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：1. 磁化：物質(zhì)在磁場中由于受磁場的作用表現(xiàn)出來一定的磁性的現(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.磁化強度M：一個物體在外磁場中被磁化的程度，用單位體積內(nèi)磁矩多少來衡量，5.抗磁性：磁化方向與外加磁場方向相反，即當(dāng)磁化率或磁化強度M為負時，固體表現(xiàn)為抗磁性。 M/H0，很小，約為-10-4-10-6。6.順磁性：在外加磁場作用下，每個原子磁矩比較規(guī)則地取向，材料顯示極弱的磁性。磁化強度M與外磁場方向一致，M為正，而且M嚴(yán)格地與外磁場H成正比。7

2、.鐵磁性：過渡金屬Fe、Co、Ni和某些稀土金屬如Gd等物質(zhì)，無論是否施加外磁場，都具有永久磁矩，且在無外加磁場或較弱的磁場作用下，就能產(chǎn)生很大的磁化強度。室溫下的磁化率很大，可達106數(shù)量級，屬于強磁性物質(zhì)。8.熱傳導(dǎo)：當(dāng)固體材料一端的溫度比另一端高時，熱量會從熱端自動地傳向冷端的現(xiàn)象。9.熱阻：是材料對熱傳導(dǎo)的阻隔能力。11.熱膨脹：物體的體積或長度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹。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，又稱為抗熱震性。14.導(dǎo)體：可在電場作

3、用流動自由電荷的物體，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的電阻溫度系數(shù)的材料17、磁疇：未加磁場時鐵磁質(zhì)內(nèi)部已經(jīng)磁化到飽和狀態(tài)的若干個小區(qū)域。18、磁矯頑力：反磁化過程中，當(dāng)反向磁疇擴大到同正向磁疇大小相相等時，它們的磁化對外對外部的效果相互抵消，有效磁化強度為零，這時的磁場強度稱為磁矯頑力。19、磁化率：即單位外磁場強度下材料的磁化強度。它的大小反映了物質(zhì)磁化的難易程度，是材料的一個重要的磁參數(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，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的相互作用能稱為退磁場能。（磁化飽和后，慢慢減少H，則M亦減小，此過程為退磁。）23、磁導(dǎo)率: 反應(yīng)磁感應(yīng)強度隨外磁場的變化速率，單位與 相同，為亨/米 。其大小與磁介質(zhì)和隨外加磁場強度有關(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，即傳熱過程中，材料在x方向上各處的T是恒定的，與時間無關(guān)，Q/t是常數(shù)2、簡述材料熱容的定義，為什么說材料的等容熱容CV的物理本質(zhì)是材料內(nèi)能隨溫度的變化率時常需附加無相變、無化學(xué)反應(yīng)和無非體積功的條件？CV和CP的本質(zhì)差別是什么？對實際材料進行熱分析時，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，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)，只有在材料中無相變、無化學(xué)反應(yīng)和無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)。因為Cp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、簡述杜隆珀替經(jīng)典熱容理論模型和結(jié)果，評價其局限性。理論模型：把構(gòu)成晶體點陣的基元近似成獨立粒子和理想氣體，并只考慮其平均動能和勢能，沒有考

6、慮原子振動形成的格波。結(jié)果：CV=E/T=3R局限性：模型太簡化，結(jié)果僅反映當(dāng)TD時，CVm3R，且Cv與溫度無關(guān)，對單原子氣體的實驗結(jié)果是比較符合的。4、實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。一級相變導(dǎo)致等壓熱容出現(xiàn)不連續(xù)奇異，二級相變導(dǎo)致等壓熱容出現(xiàn)連

7、續(xù)奇異。5、一級相變、二級相變?nèi)绾谓缍?？為什么一級相變、二級相變在相變溫度點其熱容曲線會出現(xiàn)差異？在相變點，一級相變的特點是：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；二級相變的特點是：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。一級相變在相變點處其化學(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出現(xiàn)間斷奇異。二級相變的化學(xué)位一階偏導(dǎo)數(shù)在相變點連續(xù)，而二階偏導(dǎo)數(shù)在相變點不連續(xù)，故其等壓熱容在相變點出現(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)合力的大小？為什么簡諧振動近似無法說明熱膨脹的物理本質(zhì)？熱膨脹：材料在加

8、熱和冷卻過程中，其宏觀尺寸隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象。物理本質(zhì)：在非簡諧近似下，隨溫度增加，原子熱振動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。因為原子偏離平衡位置的距離Un與原子間作用力有關(guān)。因為簡諧近似下，原子的相互作用勢能展開函數(shù)近取到位移的二次項，該勢能函數(shù)是關(guān)于原子平衡位置對稱的。說明原子只以其平衡位置為中心振動，溫度增加時振幅和頻率增加。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影響材料的熱膨脹特性。熱膨脹曲線在一級相變點間斷奇異，在二級相變點連續(xù)變化。合金化對膨脹系數(shù)的影響很復(fù)雜，一定近似下的共性有

9、：單相連續(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和體積分數(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. 簡述由熱膨脹分析方法測繪過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的原理和方法，并說明為什么由膨脹曲線能獲得組織轉(zhuǎn)變量曲線？對不完全轉(zhuǎn)變又如何處理？原理：利用熱膨脹測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數(shù)方法：為了測繪等溫或連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線，必須首先把各試樣在等溫或連續(xù)冷卻條件下測得的膨脹曲線變換為相應(yīng)的轉(zhuǎn)變量-時間曲線，然后再繪制等溫或連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線。9. 解釋溫度場、溫度梯度、熱通量、導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻、導(dǎo)溫系數(shù)。溫度場：指物體內(nèi)溫度隨空間和時間的分布規(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）：指單位時間內(nèi)通過單位法向面積的熱量。導(dǎo)熱系數(shù)：對于導(dǎo)熱性質(zhì)各向同性的材料，有q=-·gradT，其中比例因子稱為導(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)動下的定向運輸過程。機制：熱量的載運者可以是自由電子（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，離子熱振動的振幅增大，電子就愈易受到散射，可認為與溫度成正比，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，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鍵獲離子鍵，使導(dǎo)電電子減少。若兩組元給出的價電子的能力相同（即兩個組元的電離勢幾乎沒差別），則所形成化合物的電阻值就低，若兩個組元的電離勢

13、相差較大，即一組元的給出電子被兩個組元吸收，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)電機理：在熱、光等外界條件的影響下，滿帶上的價電子獲得足夠的能量，躍過禁帶躍遷至空帶而成為自由電子，同時在滿帶中留下電子空穴，自由電子和電子空穴在外加電場的作用下定向移動形成電流。26.硼摻雜Si的導(dǎo)電機制：在本征半導(dǎo)體中，摻入3價硼元素的雜質(zhì)（硼，鋁，鎵，銦），就可以使晶體中空穴濃度大大增加。因為3價元素的原子只有3個價電子，當(dāng)它頂替晶格中的一個4價元素原子，并與周圍的4個硅（或鍺）原子組成4個共價鍵時，缺少一個價電子，形成一個空位。因為，3價元素形成的空位能級非?？拷鼉r帶頂?shù)哪芰浚趦r電子共有

14、化運動中，相鄰的原子上的價電子就很容易來填補這個空位（較躍遷至禁帶以上的空帶容易的多），從而產(chǎn)生一個空穴。所以每一個三價雜質(zhì)元素的原子都能接受一個價電子，而在價帶中產(chǎn)生一個空穴。 27.砷摻雜Si的導(dǎo)電機理：本征半導(dǎo)體中摻入5價元素（磷，砷，銻）就可使晶體中的自由電子的濃度極大地增加。因為5價元素的原子有5個價電子，當(dāng)它頂替晶格中的一個4價元素的原子時，余下了1個價電子變成多余的，此電子的能級非?？拷鼘?dǎo)帶底，非常容易進入導(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。 低場強下，存在離子電導(dǎo)；高場強下，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,有些極化形式可引起損耗。一方面：極化過程中離子要在E作用下克服熱運動消耗能量，引起損耗。 另一方面：松弛極化建立時間較長，極化跟不上外E的變化（特別是交流頻率較高時），所造成的電矩往往滯后于E，即E達最大時，極化引起的極化電荷未達最大，當(dāng)E開始減小時，極化仍繼續(xù)增至最大值后才開始減小，當(dāng)E為0時，極化尚未完全消除，當(dāng)外E反向時，極板上遺留的部分電荷中和了電源對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，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)向時引起較大內(nèi)應(yīng)力，這種轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定。當(dāng)外加電場撤去后，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.如何評價材料的導(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價材料的導(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？溫度如何影響費米能級？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，因為部分電子被激發(fā)，費米半徑減小，材料原子的費米面略微下降，但在很大的溫度范圍內(nèi)，可近似認為不受溫度影響。對于自由電子，溫度上升使其能量提高，運動速度加快，但均勻的溫度場只能使其作方向隨機的熱運動，只有不均勻的溫度場才能使其產(chǎn)生定向漂移；對于費米面以下靠近費米面的價電子，溫度場能促進其激發(fā)，能增加材料的有效電子數(shù)量；對于離子，增加溫度則顯著提高其熱振動的振幅和頻率，即增加聲子的數(shù)量，其效果是極大地增加了離子實對電子的散射幾率；另外還可能改變

18、晶格周期場和電子的有效質(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？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)電理論認為原子核外的所有價電子都參與了導(dǎo)電，而量子導(dǎo)電理論則是通過費米能級和費米面這一概念將價電子劃分為兩種狀態(tài)，并且認為只有越過費米面之上的價電子（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場對其的作用，那么電子的本證波函數(shù)就會變成一種由晶格周期勢場調(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，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)被稱為允帶，相應(yīng)的理論也被稱為能帶理論。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函數(shù)采用不同的近似，使得晶格周期勢場的起伏程度不同，晶格周期勢場無起伏時稱為自由電子近似，晶格周期勢場起伏不大時稱為近自由電子近似，晶格周期勢場起伏很大時稱為緊束縛近似。34、孤立原子相互靠近時，為什么會發(fā)生能級分裂和形成能帶？禁帶的形成規(guī)律是什么？何為材料的能帶結(jié)構(gòu)？能級分裂：將N個原子逐漸靠近，原子之間的相互作用逐漸增強

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)將會發(fā)生重疊，簡并會解除，原孤立原子能級分裂為N個靠得很近的能級；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)兩個原子靠近時，核外電子的交互作用逐漸增強，最外面的價電子最先產(chǎn)生交互作用，電子的能級發(fā)生交疊。因為越是處于外層的電子，其能量越高，能級量子數(shù)越大，所以這種能級交疊首先發(fā)生在價電子層，由于受到泡利不相容原理的限制，能級雖然發(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)的能級密度就越高，這種交疊結(jié)果使許多能級聚集到一起形成了能帶。本征能量的函數(shù)的間斷點出現(xiàn)在布里淵區(qū)的界面處，能級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函數(shù)的傅立葉展開式中相應(yīng)項的系數(shù)的二倍，當(dāng)能級的間斷寬度達到一定程度而使得大多數(shù)電子不能夠跨越時，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、能級差和費米能級在其中位置等。35、在布里淵區(qū)的界面附近，費米面和能級密度函數(shù)有何變化規(guī)律？哪些條件下會發(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。費米面變化規(guī)律：考慮到晶格周期勢場影響時，費米面在與布里淵區(qū)界面的交界處不連續(xù)，費米面有可能穿越布里淵區(qū)，受布里淵區(qū)的界面的影響，費米面的形狀會發(fā)生畸變，這種影響和畸變程度隨兩個面間距的減小而加劇。能級密度函數(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，球殼外表面就會破裂，進而也會使整個球殼變得千瘡百孔，支離破碎，k空間等厚度球殼微元體的體積就會逐步減小，該階段N（E）曲線會顯著下降。當(dāng)部分球殼穿越第一布里淵區(qū)進入第二布里淵區(qū)后，N（E）曲線會重新上升。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；晶格周期勢場傅立葉展開級數(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動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場調(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，原來準(zhǔn)連續(xù)的能級現(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能級上自由地跨越和變動，而必須跨過禁帶才能到達不同的能級中，這需要外界提供額外的能量，材料的能帶結(jié)構(gòu)以及費米面在能帶中的位置因素必然會影響電子的激發(fā)躍遷行為，進而影響材料的導(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。導(dǎo)體中含有未滿帶，在外場的作用下，未滿帶上的電

24、子分布發(fā)生偏移，從而改變了原來的中心堆成狀態(tài)，占據(jù)不同狀態(tài)的電子鎖形成的運動電流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了宏觀電流；絕緣體不含未滿帶，滿帶中的電子不會受外場的作用而產(chǎn)生偏離平衡態(tài)的分布，而一些含有空帶的絕緣體，也因為禁帶間隙過大，下層滿帶的電子無法躍遷到空帶上來形成可以導(dǎo)電的未滿帶，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似，區(qū)別是其禁帶能隙比較小，當(dāng)受到熱激發(fā)或外場作用時，滿帶中的電子比較容易越過能隙，進入上方空的允帶，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

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)和晶格作用場的狀況；晶格中存在缺陷時，材料導(dǎo)電能力下降。外在因素：溫度場、電場、磁場 溫度能夠增大自由電子的能量，但同時也會使得原子中自由電子的運動狀態(tài)變得更加無序，總體上來講，金屬的電阻隨著溫度的升高而增大；電場能夠使電子發(fā)生定向漂移，磁場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、磁場強度、磁化強度、磁感應(yīng)強度（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：任何磁極和運動電荷（或電流）都能在其周圍產(chǎn)生磁場，磁場的特性是能使其中的磁介質(zhì)磁化，對在其中運動的電荷或載流導(dǎo)體產(chǎn)生作用力并對它們做功。磁感應(yīng)強度B：表征不同介質(zhì)中磁場強弱和方向的物理量。磁場強度H：任何介質(zhì)中，磁場中某點處的磁感應(yīng)強度與該點磁導(dǎo)率的比值被定義為該點的磁場強度。消除了磁介質(zhì)對磁場強弱的影響。磁化強度M：M=H，其中，為該磁介質(zhì)的磁化率。磁導(dǎo)率mr：mr=1+定義為材料的相對磁導(dǎo)率，簡稱磁導(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，與H無關(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的磁矩和各自由電子的自旋磁矩在外磁場中的取向過程中造成的。42簡述鐵磁質(zhì)磁化曲線和磁滯回線的特點，解釋剩余磁感應(yīng)強度和矯頑力；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)的磁化強度M（或磁感應(yīng)強度B）隨外磁場強度H的變化曲線，分為靜態(tài)磁化曲線和動態(tài)磁化曲線（磁滯回線）。鐵磁質(zhì)的磁化曲線的特點:鐵磁質(zhì)的靜態(tài)磁化曲線按磁化強度隨外磁場的變化規(guī)律大致可分為

28、三個階段。第一階段磁化強度隨外磁場緩慢增加；撤除外磁場，磁化強度恢復(fù)為原始值（可逆磁化）。 第二階段磁化強度隨外磁場強度增加而快速增加；去除外磁場，磁化強度不能完全恢復(fù)至原始狀態(tài)（不可逆磁化或有剩磁）。第三階段磁化強度又隨外磁場強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強度和磁場強度的變化頻率及變化波形有關(guān)；頻率一定時，隨交變磁場強度幅值的減小，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)橢圓形的磁場強度幅值的范圍擴大，且各磁場強度幅值下回線的矩形比 增大。2）磁滯回線中，外磁場減小為零時，鐵磁質(zhì)所具有的磁感應(yīng)強度為剩余磁感應(yīng)強度，簡稱為剩磁；為使剩磁降低為零而施加

29、的反向外磁場強度，稱為矯頑力。4) 外磁場與鐵磁質(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強度H，該處的磁導(dǎo)率m0，該磁矩mJ的大小和磁矩與外磁場的夾角有關(guān)。6）使更多的磁矩轉(zhuǎn)向與外磁場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） 外磁場對鐵磁單晶體的磁化，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。容易磁化的晶向為易磁化方向，難磁化的晶向為難磁化方向。2） 磁化功是磁介質(zhì)磁化過程中，外磁場對其所做的功。3） 磁介質(zhì)在磁化過程中，外磁場對其所做的功轉(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行。44.何謂磁疇？簡述鐵磁質(zhì)磁疇結(jié)構(gòu)特點，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) 是對磁疇的形態(tài)、尺寸、取向、疇壁類型、疇壁厚度及其組成形式的一種描述，類似金屬材料的組織，因此也稱磁疇組態(tài)。磁疇結(jié)構(gòu)的特點：a）磁疇分為主疇和副疇，主疇一般都為大而長的片狀或棱柱狀，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)矛盾運動，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)向的過渡區(qū)。有兩種類型。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，牽涉的過渡原子總數(shù)會增加，這會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，體系的熱運動能量（）增加，它阻礙或破壞原子磁矩或自旋磁性的有序性，對順磁性、鐵磁性磁化過程均有不利影響；溫度增加，原子（或離子）熱振動振幅增加（熱振動）、原子平均間距增大（熱膨脹），進而能改變原子間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，表示磁致收縮；，表示拉應(yīng)力，表示壓應(yīng)力，則：同號，有利磁化；異號，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，并同時盡量降低其磁彈性能，進而提高材料的磁性能。例如，通過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）；而通過磁場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)力的雙重擇優(yōu)取向）。5）材料的成分與組織（合金化）材料的成分、組織對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)生機理與條件：據(jù)鍵合理論，原子相互接近形成分子時，電子云要相互重疊，電子要相互交換位置。對過渡族金屬，原子的3d與4s態(tài)能量接近，它們電子云重疊時引起

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)的物理機制氣體：傳熱是通過分子碰撞來實現(xiàn)的 固體材料：不能象氣體那樣依靠質(zhì)點間的直接碰撞來傳遞熱能。固體中的導(dǎo)熱主要是由晶格振動的格波（聲子-聲頻支或光子-光頻支 ）和自由電子的運動來實現(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，所以能迅速地實現(xiàn)熱量的傳遞。雖然晶格振動對金屬導(dǎo)熱也有貢獻，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，晶格振動是熱傳導(dǎo)的主要機制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，同時請說明每一種方法的退磁機制答：磁滯回線的起點不是飽