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1、材料物理导论MaterialPhysics内蒙古科技大学张邦文2012.3稀土工程专业教材材料物理导论（第二版），熊兆贤，科学出版社，2007参考书《固体物理导论》，C.基泰尔(Kittel)，化学工业出版社，2005《电子材料导论》，李言中，恽正中，清华大学出版社，2001《材料物理性能》，田莳主编，北京航空航天大学出版社，2004《材料物理性能》，龙毅，中南大学出版社，2010考核方式平时成绩25%，实践课成绩15%，期末考试成绩60%1）平时成绩：出勤10%，作业15%2）实践成绩：自讲、专题报告、研究论文
2、三选一目录第一章固体物理及材料力学基础****第二章材料的电学****第三章材料的磁学****第四章材料的光学***第五章材料的热学***第六章材料的功能转换**第七章材料专题报告***总结和复习第一章固体物理及材料力学基础1.1材料物理引论1.1.1学科体系1.1.2材料物理1.1.3基本概念（关键词）1.2量子力学基础1.2.1量子统计1.2.2波粒二像性1.2.3Shordinger波动方程1.1.1学科体系◆材料物理与化学（为什么）凝聚态物理、基础化学与材料学的交叉，研究材料的合成路径、微观结构和宏观性质
3、的形成机理；[正确理解]◆材料学（是什么）采用科学的方法，观察材料的组织、结构，检测材料的力学、物理和化学性能，合理评价材料的使用性能；在金相尺度上，初步探讨结构－性能的关系；[科学评价]◆材料加工（怎么做）制定合适的方法和工艺，合成、制备具有期望性能的材料；[高效制备]1.1材料物理引论材料科学与工程：四要素组成与结构使用性能基本性能(工程)(物理)(化学)制备加工(材料学)1.1.2材料物理凝聚态物理学是从微观角度出发，研究凝聚状态物质（固体、液体、液晶等）的原子之间的结构、电子态结构以及相关的各种物理性质的
4、一门学科。包括固体物理（晶体/非晶、金属、半导体、电介质、磁性）、液晶与高分子、液体物理、介观物理（包括团簇、纳米）、低温物理（超导与超流）、相变等等。材料物理，研究作为材料的凝聚态物质的物理，是凝聚态物理的分支，主要研究材料微观结构、物理性能（电/磁/光/热/力等）的微观起源及其相互联系，涉及量子力学、晶体学、电磁学等学科的交叉，以及实验（观察和鉴别）手段。材料物理的研究目的：1）理解采用实验技术和理论方法，理解和解释已发现的材料现象、结构、性能、结构-性能。---超导现象2）预测运用理论和计算手段，对未知的材
5、料结构或性能，进行理论预测。--PRL:计算机模拟显示石墨炔性能胜过石墨烯3）设计基于1）、2）积累的经验和知识，进行新材料设计，开发先进材料。1.1.3基本概念-（关键词、范畴）力学性能：弹性、塑性、强度、钢度、冲击性能等；物理性能：电学、磁学、光学、热学等性能；化学性能：抗腐蚀、抗氧化、抗老化、可降解、阻燃；使用性能：是材料在使用条件下表现的性能，包括环境影响、可靠性、耐用性、耐磨耐蚀性、使用寿命、维护措施；性能分子液体、玻璃、非晶固体等原子分子结构晶体结构，13/7缺陷：点/线/面微观组织：介观尺度(nm-
6、um)，多晶组织，取向，缺陷宏观结构：复合材料：纤维排布、编制等等结构本征属性统计属性材料物理性能强烈地依赖晶体结构、原子键合、电子能量结构和状态。归根结底，对于单一纯物质材料，其结构和性质的根源来自电子的相互作用。这就必须回溯量子力学、固体物理的基本概念和理论，量子力学、统计物理、晶体学的结合能更好地理解固体物理，从而理解材料物理。1.2.量子力学基础1.2.1量子统计给定粒子系统的宏观条件，其微观状态非常多，确定系统处于哪一微观状态，需要知道：(1)粒子系统的能级划分（排）？（2）每一能级上可能有的微观状态（
7、座/轨道）？（3）粒子系统在每一能级的数目分布，及在各个状态的分布（入坐）情况。例如，多电子原子的结构，核外电子的运动状态（原子轨道模型）：四个量子数n,l,m,ms，Na:1s22s22p63s1主n=1,2,3,4…K,L,M,N–电子层角l=0,1,2,3…n-1，spdf–电子亚层磁m=0，±1，±2，±3…±l–伸展轨道ms=＋1/2,－1/2设有一个系统，由大量全同近独立的粒子组成，具有确定的粒子数N、能量E和体积V。描述其微观状态主要有三个参数：(1)能级εi，n,l=4s,5p……（第i排）(2)
8、量子状态数（简并度）ωi，m,ms（第i排座位数）(3)εi能级的粒子数αi－取决于占有几率（第i排入座数）微观状态：εi能级有ωi个量子态其中占据αi个粒子1）微观状态的描述表2粒子运动状态分布表能级ε1ε2ε3…εi…量子态ω1ω1ω3…ωi…粒子数α1α2α3…αi…对于费米系统，由于粒子不可分辨，确定系统的微观状态要求：确定在每一个量子态上的粒子数，每一座位的入座
