材料物理性能课件1
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材料物理与性能学介绍课件
储能材料：开发新 型储能材料，提高
3 储能密度和循环寿 命，满足可再生能 源的需求。
节能材料：研究材 料物理与性能学，
4 提高材料的热导率、 电导率等性能，降 低能源消耗。
生物医学领域
生物医学材料：如生物降解材料、生 物活性材料等，用于生物医学工程、 生物医学成像等领域。
生物医学传感器：如生物传感器、生 物芯片等，用于生物医学检测、生物 医学信号处理等领域。
有重要的现实意义。
2
材料的结构与性能
材料的结构：包括 1 晶体结构、非晶体 结构、多晶结构等
材料的性能：包括 2 力学性能、热学性 能、电学性能、光 学性能等
材料的制备：包括 3 熔炼、铸造、粉末 冶金、热处理等
材料的测试：包括 4 拉伸试验、压缩试 验、弯曲试验、冲 击试验等
材料的应用：包括 5 航空航天、汽车制 造、电子电器、生 物医学等
03
研究材料的制备、加工、测试和性能 优化方法。
04
涉及材料科学、物理学、化学、工程 学等多个学科领域。
材料物理与性能学的研究对象
01
材料的物理性质： 如密度、硬度、
导电性等
02
材料的化学性质： 如耐腐蚀性、抗
氧化性等
03
材料的力学性质： 如强度、弹性、
韧性等
04
材料的热学性质： 如热导率、热膨
胀系数等
生物医学成像：如X射线成像、磁共 振成像等，用于生物医学诊断、生物 医学研究等领域。
生物医学治疗：如生物医学工程、生 物医学治疗等，用于生物医学治疗、 生物医学工程等领域。
4
新材料的发现与开发
纳米材料：具有特 殊性能和用途的新
型材料 1
绿色材料：环保、可
材料物理性能基础知识点课件.doc
<<材料物理性能>>基础知识点一，基本概念：1. 摩尔热容: 使１摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K 所需要的热量称为摩尔热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
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，温度升高1K 所需要的热量称为比热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
3. 比容：单位质量（即1kg 物质）的体积，即密度的倒数（m3/kg）。
4. 格波：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，因此晶格中一个质点的微振动会引起临近质点随之振动。
因相邻质点间的振动存在着一定的位相差，故晶格振动会在晶体中以弹性波的形式传播，而形成“格波”。
5. 声子（Phonon）: 声子是晶体中晶格集体激发的准粒子，就是晶格振动中的简谐振子的能量量子。
6. 德拜特征温度: 德拜模型认为:晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动，声频支的频率具有0～ωmax 分布,其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度θD,即θD=?ωmax/k。
7. 示差热分析法（Differential Thermal Analysis, DTA ）: 是在测定热分析曲线（即加热温度T与加热时间t 的关系曲线）的同时，利用示差热电偶测定加热（或冷却）过程中待测试样和标准试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线ΔT~T（t），从而对材料组织结构进行分析的一种技术。
8. 示差扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC ）: 用示差方法测量加热或冷却过程中，将试样和标准样的温度差保持为零时，所需要补充的热量与温度或时间的关系。
9. 热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力。
10. 塞贝克效应：当两种不同的导体组成一个闭合回路时，若在两接头处存在温度差则回路中将有电势及电流产生，这种现象称为塞贝克效应。
11. 玻尔帖效应：当有电流通过两个不同导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，还要在两接头处出现吸热或放出热量Q 的现象。
材料物理性能课件-1.3材料的热膨胀
V0[1(a
b
c)T]
V
a
b
c
由于膨胀系数是随温度变化的，所以上述各值都是指
定温度范围内的平均值，因此与平均热容一样，应用
时要注意适用的温度范围。膨胀系数的精确表达为：
dl
l lT dT
dV
V VT dT
continue
热膨胀的物理本质
在晶格振动中，曾近似地认为质点的热振动是 简谐振动。对于简谐振动，升高温度只能增大 振幅，并不会改变平衡位置。因此质点间平均 距离不会因温度升高而改变。热量变化不能改 变晶体的大小和形状，也就不会有热膨胀。这 样的结论显然是不正确的。
熔点越低，则热膨胀系数越大。由于单质的熔点与周 期表存在一定的规律性，所以热膨胀系数与周期表也 存在相应关系。
continue
格律乃森给出的金属热膨胀极限方程
V Tm C
对于大多数立方和六方结构的金属，C值在0.06~0.076
线膨胀系数与德拜温度的关系
l
A V 2/3M
1 2D
continue
5、X射线衍射法 是一种微观的检测方法。借助晶体对x射线的衍射， 测量晶格常数(原子间距)随温度的变化。
continue
热膨胀在工程中的意义
热膨胀系数是材料的一项重要热学性能指标，在实
际工程应用中具有重要意义。
1) 是决定材料抗热震性的主要因素。
2) 陶瓷坯上釉，二者α应匹配。釉α适当小于坯，烧结
谐振动，晶格振动中相邻质点间的作用力实际上是非 线性的，位能曲线也是非对称的。
导致热膨胀的次要因素
晶体中各种热缺陷的形成将造成局部点阵的畸变和 膨胀。随温度的升高，热缺陷浓度指数增加，所以 高温时，这方面的影响对某些晶体也就变得重要了。
材料物理性能课件第三章材料的导电性能
掌握材料导电性能（电阻率、电导率）的 测量方法；
了解电阻率和电导率的相互关系；
了解高分子、陶瓷材料的体电阻、表面电阻；
理解成分对金属材料导电性能影响。
一、目的要求
二、基本原理
欧姆定律 电阻率与材料本质有关 电阻率的单位：m ， cm ， cm， 工程技术上常用mm2/m。它们之间的换算关系为 1 cm = 10-8 m = 10-6 cm = 10-2 mm2/m 电阻率与电导率关系 的单位为西门子每米（S/m）。 工程中也常用相对电导率（IACS%），它表示导体材料的导电性能。国际上把标准软铜在室温20。C下的电阻率 = 0.01724 mm2/m的电阻率作为100%，其他材料的电导率与之相比的百分数为该材料的相对电导率。
02
将“放电、测试”开关放在“测试”位置，检查电压应选择的位置，打开输入短路开关(即按钮抬起来)，读取加上测试电压1分钟，指示电表显示的电阻值。读数完毕，将“倍率”打回“10-1”档。
03
测量体积电阻值Rv
测量表面电阻值Rs
2）测量表面电阻值Rs (1)将Rv、Rs转换开关旋至Rs处。 (2)将电压选择开关置于所需要的测试电压位置上，将“倍率选择”旋至所 需要的位置。 (在不了解测试值的数量级时，倍率应从低次方开始选择。) (3)将“放电、测试”开关放在“测试”位置，检查应选择的位置，打开输 入短路开关(即按钮抬起来)，读取加上测试电压1分钟时，指示电表显示的电阻值。读数完毕，将“倍率”打回“10-1”档。 (4)接入短路开关，将“放电、测试”开关打回到“放电”位置。更换试样，重复以上操作，待全部试样测量完毕后，切除电源，除去各种连接线，按要求整理、放置好仪器。
01
02
03
04
无机材料物理性能力学PPT优选版
2004年8月
15
无机材料物理性能
If the behavior is linear elastic, or nearly linearelastic, Hooke’s Law may be applied:
SEe
Where E is the modulus of elasticity (MPa),S is the stress (MPa), e is the strain
无机材料物理性能1力学
Where everything is bad, it must be good to know the worst.
F.H. Bradley
2004年8月
2
无机材料物理性能
Elongation 伸长量
eLLo L : loaded length of a material (m) 受力伸长后的长度
2004年8月
28
无机材料物理性能
Famous example failures: Molasses tank
Adapted from R.W. Hertzberg, pg. 261, Deformation and Fracture Mechanics of Eng. Matls.
6 liters (2x106 gallons) of molasses cascaded into the street.
2004年8月
16
无机材料物理性能
粘性形变 Viscous Deformation 粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆 的流动形变，该形变随时间的增加而增 大。理想的粘性形变行为遵循牛顿粘性 定律：
d/dt dv/dx
其中为粘性系数，简称黏度，单位为 Pa• s 泊
绪论一材料的电子结构与物理性能PPT课件
本征半导体的电导率：
eEg / 2kT 0
结论：
本征半导体的电导率受温度影响很大，随温度的升高呈指数增长。
通过测定半导体材料的电导率和温度的关系可以求出其禁带宽度Eg。
第一章 材料的电子结构与物理性能－§1.3 半导体
现代功能材料
Modern Functional Materials
重要提示
一、关于课程
1、本课程是材料科学与工程专业的专业主干课； 2、本课程的先修课程是材料科学基础、材料物理； 3、本课程理论教学52学时，实验（4次）8学时。
二、关于纪律
1、旷课3次及以上，取消考试资格； 2、缺实验1次及以上，课程成绩以0分计。
重要的关系：
电子结构——物理性能
举例：
电子结构和电子运动状态与固体材料导电性的关系。
金属材料：导带未被电子填满，原子核对导带电子的束缚弱，导带电
子容易成为自由电子，因此具有良好的导电性；
绝缘体材料：导带没有填充电子，价带与导带之间存在很宽的禁带，
价带电子很难被激发至导带而成为自由电子，因此不具有导电性；
Structural materials
材料
功能材料
Functional materials
具有较高力学性能并主要用来制 造机械产品结构件的材料
具有特殊物理、化学等性能并主 要用来制造具有特定功能的元、 器件和产品的材料
“功能”
绪论
功能材料的发展历史：
20世纪50年代，随着微电子学技术的发展
半导体功能材料
已知： C、Si、Ge、Sn的禁带宽度分别为： 5.4eV、1.1 eV、0.67 eV、0.08 eV， 玻耳兹曼常数：k=1.3805×10-23J/K。
第一章 材料的电子结构与物理性能－§1.3 半导体
eEg / 2kT 0
结论：
本征半导体的电导率受温度影响很大，随温度的升高呈指数增长。
通过测定半导体材料的电导率和温度的关系可以求出其禁带宽度Eg。
第一章 材料的电子结构与物理性能－§1.3 半导体
现代功能材料
Modern Functional Materials
重要提示
一、关于课程
1、本课程是材料科学与工程专业的专业主干课； 2、本课程的先修课程是材料科学基础、材料物理； 3、本课程理论教学52学时，实验（4次）8学时。
二、关于纪律
1、旷课3次及以上，取消考试资格； 2、缺实验1次及以上，课程成绩以0分计。
重要的关系：
电子结构——物理性能
举例：
电子结构和电子运动状态与固体材料导电性的关系。
金属材料：导带未被电子填满，原子核对导带电子的束缚弱，导带电
子容易成为自由电子，因此具有良好的导电性；
绝缘体材料：导带没有填充电子，价带与导带之间存在很宽的禁带，
价带电子很难被激发至导带而成为自由电子，因此不具有导电性；
Structural materials
材料
功能材料
Functional materials
具有较高力学性能并主要用来制 造机械产品结构件的材料
具有特殊物理、化学等性能并主 要用来制造具有特定功能的元、 器件和产品的材料
“功能”
绪论
功能材料的发展历史：
20世纪50年代，随着微电子学技术的发展
半导体功能材料
已知： C、Si、Ge、Sn的禁带宽度分别为： 5.4eV、1.1 eV、0.67 eV、0.08 eV， 玻耳兹曼常数：k=1.3805×10-23J/K。
第一章 材料的电子结构与物理性能－§1.3 半导体