第10章材料的功能特性(已整理 张招 2017731)+(已核对 袁圆 201485)
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(章节题库 材料的功能特性)【圣才出品】
第10章 材料的功能特性一、简答题1．提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些？为什么说Cr 是不锈钢中最重要的合金元素？答：（1）提高钢材耐蚀性的主要方法有：在表面形成致密氧化膜、提高基体电极电位、形成单相组织。
（2）Cr 可形成表面致密氧化膜Cr 2O 3，可提高电极电位，可形成单相铁素体。
2．对能带理论与量子自由电子理论所给出的固体材料中外层电子状态特点进行比较，指出其异同点。
答：（1）相同点。
外层电子的波矢都是量子化的，具有相同的允许取值条件：123n ,n ,n 1232π2π2π,,k n n n LL L ⎛⎫= ⎪⎝⎭因此能量也都是量子化的。
（2）不同点。
量子自由电子理论给出的电子能级，对于宏观材料时准连续的能级，能量与波矢之间的关系为。
而根据能带理论，电子的能级之间可能产生相对于电222k mηε=子的相邻能级间隔来说很宽的禁带（发生于相邻的布里渊区边界上），而电子能级的能量与电子波矢之间的关系通常都偏离抛物线关系。
二、计算题1．面心立方结构的金属Cu （按正一价计算）的晶格常数为0.361nm ，依据量子自由电子理论计算其自由电子的费米能、费米波矢，给出0K 下自由电子的平均动能以及所对应的运动速度大小。
解：自由电子的体积密度为：283v 93418.510m (0.36110)e N --⨯==⨯⨯费米能：234222/32282/318F v 31(1.0510)(3π)(3π8.510) 1.1210J 7.02eV 229.110e N m ηε---⨯=⋅=⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯费米波矢：1/231181/2101F F 2342(29.110 1.1210) 1.3610m 1.0510m k εη----⎛⎫⨯⨯⨯⨯===⨯ ⎪⨯⎝⎭0K 下，自由电子的平均动能为费米能的3/5，故为4.2eV ；相对应的运动速度为：1/26F 2 1.5710m/s v m ε⎛⎫===⨯ ⎪⎝⎭2．8mol% 222材料，请写出两种可能发生的固溶反应式及相应的固溶体化学式。
材料学基础ppt课件
根据用途不同，特种玻璃分为防辐射玻璃、激光
玻璃、生物玻璃、多孔玻璃、非线性光学玻璃和光纤玻
璃等。
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传统的无机非金属材料 之三：水泥
水泥是指加入适量水 后可成塑性浆体，既能在 空气中硬化又能在水中硬 化，并能够将砂、石等材 料牢固地胶结在一起的细 粉状水硬性材料。
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水泥的种类很多，按其用途和性能可分为： 通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类；按其所 含的主要水硬性矿物，水泥又可分为硅酸盐水泥、 铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥以及 以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目前 水泥品种已达一百多种。
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• 通用水泥为大量土木工程所使用的一般用途的水 泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸 盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水 泥和复合硅酸盐水泥等。
• 专用水泥指有专门用途的水泥，如油井水泥、砌 筑水泥等。
• 特性水泥则是某种性能比较突出的一类水泥，如
快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中热硅
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2. 无机非金属材料
无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、
磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳
化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一
定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材
料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同
的含义。无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前
《材料学基础》
主讲： 叶原丰
金陵科技学院材料工程学院
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1
材料引言
• 什么是材料? • 1.1 材料分类 • 1.2 组成-结构-性质-工艺过程之间的关系
• 1.3材料的选择
各种材料的属性与功能范文
1、铜的自然属性铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。
自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。
自然铜及氧化铜的储量少，现在世界上80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的，这种矿石含铜量极低，一般在2--3%左右。
金属铜，元素符号Cu，原子量63.54，比重8.92,熔点1083Co。
纯铜呈浅玫瑰色或淡红色。
铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率和电导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，具抗蚀性、可塑性、延展性。
纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。
能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，形成的合金主要分成三类：黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金，白铜是铜钴镍合金。
铜冶金技术的发展经历了漫长的过程，但至今铜的冶炼仍以火法冶炼为主，其产量约占世界铜总产量的85%，现代湿法冶炼的技术正在逐步推广，预计本世纪末可达总产量的20%，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。
2、铜的主要用途铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。
铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大，占总消费量一半以上。
用于各种电缆和导线，电机和变压器的绕阻，开关以及印刷线路板等。
在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。
在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。
在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等，每生产100万发子弹，需用铜13--14吨。
在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。
以下是各行业铜消费占铜总消费量的比例：行业铜消费量占总消费量的比例电子(包括通讯) 48%建筑24%一般工程12%交通7%其他9%锌的自然属性金属锌，化学符号Zn,原子量65.4，熔点为419.73度，沸点907度。
锌是自然界分布较广的金属元素。
主要以硫化物、氧化物状态存在。
《功能材料概论》课件
固相反应法通常涉及将固体原料混合 、研磨并在高温或高压下进行反应。 该方法具有操作简单、设备成本低等 优点，但反应时间较长，且不易控制 产物成分和纯度。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种利用气态化学反应在固体表面沉积功能材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法通过将气态反应剂引入反应室，在基体表面发生化学反应并形 成固态沉积物。该方法可制备出高纯度、高致密度的功能材料，但设备成本较 高，且工艺参数较难控制。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其工作原理 是利用氢气、天然气或生物质等燃料和氧气反应产生电 能。固体氧化物燃料电池具有高效率和低污染等优点。
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《功能材料概论》课件
目录
• 功能材料的分类与特性 • 功能材料的制备技术 • 功能材料的性能与应用 • 功能材料的未来发展与挑战 • 案例分析：功能材料在新能源领域的应用
01 功能材料的分类与特性
金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能材料
金属功能材料是指具有特殊物理或化 学性能的金属材料，如导电性、超导 性、磁性、热敏性等。
磁学性能与应用
总结词
功能材料的磁学性能是指其在磁场作用下的性质和行为，包括磁导率、磁化强度、磁致伸缩等。
详细描述
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，磁化强度是指材料在磁场作用下的磁化程度，磁致伸缩是指材料 在磁场作用下尺寸发生变化的性质。这些磁学性能在磁记录、磁流体、磁悬浮等领域有着广泛的应用 ，如硬盘、磁带、磁传感器等。
功能材料的环境友好性
总结词
随着环保意识的日益增强，功能材料的环境友好性成 为研究重点，通过降低材料的环境负荷，实现可持续 发展。
功能材料概论
例如，通过高分子结构设计和官能团设计，在高分子结 构中引入感光功能基团，从而合成出感光高分子材料。合成 可供选择的措施有：共聚合、接技聚合、嵌段聚合、界面缩 聚、交联反应、官能团引入、模板聚合、管道聚合、交替共 聚以及用高聚物作支持体的聚合等。
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(2)通过特殊加工赋予材料以功能特性
这种方法又称为物理方法。例如： 高分子材料通过薄膜化制作偏振光膜、滤光片、电磁传感 器、薄膜半导体、薄膜电池、接点保护材料、防蚀材料等，尤 其是在超细过滤、反渗透、精密过滤、透析、离子交换等方面 取得了广泛的应用。 高分子材料纤维化可用于二次电子倍增管或作离子交换纤维。 对于高分子材料来说，最引人注目的是塑料光纤的开发应用。
功能材料学概论-----马如璋 蒋民华 （冶金工业出版社,1999） 功能金属材料------ 王正品 （化学工业出版社，2004年）
1
第一章 电性材料
目录
第二章 磁性材料
第三章 超导材料
第四章 膨胀材料和弹性材料
第五章 储氢合金
第六章 非晶态合金
第七章 形状记忆材料
第八章 其他功能材料
2
功能材料授课内容
第一章：电性材料
金属的导电理论。金属的热电性。电学性能与微观结构之间的关系。电性材料
第二章磁性材料
磁学理论基础。金属软磁材料。金属永磁材料。磁致伸缩材料。铁氧体磁性材料
第三章超导材料
超导体的基本性质。超导材料的发展。超导材料的应用
第四章膨胀材料和弹性材料
膨胀合金。弹性合金
第五章储氢合金
储氢材料原理。储氢合金分类及开发现状。储氢材料的应用
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(1)力学功能
主要是指强化功能材料和弹性功能材料，如高 结晶材料、超高强材料等。
奇异的仿生学答案整理
第一章从模拟到创建——仿生学的发展1.仿生学的定义是哪年提出的1960 年2.海豚游速慢的时候皮肤是粗拙的，游速快的时候是圆滑的。
错误3.信息时代人与自然的关系是察看——灵感——模拟错误4.自然界中植物有 150 万种。
错误5.资料的构造包含宏观、介观、微观6.科学的目的是求知与求真。
正确7.贝壳珍珠层的硬度是一般文石的 2 倍，韧性是一般文石的10000 倍。
错误8.蜘蛛丝能支撑体重 400 倍的重物。
错误9.仿生需求包含生计需求、军事需求、健康需求、发展需求、精神需求、兴趣需求10.仿生模本包含生物模本、生活模本、生境模本第二章从灵感觉制造的创新过程——仿生学的研究方法1.地面机械触土零件与土壤接触时面对的问题是粘附2.蜣螂推滚粪球的部位是足3.穿山甲能打洞、上树，还会游泳。
正确4.蚯蚓体外有一层体表液，形成一个多层界面系统，蚯蚓蠕动前行在内界面层5.荷叶拥有自洁净效应是因为表面微纳构造与蜡状物质共同作用6.土壤动物减粘脱土功能的实现是因为其体表形态。
错误7.仿生电渗铲斗是模拟了蜣螂的体表电位特色制造的。
错误第三章适者生计——军事仿生1.掩人耳目中提到的历史人物有孟尝君、冯谖2.刀是模拟了蚌壳和贝壳制造而成的。
正确3.滑翔机之父是奥托·李林塔尔。
正确4.海豚真皮层拥有乳突构造。
正确5.响尾蛇能感知℃ 的温度变化。
正确6.蜘蛛在天气变暖前开始吐丝织网。
错误7.春秋战国七雄争霸中蚕食战略的中心是远交近攻。
正确8.“三猛战术”为猛冲、猛追、猛击。
错误9.“狼群战术”就是在“在必需的时间、地址内，部署必需的兵力”。
正确10.孙子兵法中依据鸷鸟的战术特色，提出势险和节短的战术思想。
正确11.动物合群抗敌在防守战术上应用为“环形防守”。
正确12.苏德战争中使用了模拟变色龙变换颜色的防守战术。
错误13.狗在碰到仇敌时，往常使用服输的防守战术。
错误14.鳄鱼和燕千鸟是共生关系。
正确第四章自然与人工——仿生资料1.天然生物资料的特色之一就是成分简单构造复杂。
材料的电学性能PPT
金属、半导体及绝缘体的比较
导带和价带重叠
半导体的禁带一般小 于 3 eV
绝缘体的禁带一般大于 5 eV
金属
特征：最高占有带仅部分充满，即除了满带外，存在 不满带。
绝缘体
特征：电子恰好填满了最低的一系列能带，能量更高的 能带都是空的，而且禁带很宽（5-10eV）。
半导体
特征：禁带宽度较窄（0.2-3eV）。
✓ 熔点低于任一组分的金属； ✓ 硬度大，耐磨损； ✓ 导电性低于任一组分的金属； ✓ 具有较强的抗腐蚀性。
由于合金的许多优于纯金属的性能，因而在实际应用 中多使用合金。
当施加的电场产生电流时，电流密度J正比于 电场强度E，其比例常数σ即为电导率：
J E
电阻率ρ的倒数σ即为电导率，即σ=1/ρ，电导率 的单位为S/m或Ω-1·m-1。 工程上用相对电导率IACS%= σ/ σCu%表征导体材 料的导电性能。
国际标准软纯铜电导率
导体： ρ <10-3Ω·cm；绝缘体： ρ >108 Ω ·cm； 半导体： ρ 值介于10-3～108 Ω ·cm之间。
金属中的电阻
实际晶体总会有杂质，存在缺陷。传导电子在输
运过程中的散射：
电子—电子(电子散射) 电子—声子(声子散射)
0 K下为 零
基本电阻
电子与杂质原子 残余电阻 电子与晶体点阵静态缺陷的相互作用
理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关。
导电机制
由经典自由电子理论得到：
由能带理论得到：
ne2
2m
nef e2 2m*
m* 为考虑晶体点阵对电场作用后电子的有效质量 lF 为Fermi面附近电子的平均自由程源自nef e2 2m*
材料力学性能-第2版习题答案DOC
材料力学性能-第2版习题答案DOC《工程材料力学性能》课后答案机械工业出版社 2008第2版第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便说明下列力学性能指标的意义。
答：E弹性模量 G切变模量σ规定残余伸长r应力σ屈服强度gtδ金属材料拉伸时最大应2.0力下的总伸长率 n 应变硬化指数【P15】2、金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。
合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。
组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。
【P4】3、试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？4、决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。
外在因素：温度、应变速率和应力状态。
5、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。
为什么脆性断裂最危险？【P21】答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。
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第10章材料的功能特性10.1 复习笔记一、功能材料的物理基础概述1．能带单个原子中电子处在分离的能级上，而由N个原子组成的固体，不同分离的电子能级集合形成能量连续的能带，并且每个能带中含有N个分裂的能级和2N个电子。
2．费米能定义：绝对温度下自由电子的最高能级。
二、电性能1．电性能的表述电阻率：VAIL ρ=电导率：材料传导电流的能力，与电阻率呈倒数关系。
即：1σρ=2．基于能带理论的传导电导率是自由电子和空穴数目的函数，只有导带中的电子能导电。
图10-1 固体在0K 时可能存在的电子能带结构3．电子迁移率散射现象被表示为一种对电流通道的阻力，几个参数被用来描述散射的程度，它们包括漂移速度和电子迁移率。
n e σμ=4．金属的电阻率金属具有高导电率是因为大量电子可被激发到费米能上面的空态而成为自由电子。
total t i d ρρρρ=++大部分金属的电阻率随温度的升高而增加。
5．本征和非本征半导体的电导率（1）本征半导体：电行为基于高纯材料中的固有电子结构的材料；（2）非本征半导体：电行为受杂质原子支配的半导体。
①p型半导体：空穴浓度远大于自由电子浓度；主要由空穴导电，掺入三价元素。
②n型半导体：自由电子浓度远大于空穴浓度；主要由自由电子导电，掺入五价元素。
6．绝缘体的电导率和介电性介电性：如果将某一均匀的电介质作为电容器的介质而置于其两极之间，则由于电介质的极化，将使电容器的电容量比以真空为介质时的电容量增加若干倍。
物质的这一特性成为介电性。
使电容量增加的倍数即为该物体的介电常数。
()0r P 1εεζ=-三、热性能 1．热容热容：材料从外部环境吸收热的能力性质，表示每升高1℃温度所需的能量，影响热容最重要的因素是点阵振动（声子）。
C dQ/dT =有Cv 和Cp在低温时：3Cv AT =德拜温度以上：Cv 3R =2．热膨胀大多数固体材料是热胀冷缩，固体材料的长度随温度变化的表达式：()f 0f f 00L -L T -T L α=αf 为线膨胀系数。
从原子尺度看，热膨胀反映出原子间平均距离的增大，这种现象最好的理解是从势能与原子间距之间的关系着手。
热膨胀实际是由该势能曲线的不对称曲率所引起的，而不是由温度提高原子振动振幅的增加所引起的。
3．热传导 热传导：热传导是一种热从物质的高温区向低温区传递的现象，表征材料传热能力的性质称为热传导率（热传导系数），它以下式来定义：dTq kdX=- 热在固体中的传递是通过点阵振动波（声子）和自由电子得以实现，即：l e k k k =+高纯金属中，热传递的电子机制远大于声子传递机制。
非金属陶瓷由于缺乏大量的自由电子而成为热绝缘体。
因此，声子主要承担陶瓷中的热传导。
4．热应力两端束缚的杆，从T 0温度变化至T f 温度产生的热应力：()l 0f E T -T σα=热冲击抗力：材料承受快速冷却或快速加热时失效的能力。
四、磁性能1．磁性能的表象描述磁矩M B ：一个电子自旋产生的磁矩称为波尔磁矩。
磁场强度H ：H NI /L =磁感应强度：物质在外场的作用下，在其内部产生的内场强度的大小。
B H μ=μ称为磁导率，它表征一种处于磁场中特殊介质的性质。
μ0称为真空磁导率。
相对磁导率μr ：材料的磁导率与真空磁导率之比，其表达式为：r 0/μμμ=固体的磁化强度M ：m M H χ=χm 称为磁化率：m r 1χμ=-2．磁矩的起源材料的磁性来自于原子磁矩，而原子磁矩起因于二个来源：一个是关于电子绕原子核运动的电子轨道运动磁矩，磁矩方向为旋转轴方向；另一个磁矩来自电子的自旋。
3．磁性的分类（1）非磁性材料①反磁性材料：电子自旋和或轨道磁矩的完全抵消，不存在永久性偶极磁矩。
②顺磁性材料（2）磁性材料①铁磁性材料：在无外场下具有永久性的磁矩。
②反铁磁性材料③铁氧体材料4．磁畴和磁滞磁畴：任何铁磁性或铁氧体材料在T C温度下，它是由小体积区域构成，在每一个区域内所有磁偶极矩都被调整为同方向，这种区域称为畴。
磁滞回线；5．软磁和硬磁材料软磁材料：具有高的初始磁化率和低的矫顽力。
在较低的外磁场下就可以达到饱和；硬磁材料：具有高的剩磁和高的磁滞能损。
五、光学性能1．电磁辐射（1）电磁辐射由相互垂直的电场和磁场构成。
（2）粒子的波粒二象性：E h hcνλ==（3）光速与真空电容率和真空磁导率的关系：001c εμ=（4）光速与电磁辐射率和波长的关系：c v λ=2．光与固体的交互作用入射光束强度I 0必须等于投射强度I T ，吸收强度I A 和反射强度I R 。
即：0T A R I I I I =++3．原子和电子的交互作用（1）在任何情况下，对于吸收和发射电子跃迁的能量总是守恒的；图10-2 在孤立原子中电子吸收入射光子能量从一种能态激发到另一只高能态图10-3 在金属材料中光子的吸收和在发射机制（a）吸收机制（b）再发射机制由于金属是不透明和高反射的，可见颜色是由反射的波长分别所决定的，因此当金属暴露于白光时，明亮银色的外貌表明金属在整个可见光谱中是高反射的。
电子极化（2）电子能量跃迁：E hν=4．折射进入透明材料内部的光，其速率减小，因此，在界面是弯折的，这种现象陈伟折射，折射率n为真空中的光速和介质中的光速之比：c n v=根据光速与磁导率和电容率的关系有：00r r c n v εμεμεμ===5．反射当光辐射从一种介质进入另一种不同折射率的介质时，某些光在两种介质之间界面处被散射，即使两种介质是透明的，也是如此。
反射率表示在界面处反射光占入射光的分数：RI R I =6．吸收（1）电子激发越过带隙引起吸收；（2）电子跃迁到带隙中的缺陷能级位置上； （3）无机非金属材料光子吸收和发射机制：（4）来自杂质能级的管子吸收和发射机制；图10-5 来自杂质能级的光子吸收和发射机制（a）光子吸收（b）两个光子的发射（c）两个光子的发射，其中一个伴随热能的释放7．透射当入射强度为I 0的光撞击透明样品的前表面，在样品后表面出射的透射强度：()2t T 0I I I R e β-=-8．颜色透明材料呈现颜色是因为光的特殊波长具有选择性的吸收。
9．受激发射和光放大自发发射：在一定温度下，物质中的大多数原子处于基态，只有少量原子处在激发态。
处于激发态的原子向低能态跃迁并发射光子的自发现象称为自发发射。
受激吸收：当原子处在频率为ν的入射光的辐照下，如果满足n m h E E ν=-条件，原子就能吸收一个光子从低能态E m 向高能态E n 的跃迁，这一过程称为受激吸收。
10.2 课后习题详解10-1 假设所有的价电子都对电流有贡献，①计算Cu 中电子的迁移率和②当在100cm长的铜线上加以10V 的电压时，电子的迁移速率（铜的电导率为515.9810)cm -⨯Ω⋅（）。
答：①Cu 只有一个价电子，因此，材料中价电子的数目与Cu 原子的数目一样。
Cu 的点阵常数为3.6151×10-8。
Cu 是面心立方，每个晶胞有4个原子。
Cu 的电阻率：②电场强度：电子迁移率为44.2cm 2/(v ·s)，因此电子迁移速率44.20.1 4.42/v E cm s μ==⨯=10-2 Ge 在室温时，估算①电荷载流子的数目和②从价带激发到导带上的电子分数。
（已知Ge 的电阻率ρ=43Ω·cm ，能带隙Eg=0.67eV ，电子迁移率μn =3900cm 2/(v ·s)，空穴迁移率μp =1900 cm 2/(v ·s)）答：①133190.0232.510()()(1.610)(39001900)n p n cm q σμμ-===⨯+⨯+个电子/ 即Ge 在室温时有2.5×1013个电子／cm 3和2.5×1013个空穴／m 3参与电荷传导。
②Ge 的晶格类型为金刚石型，其点阵常数为5.6575×10-8cm 。
故其价带上：10-3 假设当电场作用于Cu 片上时，Cu 原子中电子相对于核子的平均位移为8110A σ-⨯ 试计算电子极化强度。
答：Cu 的原子序数为29，所以每个Cu 原子中有29个电子。
Cu 的点阵常数为3.6151A σ。
因此，10-4 计算Ni （密度38.90/g cm ρ=）的①饱和磁化强度和②饱和磁通密度。
答：①饱和磁化强度是单位原子玻尔磁子数（上述为0.60）、玻尔磁子大小和单位体积（3m ）原子数N 的乘积，即而单位体积（m 3）原子数取决于Ni 的密度、原子质量A Ni 和阿伏加德罗常数N A ，如下式：所以，饱和磁化强度②饱和磁通密度10-5 计算Fe 的最大或饱和磁化强度（体心立方Fe 的点阵常数为2.866A σ）。
并与纯Fe 饱和磁通密度的实验观测值2.1T 相比较。
答：由于未成对电子的自旋，每个Fe 原子中有4个电子可以看成磁偶极子。
体心立方Fe 每m 3含有的原子数为：最大体积磁化强度（sat M ）等于单位体积总磁矩：将饱和磁化强度M 转化为饱和磁通密度B （T ）须计算μ0M 。
在铁磁材料中00M H μμ，故0B M μ≈。
即可以看出，这个值几乎是实验值2.1T 的两倍。
如果以2.1T 倒推回去，可以得到每个Fe 原子只有约2.2个玻尔磁子而不是4个。
这个差别来自晶体中原子和单个原子不同的特性。
在Fe 中，这个差别就是由于3d 电子轨道磁矩在晶体中被破坏了。
10-6 要制造一种螺旋管线圈，当10mA 的电流通过导体时会产生2000G 的感应。
由于空间限制，线圈为每1cm 缠绕10圈。
试问是否可以采用Fe-48%Ni 合金（相对磁导率rμ=80000）作为线圈内的磁性材料? 答：如果磁感强度B 至少要达到2000G ，那么芯材的磁导率应有下值：而芯材的相对磁导率至少应有下值：故可以采用Fe-48%Ni 合金作为线圈内的磁性材料。
10-7 要将250g 的W 由25℃加热到650℃，需要多少热量?对于Al 在同样条件下又需要多少热量?答：W 的比热容为0.032cal/(g k ），故需要的热量：同样；Al 的比热容为0.215cal/(g k ），故需要的热量：10-8 为25℃时尺寸为25cm ×25cm ×3cm 的长方体Al 铸件设计型腔的尺寸（A1的线膨胀系数为25×610-／℃）。
答：为了最终得到特定尺寸的铸件，注入液态Al 的型腔必须比铸件尺寸大。
纯Al 会在660℃开始凝固，随着温度降低到室温，固态铸件尺寸会收缩。
如果计算出了收缩量就可以得到型腔的最初尺寸。
A1的线膨胀系数为25×610-/℃。
从Al 的凝固点到室温（25℃）的温度变化为660-25=635℃。