结构和性能的关系1分析
结构性能检验方法和内容
结构性能检验方法和内容一、结构性能检验的方法1.力学测试方法力学测试方法是结构性能检验的主要方法之一、通过对建筑物进行载荷实验、振动测试、位移监测等方法，可以获取建筑结构的力学性能参数，如刚度、强度、频率等。
常用的力学测试设备包括伸缩钢片测压仪、振弦、加速度计等。
力学测试方法可以直接测量建筑结构的力学性能，是结构性能检验的重要手段。
2.数值模拟方法数值模拟方法是通过计算机模拟建筑结构受力性能的方法。
常用的数值模拟软件有有限元软件、飞行特技软件等。
结构性能检验中，可以利用数值模拟方法对建筑结构进行静力分析、动力分析，得到结构承载能力、变形等参数。
数值模拟方法可以模拟建筑结构在不同荷载下的受力情况，为结构的设计和优化提供依据。
3.实测与检验法实测与检验法是通过对实际建筑结构进行实测和检验，获取结构性能参数的方法。
通过在结构上布设应力计、位移计等传感器，可以实时监测结构的受力情况。
常见的实测与检验法包括钢材拉力测试、混凝土压力测试、混凝土弹性模量测试等。
实测与检验法可以直接获取结构的变形与荷载关系，为结构的安全评估提供数据支撑。
二、结构性能检验的内容1.抗震性能检验抗震性能检验是对建筑结构进行抗震性能评估的内容。
通过对结构的抗震能力进行检验，可以评估结构的抗震能力是否满足设计要求，从而确定结构的安全性。
抗震性能检验的内容包括结构的抗震容量、抗震需求、地震动特性等。
抗震性能检验在地震区建筑物的设计和维护中非常重要，可以保证建筑物在地震中的安全性。
2.承载能力检验承载能力检验是对建筑结构进行承载能力评估的内容。
通过对结构的承载能力进行检验，可以确定结构的承载能力是否满足设计要求，从而确定结构的可靠性。
承载能力检验的内容包括结构的强度、刚度、变形等。
承载能力检验在建筑物的使用过程中非常重要，可以确保结构的安全使用。
3.动力特性检验动力特性检验是对建筑结构进行动力性能评估的内容。
通过对结构的动力特性进行检验，可以了解结构在外界荷载下的反应，为结构的设计和维护提供依据。
实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析
实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析1.1典型铁碳合金的平衡组织观察与分析一、实验目的1通过实验能识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织。
2掌握碳含量对铁碳合金平衡组织形貌及相组成比例的影响。
二、实验原理简介利用金相显微镜观察金属的内部组织和缺陷的方法称为显微分析或金相分析。
合金在极其缓慢的冷却条件如退火状态下所得到的组织称为平衡组织。
铁碳合金平衡组织的观察与分析要依据Fe-Fe3C相图来进行。
1室温下铁碳合金基本组织特征1铁素体F 铁素体是碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体。
经35的硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下呈现白亮色多边形晶粒。
在亚共析钢中铁素体呈块状分布当合金的含碳量接近于共析成分时铁素体则呈断续的网状分布于珠光体晶界上。
2渗碳体Fe3C 渗碳体是铁与碳形成的一种化合物。
经35的硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下为白亮色若用苦味酸钠溶液浸蚀则渗碳体呈暗黑色而铁素体仍为白亮色由此可以区别铁素体和渗碳体。
由于铁碳合金的成分和形成条件不同渗碳体可以呈现不同的形状一次渗碳体是由液相中直接结晶出来呈板条状游离分布二次渗碳体是从奥氏体中析出的呈网状分布在珠光体晶界上三次渗碳体是从铁素体中析出呈窄条状分布在铁素体晶界上。
3珠光体P 珠光体是铁素体和渗碳体的两相复合物。
在平衡状态下它是由铁素体和渗碳体相间排列的层片状组织。
经35的硝酸酒精溶液浸蚀后铁素体和渗碳体皆为白亮色而两相交界呈暗黑色线条。
在不同的放大倍数下观察时组织特征有所区别。
如在高倍600倍以上下观察时珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白亮色而两相交界为暗黑色在中倍400倍左右下观察时白亮色的渗碳体被暗黑色交界所“吞食”而呈现为细黑条这时看到的珠光体是宽白条铁素体和暗黑细条渗碳体的相间复合物在低倍200倍以下下观察时无论是宽白条的铁素体还是暗黑细条的渗碳体都很难分辨这时珠光体呈现暗黑色块状组织。
4变态莱氏体Ld 变态莱氏体是珠光体和渗碳体组成的复合物。
材料的结构与性能关系研究
材料的结构与性能关系研究材料的结构与性能关系一直是材料科学与工程领域一个重要的研究方向。
在材料的研发、制备以及应用过程中，了解材料的结构特征对其性能具有重要的指导意义。
本文将探讨材料的结构与性能之间的关系，并结合实际案例进行分析。
一、材料结构对力学性能的影响材料结构的组成和排列方式对其力学性能具有重要影响。
以金属材料为例，晶体的晶格结构、晶界、位错等因素会显著影响材料的力学性能。
晶体结构的紧密度与晶粒尺寸的大小会影响材料的硬度、强度、延展性等特性。
此外，晶界的存在会引起位错的滞留，从而对材料的力学性能造成影响。
二、材料结构对热学性能的影响材料的结构特征对其热学性能同样有着重要的影响。
晶体材料的晶格结构会影响其热导率和热膨胀系数。
例如，具有高对称晶体结构的材料通常具有较低的热膨胀系数，这在实际工程中具有重要的应用价值。
另外，材料的结构也会影响其热导率的大小和热传导的路径。
三、材料结构对电学性能的影响材料的结构特征对其电学性能具有显著的影响。
晶体材料的晶格结构会决定其电导率、电阻率以及介电常数等电学特性。
例如，多晶材料中晶粒间的晶界会影响电导率，而材料中的缺陷和杂质也会改变其电导性能。
四、材料结构对化学性能的影响材料的结构特征对其化学性能也有着重要作用。
材料中的晶格结构、表面形貌以及孔隙结构会影响材料的催化活性、抗腐蚀性等化学性能。
例如，金属材料的晶粒尺寸与晶界结构会影响其对氧化剂的稳定性，从而影响其耐蚀性。
总结起来，材料的结构与性能之间存在着密切的关系。
材料科学与工程研究的目标之一就是通过调控和设计材料的结构，以实现对材料性能的优化。
在实际工程中，对材料的结构与性能关系的深入了解，有助于选择合适的材料以及进行相应的工艺调整，从而使材料在特定应用环境下发挥出最佳的性能。
通过对材料结构与性能关系的研究，我们可以开发出更高性能的材料，满足各种工程应用的需求。
同时，了解不同材料的结构与性能之间的关系，也为材料鉴定、品质控制以及故障分析提供了重要的依据。
材料科学中晶体结构和性能关系
材料科学中晶体结构和性能关系晶体结构与性能关系在材料科学中具有重要的意义。
晶体结构是材料内部原子或离子的排列方式，而性能则是材料在特定条件下所表现出来的物理、化学和机械特性。
晶体结构与性能之间的关系可以帮助我们深入理解和解释材料的性质，从而指导材料的设计和应用。
首先，晶体结构对材料的力学性能具有影响。
晶体中原子或离子的排列方式直接影响材料的强度、硬度和韧性等力学性能。
例如，在金属晶体中，晶格间的原子排列越紧密，材料越难以发生滑移，从而增加了材料的强度。
此外，晶格的几何形状也会对材料的强度产生影响。
在晶体中，不同晶向的原子平面和晶格方向具有不同的紧密度，这会导致不同晶向的力学性能差异。
因此，通过合理调控晶体结构，我们可以获得优异的力学性能。
其次，晶体结构对材料的导电性能、热导率和光学特性等重要物理性能也有显著影响。
晶体中原子或离子的排列方式决定了电子、声子或光子在材料中传播的方式和速度。
例如，在晶体中，如果原子间的距离较短，原子间的电子相互作用更强，将提高材料的导电性能。
此外，晶体结构中晶格的周期性排列还会导致声子在材料中的频率分布，从而影响材料的热导率。
同时，晶体结构对材料的光学特性，如折射率、吸收率和发射率等也具有重要影响。
因此，通过调控晶体结构，我们可以改善材料的导电性能、热传导性能和光学特性，为材料在电子、光电子和能源等领域的应用提供基础。
另外，晶体结构对材料的化学性质和反应性也发挥重要作用。
晶格中原子或离子的排列方式直接决定了材料的表面和晶界的化学性质，进而影响材料的化学反应性和催化性能。
例如，在催化剂中，晶格表面上的原子排列方式会影响催化反应的活性和选择性。
晶体结构还可以影响材料的化学稳定性和耐腐蚀性能。
通过调控晶体结构，我们可以提高材料的催化性能和化学稳定性，为材料在催化、环境保护等领域的应用提供可能。
此外，晶体结构与材料的热膨胀性、热稳定性和相变性也有密切关系。
晶体结构中原子或离子的排列方式会随着温度的变化发生相应的位置位移和结构变化，从而导致材料的尺寸变化和相变现象。
第一篇第一章聚合物结构与性能
2 粘度法 溶液的粘度一方面与聚合物的分子量有关，却也决定 于聚合物分子的结构、形态和在溶剂中的扩散程度。因此 该法为相对方法。 一、粘度的定义 流体流动时，可以设想有无数个流动的液层，由于液 体分子间相互摩擦力的存在，各液层的流动速度不同。单 位面积液体的粘滞阻力为ζ，切变速度为ξ，那么粘度为 η= ζ/ ξ 即流速梯度为1秒-1、面积为1厘米2的两层液体间的内摩 擦力。其单位为泊（厘泊）： 1P=100cP=1gs-1cm-1=0.1kg s-1m-1 =0.98(Ns2m-1) s-1m-1 =0.98Nm-2s=0.98Pa·s≈1Pa·s 以上所定义的粘度是绝对粘度。对于高分子溶液，我们感 兴趣的是高分子进入溶液后引起的粘度变化，一般采用以 下几种参数：
1
端基分析 聚合物的化学结构明确,每个高分子链末端有一个或 x个可以用化学方法分析的基团，那么一定重量试样中 端基的数目就是分子链数目的x倍。所以从化学分析的 结果就可以计算分子量。 M= xw/n w为试样重量，n为被分析端基的摩尔数。 注意： • 该法要求聚合物结构必须明确。 • 分子量越大，单位重量试样中可分析基团的数目越少， 分析误差越大，故此法只适于分析分子量较小的聚合物， 可分析分子量的上限为2×104左右。 • 一般用于缩聚物。加聚反应产物分子量较大，且一般无 可供化学分析的基团，应用较少。 • 还可用于分析聚合物的支化情况，但要与其他方法配合 才行。 • 数均分子量。
第一篇 聚合物加工的理论基础
• • • • 聚合物的结构 聚合物的流变性质(聚合物的分子运动） 材料的力学性能 聚合物加工过程的物理和化学变化
第一章 聚合物的构
• 聚合物的结构 • 高分子的链结构与高分子的柔顺性 • 高分子的聚集态结构
第一章 聚合物的结构
化学材料的性能与结构关系
化学材料的性能与结构关系化学材料是现代社会不可或缺的重要资源，广泛应用于各个领域。
了解化学材料的性能与结构关系对于材料的设计和开发至关重要。
本文将探讨一些常见的化学材料，分析它们的性能与结构之间的关系，以及这种关系对材料的应用和改进的影响。
一、金属材料金属材料是最常见和最广泛使用的一类材料。
金属的晶体结构决定了材料的性能。
例如，铁具有面心立方结构，使得它具有较高的韧性和导电性。
铝具有紧密堆积结构，因此具有较高的强度和轻量化特性。
在金属材料中，晶粒的尺寸和取向也对性能具有影响。
细小的晶粒会增加材料的强度，而相同方向排列的晶粒则增加了材料的塑性。
通过控制金属材料的冷处理、热处理和合金化等方法，可以对其结构进行调控，从而改变其性能。
二、陶瓷材料陶瓷材料以其良好的耐高温、耐腐蚀和绝缘特性，被广泛应用于航空航天、电子器件等领域。
陶瓷材料的结构通常由硬质晶体和非晶质相组成。
晶体的尺寸和摩尔体积对陶瓷材料的密实性和强度具有影响。
此外，陶瓷材料中的缺陷和晶界也会影响其性能。
缺陷通常会降低材料的强度和韧性。
而晶界的存在可以增加陶瓷材料的塑性和断裂韧性。
因此，在制备陶瓷材料时，需要合理调控晶粒和晶界的分布，以获得理想的性能。
三、聚合物材料聚合物材料由高分子化合物构成，具有轻质、耐腐蚀等优点，在包装、医学、电子等领域得到广泛应用。
聚合物材料的性能与其分子链结构和排列方式密切相关。
分子链的结构和长度决定了聚合物材料的物理和化学性质。
长链和分支链的聚合物材料通常具有较高的韧性和延展性；而短链聚合物具有较高的刚性和强度。
此外，聚合物的晶态和非晶态结构也会影响材料的性能。
四、复合材料复合材料是由两种或多种不同材料组成的材料，综合了各种材料的优点，具有独特的性能和结构。
复合材料的性能与各组分材料间的相互作用、分布方式以及界面特性密切相关。
通过合理设计和控制复合材料的结构，可以实现针对特定应用需求的优化性能。
例如，在碳纤维增强复合材料中，纤维的取向和分布决定了材料的强度和刚性。
高分子聚合物及其结构与性能关系的三个层次
高分子聚合物及其结构与性能关系的三个层次姓名：刘灵芝学号：2011020214 高分子聚合物指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达104～106)化合物。
例如聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯分子结构单元—CH2CHCl—重复连接而成，因此—CH2CHCl—又称为结构单元或链节。
由能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体，是合成聚合物的原料。
n代表重复单元数，又称聚合度，聚合度是衡量高分子聚合物的重要指标。
聚合度很低的(1～100)的聚合物称为低聚物，只有当分子量高达104～106(如塑料、橡胶、纤维等)才称为高分子聚合物。
由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物，如上述的聚氯乙烯、聚乙烯等。
由两种以上单体共聚而成的聚合物则称为共聚物，如氯乙烯—醋酸乙烯共聚物等。
1. 聚合物的分类聚合物的分类可以从不同的角度对聚合物进行分类，如从单体来源、合成方法、最终用途、加热行为、聚合物结构等。
(1)按分子主链的元素结构，可将聚合物分为碳链、杂链和元素有机三类。
碳链聚合物指大分子主链完全由碳原子组成。
杂链聚合物指大分子主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子。
元素有机聚合物指大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成，但侧基却由有机基团组成，如甲基、乙基、乙烯基等。
有机硅橡胶就是典型的例子。
元素有机又称杂链的半有机高分子，如果主链和侧基均无碳原子，则成为无机高分子。
(2)按材料的性质和用途分类，可将高聚物分为塑料、橡胶和纤维。
橡胶通常是一类线型柔顺高分子聚合物，分子间次价力小，具有典型的高弹性，在很小的作用力下，能产生很大的形变，外力除去后，能恢复原状。
纤维通常是线性结晶聚合物，平均分子量较橡胶和塑料低，纤维不易形变，伸长率小，弹性模量和抗张强度都很高。
塑料通常是以合成或天然聚合物为主要成分，辅以填充剂、增塑剂和其他助剂在一定温度和压力下加工成型的材料或制品。
3一分钟读懂聚酰亚胺PI材料结构与性能
通常所说的聚酰亚胺材料是分子结构含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物，英文名Polyimide(简称PI)，是目前工程塑料中耐热性最好的品种之一。
聚酰亚胺结构与性能的关系如下图所示：聚酰亚胺主要性质如下：1、全芳香聚酰亚胺按热重分析，其开始分解温度一般都在500℃左右。
由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺，热分解温度达到600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。
2、聚酰亚胺可耐极低温，如在-269℃的液态氦中不会脆裂。
3、聚酰亚胺具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100MPa以上，均苯型聚酰亚胺的薄膜（Kapton）为170MPa以上，而联苯型聚酰亚胺（Upilex S）达到400MPa。
作为工程塑料，弹性膜量通常为3-4GPa，纤维可达到200Gpa，据理论计算，均苯二酐和对苯二胺合成的纤维可达500GPa，仅次于碳纤维。
4、聚酰亚胺的热膨胀系数在2×10-5－3×10-5，广成热塑性聚酰亚胺3×10-5，联苯型可达10-6℃，个别品种可达10-7。
5、一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般的品种不大耐水解，这个看似缺点的性能却使聚酰亚胺有别于其他高性能聚合物的一个很大的特点，即可以利用碱性水解回收原料二酐和二胺，例如对于Kapton薄膜，其回收率可达80％－90％。
改变结构也可以得到相当耐水解的品种，如经得起120℃，500小时水煮。
6、聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在5×109rad 快电子辐照后强度保持率为90％。
7、聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。
介电损耗为10-3，介电强度为100-300KV/mm，广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm，体积电阻为1017Ω/cm。
这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平。
8、聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率低。
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与电子的位置和速度无关。
特鲁德模型的基本假设 IV
电子和周围环境达到热平衡仅仅是通过碰 撞实现的，碰撞前后电子的速度毫无关联， 方向是随机的，其速率是和碰撞发生处的 温度相适应的。
特鲁德模型的应用举例
金属的直流电导
根据欧姆定律，金属导体的电流密度 j 和施加在导体上的电场强度 E 成正比，即：
E j
其中 为金属的电阻率。
根据特鲁德模型即可解释这一现象。
设金属导体中每单位体积中含有 n 个自由电子， 其平均运动速度为 v平均，则电流密度为
j nev平均
考虑一个自由电子，从上次碰撞发生起，可有 t 时
间行程。如果无外场作用，其速度为 v0，在外电场 作用下，碰撞后将立即附加一个速度 eEt / m，也
考虑到势箱的深度应该大大超过电子的动能，因此 电子在边界以外出现的几率为零。这一边界条件可 以写成
(X L) (X )
第四章 结构与性能的关系
经典的化学结构理论指出，物质的内部 结构完全决定了它的典型的化学和物理性能。 因此，探索晶体的结构与性能之间的关系是 材料科学中重要的基础性研究课题之一。
本章推荐参考书
苏勉曾，固体化学导论，北京大学出版社 曾兆华，杨建文编，材料化学，化学工业出版社 C.Kittel著，项金钟，吴兴惠译，固体物理导论，
特鲁德模型的基本假设 II
碰撞是电子突然改变速度的瞬时事件，正 如硬橡皮球从固定的物体上反弹回来一样， 它是由于运动中的电子碰到不可穿透的离 子实而反弹所造成的。
运动电子的轨迹
特鲁德模型的基本假设 III
单位时间内电子发生碰撞的几率是 1/。这 里的时间 称为驰豫时间 (或平均自由时
间)，它意味着一个电子在前后两次碰撞之
特鲁德模型
当金属原子凝聚在一起形成金属时， 原来孤立原子封闭壳层内的电子 (芯电子) 仍然能够紧紧地被原子核束缚着，它们和 原子核一起在金属中构成不可移动的离子 实；而原来孤立原子封闭壳层外的电子 (价电子) 则可以在金属中自由地移动。
孤立原子示意图
原子核：具有电荷 eZa
芯电子层：电子 数量为 Za Z
ne2l
mv
❖ 只有电子的平均自由程与材料结构有关；平均自由 程是电子在两次碰撞之间的平均运动距离
❖ 碰撞 (电子的散射) 导致导体发热
❖ 散射分为两类：与温度有关的热振动散射和与温度 无关的缺陷散射
❖ 热振动散射的平均自由程约为100个原子间距
❖ 在所有缺陷中，杂质对电阻率影响最大，0.1%的掺 杂就能产生显著的效果。
纯铜的电阻率随温 度的变化关系曲线
m ne2
v l
❖在低温时，电阻率通常很小
❖温度升高后，电阻率随温度的变化基本上呈线性： 温度越高，电阻率越大
❖当然，对这一现象的解释不是特鲁德模型能够完 成的。
特鲁德模型可以很好地解释欧姆定律，此 外，在解释金属热导与电导之间的联系、 金属电子的驰豫时间和平均自由程等方面 也取得了成功。
但是，特鲁德模型在解释金属的比热、磁 化率等方面则出现了困难。
特鲁德模型的局限性举例
金属的比热
特鲁德型把金属电子处理为经典的理想气体，
遵循波尔兹曼统计规律：每个电子有 3 个自由度，
每个自由度对应平均能量为 kBT / 2。令 u 为内能密
度，则
u
3 2
nkBT
相应地，金属的比热为
c
u T
3 2
V
A
特鲁德模型的基本假设 I
在没有发生碰撞时，电子与电子、电子与 离子之间的相互作用可以忽略。在无外场 作用时，电子作匀速直线运动；在外场作 用下，电子的运动服从牛顿定律。
忽略了电子与电子之间相互作用的近似称为 独立电子近似
忽略了电子与离子之间相互作用的近似称为 自由电子近似
所以这样假设称为独立自由电子近似
就是说，该电子的速度将为
v
v0
eEt m
一个电子的运动速度为
v
v0
eEt m
所有电子的平均运动速度为
v平均
v0 n
eEt mn
v平均
eE
m
j nev平均
j
ne2
m
E
这就是欧姆定律
关于金属的电阻率
j
ne2
m
E
E j
l 称为电子的平均自由程
m
ne2
m ne2
v l
m
ne2
m ne2
v l
物理学家曾经为以下两个问题绞尽脑汁
金属为什么容易导电？ 金属为什么是良好的热导体？
4.1.1 金属电子论概念
1897 年， 汤姆逊 (J.J. Thomson) 首先发 现了金属中电子的存在
1900 年，特鲁德 (P. Drude) 提出了一个关 于金属的简单模型
最后，索末菲 (A.J.W. Sommerfeld) 提出 了金属电子论
nkB
c
u T
3 2
nkB
也就是说：金属的比热与温度无关。
2. 索末菲理论
索末菲理论的出发点是：金属中电子的运动具有 波粒二象性。电子的波长可以表示为
h / mv
通常采用波矢 k 来描述电子的运动，k 定义为
k 2 2 mv h
先来讨论一维的情况
电子被束缚在金属晶体内运动，就好像处在 一个很深的势箱中。晶体试样的长度 L 就是势箱 的边界。
化学工业出版社
4.1 能带理论
材料按电性能分类: 导体、半导体、绝缘体
导 体 纯金属的电阻率在108 ～ 107 m 金属合金的电阻率为107 ~ 105 m
半导体 电阻率为103 ~ 10+5 m 绝缘体 电阻率为10+9 ~ 10+17 m
电阻率的大小取决于材料的结构。
我们从金属开始
在材料电性能研究中，金属处于相当特殊 的地位
在这个势箱中，电子运动的动能为：
E 1 mv2 h2 k 2
2
8 2m
k 2 2 mv h
E 1 mv2 h2 k 2
2
8 2m
即电子的动能与波矢之间呈抛物线关系。
电子运动的薛定锷方程为 (r) 为电子的波函数
h 2 2 (r) E (r) 8 2 m
我们直接给出这个方程的解
(r) Aeikr
价电子层：电子数 量为 Z
特鲁德模型认为：这些传导电子构成自由电 子气系统，可以用运动学理论进行处理
每摩尔金属元素包含有 6.022 1023 个原 子；每立方厘米金属具有的摩尔数为 D / A；每 个原子提供 Z 个传导电子，因此每立方厘米金 属中传导电子的数量为
n N 6.0221023 ZD