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绪言4

第1章 固体中电子能量结构和状态4

1.1 电子的波动性4

1.1.1 微观粒子的波粒二象性4

1.1.2 波函数5

1.1.3 薛定谔(Schrodinger)方程6

1.1.4 霍尔效应8

1.2 金属的费密(Fermi)-索末菲(Sommerfel)电子理论9

1.2.1金属中自由电子的能级9

1.2.2 自由电子的能级密度12

1.2.3 自由电子按能级分布14

1.3 晶体能带理论基本知识概述15

1.3.1 周期势场中的传导电子16

1.3.2 K空间的等能线和等能面18

1.3.3 准自由电子近似电子能级密度21

1.3.4 能带和原子能级21

1.4 晶体能带理论应用举例22

1.4.1 导体、绝缘体、光导体的能带结构22

1.4.2 能带理论对金属一些性质差异的解释24

1.4.3 理解正霍尔系数的意义25

1.5 非晶态金属、半导体的电子状态27

1.5.1 非晶态金属、半导体及其特点27

1.5.2 电子状态27

本章小结29

复习题29

第2章 材料的电性能30

2.1 引言30

2.2.1 金属导电机制32

2.2 电子类载流子导电32

2.2.2 电阻率与温度的关系33

2.2.3 电阻率与压力的关系34

2.2.4 冷加工和缺陷对电阻率的影响35

2.2.5 电阻率的尺寸效应38

2.2.6 电阻率的各向异性39

2.2.7 固溶体的电阻率39

2.2.8 化合物、中间相、多相合金的电阻率42

2.3 离子类载流子导电43

2.3.1 离子电导理论43

2.3.2 离子电导与扩散46

2.3.3 离子导电的影响因素47

2.3.4 快离子导体48

2.4.1 本征半导体51

2.4 半导体51

2.4.2 杂质半导体54

2.4.3 导电性和载流子迁移率57

2.4.4 少数载流子的行为58

2.4.5 半导体接触60

2.5 超导体64

2.5.1 概述64

2.5.2 超导态特性和超导体的三个性能指标66

2.5.3 超导体的应用69

2.6 电导功能材料70

2.6.1 导电材料70

2.6.2 电阻材料71

2.6.3 电触点材料74

2.7.1 双电桥和电位差计测量方法75

2.7 电性能测量及其应用举例75

2.7.2 直流四探针法76

2.7.3 电阻法分析应用举例78

本章小结80

复习题81

第3章 材料的介电性能83

3.1 电介质及其极化83

3.1.1 平板电容器及其电介质83

3.1.2 极化相关物理量84

3.1.3 电介质极化的机制85

3.1.4 宏观极化强度与微观极化率的关系89

3.2 交变电场下的电介质90

3.2.1 复介电常数和介质损耗90

3.2.2 电介质弛豫和频率响应92

3.2.3 介电损耗分析94

3.3 电介质在电场中的破坏95

3.3.1 介电强度(介电击穿强度)95

3.3.2 本征击穿机制96

3.3.3 热击穿机制97

3.3.4 雪崩式击穿机制98

3.3.5 影响无机材料击穿强度的各种因素98

3.4 压电性和热释电性100

3.4.1 压电性(Piezoelectricity)100

3.4.2 热释电性107

3.5 铁电性(ferroelectricity)108

3.5.1 铁电体、电畴108

3.5.2 铁电体的起源与晶体结构110

3.5.3 铁电体的临界性质112

3.5.4 压电、铁电材料及其应用114

3.6.1 电容率(介电常数)、介电损耗、介电强度的测定118

3.6 介电测量筒介118

3.6.2 电滞回线的测量119

3.6.3 压电性的测量119

本章小结120

复习题121

第4章 材料的光学性能122

4.1 光和固体的相互作用122

4.1.1 光的波粒二象性122

4.1.2 光通过固体现象122

4.1.3 材料的透射及其影响因素127

4.2 材料的不透明性与半透明性134

4.2.1 不透明性134

4.2.2 半透明性137

4.3.1 透明材料的颜色138

4.3 透明材料的颜色和着色原理138

4.3.2 无机非金属材料的着色139

4.4 材料的发光140

4.4.1 发光和热辐射140

4.4.2 激光142

4.5 无机材料的红外光学性能151

4.5.1 红外技术的起源和应用151

4.5.2 红外透过材料152

4.5.3 红外探测材料156

4.5.4 热探测器材料159

4.6 电--光效应、光折变效应、非线性光学效应161

4.6.1 相关预备知识161

4.6.2 电光效应164

4.6.3 非线性光学效应165

4.6.4 光折变效应(photorefractive effect)166

4.6.5 材料及其相关应用167

4.7 磁光效应和光导纤维171

4.7.1 磁光效应及其应用171

4.7.2 光导纤维(光纤)172

本章小结179

复习题179

第5章 材料的热性能181

5.1 材料的热容181

5.1.1 固体热容理论简介181

5.1.2 金属和合金的热容184

5.1.3 陶瓷材料的热容187

5.1.4 相变对热容的影响188

5.1.5 热分析189

5.1.6 热分析应用194

5.2 材料的热膨胀196

5.2.1 热膨胀来自原子的非简谐振动196

5.2.2 膨胀系数198

5.2.3 影响热膨胀的因素201

5.2.4 多晶体和复合材料的热膨胀204

5.2.5 热膨胀测试方法及其应用208

5.2.6 膨胀合金217

5.3 材料的导热性219

5.3.1 热传导宏观规律及其微观机制219

5.3.2 金属的热传导220

5.3.3 无机非金属材料的热传导224

5.4 热电性(thermoelectricity)228

5.4.1 热电效应228

5.4.2 绝对热电势系数(ATP)229

5.4.3 热电性的应用及热电材料230

5.5 材料的热稳定性238

5.5.1 热稳定性的表征238

5.5.2 热应力238

5.5.3 抗热冲击性能240

5.6 材料热导率的测量方法244

5.6.1 稳态测试244

5.6.2 动态测试246

本章小结247

复习题247

第6章 材料磁性能249

6.1 磁学基本量及磁性分类249

6.1.1 磁学基本量249

6.1.2 物质的磁性分类250

6.1.3 原子本征磁矩、抗磁性和顺磁性251

6.2 铁磁性和亚铁磁性材料的特性253

6.2.1 磁化曲线253

6.2.2 磁滞回线254

6.2.3 磁晶各向异性和各向异性能254

6.2.4 铁磁体的形状各向异性及退磁能255

6.2.5 磁致伸缩与磁弹性能256

6.3 磁性材料的自发磁化和技术磁化257

6.3.1 自发磁化理论258

6.3.2 技术磁化理论262

6.4 磁性材料的动态特性269

6.4.1 交流磁化过程与交流回线269

6.4.2 复数磁导率270

6.4.3 交变磁场作用下的能量损耗271

6.5.1 软磁材料275

6.5 磁性材料275

6.5.2 硬磁材料281

6.6 信息存储磁性材料289

6.6.1 磁感应(盘、带)记录系统290

6.6.2 磁(致)电阻效应和磁头材料301

6.6.3 磁光记录材料305

6.7 磁性测量及其在材料科学与工程中的应用307

6.7.1 材料的直流磁性测量307

6.7.2 材料的交流(动态)磁性测量317

本章小结319

复习题319

7.1 胡克定律及弹性的表征321

7.1.1 广义胡克定律321

第7章 材料弹性与内耗(阻尼)性能321

7.1.2 弹性的表征324

7.2 弹性与原子间结合力等物理量的关系325

7.2.1 弹性模量的微观分析325

7.2.2 弹性模量与其他物理量的关系326

7.3 弹性模量的影响因素328

7.3.1 温度的影响328

7.3.2 相变对弹性模量的影响329

7.3.3 固溶体的弹性模量329

7.3.4 晶体结构的影响331

7.4 弹性的铁磁性反常现象(△Ε效应)333

7.5 无机材料的弹性模量334

7.5.1 多孔陶瓷材料的弹性模量334

7.5.2 双相陶瓷的弹性模量335

7.6.1 动态法测弹性模量的原理336

7.6 弹性模量的动态法测量336

7.6.2 悬挂法测弹性模量338

7.6.3 超声波脉冲法339

7.7 材料滞弹性和内耗340

7.7.1 粘弹性和滞弹性340

7.7.2 滞弹性340

7.7.3 内耗概述343

7.7.4 弛豫型内耗344

7.7.5 内耗的表征(量度)346

7.7.6 静滞后型内耗347

7.8 内耗产生的机制347

7.8.1 点阵中原子有序排列引起内耗347

7.8.2 与位错有关的内耗348

7.8.3 与晶界有关的内耗349

7.8.4 磁弹性内耗350

7.8.5 热弹性内耗351

7.8.6 伪弹性和相变内耗351

7.9 内耗测量方法与应用355

7.9.1 测量方法355

7.9.2 内耗应用举例356

7.10 弹性保金和高阻尼合金359

7.10.1 高弹性合金359

7.10.2 恒弹性合金360

7.10.3 阻尼减振材料360

本章小结361

复习题362

附录363

附录一 正电子湮没技术363

附录二 穆斯堡尔效应364

附录三 核磁共振366