁带。 价带:原子中最外层的电子称为价电子,与价电子能级相对应的能带称为价带。 导带:价带以上能量最低的允许带称为导带。 金属材料的基本电阻:理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关,可以看成为基本电阻,基本电阻在绝对零度时为零。 残余电阻(剩余电阻):电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中,绝对零度下金属呈现剩余电阻。这个电阻反映了金属纯度和不完整性。 相对电阻率:ρ (300K)/ρ (4.2K)是衡量金属纯度的重要指标。 剩余电阻率ρ’:金属在绝对零度时的电阻率。实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。 相对电导率:工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。 马基申定则(马西森定则):ρ=ρ’+ρ(T)在一级近似下,不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。ρ’:决定于化学缺陷和物理缺陷而与温度无关的剩余电阻率。ρ(T):取决于晶格热振动的电阻率(声子电阻率),反映了电子对热振动原子的碰撞。 晶格热振动:点阵中的质点(原子、离子)围绕其平衡位置附近的微小振动。 格波:晶格振动以弹性波的形式在晶格中传播,这种波称为格波,它是多频率振动的组合波。 热容:物体温度升高1K时所需要的热量(J/K)表征物体在变温过程中与外界热量交换特性的物理量,直接与物质内部原子和电子无规则热运动相联系。 比定压热容:压力不变时求出的比热容。 比定容热容:体积不变时求出的比热容。 热导率:表征物质热传导能力的物理量为热导率。 热阻率:定义热导率的倒数为热阻率ω,它可以分解为两部分,晶格热振动形成的热阻(ωp)和杂质缺陷形成的热阻(ω0)。导温系数或热扩散率:它表示在单位温度梯度下、单位时间内通过单位横截面积的热量。热导率的单位:W/(m·K) 热分析:通过热效应来研究物质内部物理和化学过程的实验技术。原理是金属材料发生相变时,伴随热函的突变。 反常膨胀:对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金,在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰,这些变化称为反常膨胀。其中镍和钴的热膨胀峰向上为正,称为正反常;而铁和铁镍合金具有负反常的膨胀特性。 交换能:交换能E ex=-2Aσ1σ2cosφA—交换积分常数。当A>0,φ=0时,E ex最小,自旋磁矩自发排列同一方向,即产生自发磁化。当A<0,φ=180°时,E ex也最小,自旋磁矩呈反向平行排列,即产生反铁磁性。交换能是近邻原子间静电相互作用能,各向同性,比其它各项磁自由能大102~104数量级。它使强磁性物质相邻原子磁矩有序排列,即自发磁化。 磁滞损耗:铁磁体在交变磁场作用下,磁场交变一周,B-H曲线所描绘的曲线称磁滞回线。磁滞回线所围成的面积为铁 =? 磁体所消耗的能量,称为磁滞损耗,通常以热的形式而释放。磁滞损耗Q HdB 技术磁化:技术磁化的本质是外加磁场对磁畴的作用过程即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向(和)或近似外磁场方向的过程。技术磁化的两种实现方式是的磁畴壁迁移和磁矩的转动。 请画出纯金属无相变时电阻率—温度关系曲线,它们分为几个阶段,各阶段电阻产生的机制是什么?为什么高温下电阻率与温度成正比? 1—ρ电-声∝T( T > 2/ 3ΘD ) ; 2—ρ电-声∝T5 ( T< <ΘD );

材料物理期末考题1

一、选择题: 1、材料的硬度取决于(c) A、显微结构 B、裂纹 C、化学组成和物质结构 D、杂质 2、下列不属于激光工作物质的是(a) A、CaWO3:Nd3+ B、Y3A l5O12:Nd3+ C、Y3A l5O12:Ce3+ D、La2O2S:Nd3+ 3、下列关于磁性材料的说法中,不正确的是(d) A、所有材料都有抗磁性,因为它很弱,只有当其它类型的磁性完全消失的时候才能被观察 B、抗磁体和顺磁体对于磁性材料应用来说都视为无磁性 C、材料是否真有铁磁性取决于原子是否具有由未成对电子以及原子在晶格中的排列方式 D、亚铁磁性在宏观性能上与铁磁性类似,区别在于亚铁磁性材料的饱和磁化强度比铁磁性的高。 4、下列元素中常用作稀土发光材料激活剂的是(a) A、Eu3+ B、Y3+ C、Lu3+ D、La3+ 5、下列哪种材料不能用作吸声材料(d) A、涂料 B、泡沫材料 C、陶瓷 D、金属 6、一硅酸铝玻璃的性能为α=4.6*10-6/K σf=7*10-6N/m2E=4.7*10-6N/m2μ=0.5 其第一热冲击断裂因子R1为(c) A、234.6K B、242.8K C、162K D、183K 7、光信号在玻璃光纤中传输时存在传输损耗,下列哪种情况不属于传输损耗(d) A、光纤材料的本证损耗 B、光纤材料的杂质吸收 C、光纤材料的结构缺陷 D、光纤材料的长度 8、当不同壁面反射而达到听者的声音所经过的路程大于直达声(c)米,则到达的反射将形成回声。 A、12 B、15 C、17 D、20 9、下面举例的磁性中属于强磁性的是(b) A、顺磁性 B、亚铁磁性 C、反铁磁性 D、抗磁性 10、下列属于抗磁性材料的是(d) A、Fe B、Ni C、Dy D、Zn 二、填空题 1、压电功能材料一般利用压电材料的压电功能、热释电功能、电致伸缩功能或光电功能 2、半导体材料的导电率取决于材料中的载流子浓度和电子迁移率 3、自发磁化的物理本质是电子间的静电交换相互作用,材料具有铁磁性的充分必要条件为:(1)必要条件材料原子中具有未充满的电子壳层,即原子磁矩和(2)充分条件交换积分 A>0 4、V族杂质在硅锗中电离,故放出电子产生导电导子形成正电中心,称为施主,释放电子的过程称为施主电离。依靠导带电子导电的半导体称为n型半导体 5、混响是指声源在房间内停止发声后,残余声能仍在房间内往复发射而保留一段时间 6、荧光材料由基质和激活离子组成,前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。 7、电子电导的特征是具有霍尔效应 8、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,分别是拉伸应变、剪切应变和压缩应变 9、裂纹有三种扩展方式:张开型、错开型和撕开型 三、判断题 1、金属材料其价电子数越高,则参与导电的电子数越多,电阻率越低。(F)

材料物理性能答案课件

第一章:材料电学性能 1.导电能力如何评价材料的导电能力?如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料? 用电阻率ρ或电阻率ζ评价材料的导电能力。按材料的电阻率,人们通常将材料划分为: (1)绝缘体 ρ> 108 (Ω?m ) (2)半导体 10-2<ρ<108 (Ω?m ) (3)金属 10-8<ρ<10-2 (Ω?m ) (4)超导体 ρ<10-27 (Ω?m ) 2.经典导电理论/欧姆定律经典导电理论的主要内容是什么?它如何解释欧姆定律?它有哪些局限性? 金属导体中,其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子,而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场,自由电子像理想气体一样在等势电场中运动。若没有外部电场或磁场的影响,一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动,形成格波,自由电子则可以在较大范围内作随机运动,并不时与离子实发生碰撞或散射,此时定域的离子实不能定向运动,方向随机的自由电子也不能形成电流。施加外电场后,自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量,形成定向漂移,形成电流。自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射,从而产生电阻。 J E σ=电导率22e m e ==σητημ(其中2e m v E μτ==-,为电子的漂移迁移率,表示 单位场强下电子的漂移速度),它将外加电场强度和导体内的电流密度联系起来,表示了欧姆定律的微观形式。 缺陷:该理论高估了自由电子对金属导电能力的贡献值,实际上并不是所有价电子都参与了导电。(把适用于宏观物体的牛顿定律应用到微观的电子运动中,并承认能量的连续性) 3.自由电子近似自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为? 能量:自由电子近似下,电子的本证波函数是一种等幅平面行波,即振幅保持为常数; 行为:电子本证能量E 随波矢量的变化曲线是一条连续的抛物线。 4.自由电子近似概念根据自由电子近似下的量子导电理论解释:准连续能级、能级的简并状态、简并度、能态密度、k 空间、等幅平面波和能级密度函数。 准连续能级:电子的本征能量是量子化的,其能量值由主量子数n 决定,并且其能量值也是不连续的,能级差与材料线度L 2成反比,材料的尺寸越大,其能级差越小,作为宏观尺度的材料,其能级差几乎趋于零,电子能量可以看成是准连续的。 能级简并状态:把同一能级下具有多种能态的现象称为能级的简并状态。 简并度:同一能级下的能态数目称为简并度。 能态密度:对某个电子体系,在k 空间内单位体积内能态的数量或倒易节点数称为波矢能态密度ρ。ρ=V/(2π) 3,含自旋的能态密度应为2ρ K 空间:若使用波矢量k 的三个分量 k x , k y , k z 为单位矢量构筑坐标系,则每个能态在该坐标中都是一个整数点, 对于准连续的能级,此坐标系中的每个整数点都代表一个能态。人们把此坐标系常数称为k 空间或状态空间。 等幅平面波:量子导电理论中,在自由电子近似下用于描述电子运动行为的本征波函数,其波幅保持为常数。 能级密度函数:电子的波失能态函数对其能量的分布函数,即在单位能量宽度上的能态分 布。表达式为 ()312222()(4)2V N E dZ dE V m E π==

材料物理性能王振廷课后答案106页

1、试说明下列磁学参量的定义和概念:磁化强度、矫顽力、饱和磁化强度、磁导率、磁化率、剩余磁感应强度、磁各向异性常数、饱和磁致伸缩系数。 a、磁化强度:一个物体在外磁场中被磁化的程度,用单位体积内磁矩的多少来衡量,成为磁化强度M b、矫顽力Hc:一个试样磁化至饱和,如果要μ=0或B=0,则必须加上一个反向磁场Hc,成为矫顽力。 c、饱和磁化强度:磁化曲线中随着磁化场的增加,磁化强度M或磁感强度B开始增加较缓慢,然后迅速增加,再转而缓慢地增加,最后磁化至饱和。Ms成为饱和磁化强度,Bs成为饱和磁感应强度。 d、磁导率:μ=B/H,表征磁性介质的物理量,μ称为磁导率。 e、磁化率:从宏观上来看,物体在磁场中被磁化的程度与磁化场的磁场强度有关。 M=χ·H,χ称为单位体积磁化率。 f、剩余磁感应强度:将一个试样磁化至饱和,然后慢慢地减少H,则M也将减少,但M并不按照磁化曲线反方向进行,而是按另一条曲线改变,当H减少到零时,M=Mr或Br=4πMr。(Mr、Br分别为剩余磁化强度和剩余磁感应强度) g、磁滞消耗:磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时所消耗的功,称为磁滞损耗Q( J/m3) h、磁晶各向异性常数:磁化强度矢量沿不同晶轴方向的能量差代表磁晶各向异性能,用Ek表示。磁晶各向异性能是磁化矢量方向的函数。 i、饱和磁致伸缩系数:随着外磁场的增强,致磁体的磁化强度增强,这时|λ|也随之增大。当H=Hs时,磁化强度M达到饱和值,此时λ=λs,称为饱和磁致伸缩所致。 2、计算Gd3+和Cr3+的自由离子磁矩Gd3+的离子磁矩比Cr3+离子磁矩高的原因是什么 Gd3+有7个未成对电子,Cr3+ 3个未成对电子. 所以, Gd3+的离子磁矩为7μB, Cr3+的离子磁矩为3μB. 3、过渡族金属晶体中的原子(或离子)磁矩比它们各自的自由离子 磁矩低的原因是什么 4、试绘图说明抗磁性、顺磁性、铁磁性物质在外场B=0的磁行为。

2008材料物理考题A

课程号: 0302053 《材料物理A 》期末考试试卷(A ) 考试形式:闭卷考试 考试时间:120分钟 班号 学号 姓名 得分 题号 一 二 三 四 总分 得分 一、填空题(每小题3分,共30分) 1.根据断裂前发生塑性形变的情况,大体上可把材料的断裂方式分为 断裂和 断裂,其中 断裂具有很大的危险性! 2.影响无机热导率的因素有温度, 、 、 等。 3.光的 使物体呈现出不同的颜色,光的 使人们能看到自身不发光物体的存在。 4.采用 实验可以确定材料是电子导电,采用 实验可以确定材料是离子导电。 5.离子晶体中的电导主要是离子电导,离子电导分为: 和 两大类,其中 高温时显著。 6.铁电陶瓷只有经过极化处理才能显示压电效应,影响极化的三个因素包括 , , 。 7.物质的磁性主要由 引起。铁磁性来源于原子未被抵消 的 和 。 8.不受外力的情况下,如(图1)所示给出了两种材料内部原子间的结合力与其距离之间的关系,其中 21αα<,根据图中所给条件,试判别这两种材料的杨氏模量1E 2E 的关系(填大于、小于或等于)。 图1

9.离子晶体在弱电场的作用下,离子的迁移率 与无关,与 和有关。 10.掺杂半导体中影响电子电导率的主要因素是、和。 二、简答题(每小题5分,共40分) 1.简述铁电体、压电体、热电体、介电体的关系。 2.简述半导体的分类。 本征半导体,其载流子 3.简述热应力产生的原因(举例说明)。 4.简述提高无机材料透光性的措施有哪些? 5.本征离子电导的导电离子(载流子)主要由什么缺陷提供?其载流子浓度: n=N exp(E/2kT)中E的物理意义是什么?

材料物理性能课后习题答案-北航出版社-田莳主编

材料物理习题集 第一章 固体中电子能量结构和状态(量子力学基础) 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。(P5) 12 34 131 192 1111 o ' (2) 6.610 = (29.110 5400 1.610 ) =1.67102K 3.7610sin sin 2182h h p mE m d d λπ λ θλ λ θθ----=???????=?==?=解:(1)= (2)波数= (3)2 2. 有两种原子,基态电子壳层是这样填充的 ; ; s s s s s s s 226232 2 6 2 6 10 2 6 10 (1)1、22p 、33p (2)1、22p 、33p 3d 、44p 4d ,请分别写出n=3的所有电子的四个量 子数的可能组态。(非书上内容)

3. 如电子占据某一能级的几率是1/4,另一能级被占据的几率为3/4,分别计算两个能级 的能量比费米能级高出多少k T ?(P15) 1()exp[]1 1 ln[1] ()()1/4ln 3()3/4ln 3F F F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT = -+?-=-=-=?=-=-?解:由将代入得将代入得 4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3,计算其E 0F 。 (P16) 2 2 03 23426 23 3 31 18(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5 =1.0910 6.83F h E n m J eV ππ---=????????=解: 由 5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。(Na 的摩尔质量M=22.99, .0ρ?33 =11310kg/m )(P16)

材料物理性能(总结)

一章 1、原子间的键合类型有几种?(P1) 金属键、离子键、共价键、分子键和氢键 2、什么是微观粒子的波粒二象性?(P1) 光子这种微观粒子表现出双重性质——波动性和粒子性,这种现象叫做波粒二象性。 3、什么是色散关系?什么是声子?声子的性质?(P20、P25) 将频率和波矢的关系叫做色散关系。 声子就是晶格振动中的独立简谐振子的能量量子。 性质:(1)声子的粒子性:声子和光子相似,光子是电磁波的能量量子,电磁波可以认为是光子流,光子携带电磁波的能量和动量。 (2)声子的准粒子性:准粒子性的具体表现:声子的动量不确定,波矢改变一个周期或倍数,代表同一振动状态,所以不是真正的动量。 4、声子概念的意义?(P25) (1)可以将格波雨物质的相互作用过程理解为,声子和物质的碰撞过程,使问题大大简化,得出的结论也正确。 (2)利用声子的性质可以确定晶格振动谱。 5、简述高聚物分子运动的特点。(P29) (1)运动单元的多重性(2)分子运动时间的依赖性(3)分子运动的温度依赖性6、影响高聚物玻璃化温度的因素(P33) (1)分子链结构的影响(2)分子量的影响(3)增塑剂的影响(4)外界条件的影响 7、影响高聚物流动温度的因素(P39) (1) 分子量(2)分子间作用力(3)外力 8、线性非晶高聚物的力学状态?(P29) 二章 1、材料的热学性能的内容。(P41) 材料的热学性能包括热容、热膨胀、热传导、热稳定性、熔化和升华等。 2、什么是热容?(P42)什么是杜隆-柏替定律和奈曼-柯普定律(P43) 热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量,其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。 杜隆-珀替定律:恒压下元素的原子热容为25J/(k·mol); 奈曼-柯普定律:化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。 3、试述线膨胀系数与体膨胀系数的关系。(P50) 4、请分析热膨胀与其他性能的关系。(P49) 5、影响材料热膨胀系数的因素。(P50) (1)化学组成、相和结构的影响(2)化学键的影响(3)相变的影响 6、简述影响热导率的因素。(P55) (1)温度的影响(2)显微结构的影响(3)化学组成的影响 (4)复相材料的热导率(5)气孔的影响 7、什么是热稳定性?无机材料受热损坏类型有几种?(P60) 热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力。

材料物理性能答案

)(E k → 第一章:材料电学性能 1 如何评价材料的导电能力?如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料? 用电阻率ρ或电阻率σ评价材料的导电能力。 按材料的导电能力(电阻率),人们通常将材料划分为: 2、经典导电理论的主要内容是什么?它如何解释欧姆定律?它有哪些局限性? 金属导体中,其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子,而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场,自由电子就像理想气体一样在这个等势电场中运动。如果没有外部电场或磁场的影响,一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动,形成格波,自由电子则可以在较大范围内作随机运动,并不时与离子实发生碰撞或散射,此时定域的离子实不能定向运动,方向随机的自由电子也不能形成电流。施加外电场后,自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量,形成定向漂移,形成电流。自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射,从而产生电阻。 E J →→=σ,电导率σ= (其中μ= ,为电子的漂移迁移率,表示单位场强下电子的漂移速度),它将外加电场强度和导体内的电流密度联系起来,表示了欧姆定律的微观形式。 缺陷:该理论高估了自由电子对金属导电能力的贡献值,实际上并不是所有价电子都参与了导电。(?把适用于宏观物体的牛顿定律应用到微观的电子运动中,并且承认能量的连续性) 3、自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为? 自由电子近似下,电子的本证波函数是一种等幅平面行波,即振幅保持为常数;电子本证能量E 随波矢量的变化曲线 是一条连续的抛物线。 4、根据自由电子近似下的量子导电理论解释:准连续能级、能级的简并状态、简并度、能态密度、k 空间、等幅平面波和能级密度函数。 n 决定,并且其能量值也是不连续的,能级差与材料线度 L 2成反比,材料的尺寸越大,其能级差越小,作为宏观尺度的材料,其能级差几乎趋于零,电子能量可以看成是准连续的。 k 空间内单位体积内能态的数量或倒易节点数称为波矢能态密度。ρ =V/(2π)3,含自旋的能态密度应为2ρ 3,2,1k k k k → →→→的三个分量为单位矢量构筑坐标系,则每个能态在该坐标中都是一个整数点,对于准连续的能级,此坐标系中的每个整数点都代表一个能态。人们把此坐标系常数称为k 空间或状态空间。

常用闪烁晶体及材料物理性能

常用闪烁晶体及材料物理性能 材料名称碘化钠 Nal(TI)碘化铯 CsI(Na) 氟化钡 BaF2 氟化钙 CaF2(Eu) 锗酸铋 BGO 钨酸铬 CdWO4 钨酸铅 PbWO4 铝酸钇 YAP:Ce 硅酸扎 GSO:Ce 硅酸镥 LSO:Ce 折射率 n 1.77-1.85 1.84 1.54low 1.50high 1.47 2.15 2.3 2.16 1.94 1.85 1.82 膨胀系数K-147.4x10-649 x 10-618.4 x 10-619.5 x 10-67 x 10-610.2 x 10-6 发射波长nm415520220:310435480470: 540420;450390450440截止波长nm320300135395320 衰减常数ns2506300.7;6300.94vs3005ms;20ms<10; 36035 (10)6040 [%ofNaI(Tl)]100855;165015 - 2025 - 300.3fast 0.2slow 403075 余辉[%]after 6ms 0.5 - 5.0 after 6ms < 0.3 After 3ms 0.005 After 3ms 0.1

光产额Pho/MeV γ38 x 10340 x 103 6.5 x 103 2.5 x 103 19 x 1038 - 10 x 103 1.2 - 1.5 x 1018 x 103 潮解性yes yes no no no no no no no no 解理面100no111111no010 辐射长度cm 2.59 1.85 2.06 1.12 1.000.85 1.83 1.39 1.14辐照硬度rad103>103105-7104-5103-8>106106>108>106比重g/cm3 3.67 4.51 4.88 3.187.137.98.28 5.35 6.317.41硬度莫氏 2.22345 4.28.5 熔点℃65062113541418105016851123187519502050

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