材料物理性能复习总结
材料物理性能总复习
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。
杜隆珀替定律
恒压下元素的原子热容等于25J/(K.mol)。
经典热容理论：模型过于简单，不能解释低温下热容减小的现象
1
2
3
4
5
6
2、经典热容理论
• 爱因斯坦热容理论假设：每个原子皆为一个独立的振子，原子之间彼此无关。
高温部分符合较好，但低温部分的理论值比实验值下降得过快。
磁性是一切物质的基本属性，从微观粒子到宏观物体以至于宇宙间的天体都存在着磁的现象。 磁性是磁性材料的一种使用性能，磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能。
材料的磁学性能
01
02
1、基本磁参量的概念与定义以及影响因素
磁矩
磁化强度
磁导率
方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形面积的乘积IΔS，与电流I和封闭环形面积ΔS成正比
6、半导体的载流子浓度、迁移率及其电阻率 本征半导体 本征载流子浓度与温度T和禁带宽度Eg 有关： 随温度增加，载流子浓度增加； 禁带宽度大时，载流子浓度小； μn 和μp 分别表示在单位场强下自由电子和空穴的平均漂移速度（cm/s），称为迁移率。 杂质半导体 多子导电
温 度 升 高
半导体载流子浓度、迁移率及其电阻率与温度的关系
n -- 单位体积内载流子数目 q -- 为每一载流子携带的电荷量
E -- 为外电场电场强度
μ为载流子的迁移率，其含义为单位电场下载流子的平均漂移速度。
J -- 为电流密度
2、导电性本质因素
决定材料导电性好坏的本质因素有两个：
载流子浓度
载流子迁移率
温度、压力等外界条件，以及键合、成分等材料因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因素，都能提高电导率，降低电阻率。
材料物理性能复习资料整理
材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。
材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能。
材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。
法向应力导致材料伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。
应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。
对于各向同性材料，有三种基本类型的应变：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变Δ。
若材料受力前的面积为A0，则σ0=F/A0称为名义应力。
若材料受力后面积为A，则σT=F/A称为真实应力。
对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克（Hook）定律（σ=Eε）。
E是弹性模量，又称为弹性刚度。
弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。
E越大，越不容易变形，表示材料刚度越大。
弹性模量是原子间结合强度的标志之一。
泊松比：在拉伸试验时，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。
粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间增加而增大。
材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。
材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。
在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。
滑移和孪晶：晶体塑性形变两种基本形式。
蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。
位错蠕变理论：在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错，在高温下由于热运动增大了原子的能量，使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。
扩散蠕变理论：材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向（或晶粒沿相反方向）扩散的一种形式。
晶界蠕变理论：多晶陶瓷材料由于存在大量晶界，当晶界位相差大时，可把晶界看成是非晶体，在温度较高时，晶界粘度迅速下降，应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。
材料物理性能复习重点
1.热容：热容是使材料温度升高1K所需的热量。
公式为C=ΔQ/ΔT=dQ/dT (J/K)；它反映材料从周围环境中吸收热量的能力，与材料的质量、组成、过程、温度有关。
在加热过程中过程不同分为定容热容和定压热容。
2.比热容：质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K所需的热量称为比热容每个物质中有两种比热容，其中c p＞c v，c v不能直接测得。
3.摩尔热容：1mol的物质在没有相变或化学反应条件下升高1K所需的能量称为摩尔热容，用Cm表示，单位为J/(mol·K)4.热容的微观物理本质：材料的各种性能（包括热容）的物理本质均与晶格热振动有关。
5.热容的实验规律：1.对于金属:2.对于无机材料（了解）1.符合德拜热容理论，但是德拜温度不同，它取决于键的强度、材料的弹性模量、熔点等。
2.对于绝大多数氧化物，碳化物，摩尔热容都是从低温时一个最低值增到到1273K左右近似于3R，温度进一步升高，摩尔热容基本没有任何变化。
3.相变时会发生摩尔热容的突变4.固体材料单位体积热容与气孔率有关，多孔材料质量越小，热容越小。
因此提高轻质隔热砖的温度所需要的热量远低于致密度的耐火砖所需的热量。
6.经典理论传统理论不能解决低温下Cv的变化，低温下热容随温度的下降而降低而下降，当温度接近0K时热容趋向于07.量子理论1.爱因斯坦模型三个假设：1.谐振子能量量子化2.每个原子是一个独立的谐振子3.所有原子都以相同的频率振动。
爱因斯坦温度：爱因斯坦模型在T >> θE 时，Cv，m=3R,与实验相符合，在低温下，T当T << θE时Cv，m比实验更快趋于0，在T趋于0时，Cv,m也趋于零。
爱因斯坦模型不足之处在于：爱因斯坦模型假定原子振动不相关，且以相同频率振动，而实际晶体中，各原子的振动不是彼此独立地以同样的频率振动，而是原子间有耦合作用，点阵波的频率也有差异。
温度低尤为明显2.德拜模型德拜在爱因斯坦的基础上，考虑了晶体间的相互作用力，原子间的作用力遵从胡克定律，固体热容应是原子的各种频率振动贡献的总和。
材料物理性能复习总结
材料物理性能复习总结第一章电学性能1.1 材料的导电性，ρ称为电阻率或比电阻，只与材料特性有关，而与导体的几何尺寸无关，是评定材料导电性的基本参数。
ρ的倒数σ称为电导率。
一、金属导电理论1、经典自由电子理论在金属晶体中，正离子构成了晶体点阵，并形成一个均匀的电场，价电子是完全自由的，称为自由电子，它们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样，因此又称为“电子气”。
它们的运动遵循理想气体的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用类似于机械碰撞。
当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向作定向加速运动，从而形成了电流。
在自由电子定向运动过程中，要不断与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是产生电阻的原因。
2、量子自由电子理论金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，可以在整个金属中自由运动。
但金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级。
0K时电子所具有最高能态称为费密能E F。
不是所有的自由电子都参与导电，只有处于高能态的自由电子才参与导电。
另外，电子波在传播的过程中被离子点阵散射，然后相互干涉而形成电阻。
马基申定则：，总的电阻包括金属的基本电阻和溶质（杂质）浓度引起的电阻（与温度无关）；从马基申定则可以看出，在高温时金属的电阻基本取决于，而在低温时则决定于残余电阻。
3、能带理论能带：由于电子能级间隙很小，所以能级的分布可看成是准连续的，称为能带。
图1-1(a)、(b)、(c)，如果允带内的能级未被填满，允带之间没有禁带或允带相互重叠，在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流，具有这种能带结构的材料就是导体。
图1-1(d)，若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没电学特性：(1) 本征激发成对地产生自由电子和空穴，所以自由电子浓度与空穴浓度相等，都是等于本征载流子的浓度n i；(2) 禁带宽度E g越大，载流子浓度n i越小；(3) 温度升高时载流子浓度n i增大；(4) 载流子浓度n i与原子密度相比是极小的，所以本征半导体的导电能力很微弱。
材料物理性能总复习
k[12(
T D
)3
D T
0
( )3d( ) 3 D
kT
kT
T
D
]
ekT 1 e T 1
德拜温度：
D
m k(1) ຫໍສະໝຸດ 温时，T D Cv 3R(2) 低温时，T D
Cv
12 =
5
4R
(
T D
)3
（3）T 0K时，Cv 0，与实验符合。
18
19
材料的热膨胀
物体的体积或长度随温度的升高而增大 的现象称为热膨胀。
30
反射
反射系数R与折射率n正相关，n大，R大：
R ( n -1 )2 n 1
大多数金属的反射系数在0.9～0.95之间，Ag具很高的反射系数：在其它材 料衬底上镀上金属薄层可用作反光镜
31
介质对光的吸收
朗伯特定律
I I ex 0
与材料的密度、辐射波长以及导带与价带之 间的能隙有关。
不同材料， 差别很大。
•σs＝Fs/A0
单位：MPa
式中， A0：圆形试样的原始横截面积，单位mm2。
塑性
• 塑性 ：材料在外力作用下产生永久变形而不 破坏的性能。
• 表证材料的塑性指标是：伸长率δ和断面收缩 率ψ；
•
1）使材料具有良好的成形性；
•
2）受到外力变形时，有强化作用。
硬度
• 硬度：金属材料表面抵抗局部变形的能力
zx C61x C62 y C63z C64 xy C65 yz C66 zx
应此变即分广量义间虎的克比定例律系，数式，中称Cij为（刚i度，常j=数1，。2，…,6）是应力分量与
• 由此可见，广义虎克定律中刚度常数和柔 顺系数各为36个。
材料物理性能复习重点-图文
材料物理性能复习重点-图文第二章非组织敏感：弹性模量，热膨胀系数，居里点（成分）组织敏感性：内耗，电阻率，磁导率（成分及组织）相对电导率：IACS%定义：把国际标准纯软铜（在室温20度，电阻率为0.01724.mm2/m）的电导率作为100%，其它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。
载流子：电荷的载体（电子，空穴，正离子，负离子）物体的导电现象的微观本质是：载流子在电场作用下的定向迁移迁移数t某，也称输运数（tranferencenumber)定义为：某t某T式中：σT为各种载流子输运电荷形成的总电导率σ某表示某种载流子输运电荷的电导率t某的意义：是某一种载流子输运电荷占全部电导率的分数表示。
载流子与导电性能的关系：因素：单位体积中可移动的带电粒子数量N每个载流子的电荷量q载流子的迁移率μ迁移率：受到外加电场作用时，材料中的载流子移动的难易程度令μ=v/E，并定义其为载流子的迁移率。
其物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度。
σ=Nqμ迁移率的影响因素：1.温度越高，平均碰撞间隔时间t越小，迁移率越小2.晶体缺陷越多，………………电子的平均自由程n为电子的密度2金属导电机制：载流子为自由电子。
经典理论：所有自由电子都对导电做出贡献。
所以有n为电子的平均速度m为电子的质量量子理论，两点基本改进:nef表示单位体积内实际参加热传导的电子数,即费米面能级附近参加电传导的电子数m某为电子的有效质量，考虑晶体点阵对电场作用的结果2eff某f实际导电的载流子为费米面附近的自由电子！nelmvnelmv产生电阻的根本原因：当电子波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，电子波才会受到散射（不相干散射）。
理想晶体中晶体点阵的周期性受到破坏时，才产生阻碍电子运动的条件。
（1）晶格热振动（温度引起的离子运动振幅的变化）（2）杂质的引入，位错及点缺陷在电子电导的材料中，电子与点阵的非弹性碰撞引起电子波的散射是电子运动受阻的本质原因。
材料物理性能期末复习考点
材料物理性能期末复习考点
1.力学性能
-弹性模量：描述材料在受力后能恢复原状的能力。
-抗拉强度和屈服强度：材料在受拉力作用下能够承受的最大应力。
-强度和硬度：表示材料对外界力量的抵抗能力。
-延展性和韧性：描述材料在受力下发生塑性变形时的能力。
-蠕变：材料在长期静态载荷下发生塑性变形的现象。
2.电学性能
-电导率：描述材料导电的能力。
-电阻率：描述材料导电困难程度的量。
-介电常数和介电损耗：材料在电场中储存和散失电能的能力。
-铁电性和压电性：描述材料在外加电场或机械压力下产生极化效应的能力。
-半导体性能：半导体材料的导电性能受温度、光照等因素的影响。
3.热学性能
-热导率：描述材料传热能力的指标。
-线热膨胀系数：描述材料在温度变化下线膨胀或收缩的程度。
-热膨胀系数：描述材料在温度变化下体积膨胀或收缩的程度。
-比热容：描述单位质量材料在温度变化下吸收或释放热能的能力。
-崩裂温度：材料在受热时失去结构稳定性的温度。
4.光学性能
-折射率：描述光在材料中传播速度的比值。
-透射率和反射率：描述光在材料中透过或反射的比例。
-吸收率：光在材料中被吸收而转化为热能的比例。
-发光性能：描述材料能否发光以及发光的颜色和亮度。
-线性和非线性光学效应：描述材料在光场中的响应特性。
以上是材料物理性能期末复习的一些考点，希望能帮助到你。
但需要注意的是，这只是一部分重点，你还需要结合教材和课堂笔记，全面复习和理解这些概念和原理。
祝你考试顺利！。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1、经典自由电子理论
在金属晶体中，正离子构成了晶体点阵，并形成一个均匀的电场,价电子是完全自由的,称为自由电子,它们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样,因此又称为“电子气”。它们的运动遵循理想气体的运动规律,自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用类似于机械碰撞。当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向作定向加速运动,从而形成了电流。在自由电子定向运动过程中，要不断与正离子发生碰撞,使电子受阻，这就是产生电阻的原因。
杂质电导:离子电导是结合力比较弱的离子运动造成的，这些离子主要是杂质。
１.2半导体的电学性能
一、本征半导体的电学性能
本征半导体：纯净的无结构缺陷的半导体单晶。
电学特性：
(１)本征激发成对地产生自由电子和空穴,所以自由电子浓度与空穴浓度相等，都是等于本征载流子的浓度nｉ;
（2） 禁带宽度Eg越大，载流子浓度nｉ越小;
结构：三价元素的原子只有三个价电子,当它顶替晶格中的一个四价元素原子，并与周围的四个硅（或锗）原子组成四个共价键时，必然缺少一个价电子,形成一个空位置。
在电场作用下，ｐ型半导体中的电流主要由多数载流子——空穴产生,即它是以空穴导电为主。
３、杂质半导体的特点
(1)掺杂浓度与原子密度相比虽然很微小,但是却能使载流子浓度极大地提高，因而导电能力也显著地增强,掺杂浓度越大，其导电能力也越强。
材料物理性能复习总结
———————————————————————————————— 作者:
———————————————————————————————— 日期:
ﻩ
第一章电学性能
1．１材料的导电性
,ρ称为电阻率或比电阻,只与材料特性有关,而与导体的几何尺寸无关,是评定材料导电性的基本参数。ρ的倒数σ称为电导率。
(2)掺杂只是使一种载流子的浓度增加,因此杂质半导体主要靠多子导电。当掺入五价元素时,主要靠自由电子导电；当掺入三价元素时，主要靠空穴导电。
三、金属和半导体的电阻随温度变化规律不同
点阵振动的声子散射：由于点阵振动使原子间距发生变化而偏离理想周期排列,引起禁带宽度的空间起伏，从而使载流子的势能随空间变化，导致载流子的散射。显然,温度越高振动越激烈,对载流子的散射越强,迁移率下降。
多子:在n型半导体中,自由电子的浓度大(１.5*1014cm-3）,故自由电子称为多数载流子，简称多子。
少子:n型半导体中的空穴称为少数载流子，简称少子。
在电场作用下，n型半导体中的电流主要由多数载流子——自由电子产生,也就是说,它是以电子电导为主。
2、ｐ型半导体
概念：在本征半导体中掺入三价元素(硼、铝、镓、铟)的杂质半导体。
马基申定则： ，总的电阻包括金属的基本电阻和溶质(杂质）浓度引起的电阻(与温度无关）;从马基申定则可以看出,在高温时金属的电阻基本取决于 ，而在低温时则决定于残余电阻 。
3、能带理论
能带：由于电子能级间隙很小,所以能级的分布可看成是准连续的,称为能带。
图１-1（a）、(ｂ）、(c),如果允带内的能级未被填满,允带之间没有禁带或允带相互重叠，在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流,具有这种能带结构的材料就是导体。
电离杂质散射：由于随温度升高载流子热运动速度加大，电离杂质的散射作用也就相对减弱，导致迁移率增加。
１．３绝缘体的电学性能
绝缘体：一般是指电阻率大于1０１0Ω·m、用来限制电流流动的材料。
评价电介质的主要电学性能指标有介电常数、耐电强度、损耗因素、体电阻率和表面电阻率。
一、电介质的介电常数
当极板间为真空时,平板电容器的电容量C与平板的面积S、板间距离d的关系为 ，Ｃ0、 分别为真空下的电容和介电常数, ．
载流子:对材料来说,只要有电流就意味着有带点粒子的定向运动,这些带点粒子称为载流子。
金属材料电导的载流子是自由电子;无机非金属材料电导的载流子可以是电子、电子空穴,或离子、离子空位。
载流子是电子或电子空穴的电导称为电子式电导，载流子是离子或离子空位的电导称为离子式电导。
本
（３)温度升高时载流子浓度ｎｉ增大;
(4)载流子浓度nｉ与原子密度相比是极小的,所以本征半导体的导电能力很微弱。
二、杂质半导体的电学性能
1、ｎ型半导体
概念：在本征半导体中掺入五价元素的杂质（磷、砷、锑）的半导体。
结构:掺入五价元素后，可以使晶体中的自由电子浓度极大地增加,这是因为五价元素的原子有五个价电子，当它顶替晶格中的一个四价元素的原子时,它的四个价电子与周围的四个硅(或锗）原子以共价键相结合后，还余下了一个价电子变成多余的。
当极板间存在电介质时的介电常数为静态介电常数。
带有电介质的电容C与无电介质（真空)的电容C0之比称为电介质的相对介电常数εr。
2、量子自由电子理论
金属中正离子形成的电场是均匀的,价电子与离子间没有相互作用,可以在整个金属中自由运动。但金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态,即具有不同的能级。
0K时电子所具有最高能态称为费密能EF。
不是所有的自由电子都参与导电,只有处于高能态的自由电子才参与导电。另外，电子波在传播的过程中被离子点阵散射，然后相互干涉而形成电阻。
图1-1能带填充情况示意图
(ａ)、(b)、(ｃ)金属；(d）绝缘体；(e)半导体
温度对材料导电性的影响:温度升高使离子振动加剧,热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大,这些因素都使电子运动的自由程减小，散射几率增加而导致电阻率增大。
二、无机非金属导电机理
电导：材料在电场作用下产生漏电电流。
图1-1(ｄ），若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带,由于满带中的电子没有活动的余地,即便是禁带上面的能带完全是空的,在外电场作用下电子也很难跳过禁带，具有这种能带结构的材料是绝缘体。
图1－1(e），半导体的能带结构与绝缘体相同，所不同的是它的禁带比较窄,电子跳过禁带不像绝缘体那么困难,满带中的电子受热振动等因素的影响，能被激发跳过禁带而进入上面的空带，在外电场作用下空带中的自由电子产生电流。