“材料物理”教学大纲

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1、“材料物理”教学大纲　　“材料物理”课程教学大纲　　课程名称：材料物理(MaterialPhysics)课程代码：20301700课程学分/学时：3/48先修课程：　　高等数学、大学物理、材料晶体化学、(结构化学)、材料学导论开课学院：材料与化学学院开课学期：春季课程教学目的：　　1.使学生从微观的成分、结构、缺陷以及电子、原子运动出发，认知、探讨材料的宏观性质。　　2.使学生掌握材料物理的基本概念、基本知识、基本理论、基本思维方法3.学会从微观本质出发去研究材料宏观性质的思路；　　4.定性掌握根据微观成分、结构、缺

2、陷设计材料性能的思路。　　本课程适用于材料类本科专业主修，也适用于物理、化学、宝石学类专业本科生、研究生修读。　　课程内容提要:0绪论　　材料物理在材料科学与工程学科中的地位，材料物理的研究内容、研究方法，材料物理与其它学科分支的关系，材料物理与后续课程的关系。1统计物理基础　　理解宏观态与微观态的关系，掌握经典粒子、费米子、玻色子的概念及异同，理解微观粒子全同性、非定域性、定域性、可辨性，理解近独立粒子系统、粒子相空间、统计假设、微观状态数(热力学概率)。　　理解玻耳兹曼统计、费米统计、玻色统计的基本原理及异同。掌

3、握玻耳兹曼分布函数、费米分布函数、玻色分布函数及三者的关系，掌握量子态密度、费米能级含义。掌握粒子在有势场中的玻耳兹曼分布。2材料的点缺陷　　掌握亚晶格、晶格缺陷的概念，熟练掌握点缺陷的Krger-Vink符号、缺陷浓度的含义、缺陷反应的书写规则。　　掌握点缺陷的种类及其形成方式：本征的肖特基缺陷、弗伦克尔缺陷、反结构缺陷，非化学计量的阴离子缺位型、阳离子缺位型、间隙阴离子型、间隙阳离子型缺陷，掺杂的替位杂质缺陷、间隙杂质缺陷。　　掌握施主掺杂及施主能级、受主掺杂及受主能级。理解电子陷阱，掌握点缺陷的局域能级。理解质

4、量作用定律应用于缺陷反应的条件，掌握本征点缺陷热力学平衡的推导，学会分析单因素点缺陷平衡，掌握点缺陷浓度与温度、非化学计量、气氛、掺杂的关系。会用微重量-密度法、密度-晶格常数测定法判断缺陷类型。理解点缺陷的材料学意义。理解点缺陷扩散的微观机理。　　实习：通过分析结构模型(实物)直观理解晶体的点缺陷　　1.通过实物模型，认识、理解本征的肖特基缺陷(MgO)、阳离子弗伦克尔缺陷(AgCl)、阴离子弗伦克尔缺陷(CaF2)，非化学计量的阴离子缺位型(TiO2-x)、阳离子缺位型(Fe1-xO)、间隙阴离子型(UO2+x)

5、、间隙阳离子型缺陷(Zn1+xO)，替位杂质缺陷及间隙杂质缺陷(MgO:Al2O3、　　ZrO2:CaO、ZrO2:Y2O3、CaF2:YF3)、施主掺杂(Si:As)、受主掺杂(Si:B)。2.写出相应的缺陷反应式。3材料的热容、热膨胀、热导　　理解晶格振动、格波能量的概念，掌握声子的概念及统计属性。了解材料热容的杜隆--柏替定律、柯普定律。　　理解声子热容的德拜热容模型，掌握声子热容、电子热容、光子热容的结论，了解热容与结构、物态、相转变的关系。　　理解热膨胀及热膨胀系数(包括线膨胀系数和体膨胀系数)的概念，理解

6、热膨胀机理，理解热膨胀与熔点、结合能、热容的关系，理解成分、结构、缺陷对热膨胀的影响，了解负热膨胀。理解热传导的概念及其宏观规律，掌握热传导的微观机理(声子热导、光子热导、电子热导)，掌握温度、成分、结构对热传导的影响，理解非晶态热传导的特征及其与晶体热导的差异。4材料的磁学　　掌握材料的磁性分类。　　掌握电子磁矩(电子轨道磁矩、电子自旋磁矩)、原子(离子)总磁矩理论，掌握Hund法则并会计算基态原子(离子)磁矩。　　了解抗磁、顺磁物质的磁性特点。　　掌握铁磁性物质的特征，了解居里-外斯定律，了解铁磁性的分子场估计，

7、理解直接交换作用理论、能带理论模型。　　掌握反铁磁性、亚铁磁性的微观本质及宏观特征，理解间接交换作用。掌握尖晶石型、石榴石型铁氧体的结构及其与磁性的关系，理解掺杂对磁性的影响，会计算铁氧体的分子磁矩。了解铁磁体的相互作用能，理解磁畴、磁畴壁、单畴概念，理解磁畴形成。理解磁化的微观机理，能解释磁化曲线及磁滞回线。5材料的电导　　掌握电导率、迁移率的(宏观、微观)物理意义及数学表达式，理解电子、空穴有效质量。掌握平衡本征半导体、掺杂半导体、非化学计量半导体电子性载流子浓度的计算及影响因素，掌握半导体的掺杂补偿、杂质补偿半

8、导体及其载流子浓度，理解温度对半导体电导率的影响，了解简并半导体概念。掌握非平衡载流子概念，理解非平衡载流子的注入、寿命、复合理论,了解准费米能级的概念。　　了解pn结的制备，掌握pn结的形成与能带，了解反向pn结、正向pn结的机理与特性。掌握离子电导与离子扩散的关系，从微观机构理解离子电导的本质、离子迁移率及其势垒的关系，掌握离子电导率微观表