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1、新能源材料NewEnergyMaterials主讲教师：沈少华E-mail:shshen_xjtu@mail.xjtu.edu.cnM.P.:13571963010西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室1www.themegallery.com主要章节绪论1材料物理学基本理论2新型储热材料3新型二次电池材料4燃料电池材料5太阳能电池材料6其他新能源材料7材料的电子结构与物理性能决定材料性质最为本质的内在因素：组成材料各元素原子结构，原子间相互作用，相互结合，原子或分子在空间的排列，运动规律，以及原子集
2、合体的形貌特征。物质是由原子组成在材料科学中，最为关心原子的电子结构原子的电子结构—原子间键合本质决定材料分类：金属陶瓷高分子决定材料性能：物理、化学、力学3材料的电子结构与物理性能研究材料的电子结构有助于加深对材料的导电和导热性能、材料的磁性能、材料的发光性能以及材料的光电效应等的理解，为将材料的这些特殊物理性能应用于功能元器件提供理论依据，指导生产实际。4材料的超导电性第二章材料物理学的基本理论半导体与离子导体固体的能带理论原子的电子排列材料的介电性材料的磁性材料的光学性能5物质的组成物质的组成物质
3、由无数微粒聚集而成分子单独存在，保持物质化学特性原子是化学变化中最小微粒物质分子原子？？6原子的微观结构1879年J.JThomson（汤姆逊）发现电子,揭示了原子内部秘密1911年E.Rutherford（卢瑟福）提出原子结构有核模型1913年N.Bohr（玻尔）将M.Plank和A.Einstein量子论Rutherford原子有核模型原子结构的量子理论7Bohr原子模型原子（Atom）电子（Electron）：核外高速旋转，带负电，按能量高低排列，如电子云（electroncloud）约为质子的1
4、/1836原子核（Nucleus）：位于原子中心、带正电质子（Proton）：正电荷中子（Neuton）：电中性8原子的电子排列原子核的体积很小，却集中了原子的绝大部分质量；电子绕着原子核在一定的轨道上旋转，它们的质量虽可忽略，但其分布却是原子结构中最重要的问题，它不但决定了单个原子的行为，也对物质内部原子的结合以及某些性能起着决定性的作用。9原子的电子排列量子力学的研究发现，电子旋转的轨道不是任意的，它的确切途径也是测不准的；描述电子波动的方程——薛定谔方程欧文.薛定谔1925年提出成功解决了电子在核
5、外运动状态的变化规律方程中引入波函数的概念，取代经典物理中圆形的固定轨道解得的波函数描述了电子在核外空间各处出现的几率，相当于给出了电子运动的“轨道”该轨道有四个量子数确定10原子的微观结构描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数表示主量子数n：决定原子中电子能量和核间距离，即量子壳层次量子数（轨道动量量子数）l：与电子运动的角动量有关磁量子数m：决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向自旋量子数（自旋角动量量子数）ms：表示电子自旋的方向11主量子数n（n=1,2,3,4,…）主量子数是四个量子数中
6、最重要的一个，是确定电子离原子核远近和能级高低的主要参数主量子数n代表电子处于原子核周围的第几壳层n=1表示电子处于紧邻原子核的第一壳层上n=2、3、4则分别代表电子处于第二、三、四壳层随着n的增加，电子的能量依次增加习惯上，将n=1、2、3、4…用大写字母K，L，M，N…表示12次量子数l（n=0,1,2,3,…）在由主量子数n确定的同一壳层上的电子，依据次量子数l又可分成若干个能量水平不同的亚壳层，即l=0、1、2、3…，这些亚壳层习惯上以小写字母表示s(sharp)，敏锐的p(principle)
7、，主要的d(diffuse)，漫散的f(fundamental)，基本的根据光谱线特征而得13次量子数l（n=0,1,2,3,…）次量子数反映电子轨道的形状，即s、p、d、f各轨道在原子核周围的角度分布不同，因而又将l称为角量子数或轨道量子数（全名为轨道角动量量子数）；次量子数l也影响着轨道的能级，当n相同时，l不同的轨道，它们的能级也不同，其能量水平依s、p、d、f的顺序增大；各壳层上的亚壳层的数目随主量子数n而异第一、二、三、四壳层上分别有一、二、三、四个亚壳层1s，2s、2p，3s、3p、3d，4
8、s、4p、4d、4f14磁量子数m（m=0,±1,±2,±3,…）磁量子数表示电子云在空间伸展方向的电子数，或者说它基本上确定了轨道的空间取向对于每一种允许的取向，相应于一种运动状态磁量子数m是从+l到-l间的整数（包括0），可以有(2l+1)个不同的ml=0m=0l=1m=0，±1l=2m=0，±1，±2l=3m=0，±1，±2，±3没有外加磁场时，处于同一亚壳层而空间取向不同的电子具有相同能量，外加磁场下会略有不同s、p、d、f各轨道依
