材料物理性能复习

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材料物理性能复习1

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材料物理性能复习1第一章:电学性能1、绝缘体ρ﹥10^10Ω·m 半导体:10^-2<ρ10^10Ω·m 导体:10^-2Ω·m ﹥ρ2、电阻对应三种散射机制:声子散射、电子散射、电子在杂质和缺陷上的散射。

3、马基申定则:金属固溶体中溶质原子的浓度较小,以致可以略去它们之间的相互影响,把固溶体的电阻看成由金属的基本电阻和残余电阻组成,即ρ=ρ(T )+ρ残。

这实际上表明,在一级近似下不同散射机制对电阻的贡献可以加法求和。

根据马基申定律,在高温时金属的电阻率基本上取决于ρ(T) ,而在低温时取决于ρ残。

既然ρ残是电子在杂质和缺陷上的散射引起的,那么ρ残的大小就可以用来评定金属的电学纯度。

4、影响金属导电性因素:温度、应力、冷加工变形、合金元素及相结构5、载流子:能够携带电荷的粒子称为载流子。

在金属、半导体和绝缘体中携带电荷的载流子是电子;在离子化合物中,携带电荷的载流子则是离子。

6、本征半导体:纯净的无结构缺陷的半导体单晶。

其电学特性:1)本征激发成对产生自由电子和空穴,自由电子浓度与空穴浓度相等;2)禁带宽度Eg 越大,载流子浓度ni 越小;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。

7、多子:在n 型半导体中,自由电子的浓度大(1.5×10^14㎝-3),故自由电子称为多数载流子,简称多子。

少子:把n 型半导体中的空穴称为少数载流子,简称少子。

8、杂质半导体:掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。

杂质半导体特性:1)掺杂浓度与原子密度相比虽很微小,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。

掺杂浓度愈大,其导电能力也愈强。

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(施主杂质)时,主要靠自由电子导电;当掺入三价元素(受主杂质)时,主要靠空穴导电。

材料物理性能期末复习重点-田莳.docx

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1. 微观粒子的波粒二象性在量子力学里,微观粒子在不同条件下分别表 现出波动或粒子的性质。

这种量子行为称为波E.h 粒二象性「=云P2. 波函数及其物理意义微观粒子具有波动性,是一种具有统计规律的 几率波,它决定电子在空间某处出现的几率, 在t 时刻,几率波应是空间位置(x,y,z,t )的 函数。

此函数 称波函数。

其模的平方代表粒 子在该处出现的概率。

表示七时亥(]、 (x 、y 、z )处、单位体积内发现粒子的几率。

3. 自由电子的能级密度能级密度即状态密度。

dN 为E 到E+dE 范围内总 的状态数。

代表单位能量范围内所能容纳的电 子数。

4. 费米能级3. 2.1费米分布函数绝对温度T 下的物体内,电子达到热平衡状态时,一个 能量为E 的独立量子态,被一个电子占据的几率为:九(E )=—U T —电子的费米分布函数1 + £ “K Q 为玻尔兹曼常数。

E F为…个类似于积分常数的-个待定常数,称为费米能级。

它描述了在热平衡状态下,在一个费米粒子系统(如电子系统)中 属于能址E 的一个量子态被一个电子占据的概率。

在0K 时,能量小于或等于费米能的能级全部被 电子占满,能量大于费米能级的全部为空。

故 费米能是0K 时金属基态系统电子所占有的能 级最咼的能量。

5. 晶体能带理论假定固体中原子核不动,并设想每个电子是在 固定的原子核的势场及其他电子的平均势场中 运动,称单电子近似。

用单电子近似法处理晶 体中电子能谱的理论,称能带理论。

6•导体,绝缘体,半导体的能带结构根据能带理论,晶体中并非所有电子,也并非 所有的价电子都参与导电,只有导带中的电子 或价带顶部的空穴才能参与导电。

从下图可以 看出,导体中导带和价带之间没有禁区,电子 进入导带不需要能量,因而导电电子的浓度很 大。

在绝缘体中价带和导期隔着一个宽的禁带 电子由价带到导带需要外界供给能量,使电 子激发,实现电子由价带到导带的跃迁,因而 通常导带中导电电子浓度很小。

武汉理工材料物理性能复习资料

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第一章一、基本概念1.塑性形变及其形式:塑性形变是指一种在外力移去后不能恢复的形变。

晶体中的塑性形变有两种基本方式:滑移和孪晶。

2.蠕变:当对粘弹性体施加恒定压力σ0时,其应变随时间而增加,这种现象叫做蠕变。

弛豫:当对粘弹性体施加恒定应变ε0时,其应力将随时间而减小,这种现象叫弛豫。

3.粘弹性:一些非晶体,有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性,称为粘弹性,所有聚合物差不多都表现出这种粘弹性。

4.滞弹性:对于理想的弹性固体,作用应力会立即引起弹性应变,一旦应力消除,应变也随之消除,但对于实际固体这种弹性应变的产生与消除需要有限时间,无机固体和金属这种与时间有关的弹性称为滞弹性。

二、基本理论1.金属材料和无机非金属材料的塑性变形机理:○1产生滑移机会的多少取决于晶体中的滑移系统数量。

○2对于金属,金属键没有方向性,滑移系统多,所以易于滑移而产生塑性形变。

对于无机非材料,离子键和共价键有明显的方向性,同号离子相遇,斥力极大,只有个别滑移系统才能满足几何条件与静电作用条件。

晶体结构越复杂,满足这种条件就越困难,所以不易产生滑移。

○3滑移反映出来的宏观上的塑性形变是位错运动的结果,无机材料不易形成位错,位错运动也很困难,也就难以产生塑性形变,材料易脆断。

金属与非金属晶体滑移难易的对比金属非金属由一种离子组成组成复杂金属键物方向性共价键或离子键有方向性结果简单结构复杂滑移系统多滑移系统少2.无机材料高温蠕变的三个理论○1高温蠕变的位错运动理论:无机材料中晶相的位错在低温下受到障碍难以发生运动,在高温下原子热运动加剧,可以使位错从障碍中解放出来,引起蠕变。

当温度增加时,位错运动加快,除位错运动产生滑移外,位错攀移也能产生宏观上的形变。

热运动有助于使位错从障碍中解放出来,并使位错运动加速。

当受阻碍较小时,容易运动的位错解放出来完成蠕变后,蠕变速率就会降低,这就解释了蠕变减速阶段的特点。

如果继续增加温度或延长时间,受阻碍较大的位错也能进一步解放出来,引起最后的加速蠕变阶段。

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材料物理性能复习资料材料物理性能总复习(⽆材⼀)考试题型:1 名词解释 5个*3分,共15分;2 简答 7个*5分,共35分;3 计算 2个*10分,共20分;4 论述 2个*15分,共30分。

考试时间:2013-1-14. 考试重点1 材料的受⼒形变不同材料应⼒应变曲线的区别A (A 点):⽐例极限; E (B 点):弹性极限; P (C 点):屈服极限; U (D 点):断裂极限;E ,可逆线性正⽐例关系,当应⼒在 E 和 P 之间,外⼒去除后有⼀定程度的永久变形,即发⽣塑性变形陶瓷材料⼀般没有塑性变形,发⽣脆性断裂应⼒:单位⾯积上所受内⼒。

ζ=F/A由于材料的⾯积在外⼒作⽤下,可能有变化,A 就有变化,有名义应⼒和实际(真实)应⼒ P4. 应变:描述物质内部各质点之间的相对位移名义位移的应变:实际应变和L0有关,可以通过公式推导获得由于材料的不同⽅向的应变,因此考虑可以采⽤和应⼒分解的办法来解决,具体看教材第6-7页虎克定律:σ=E ε⽐例系数E 成为弹性模量(Elastic Modulus ),⼜称弹性刚度相关概念:应⼒应变虎克定律弹性模量001L L L L L ?=-=ε三种应变类型的弹性模量杨⽒模量E ;剪切模量G ;体积模量B 弹性模量:原⼦间结合强度的标志之⼀两类原⼦间结合⼒与原⼦间距关系曲线弹性模量实际与曲线上受⼒点的曲线斜率成正⽐结合键、原⼦之间的距离、外⼒作⽤也将改变弹性模量的值温度升⾼,原⼦之间距离变⼤,弹性模量下降弹性模量的本质特征;弹性模量的影响因素;晶粒、异相、⽓孔、杂质等,弹性模量的计算公式及⽅法;把材料看成材料的串联或者并联,我们可以得到其上限模量和下限模量,如下⾯的公式表⽰:(P13)复合材料弹性模量及应⼒的计算。

陶瓷材料弹性常数和⽓孔率关系多⽓孔陶瓷材料可以看成⼆相材料,其中⼀相的刚度为0 陶瓷材料的弹性模量随⽓孔率变化的表达式是:b 是与制备⼯艺有关常数.当泊松⽐0.3,f1和f2分别是1.9和0.9,和教材上p13公式1.21⼀样粘弹性:⼀些⾮晶体,有时甚⾄多晶体在⽐较⼩的应⼒时同时表现出粘性和弹性。

材料物理性能考试重点、复习题

材料物理性能考试重点、复习题

材料物理性能考试重点、复习题1.格波:在晶格中存在着角频率为ω的平面波,是晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波,或某一个原子在平衡附近的振动以波的形式在晶体中传播形成的波2.色散关系:频率和波矢的关系3.声子:晶格振动中的独立简谐振子的能量量子4.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。

5.两个关于晶体热容的经验定律:一是元素的热容定律----杜隆-珀替定律:恒压下元素的原子热容为25J/(K*mol);另一个是化合物的热容定律-----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。

6.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7.固体材料热膨胀机理:材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果,而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。

材料温度一定时,原子虽然振动,但它平衡位置保持不变,材料就不会因温度升高而发生膨胀;而温度升高时,会导致原子间距增大。

8.温度对热导率的影响:在温度不太高时,材料中主要以声子热导为主,决定热导率的因素有材料的热容C、声子的平均速度V和声子的平均自由程L,其中v 通常可以看作常数,只有在温度较高时,介质的弹性模量下降导致V减小。

材料声子热容C在低温下与温度T3成正比。

声子平均自由程V随温度的变化类似于气体分子运动中的情况,随温度升高而降低。

实验表明在低温下L值的变化不大,其上限为晶粒的线度,下限为晶格间距。

在极低温度时,声子平均自由程接近或达到其上限值—晶粒的直径;声子的热容C则与T3成正比;在此范围内光子热导可以忽略不计,因此晶体的热导率与温度的三次方成正比例关系。

在较低温度时,声子的平均自由程L随温度升高而减小,声子的热容C 仍与T3成正比,光子热导仍然极小,可以忽略不计,此时与L相比C对声子热导率的影响更大,因此在此范围内热导率仍然随温度升高而增大,但变化率减小。

材料物理性能总复习

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。
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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。
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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
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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

无机材料物理性能复习考试题(含答案)一、名词解释(选做5个,每个5分,共15分)1. KIC:平面应变断裂韧度,表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。

2.偶极子(电偶极子):正负电荷的平均中心不相重合的带电系统。

3.电偶极矩:偶极子的电荷量与位移矢量的乘积,。

(P288)4.格波:原子热振动的一种描述。

从整体上看,处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果,这种波称为格波。

格波的一个特点是,其传播介质并非连续介质,而是由原子、离子等形成的晶格,即晶格的振动模。

晶格具有周期性,因而,晶格的振动模具有波的形式。

格波和一般连续介质波有共同的波的特性,但也有它不同的特点。

5.光频支:格波中频率很高的振动波,质点间的相位差很大,邻近的质点运动几乎相反时,频率往往在红外光区,称为“光频支振动”。

(P109)6.声频支:如果振动着的质点中包含频率很低的格波,质点之间的相位差不大,则格波类似于弹性体中的应变波,称为“.声频支振动”。

(P109)7.色散:材料的折射率随入射光频率的减小(或波长的增加)而减小的性质,称为折射率的色散。

8.光的散射:物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开,这种现象称为光的散射,向四面八方散开的光,就是散射光。

与光的吸收一样,光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。

9.双折射:光进入非均匀介质时,一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波,它们分别构成两条折射光线,这个现象就称为双折射。

(P172)10.本征半导体(intrinsic semiconductor):完全不含杂质且无晶格缺陷的、导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体称为本征半导体。

11.P/N型半导体:在半导体中掺入施主杂质,就得到N型半导体;在半导体中掺入受主杂质,就得到P型半导体。

12.超导体:超导材料(superconductor),又称为超导体,指可以在特定温度以下,呈现电阻为零的导体。

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!。

材料物理性能总复习共50页


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容膝Leabharlann 之易安。
56、书不仅是生活,而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次,但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许,为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处, 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿

60、生活的道路一旦选定,就要勇敢地 走到底 ,决不 回头。 ——左
文 家 。汉 族 ,东 晋 浔阳 柴桑 人 (今 江西 九江 ) 。曾 做过 几 年小 官, 后辞 官 回家 ,从 此 隐居 ,田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材, 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
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7、翩翩新 来燕,双双入我庐 ,先巢故尚在,相 将还旧居。
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9、 陶渊 明( 约 365年 —427年 ),字 元亮, (又 一说名 潜,字 渊明 )号五 柳先生 ,私 谥“靖 节”, 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散

材料物理性能复习题

材料物理性能复习题1.材料科学核⼼四要素:组成、结构、⼯艺、性能⽐较导体﹑半导体﹑绝缘体的能带的特征?与其电阻率范围。

(1)⾦属导体的能带分布:⼀是价带和导带重叠,⽽⽆禁带;⼆是价带未被价电⼦填满,所以这种价带本⾝就是导带。

这两种情况下的价电⼦就是⾃由电⼦,所以⾦属导体即使在温度较低的情况下仍有⼤量的⾃由电⼦,具有很强的导电能⼒。

(2)⾮导体(包括半导体和绝缘体)在绝对零度时,其能带情况是满价带和空导带且有禁带,故基本⽆导电能⼒。

(3)半导体和绝缘体的能带图的区别仅是禁带宽度的⼤⼩。

(绝缘体:3ev~6ev, 半导体: 0.1 ev~2ev) 电阻率范围:导体:半导体:ρ值为10-3~109 绝缘体: 2.马基申定则:固溶体电阻率看成由⾦属基本电阻率ρ(T)和残余电阻率ρ残组成。

不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。

这⼀导电规律称为马基申定律即: 3.材料产⽣电阻的本质:当电⼦波在绝对零度下通过⼀个理想的晶体点阵时,它将不会受到散射⽽⽆阻碍地传播,这时ρ=0,⽽σ为⽆穷⼤,即此时的材料是⼀个理想的导体。

只有在晶体点阵的完整性以及由于晶体点阵离⼦的热振动,晶体中的异类原⼦、位错和点缺陷等使晶体点阵的周期性遭到破坏的地⽅,电⼦波才会受到散射,从⽽产⽣了阻碍作⽤,降低了导电性,这就是材料产⽣电阻的本质所在。

4.化学缺陷:偶然存在的杂质原⼦及⼈⼯加⼊的合⾦元素的原⼦;物理缺陷:指空位、间隙原⼦、位错以及它们的复合体。

5.三种散射机制?声⼦散射、电⼦散射、电⼦在杂质和缺陷上的散射6.影响⾦属导电性的因素?(⼀般规律,并通过散射机制进⾏解释)温度:(1)绝对零度下,纯净⼜⽆缺陷的⾦属,其电阻率等于零。

(2)随温度的升⾼⾦属的电阻率也增加。

低温下“电⼦-电⼦”散射对电阻的贡献可能是显著的,但除低温以外⼏乎所有温度下⼤多数⾦属的电阻都取决于“电⼦-声⼦”散射。

受⼒情况:1)拉⼒的影响:在弹性范围内单向拉伸或扭转应⼒能提⾼⾦属的ρ 2)压⼒的影响:对⼤多数⾦属⽽⾔,在受压⼒情况下电阻率降低⾦属在压⼒的作⽤下,其原⼦间距缩⼩,内部缺陷的形态、电⼦结构、费⽶⾯和能带结构以及电⼦散射机制等都将发⽣变化,这必然会影响⾦属的导电性能。

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1. 按磁性分类,物质可分为几类?
2. 抗磁性的物理本质是什么?抗磁性为什么一般显现不出来?
3. 试述物质宏观磁性的来源。居里温度的物理意义是什么?
4. 计算Fe, Co,Ni,孤立原子的磁矩,与测得的宏观晶体原子磁矩有何异同?为什么
5. 什么是自发磁化?分子场理论的内容和意义是什么?
6. 铁磁性能带理论的要点和名义是什么?
7. 什么是磁各向异性?有几种类型?物理本质是什么?
8. 磁化曲线、磁滞固线的物理意义有何异同?
9. 什么是畴壁?畴壁有哪些类型?影响畴壁厚度的因素是什么?
10. 技术磁化过程的本质是什么?磁化过程与反磁化过程有何异同?
11. 畴壁位移的本质是什么?影响畴壁位移的因素有哪些?
12. 不可逆磁化过程对哪些磁性参数产生影响?有哪些机制?
13. 试说明磁性与磁性分析在现代科学与技术中的重要意义。
第二章 材料的电学性能
1.试说明能带理论、量子自由电子理论和经典电子理论的异同
能带理论
2.简述影响金属导电的因泰。

晶体点阵不完整是引起电子散射的原因。因此造成点阵不完整的因素如温度、形变、
合金化等都影响导电性。
一、温度
温度升高,离子振动加剧,热振动振幅加大,原子无序度增加,使电子运动自由
程减小,散射几率增大,致使 增大。
一般在室温以上, 与t成线形关系,
ρt= ρ0(1+αt)
二、冷变形
点阵畸变、晶体缺陷、原子间距的改变使电子散射增大, 增加

A,p为常数, 为加工度。
回复可以降低点缺陷浓度, 降低;
再结晶可以消除点缺陷及畸变, 降低;
淬火保留了高温时的点缺陷, 增大;
静压力:
p:静压力,
:电阻压力系数。
在高温下,原子间距缩小,费密能和能带结构均发生变化,在极限压力下,可以
使S,P,锗、硒、金刚石等由半导体、绝缘体变为导体。
三、合金化
一般固溶体:形成固溶体使畸变增加, 增加,见图2-13。 有序固溶体:使点阵
规律性增强,减少了散射, 降低,如图2-17。P49 m,n点是有序化成分点,所以可以通
过电阻率的测量来得到有序化成分点。

3.固溶体导电性有何特征?
反常态:(1)、淬火后在某一温度区间具有反常高,如图2-19。 P52;
(2)、淬火后的 ρ比退火后的ρ低,回火后ρ反而升高 ;
(3)、退火态经过冷变形后ρ降低,回火后ρ升高。
主要原因:固溶体中存在原子的偏聚区,其成分不同。如铝合金中的G,P区。

03/104C


)1(0pP
4.将两种不同金属联成回路,如两接点温度不同,在回路中会产生哪些效应?
在金属导线组成的回路中,存在温差或者通以电流时,会产生热与电的转换效应,成为
热电性。三种热电效应,分别为塞贝克(Seeback)效应—第一热电效应、玻尔贴(Peltier)
效应——第二热电效应、汤姆逊(Thomson)效应——第三热电效应。
5.表征超导体的两个基本特性和三个基本临界参量是什么?
两个基本特征:完全的导电性、完全的抗磁性
三个临界参量:临界转变温度Tc、临界磁场强度Bc、临界电流密度。
6.超导现象的物理本质是什么?
7.非晶态半导体能带结构和电子运动状态与晶态有何不同?
8.电介质极化的微观机制有何特征?它对电介质的介电性能有何影响?
9.什么是铁电体?铁电体有哪些共同特征?
特征:介电性、铁电性、压电性、热释电性
10.何谓压电效应?它与晶体的对称性有何联系?

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