材料物理性能復(fù)習(xí)資料

1、2012年貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院材料物理性能復(fù)習(xí)資料一名詞解釋?zhuān)?. 磁化：物質(zhì)在磁場(chǎng)中由于受磁場(chǎng)的作用表現(xiàn)出來(lái)一定的磁性的現(xiàn)象。3.磁矩：與磁偶極子等效的平面回路的電流和回路面積的乘積定義為磁矩。其方向與環(huán)形電流法線方向一致，可用右手定則確定。4.磁化強(qiáng)度M：一個(gè)物體在外磁場(chǎng)中被磁化的程度，用單位體積內(nèi)磁矩多少來(lái)衡量，5.抗磁性：磁化方向與外加磁場(chǎng)方向相反，即當(dāng)磁化率或磁化強(qiáng)度M為負(fù)時(shí)，固體表現(xiàn)為抗磁性。 M/H0，很小，約為-10-4-10-6。6.順磁性：在外加磁場(chǎng)作用下，每個(gè)原子磁矩比較規(guī)則地取向，材料顯示極弱的磁性。磁化強(qiáng)度M與外磁場(chǎng)方向一致，M為正，而且M嚴(yán)格地與外磁場(chǎng)H成正比。7

2、.鐵磁性：過(guò)渡金屬Fe、Co、Ni和某些稀土金屬如Gd等物質(zhì)，無(wú)論是否施加外磁場(chǎng)，都具有永久磁矩，且在無(wú)外加磁場(chǎng)或較弱的磁場(chǎng)作用下，就能產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度。室溫下的磁化率很大，可達(dá)106數(shù)量級(jí)，屬于強(qiáng)磁性物質(zhì)。8.熱傳導(dǎo)：當(dāng)固體材料一端的溫度比另一端高時(shí)，熱量會(huì)從熱端自動(dòng)地傳向冷端的現(xiàn)象。9.熱阻：是材料對(duì)熱傳導(dǎo)的阻隔能力。11.熱膨脹：物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱(chēng)為熱膨脹。12.魏得曼-弗蘭茲定律：在室溫下許多金屬的熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率之比幾乎相同，而不隨金屬的不同而改變。13.材料的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性是指材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力，又稱(chēng)為抗熱震性。14.導(dǎo)體：可在電場(chǎng)作

3、用流動(dòng)自由電荷的物體，能傳導(dǎo)電流的元件15.絕緣體：不善于傳導(dǎo)電流的物質(zhì)16.半導(dǎo)體：電阻率介于金屬和絕緣體之間并且有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的材料17、磁疇：未加磁場(chǎng)時(shí)鐵磁質(zhì)內(nèi)部已經(jīng)磁化到飽和狀態(tài)的若干個(gè)小區(qū)域。18、磁矯頑力：反磁化過(guò)程中，當(dāng)反向磁疇擴(kuò)大到同正向磁疇大小相相等時(shí)，它們的磁化對(duì)外對(duì)外部的效果相互抵消，有效磁化強(qiáng)度為零，這時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱(chēng)為磁矯頑力。19、磁化率：即單位外磁場(chǎng)強(qiáng)度下材料的磁化強(qiáng)度。它的大小反映了物質(zhì)磁化的難易程度，是材料的一個(gè)重要的磁參數(shù)。20、磁晶的各向異性：在單晶體的不同晶向上，磁性能不同的性質(zhì)。21、磁彈性能：當(dāng)鐵磁體存在應(yīng)力時(shí)，磁致伸縮要與應(yīng)力相互作用，與此有關(guān)的

4、能量。22、退磁能：鐵磁體與自身退磁場(chǎng)的相互作用能稱(chēng)為退磁場(chǎng)能。（磁化飽和后，慢慢減少H，則M亦減小，此過(guò)程為退磁。）23、磁導(dǎo)率: 反應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)的變化速率，單位與 相同，為亨/米 。其大小與磁介質(zhì)和隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。一 解答題：1.傅利葉導(dǎo)熱定律適用條件：穩(wěn)定傳熱的條件，即傳熱過(guò)程中，材料在x方向上各處的T是恒定的，與時(shí)間無(wú)關(guān)，Q/t是常數(shù)2、簡(jiǎn)述材料熱容的定義，為什么說(shuō)材料的等容熱容CV的物理本質(zhì)是材料內(nèi)能隨溫度的變化率時(shí)常需附加無(wú)相變、無(wú)化學(xué)反應(yīng)和無(wú)非體積功的條件？CV和CP的本質(zhì)差別是什么？對(duì)實(shí)際材料進(jìn)行熱分析時(shí)，若有相變發(fā)生，為什么其CP中還能反應(yīng)相變的熱效應(yīng)？熱容指一定

5、量物質(zhì)在規(guī)定條件下溫度每變化一度（或K）所吸收或放出的熱量。當(dāng)體系處于一般情況時(shí)，Q=dU-Yidyi-idni ，其熱容中將包含更多的能量因素引起的熱效應(yīng)，只有在材料中無(wú)相變、無(wú)化學(xué)反應(yīng)和無(wú)非體積功的條件下才有Q=dU，從而CV=Q/dT=dU/dT,其等容熱容CV的物理本質(zhì)是材料內(nèi)能隨溫度的變化率。CV=Q/dT=dU/dT，Cp=Q/dT=dH/dT，它們的本質(zhì)差別在于Cp中包含了其他熱效應(yīng)。因?yàn)镃p包含了相變等除內(nèi)能以外的其他變化所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。3、簡(jiǎn)述杜隆珀替經(jīng)典熱容理論模型和結(jié)果，評(píng)價(jià)其局限性。理論模型：把構(gòu)成晶體點(diǎn)陣的基元近似成獨(dú)立粒子和理想氣體，并只考慮其平均動(dòng)能和勢(shì)能，沒(méi)有考

6、慮原子振動(dòng)形成的格波。結(jié)果：CV=E/T=3R局限性：模型太簡(jiǎn)化，結(jié)果僅反映當(dāng)TD時(shí)，CVm3R，且Cv與溫度無(wú)關(guān)，對(duì)單原子氣體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是比較符合的。4、實(shí)際材料的等壓熱容通常由哪些部分組成？又受到哪些因素的影響？有什么影響規(guī)律？實(shí)際材料的等壓熱容包括等容熱容部分和材料除內(nèi)能以外的其它變化所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。受到溫度、晶體結(jié)構(gòu)和成分以及相變的影響。溫度升高，材料的熱容增大。晶體結(jié)構(gòu)能夠改變材料恢復(fù)系數(shù)、基元構(gòu)成和原子間距，從而改變色散關(guān)系和諧振子數(shù)量；化學(xué)成分還能夠決定原子質(zhì)量M和各種原z數(shù)量及比例，也能夠影響材料的Cv值及變化規(guī)律。一級(jí)相變導(dǎo)致等壓熱容出現(xiàn)不連續(xù)奇異，二級(jí)相變導(dǎo)致等壓熱容出現(xiàn)連

7、續(xù)奇異。5、一級(jí)相變、二級(jí)相變?nèi)绾谓缍?？為什么一?jí)相變、二級(jí)相變?cè)谙嘧儨囟赛c(diǎn)其熱容曲線會(huì)出現(xiàn)差異？在相變點(diǎn)，一級(jí)相變的特點(diǎn)是：兩相化學(xué)位連續(xù)；兩相化學(xué)位一階偏導(dǎo)數(shù)有突變；二級(jí)相變的特點(diǎn)是：兩相化學(xué)位和化學(xué)位一階偏導(dǎo)數(shù)連續(xù)；兩相化學(xué)位二階偏導(dǎo)數(shù)存在突變。一級(jí)相變?cè)谙嘧凕c(diǎn)處其化學(xué)位的一階偏導(dǎo)數(shù)不連續(xù)，其二階偏導(dǎo)數(shù)肯定不存在，因此其等壓熱容在相變點(diǎn)出現(xiàn)間斷奇異。二級(jí)相變的化學(xué)位一階偏導(dǎo)數(shù)在相變點(diǎn)連續(xù)，而二階偏導(dǎo)數(shù)在相變點(diǎn)不連續(xù)，故其等壓熱容在相變點(diǎn)出現(xiàn)連續(xù)奇異。6、何謂材料的熱膨脹？其物理本質(zhì)是什么？為什么熱膨脹系數(shù)能反映原子結(jié)合力的大??？為什么簡(jiǎn)諧振動(dòng)近似無(wú)法說(shuō)明熱膨脹的物理本質(zhì)？熱膨脹：材料在加

8、熱和冷卻過(guò)程中，其宏觀尺寸隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象。物理本質(zhì)：在非簡(jiǎn)諧近似下，隨溫度增加，原子熱振動(dòng)不僅振幅和頻率增加，其平衡位置距平均尺寸也增加，宏觀上變現(xiàn)為熱膨脹。因?yàn)樵悠x平衡位置的距離Un與原子間作用力有關(guān)。因?yàn)楹?jiǎn)諧近似下，原子的相互作用勢(shì)能展開(kāi)函數(shù)近取到位移的二次項(xiàng)，該勢(shì)能函數(shù)是關(guān)于原子平衡位置對(duì)稱(chēng)的。說(shuō)明原子只以其平衡位置為中心振動(dòng)，溫度增加時(shí)振幅和頻率增加。但微觀上原子的平衡間距不發(fā)生變化，宏觀上晶體尺寸不改變。7.相變、合金化、晶體結(jié)構(gòu)的不同以及晶體缺陷都會(huì)影響材料的熱膨脹特性。熱膨脹曲線在一級(jí)相變點(diǎn)間斷奇異，在二級(jí)相變點(diǎn)連續(xù)變化。合金化對(duì)膨脹系數(shù)的影響很復(fù)雜，一定近似下的共性有

9、：?jiǎn)蜗噙B續(xù)固溶體的膨脹系數(shù)其量值通常在兩組元膨脹系數(shù)之間；固溶體從無(wú)序向有序轉(zhuǎn)變膨脹系數(shù)常降低；兩組元形成化合物膨脹系數(shù)一般比形成固溶體低；多相合金的膨脹系數(shù)與各相的膨脹系數(shù)、彈性模量E和體積分?jǐn)?shù)有關(guān)；鐵磁合金中易出現(xiàn)膨脹反?，F(xiàn)象。晶體結(jié)構(gòu)與原子間距、恢復(fù)力系數(shù)有關(guān)，影響原子結(jié)合力，也造成膨脹系數(shù)各向異性；晶體缺陷破壞晶體結(jié)構(gòu)的完整性，使膨脹系數(shù)增加。8. 簡(jiǎn)述由熱膨脹分析方法測(cè)繪過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的原理和方法，并說(shuō)明為什么由膨脹曲線能獲得組織轉(zhuǎn)變量曲線？對(duì)不完全轉(zhuǎn)變又如何處理？原理：利用熱膨脹測(cè)試分析材料中的組織或相轉(zhuǎn)變的原理是假設(shè)試樣的體積膨脹量與其中的組織或相變量成正比。即相或組織轉(zhuǎn)

10、變量（%）=（發(fā)生的膨脹量/總膨脹量）×該相或組織在最終組織中的百分?jǐn)?shù)方法：為了測(cè)繪等溫或連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線，必須首先把各試樣在等溫或連續(xù)冷卻條件下測(cè)得的膨脹曲線變換為相應(yīng)的轉(zhuǎn)變量-時(shí)間曲線，然后再繪制等溫或連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線。9. 解釋溫度場(chǎng)、溫度梯度、熱通量、導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻、導(dǎo)溫系數(shù)。溫度場(chǎng)：指物體內(nèi)溫度隨空間和時(shí)間的分布規(guī)律。溫度梯度：溫度沿其等溫面法向的變化率，方向指向溫度增加方向。熱通量（熱流密度）：指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位法向面積的熱量。導(dǎo)熱系數(shù)：對(duì)于導(dǎo)熱性質(zhì)各向同性的材料，有q=-·gradT，其中比例因子稱(chēng)為導(dǎo)熱系數(shù) 或熱導(dǎo)率。單位：W/(m·K) 熱阻：定義W=

11、1/為熱阻，單位：m·K/W導(dǎo)溫系數(shù)：=/c，單位：（）²/S，表征材料傳熱的快慢程度。其中為材料密度，c為材料比熱。20.材料導(dǎo)熱的物理本質(zhì)是什么？有哪幾種導(dǎo)熱機(jī)制？微觀上它們的導(dǎo)熱系數(shù)有何不同？影響導(dǎo)熱的因素有哪些？ 本質(zhì)：熱傳導(dǎo)是熱量（能量）在溫度梯度驅(qū)動(dòng)下的定向運(yùn)輸過(guò)程。機(jī)制：熱量的載運(yùn)者可以是自由電子（電子導(dǎo)熱）、格波（聲子導(dǎo)熱）和電磁波（光子導(dǎo)熱等）。影響因素：原子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、成分、組織及晶體結(jié)構(gòu)完整性。21.正常情況下，為什么半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而降低。答：正常情況下，為什么半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而降低。自由電子 ，由公式知，自由電子與溫度近似成

12、正比， 故溫度升高，自由電子增大，所以半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而降低。22.金屬電阻隨溫度升高而升高原因： 金屬材料隨溫度升高，離子熱振動(dòng)的振幅增大，電子就愈易受到散射，可認(rèn)為與溫度成正比，則也與溫度成正比23.影響金屬導(dǎo)電性的因素 主要因素：溫度，受力情況，冷加工，晶體缺陷，熱處理，幾何尺寸效應(yīng)，電阻率各向異性。24. 當(dāng)形成化合物時(shí)，合金的導(dǎo)電性變化激烈，其電阻率要比各組元的電阻率高很多。原因在于原子鍵合的方式發(fā)生了變化，其中至少一部分由金屬鍵變?yōu)楣矁r(jià)鍵獲離子鍵，使導(dǎo)電電子減少。若兩組元給出的價(jià)電子的能力相同（即兩個(gè)組元的電離勢(shì)幾乎沒(méi)差別），則所形成化合物的電阻值就低，若兩個(gè)組元的電離勢(shì)

13、相差較大，即一組元的給出電子被兩個(gè)組元吸收，則化合物的電阻就大，接近半導(dǎo)體的性質(zhì).25.本征硅的導(dǎo)電機(jī)理：在熱、光等外界條件的影響下，滿(mǎn)帶上的價(jià)電子獲得足夠的能量，躍過(guò)禁帶躍遷至空帶而成為自由電子，同時(shí)在滿(mǎn)帶中留下電子空穴，自由電子和電子空穴在外加電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)形成電流。26.硼摻雜Si的導(dǎo)電機(jī)制：在本征半導(dǎo)體中，摻入3價(jià)硼元素的雜質(zhì)（硼，鋁，鎵，銦），就可以使晶體中空穴濃度大大增加。因?yàn)?價(jià)元素的原子只有3個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它頂替晶格中的一個(gè)4價(jià)元素原子，并與周?chē)?個(gè)硅（或鍺）原子組成4個(gè)共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子，形成一個(gè)空位。因?yàn)椋?價(jià)元素形成的空位能級(jí)非常靠近價(jià)帶頂?shù)哪芰?，在價(jià)電子共有

14、化運(yùn)動(dòng)中，相鄰的原子上的價(jià)電子就很容易來(lái)填補(bǔ)這個(gè)空位（較躍遷至禁帶以上的空帶容易的多），從而產(chǎn)生一個(gè)空穴。所以每一個(gè)三價(jià)雜質(zhì)元素的原子都能接受一個(gè)價(jià)電子，而在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)空穴。 27.砷摻雜Si的導(dǎo)電機(jī)理：本征半導(dǎo)體中摻入5價(jià)元素（磷，砷，銻）就可使晶體中的自由電子的濃度極大地增加。因?yàn)?價(jià)元素的原子有5個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它頂替晶格中的一個(gè)4價(jià)元素的原子時(shí)，余下了1個(gè)價(jià)電子變成多余的，此電子的能級(jí)非?？拷鼘?dǎo)帶底，非常容易進(jìn)入導(dǎo)帶成為自由電子，因而導(dǎo)帶中的自由電子較本征半導(dǎo)體顯著增多，導(dǎo)電性能大幅度提高。 28介質(zhì)損耗的形式及造成這幾種損耗的原因：1）電導(dǎo)（或漏導(dǎo)）損耗 實(shí)際使用的電介質(zhì)都不是理想的

15、絕緣體，都或多或少地存在一些弱聯(lián)系帶電離子或空穴，在E 作用下產(chǎn)生漏導(dǎo)電流，發(fā)熱，產(chǎn)生損耗。 低場(chǎng)強(qiáng)下，存在離子電導(dǎo)；高場(chǎng)強(qiáng)下，電子電導(dǎo)。 離子電導(dǎo)：本征電導(dǎo)和雜質(zhì)電導(dǎo)。2）極化損耗：介質(zhì)極化時(shí),有些極化形式可引起損耗。一方面：極化過(guò)程中離子要在E作用下克服熱運(yùn)動(dòng)消耗能量，引起損耗。 另一方面：松弛極化建立時(shí)間較長(zhǎng)，極化跟不上外E的變化（特別是交流頻率較高時(shí)），所造成的電矩往往滯后于E，即E達(dá)最大時(shí)，極化引起的極化電荷未達(dá)最大，當(dāng)E開(kāi)始減小時(shí)，極化仍繼續(xù)增至最大值后才開(kāi)始減小，當(dāng)E為0時(shí)，極化尚未完全消除，當(dāng)外E反向時(shí)，極板上遺留的部分電荷中和了電源對(duì)極板充電的部分電荷，并以熱的形式散發(fā)，產(chǎn)生

16、損耗。3）電離損耗 又稱(chēng)游離損耗，是氣體引起的，含氣孔的固體電介質(zhì)，外E大于氣體電離所需的E時(shí)，氣體發(fā)生電離吸收能量，造成損耗。 電離損耗可使電介質(zhì)膨脹，可導(dǎo)致介質(zhì)熱破壞和促使化學(xué)破壞，因此必須降低電介質(zhì)中的氣孔。另外還有結(jié)構(gòu)損耗和宏觀結(jié)構(gòu)不均勻造成的損耗。 29.電疇轉(zhuǎn)向時(shí)引起較大內(nèi)應(yīng)力，這種轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定。當(dāng)外加電場(chǎng)撤去后，則有小部分電疇偏離極化方向，恢復(fù)原位，而大部分電疇則停留在新轉(zhuǎn)向的極化方向上，也就形成了剩余極化。30.如何評(píng)價(jià)材料的導(dǎo)電能力？如何界定超導(dǎo)、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體材料？用電阻率或電阻率評(píng)價(jià)材料的導(dǎo)電能力。按材料的導(dǎo)電能力（電阻率），人們通常將材料劃分為：31、自由電子的平均

17、能量與溫度有何種關(guān)系？溫度如何影響費(fèi)米能級(jí)？根據(jù)自由電子近似下的量子導(dǎo)電理論，試分析溫度如何影響材料的導(dǎo)電性。溫度升高，自由電子的平均能量升高。溫度升高時(shí)，因?yàn)椴糠蛛娮颖患ぐl(fā)，費(fèi)米半徑減小，材料原子的費(fèi)米面略微下降，但在很大的溫度范圍內(nèi)，可近似認(rèn)為不受溫度影響。對(duì)于自由電子，溫度上升使其能量提高，運(yùn)動(dòng)速度加快，但均勻的溫度場(chǎng)只能使其作方向隨機(jī)的熱運(yùn)動(dòng)，只有不均勻的溫度場(chǎng)才能使其產(chǎn)生定向漂移；對(duì)于費(fèi)米面以下靠近費(fèi)米面的價(jià)電子，溫度場(chǎng)能促進(jìn)其激發(fā)，能增加材料的有效電子數(shù)量；對(duì)于離子，增加溫度則顯著提高其熱振動(dòng)的振幅和頻率，即增加聲子的數(shù)量，其效果是極大地增加了離子實(shí)對(duì)電子的散射幾率；另外還可能改變

18、晶格周期場(chǎng)和電子的有效質(zhì)量。總體上材料的電阻率隨溫度增加而增加，但材料不同，溫度范圍不同，二者的相關(guān)規(guī)律不同。32、自由電子近似下的量子導(dǎo)電理論與經(jīng)典導(dǎo)電理論在歐姆定律的微觀解釋方面有何異同點(diǎn)？相同：都以自由電子作為電能傳輸?shù)妮d流子。不同：經(jīng)典導(dǎo)電理論認(rèn)為原子核外的所有價(jià)電子都參與了導(dǎo)電，而量子導(dǎo)電理論則是通過(guò)費(fèi)米能級(jí)和費(fèi)米面這一概念將價(jià)電子劃分為兩種狀態(tài)，并且認(rèn)為只有越過(guò)費(fèi)米面之上的價(jià)電子（有效電子）才能夠參與導(dǎo)電。33、何為能帶理論？它與近自由電子近似和緊束縛近似下的量子導(dǎo)電理論有何關(guān)系？在電子能量分布狀態(tài)中，如果考慮晶格周期勢(shì)場(chǎng)對(duì)其的作用，那么電子的本證波函數(shù)就會(huì)變成一種由晶格周期勢(shì)場(chǎng)調(diào)

19、制的調(diào)幅平面波，并且在一定特定的能量位置上發(fā)生了斷裂，即在k軸上出現(xiàn)了不允許電子存在的間斷點(diǎn)，材料中這些不允許電子存在的能隙就是所謂的禁帶，而允許電子存在的能區(qū)被稱(chēng)為允帶，相應(yīng)的理論也被稱(chēng)為能帶理論。能帶理論與近自由電子近似和緊束縛近似下的量子導(dǎo)電理論的差別僅在于晶格周期勢(shì)函數(shù)采用不同的近似，使得晶格周期勢(shì)場(chǎng)的起伏程度不同，晶格周期勢(shì)場(chǎng)無(wú)起伏時(shí)稱(chēng)為自由電子近似，晶格周期勢(shì)場(chǎng)起伏不大時(shí)稱(chēng)為近自由電子近似，晶格周期勢(shì)場(chǎng)起伏很大時(shí)稱(chēng)為緊束縛近似。34、孤立原子相互靠近時(shí)，為什么會(huì)發(fā)生能級(jí)分裂和形成能帶？禁帶的形成規(guī)律是什么？何為材料的能帶結(jié)構(gòu)？能級(jí)分裂：將N個(gè)原子逐漸靠近，原子之間的相互作用逐漸增強(qiáng)

20、，各原子上的電子受其它原子（核）的影響；最外層電子的波函數(shù)將會(huì)發(fā)生重疊，簡(jiǎn)并會(huì)解除，原孤立原子能級(jí)分裂為N個(gè)靠得很近的能級(jí)；原子靠得越近，波函數(shù)交疊越大，分裂越顯著。能帶形成：當(dāng)兩個(gè)原子靠近時(shí)，核外電子的交互作用逐漸增強(qiáng)，最外面的價(jià)電子最先產(chǎn)生交互作用，電子的能級(jí)發(fā)生交疊。因?yàn)樵绞翘幱谕鈱拥碾娮?，其能量越高，能?jí)量子數(shù)越大，所以這種能級(jí)交疊首先發(fā)生在價(jià)電子層，由于受到泡利不相容原理的限制，能級(jí)雖然發(fā)生交疊，但其中能態(tài)不能重疊，并且原子數(shù)量越多，這種交疊區(qū)的能級(jí)密度就越高，這種交疊結(jié)果使許多能級(jí)聚集到一起形成了能帶。本征能量的函數(shù)的間斷點(diǎn)出現(xiàn)在布里淵區(qū)的界面處，能級(jí)間斷一定是在這些位置，但是材料

21、中這些位置并不一定出現(xiàn)禁帶，能隙的寬度等于晶格周期勢(shì)函數(shù)的傅立葉展開(kāi)式中相應(yīng)項(xiàng)的系數(shù)的二倍，當(dāng)能級(jí)的間斷寬度達(dá)到一定程度而使得大多數(shù)電子不能夠跨越時(shí)，便形成了禁帶。材料的能帶結(jié)構(gòu)是指能帶的具體構(gòu)成形式，包括構(gòu)成、排列方式、能級(jí)差和費(fèi)米能級(jí)在其中位置等。35、在布里淵區(qū)的界面附近，費(fèi)米面和能級(jí)密度函數(shù)有何變化規(guī)律？哪些條件下會(huì)發(fā)生禁帶重疊或禁帶消失現(xiàn)象？試分析禁帶的產(chǎn)生原因。費(fèi)米面變化規(guī)律：考慮到晶格周期勢(shì)場(chǎng)影響時(shí)，費(fèi)米面在與布里淵區(qū)界面的交界處不連續(xù)，費(fèi)米面有可能穿越布里淵區(qū)，受布里淵區(qū)的界面的影響，費(fèi)米面的形狀會(huì)發(fā)生畸變，這種影響和畸變程度隨兩個(gè)面間距的減小而加劇。能級(jí)密度函數(shù)變化規(guī)律：如果

22、取等厚度球殼為k空間的微元體積，在布里淵區(qū)之內(nèi)，隨球半徑的增加球殼體積增加（同體積條件下球形表面積最?。?，即單位能量容納的能態(tài)數(shù)增加，N（E）達(dá)到最大值，等能面半徑繼續(xù)增加，其外表面就逐漸接觸第一布里淵區(qū)的界面，球殼外表面就會(huì)破裂，進(jìn)而也會(huì)使整個(gè)球殼變得千瘡百孔，支離破碎，k空間等厚度球殼微元體的體積就會(huì)逐步減小，該階段N（E）曲線會(huì)顯著下降。當(dāng)部分球殼穿越第一布里淵區(qū)進(jìn)入第二布里淵區(qū)后，N（E）曲線會(huì)重新上升。禁帶不出現(xiàn)或禁帶重疊：受晶體結(jié)構(gòu)因素的影響，能帶的重疊可以使禁帶消失；晶格周期勢(shì)場(chǎng)傅立葉展開(kāi)級(jí)數(shù)的系數(shù)為零，禁帶消失；多原子原胞（復(fù)式格子）晶體，因基元散射時(shí)的結(jié)構(gòu)消光而使禁帶消失。禁

23、帶產(chǎn)生原因：36、在能帶理論中，自由電子的能量和運(yùn)動(dòng)行為與自由電子近似下有何不同？ 能帶理論中，自由電子的波函數(shù)由等幅平面波變成晶格周期勢(shì)場(chǎng)調(diào)制的調(diào)幅平面波，電子的本征能量不再是連續(xù)的拋物線，而是在晶格的布里淵區(qū)界面處出現(xiàn)間斷，原來(lái)準(zhǔn)連續(xù)的能級(jí)現(xiàn)在變成了由允帶和禁帶組成的能帶結(jié)構(gòu)，這使得自由電子不能在各個(gè)能級(jí)上自由地跨越和變動(dòng)，而必須跨過(guò)禁帶才能到達(dá)不同的能級(jí)中，這需要外界提供額外的能量，材料的能帶結(jié)構(gòu)以及費(fèi)米面在能帶中的位置因素必然會(huì)影響電子的激發(fā)躍遷行為，進(jìn)而影響材料的導(dǎo)電性。37、試分析、闡述導(dǎo)體、半導(dǎo)體（本征、摻雜）和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。導(dǎo)體中含有未滿(mǎn)帶，在外場(chǎng)的作用下，未滿(mǎn)帶上的電

24、子分布發(fā)生偏移，從而改變了原來(lái)的中心堆成狀態(tài)，占據(jù)不同狀態(tài)的電子鎖形成的運(yùn)動(dòng)電流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了宏觀電流；絕緣體不含未滿(mǎn)帶，滿(mǎn)帶中的電子不會(huì)受外場(chǎng)的作用而產(chǎn)生偏離平衡態(tài)的分布，而一些含有空帶的絕緣體，也因?yàn)榻麕чg隙過(guò)大，下層滿(mǎn)帶的電子無(wú)法躍遷到空帶上來(lái)形成可以導(dǎo)電的未滿(mǎn)帶，所以絕緣體不能導(dǎo)電；本本征半導(dǎo)體的情況和絕緣體類(lèi)似，區(qū)別是其禁帶能隙比較小，當(dāng)受到熱激發(fā)或外場(chǎng)作用時(shí)，滿(mǎn)帶中的電子比較容易越過(guò)能隙，進(jìn)入上方空的允帶，從而使材料具有一定的導(dǎo)電能力；摻雜半導(dǎo)體則是通過(guò)摻入異質(zhì)元素，從而提供額外的自由電子或者額外的空穴以供下層電子向上跨越，使得跨越禁帶的能量變低，電子更加容易進(jìn)

25、入上層的空帶中，從而具有導(dǎo)電能力。38、試指出影響材料導(dǎo)電性的內(nèi)外因素和影響規(guī)律，并分析其原因。內(nèi)在因素：原子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和晶格的完整性 原子結(jié)構(gòu)決定了其核外電子的組態(tài)，從而決定了電子的價(jià)態(tài)分布，以及能夠參與導(dǎo)電的自由電子數(shù)目；晶體結(jié)構(gòu)能夠影響能帶結(jié)構(gòu)和晶格作用場(chǎng)的狀況；晶格中存在缺陷時(shí)，材料導(dǎo)電能力下降。外在因素：溫度場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng) 溫度能夠增大自由電子的能量，但同時(shí)也會(huì)使得原子中自由電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變得更加無(wú)序，總體上來(lái)講，金屬的電阻隨著溫度的升高而增大；電場(chǎng)能夠使電子發(fā)生定向漂移，磁場(chǎng)能夠改變電子的自旋狀態(tài)，從而改變其分布。39復(fù)習(xí)磁場(chǎng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通量密度）、磁化

26、率、磁導(dǎo)率等概念及它們的關(guān)系。磁場(chǎng)：任何磁極和運(yùn)動(dòng)電荷（或電流）都能在其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的特性是能使其中的磁介質(zhì)磁化，對(duì)在其中運(yùn)動(dòng)的電荷或載流導(dǎo)體產(chǎn)生作用力并對(duì)它們做功。磁感應(yīng)強(qiáng)度B：表征不同介質(zhì)中磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。磁場(chǎng)強(qiáng)度H：任何介質(zhì)中，磁場(chǎng)中某點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度與該點(diǎn)磁導(dǎo)率的比值被定義為該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。消除了磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)弱的影響。磁化強(qiáng)度M：M=H，其中，為該磁介質(zhì)的磁化率。磁導(dǎo)率mr：mr=1+定義為材料的相對(duì)磁導(dǎo)率，簡(jiǎn)稱(chēng)磁導(dǎo)率。關(guān)系為：H=H0+M=H0+H0=(1+ )H0 B=m0H= m0(1+)H0= m0 mrH0=mH040 解釋什么是抗磁性、順磁性和鐵磁性物質(zhì)?？?/p>

27、磁性（抗磁質(zhì)）順（順磁質(zhì)），數(shù)值在量級(jí)，與H無(wú)關(guān)，但與T有關(guān)。鐵磁性（鐵磁質(zhì)），與H呈非線性關(guān)系，與溫度有關(guān)。41 簡(jiǎn)述物質(zhì)的順磁性和抗磁性是如何產(chǎn)生的？它們都受到哪些因素的影響？物質(zhì)順磁性的產(chǎn)生主要是由各原子和離子實(shí)的磁矩和各自由電子的自旋磁矩在外磁場(chǎng)中的取向過(guò)程中造成的。42簡(jiǎn)述鐵磁質(zhì)磁化曲線和磁滯回線的特點(diǎn)，解釋剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力；何謂磁位能，它與哪些因素有關(guān)？如何降低體系的磁位能？1） 磁化曲線是磁介質(zhì)的磁化強(qiáng)度M（或磁感應(yīng)強(qiáng)度B）隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化曲線，分為靜態(tài)磁化曲線和動(dòng)態(tài)磁化曲線（磁滯回線）。鐵磁質(zhì)的磁化曲線的特點(diǎn):鐵磁質(zhì)的靜態(tài)磁化曲線按磁化強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)的變化規(guī)律大致可分為

28、三個(gè)階段。第一階段磁化強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)緩慢增加；撤除外磁場(chǎng)，磁化強(qiáng)度恢復(fù)為原始值（可逆磁化）。 第二階段磁化強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度增加而快速增加；去除外磁場(chǎng)，磁化強(qiáng)度不能完全恢復(fù)至原始狀態(tài)（不可逆磁化或有剩磁）。第三階段磁化強(qiáng)度又隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度增加而緩慢增加并趨于飽和狀態(tài)。磁滯回線的形狀與磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化頻率及變化波形有關(guān)；頻率一定時(shí)，隨交變磁場(chǎng)強(qiáng)度幅值的減小，磁滯回線的形狀逐漸趨近于變?yōu)闄E圓形；隨頻率增加，磁滯回線呈現(xiàn)橢圓形的磁場(chǎng)強(qiáng)度幅值的范圍擴(kuò)大，且各磁場(chǎng)強(qiáng)度幅值下回線的矩形比 增大。2）磁滯回線中，外磁場(chǎng)減小為零時(shí)，鐵磁質(zhì)所具有的磁感應(yīng)強(qiáng)度為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)為剩磁；為使剩磁降低為零而施加

29、的反向外磁場(chǎng)強(qiáng)度，稱(chēng)為矯頑力。4) 外磁場(chǎng)與鐵磁質(zhì)的相互作用能為磁位能 5）某處某磁矩的磁位能與外磁場(chǎng)強(qiáng)度H，該處的磁導(dǎo)率m0，該磁矩mJ的大小和磁矩與外磁場(chǎng)的夾角有關(guān)。6）使更多的磁矩轉(zhuǎn)向與外磁場(chǎng)一致的方向能降低體系磁位能。43.解釋磁各向異性、易磁化方向和難磁化方向，簡(jiǎn)述什么是磁各向異性能和磁化功？它們有何關(guān)系？如何降低體系的磁各向異性能？1） 外磁場(chǎng)對(duì)鐵磁單晶體的磁化，在不同的晶向上，磁化的難易程度各不相同，這種現(xiàn)象為磁各向異性。容易磁化的晶向?yàn)橐状呕较颍y磁化的晶向?yàn)殡y磁化方向。2） 磁化功是磁介質(zhì)磁化過(guò)程中，外磁場(chǎng)對(duì)其所做的功。3） 磁介質(zhì)在磁化過(guò)程中，外磁場(chǎng)對(duì)其所做的功轉(zhuǎn)變?yōu)榇沤?/p>

30、質(zhì)體系的內(nèi)能，沿不同晶向磁化而增加的體系內(nèi)能為各向異性能Ek。磁各向異性能可以用不同晶向的磁化功表示。4） 磁介質(zhì)的磁化盡可能優(yōu)先選擇易磁化方向進(jìn)行。44.何謂磁疇？簡(jiǎn)述鐵磁質(zhì)磁疇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并指出磁疇結(jié)構(gòu)和磁疇壁結(jié)構(gòu)的決定因素；磁疇壁的本質(zhì)是什么？有幾種類(lèi)型？(1)磁疇 指鐵磁質(zhì)內(nèi)部自發(fā)磁化至飽和狀態(tài)（原子磁矩同向平行排列）的小區(qū)域。(2)磁疇結(jié)構(gòu) 是對(duì)磁疇的形態(tài)、尺寸、取向、疇壁類(lèi)型、疇壁厚度及其組成形式的一種描述，類(lèi)似金屬材料的組織，因此也稱(chēng)磁疇組態(tài)。磁疇結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：a）磁疇分為主疇和副疇，主疇一般都為大而長(zhǎng)的片狀或棱柱狀，通常沿晶體易磁化方向；副疇多為短而小的三角形，不能保證都出現(xiàn)在易磁

31、化方向；b）相鄰磁疇通過(guò)主疇、副疇和磁疇壁組合形成自己封閉的磁回路；c）相鄰磁疇之間是磁疇壁，它是自旋磁矩改變方向的過(guò)渡區(qū)；d）磁疇的尺度通常小于晶粒，疇壁不能穿越晶界。磁疇是自發(fā)磁化的結(jié)果，但決定磁疇結(jié)構(gòu)的卻是體系中的各種能量因素。(3)決定磁疇結(jié)構(gòu)的因素 以下能量因素決定磁疇的結(jié)構(gòu)。其原則是使體系的內(nèi)能最低。交換能最低：傾向于讓所有自旋磁矩同方向平行排列，形成磁單疇。退磁能最低：傾向于讓所有磁疇均形成封閉磁回路。磁彈性能最低：傾向于形成多數(shù)量、小尺寸、多方向、應(yīng)變自恰的磁疇結(jié)構(gòu)。磁各向異性能最低：傾向于讓所有磁化方向均處于易磁化晶向。上述各種能量因素都希望自身所誘發(fā)的能量在系統(tǒng)總能量中所占

32、比例盡可能低，但它們所傾向的磁疇結(jié)構(gòu)卻經(jīng)常是相互矛盾的。各種能量因素經(jīng)矛盾運(yùn)動(dòng)，最后結(jié)果是形成的磁疇結(jié)構(gòu)一定是使體系總的能量處于最低狀態(tài)。（4）磁疇壁是相鄰磁疇之間自旋磁矩轉(zhuǎn)向的過(guò)渡區(qū)。有兩種類(lèi)型。Blooh壁：疇壁內(nèi)所有自旋磁矩變向的轉(zhuǎn)軸垂直于壁面。Neel壁： 疇壁內(nèi)所有自旋磁矩變向的轉(zhuǎn)軸平行于壁面。其厚度和類(lèi)型主要由交換能和磁各向異性能決定（1）交換能：疇壁越厚，交換能越低,當(dāng)然磁疇壁厚度增加，牽涉的過(guò)渡原子總數(shù)會(huì)增加，這會(huì)改變總的疇壁能及其構(gòu)成。（2）磁各向異性能：疇壁越薄，磁各向異性能越低。但最后的疇壁厚度一定使體系總疇壁能最低。45 材料磁性的影響因素有哪些？影響規(guī)律是什么？1）溫

33、度溫度增加，體系的熱運(yùn)動(dòng)能量（）增加，它阻礙或破壞原子磁矩或自旋磁性的有序性，對(duì)順磁性、鐵磁性磁化過(guò)程均有不利影響；溫度增加，原子（或離子）熱振動(dòng)振幅增加（熱振動(dòng)）、原子平均間距增大（熱膨脹），進(jìn)而能改變?cè)娱g電子自旋磁矩的交換積分常數(shù)和交換能，破壞鐵磁質(zhì)的自發(fā)磁化條件。2）應(yīng)力 若規(guī)定：表示磁致伸長(zhǎng)，表示磁致收縮；，表示拉應(yīng)力，表示壓應(yīng)力，則：同號(hào)，有利磁化；異號(hào)，不利磁化。3）材料的不完整性（雜質(zhì)、缺陷、冷變形加工硬化、晶界數(shù)量等）材料不完整性濃度的增加，均增加材料的磁化阻力，使磁化變得困難。 4）織構(gòu)由于鐵磁質(zhì)磁化時(shí)伴隨有磁各向異性能和磁彈性能的改變，因此人們可以采取某種工藝措施，使鐵磁

34、質(zhì)的易磁化晶向擇優(yōu)取向，形成所需的織構(gòu)組織，并同時(shí)盡量降低其磁彈性能，進(jìn)而提高材料的磁性能。例如，通過(guò)冷加工或控制軋制工藝，可獲得軋制織構(gòu)（主要是易磁化方向的擇優(yōu)取向）；而通過(guò)磁場(chǎng)中退火工藝可獲得磁織構(gòu)（主要是易磁化方向和內(nèi)應(yīng)力的雙重?fù)駜?yōu)取向）。5）材料的成分與組織（合金化）材料的成分、組織對(duì)其磁化的影響非常復(fù)雜，很難總結(jié)其普遍規(guī)律。三綜合題：1.鐵磁性產(chǎn)生的兩個(gè)條件：原子有未被抵消的自旋磁矩（必要條件），可發(fā)生自發(fā)磁化（充分條件）。自發(fā)磁化的產(chǎn)生機(jī)理與條件：據(jù)鍵合理論，原子相互接近形成分子時(shí)，電子云要相互重疊，電子要相互交換位置。對(duì)過(guò)渡族金屬，原子的3d與4s態(tài)能量接近，它們電子云重疊時(shí)引起

35、了3d、4S態(tài)電子的交換。交換所產(chǎn)生的靜電作用力稱(chēng)為交換力，交換力的作用迫使相鄰原子的自旋磁矩產(chǎn)生有序的排列。2.闡明熱傳導(dǎo)的物理機(jī)制氣體：傳熱是通過(guò)分子碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)的 固體材料：不能象氣體那樣依靠質(zhì)點(diǎn)間的直接碰撞來(lái)傳遞熱能。固體中的導(dǎo)熱主要是由晶格振動(dòng)的格波（聲子-聲頻支或光子-光頻支 ）和自由電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的金屬：一般都有較大的熱導(dǎo)率。在金屬中由于有大量的自由電子，而且電子的質(zhì)量很輕，所以能迅速地實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。雖然晶格振動(dòng)對(duì)金屬導(dǎo)熱也有貢獻(xiàn)，但是次要的非金屬晶體：一般離子晶體的晶格中，自由電子很少，因此，晶格振動(dòng)是熱傳導(dǎo)的主要機(jī)制3.魏得曼弗蘭茲定律 在室溫下許多金屬的熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率之比/幾乎相同，而不隨金屬不同而改變。導(dǎo)電性好的材料，其導(dǎo)熱性也好。4.退磁的方法有哪些，同時(shí)請(qǐng)說(shuō)明每一種方法的退磁機(jī)制答：磁滯回線的起點(diǎn)不是飽