材料物理性能.ppt

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1、材料物理性能2005年2月一、课程讲授内容---讲授内容共四章---电学性能磁学性能光学性能热学性能以课堂为主以讲义为本电磁光热总成绩考试作业课程实验课堂提问重要讲义、笔记、课件、讨论纪律、上课5～10％80～85％实验、报告、10%总成绩结构图“材料物理性能”通常讨论物理效应在材料领域得到应用或有潜在应用前景的那部分性能，它们与物质结构密切相关。人类对物质结构的了解。现已知道，材料的电学、磁学、光学、热学、力学、化学、以至生物学的性能，都是由物质不同层次的结构所决定的。引言：材料物理性能课程1、电子的波粒二象性19世纪末叶人们已经认识到，光是一种电磁波，

2、这种波服从麦克斯威方程。波动学说解释了光传播中的偏振、干涉和衍射现象，但却不能解释光电效应。这使人们又想到，光仍然有粒子的性质。2、薛定鄂方程即为描述一维空间自由运动粒子德布罗意波(物质波)的方程物理数学基础3、核外电子的运动状态4、原子的壳层结构与元素周期律从理论上推导出欧姆定律从理论上推导出焦耳—楞次定律5、经典自由电子论6、自由电子费米气体7、合金相与能带结构随着合金化学成分的变化．相组成也将发生变化。有一类称为“电子化合物”的(1)当合金中的浓度低于其溶解度(35％)时，合金保持面心立方的Cu基固溶体(单相)(2)当助的浓度高于35％时，在。星体上

3、出现CsCl体心立方结构的9相，并在Zn浓度达到50％区域内成为单相(3）当Zn浓度超过50％时，出现复杂立方的相，并在Zn浓度达到62％时形成单相。晶胞含有52个原子，是一个复杂的立方结构(4)Zn的浓度继续增高，超过溶解度时，出现密排六方相。单相区在80％Zn。最终才出现密排六方的Zn基固溶体。第1章电学性能1.1概述几乎没有一门学科的成就能像电磁学那样具有如此深远和广泛的影响。电能的开发与电信的进展深入到社会生产和家庭生活的各个角落，影响着我们的整个生活方式，“电气化”曾被作为一个社会物质文明的重要指标。从大功率的发电机、变压器、几千公里的电能输送到

4、微电子线路的各种元件，都在应用着材料的不同电学性能。众所周知，除了电介质以外，材料在电场中的行为由欧姆定律用正比的关系把试样两端的电势差U和沿试样流动的电流强度I联系起来，其比例常数R表示试样的特性(电阻)，写成：U=RI(2—1)R与试祥的长度l成正比，与试样的截面积S成反比，由此引出了只与材料性质有关的物理常数电阻率。当原于量增加时，非金属特性为金属特性所代替。半导体已经渗透到人类生活的各个领域，推动着许多新技术的飞跃发展。有些材料不但其电学性能引人注目，而且还具有许多重要的光学性能和磁学性能。它们在近代技术中占据着重要的地位。各种材料导电性的比较表明

5、，像石英、金剐石这些绝缘体的电阻比任何导体的电阻要大1022倍。我们要问，不同材科在导电方面有如此明显的差别究竟原因何在?2．2导体、绝缘体和半导体的能带2．3金属的导电性(1)金属导电机制2．31金属导电机制与马基申定则(2)马基申定则理想金属的电阻对应着两种散射机制(声子散射和电子散射)，可以看成为基本电阻。电子在杂质和缺陷上的散射，在有缺陷的晶体中可以观察到，是绝对零度下金属残余电阻的实质。这个电阻表示了金属的纯度和完整性,可以看成为残余电阻。马基申定则在高温时金属的电阻基本上决定于基本电阻，而在低温时则决定于残余电阻。既然残余电阻是电子在杂质和缺陷

6、上的散射引起的，那残余电阻的大小可以用来评定金属的电学纯度。与化学纯度不同。从马基申定则可以看出：2．3．2温度对金属电阻的影响(1)一般规律无杂质有杂质德拜温度或特征温度式中ρ(θD)为金属在德拜温度时的电阻。(2)过渡族金属和多晶型转变(3)铁磁金属的电阻—温度关系反常在居里点以前电阻温度系数不断增大．过居里点以后则急剧减小(4)其他因素引起的电阻—温度关系反常2．3．3压力对材料电阻的影晌根据压力对电阻的影响可把元素分为正常和反常元素正常元素：压力增电阻降反常元素2．3．4固溶体的导电性(1)电阻与组元浓度的关系在连续固溶体的情况下，当组元A添加于组

7、元B时电阻逐渐增大，通过一个慢坡的极大值后减小到B组元的电阻值。合金化对电阻有影响(2)电阻温度系数(3)电阻压力系数慢快(4)有序固溶体(超结构)(5)不均匀固洛体(K—状态)2．3．5金属间化合物2．3．6多相合金的导电性2．4半导体的电学性能2．4．1半导体的电学性能开发2．4．2本征半导体和杂质半导体我们把只有本征激发过程的半导体称为本征半导体。这些台有杂质原于的半导体称为杂质半导体这时以电子导电为主，故称为n型半导体。施主杂质有时也就称为n型杂质受主杂质也称为p型杂质2．4．4半导体的能带结构(1)锗和硅的能带结构可见，锗和硅的导带底呈现出多谷结

8、构(2)砷化镓的能带结构2．4．5p—n结的整流特性正向特性反向特