材料物理性能復(fù)習(xí)題

1、1、 名詞解釋光矢量：即是光波的電場強(qiáng)度矢量。雙折射：當(dāng)光束通過各向異性介質(zhì)表面時(shí)，折射光會分成兩束沿著不同的方向傳播，這種由一束入射光折射后分成兩束光的現(xiàn)象。光軸：通過改變?nèi)肷涔獾姆较?，可以發(fā)現(xiàn)，在晶體中存在一些特殊的方向，沿著這些方向傳播的光不會發(fā)生雙折射，這些特殊的方向稱為晶體的光軸。熱膨脹：物質(zhì)在加熱或冷卻時(shí)的熱脹冷縮現(xiàn)象稱為熱膨脹。朗伯特定律：，在介質(zhì)中光強(qiáng)隨傳播距離呈指數(shù)形式衰減的規(guī)律即稱為朗伯特定律。熱穩(wěn)定性：指材料承受高溫的急劇變化而不致破壞的能力，也稱為抗熱震性。滯彈性：指材料在交變載荷的情況下表現(xiàn)為應(yīng)變對應(yīng)力的滯后特性即稱為滯彈性。應(yīng)力感生有序：溶解在固溶體中孤立的間隙原子

2、，置換原子，在外加應(yīng)力時(shí)，這些原子所處的位置的能量即出現(xiàn)差異，因而原子要發(fā)生重新分布，即產(chǎn)生有序排列，這種由于應(yīng)力引起的原子偏離無序狀態(tài)分布叫應(yīng)力感生有序。穆斯堡耳效應(yīng)：固體中的無反沖核共振吸收即為穆斯堡爾效應(yīng)。高分子的分子結(jié)構(gòu)：指除具有低分子化合物所具有的，如同分異構(gòu)、幾何異構(gòu)、旋光異構(gòu)等結(jié)構(gòu)特征之外，還有高分子量，通常由103105個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成的眾多結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：是指大分子堆砌、排列的形式和結(jié)構(gòu)。均方末端距：是描述高分子鏈的形狀和大小時(shí)采用末端距的2次方的平均值，用2表示，稱為均方末端距。2、 填空題1、 下圖為聚合物的蠕變和回復(fù)曲線，可見一個(gè)聚合物材料的總形變是三種形變

3、之和，其中 1為普彈形變、 2為高彈形變、 3為粘性流動。 2、 從微觀上分析，光子與固體材料相互作用的兩種重要結(jié)果是：電子極化和電子能態(tài)轉(zhuǎn)變3、 在光的非彈性散射光譜中，出現(xiàn)在瑞利線低頻側(cè)的散射線統(tǒng)稱為斯托克斯線，而在瑞利線高頻側(cè)的散射線統(tǒng)稱為反斯托克斯線。4、 摻雜在各種基質(zhì)中的三價(jià)稀土離子，它們產(chǎn)生光學(xué)躍遷的是4f電子。5、 紅寶石是歷史上首先獲得的激光材料，它的發(fā)光中心是Cr3+ 離子。6、 非穩(wěn)態(tài)法測量材料的熱導(dǎo)率是根據(jù)試樣溫度場隨時(shí)間變化的情況來測量材料熱傳導(dǎo)性能的方法。7、 彈性模量的物理本質(zhì)是標(biāo)志原子間結(jié)合力的大小。8、 測量彈性模量的方法有兩種：一種是靜態(tài)測量法，另一種是動態(tài)

4、測量法。9、 圖中表示曲線（a）表示熔融石英玻璃（SiO2）、曲線（b）表示非晶態(tài)聚苯乙烯（PS）的熱導(dǎo)率隨溫度的變化。 題9圖 題10圖10、 下圖為銅單晶的對數(shù)減縮量與應(yīng)變振幅的關(guān)系。其中1是由位錯(cuò)被釘扎時(shí)阻尼振動引起的，H是由位錯(cuò)脫釘過程引起的。11、 按照形成聚合物的元素種類通常把聚合物分為有機(jī)聚合物、無機(jī)聚合物和元素有機(jī)聚合物。12、 一光纖的芯子折射率n1=1.62，包層折射率n2=1.52，試計(jì)算光發(fā)生全反射的臨界角C=69.76o。13、 光線波導(dǎo)的纖芯相是高折射率材料，而包層是低折射率材料。3、 簡答題1、簡述固體吸收和發(fā)光的三種機(jī)制，并畫出相應(yīng)的示意圖。 （140頁） 答：

5、固體吸收和發(fā)光的三種機(jī)制是：受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射。受激吸收是固體吸收一個(gè)光子的過程，固體粒子由E1能級躍遷到E2，光子能量hv=E2-E1；自發(fā)輻射是固體發(fā)射一個(gè)光子的過程，固體中粒子由E2能級躍遷到E1，光子能量hv=E2-E1；受激輻射是當(dāng)一個(gè)能量滿足E2-E1=hv的光子趨近高能級E2的原子，有可能誘導(dǎo)高能級原子發(fā)射一個(gè)和自己性質(zhì)完全相同的光子，此受激光子與入射光子具有相同頻率、方向和偏振狀態(tài)。示意圖如下： 題1圖 題2圖2、 試用雙原子模型說明固體熱膨脹的物理本質(zhì)。 （176頁）答：如圖，U1（T1）、U2（T2）、U3（T3）為不同溫度時(shí)的能量，當(dāng)原子熱振動通過平衡位置r0時(shí)

6、，全部能量轉(zhuǎn)化為動能，偏離平衡位置時(shí)，動能又逐漸轉(zhuǎn)化為勢能；到達(dá)振幅最大值時(shí)動能降為零，勢能打到最大。由勢能曲線的不對稱可以看到，隨溫度升高，勢能由U1（T1）、U2（T2）向U3（T3）變化，振幅增加，振動中心就由r0'，r0''向r0'''右移，導(dǎo)致雙原子間距增大，產(chǎn)生熱膨脹。3、 聚乙烯在下列條件下緩慢結(jié)晶，各生成什么樣的晶體？（1）從極稀溶液中緩慢結(jié)晶：片晶（2）從熔體中結(jié)晶：球晶（3）極高壓力下固體擠出：纖維狀晶體（4）在溶液中強(qiáng)烈攪拌下結(jié)晶：串晶4、 試說明滯彈性內(nèi)耗的特征以及它與靜滯后型內(nèi)耗和阻尼共振型內(nèi)耗的區(qū)別。 （271頁） 答

7、：滯彈性內(nèi)耗的特征是：應(yīng)變-應(yīng)力滯后回線的出現(xiàn)是由于實(shí)驗(yàn)的動態(tài)性質(zhì)所決定的。即回線的面積與振動頻率相關(guān)，與振幅無關(guān)。靜滯后型內(nèi)耗與滯彈性內(nèi)耗剛好相反，其回線面積與振動頻率無關(guān)，而與振幅相關(guān)，但不是單純的線性關(guān)系。阻尼共振型內(nèi)耗與滯彈性內(nèi)耗相似，與振幅無關(guān)，與頻率密切相關(guān)，不同的是阻尼共振型內(nèi)耗所對應(yīng)的頻率一般對溫度不敏感，而前者的弛豫時(shí)間對溫度卻很敏感。5、 簡述高分子鏈的構(gòu)象的自由連接鏈模型。 （340頁）答：高分子鏈構(gòu)象的自由連接鏈模型：一個(gè)高分子鏈?zhǔn)怯珊艽髷?shù)目的單鏈所組成，這些單鏈可以自由轉(zhuǎn)動，即可在空間各個(gè)方向自由取向，形成無數(shù)而可區(qū)別的構(gòu)象。6、 說明為什么橡膠急劇拉伸時(shí)，橡膠的溫度

8、上升，而緩慢拉伸時(shí)，橡膠發(fā)熱。 答：（1）急劇拉伸時(shí),絕熱條件下，對于無熵變。吉布斯自由能的變化 （1） （2） （3） ， （4） 此現(xiàn)象稱為高夫朱爾效應(yīng)，是橡膠熵彈性的證明。（2）緩慢拉伸時(shí)，由于等溫條件，利用（1）式，吸收的熱量 ， 7、 產(chǎn)生光吸收的原因是什么？ （121頁）答：當(dāng)光穿過介質(zhì)時(shí)，入射光子的能量與介質(zhì)中某兩個(gè)能態(tài)之間的能量差值相等時(shí)，引起介質(zhì)的價(jià)電子躍遷或使原子振動而消耗能量，此外，介質(zhì)中的價(jià)電子會吸收光子而激發(fā)，當(dāng)尚未退激時(shí)，在運(yùn)動中與其他分子碰撞，電子的能量轉(zhuǎn)化為分子的動能即熱能，從而構(gòu)成光能的衰減，即產(chǎn)生光吸收。8、 玻璃、陶瓷等大部分無機(jī)材料在電磁波譜的可見光區(qū)都

9、有良好的透過性，這是為什么？答：在電磁波譜的可見光區(qū)，電介質(zhì)材料包括玻璃、陶瓷等大部分無機(jī)材料的價(jià)電子所處的能帶是填滿的，它不能吸收光子而自由運(yùn)動，而光子能量又不足以使價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶，所以在一定波長范圍內(nèi)，吸收系數(shù)很小，即可見光譜波長范圍內(nèi)，此時(shí)電介質(zhì)就可在可見光譜區(qū)域有良好的透過性。9、 熱應(yīng)力主要來源于哪三個(gè)方面？ （231頁）答：熱應(yīng)力主要來源于下列三個(gè)方面：（1）因熱脹冷縮受到限制而產(chǎn)生的熱應(yīng)力；（2）多相復(fù)合材料因各相膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力；（3）因溫度梯度而產(chǎn)生熱應(yīng)力。10、 試述鐵磁合金熱膨脹反?，F(xiàn)象及其應(yīng)用。 （183頁）答：對于鐵磁性金屬鐵、鈷、鎳膨脹系數(shù)隨溫度變化不符

10、合一般規(guī)律，而是在正常的膨脹曲線上出現(xiàn)附加的膨脹峰，這就是鐵磁金屬的熱膨脹反?，F(xiàn)象。應(yīng)用是：調(diào)整合金成分可以獲得低膨脹合金或定膨脹合金。11、 畫出恒應(yīng)力下的應(yīng)變弛豫和恒應(yīng)變下的應(yīng)力弛豫過程示意圖。 （265頁） 應(yīng)變弛豫 應(yīng)力弛豫12、 試說明產(chǎn)生彈性的鐵磁性反?，F(xiàn)象的物理本質(zhì)及其應(yīng)用。 （255頁） 答：產(chǎn)生彈性的鐵磁性反?，F(xiàn)象的物理本質(zhì)是由于鐵磁體中磁致伸縮的存在引起附加應(yīng)變所造成的。對于未被磁化到飽和的鐵磁材料，所有磁疇并沒有沿著同一個(gè)方向排列，在外力作用下發(fā)生彈性形變時(shí)，磁疇的磁矩將會轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生相應(yīng)的磁致伸縮（力致伸縮）；在拉伸時(shí)，具有正的磁致伸縮的材料，其磁疇矢量將轉(zhuǎn)向垂直于拉伸方

11、向，同樣在拉伸方向上產(chǎn)生附加拉伸。 應(yīng)用是因瓦合金和艾林瓦合金，即彈性模量溫度系數(shù)接近于零的恒彈性合金。13、 何為穆斯堡爾效應(yīng)？為什么只有利用固體發(fā)射源和吸收體才能實(shí)現(xiàn)穆斯堡爾效應(yīng)？ 答：穆斯堡爾效應(yīng)：固體中的原子核由于鍵合作用被牢牢的固定在點(diǎn)陣的晶位上，在發(fā)射和吸收y光子時(shí)都不能從晶位上偏離，這時(shí)受到反沖的不再是單個(gè)原子，而是整個(gè)晶體，這種無反沖核磁共振吸收即為穆斯堡爾效應(yīng)。 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)證明，只有在固體尤其是一些合金、硅酸鹽化合物中實(shí)現(xiàn)無反沖核共振吸收的原子核占的比例較大14、 請解釋AL203單晶的熱導(dǎo)率隨溫度變化的關(guān)系曲線。 答：（1）在很低溫度下， l：已增大到晶粒的大小，達(dá)到了上限，

12、因此l值基本上無多大變化；Cv（熱容）：在低溫下與T3成正比；V：常數(shù)。所以也近似與T3成比例的變化，隨著溫度升高，迅速增大。（2）溫度繼續(xù)升高，Cv隨溫度T的變化不再與T3成比例，并在德拜溫度以后，趨于一恒定值；l值因溫度升高而減小，并成了主要影響因素。因此，值隨溫度升高而迅速減小。（3）在更高的溫度下，Cv已基本上無變化；l值也漸趨于下限。所以，隨溫度的變化變得緩和，在達(dá)到1600K的高溫后，值又有少許回升。這是高溫時(shí)輻射傳熱帶來的影響。4、 計(jì)算題1、今有分子量為1×104和5×104的兩種高聚物，試計(jì)算： （1）在分子數(shù)相同的情況下共混時(shí)數(shù)均分子量和重均分子量； （

13、2）在重量相同的情況下共混時(shí)的數(shù)均分子量和重均分子量。解：（1）當(dāng)分子數(shù)相同時(shí)，設(shè)兩種高聚物分子數(shù)為n，則：數(shù)均分子量重均分子量（2）當(dāng)重量相同時(shí)，設(shè)兩種高聚物重量均為m，則：數(shù)均分子量重均分子量2、一玻璃對水銀燈藍(lán)、綠譜線=4358Å和5461Å的折射率分別為1.6525和1.6425，用次數(shù)據(jù)定出Cauchy近似經(jīng)驗(yàn)公式的常數(shù)A和B，然后計(jì)算對納黃線=5893Å的折射率n及色散率dn/d值。 解：對藍(lán)譜線=4358Å，有 對綠譜線=5461Å，有 因此A=1.624964 B=522969.1當(dāng)納黃線=5893Å時(shí)，由 得 因此3

14、、一熱機(jī)部件由氮化硅制成，熱導(dǎo)率為18.4W·m-1·K-1，最大厚度rm=0.12m，表面熱傳導(dǎo)系數(shù)h1為500J/（m2·s·K），假定形狀因子S=1，請估算能承受熱沖擊的最大允許溫差Tmax。Si3N4有關(guān)參數(shù)為：=275×10-6/K；E=379GPa；f=345MPa；=0.25。解：Si3N4陶瓷能承受的熱沖擊的最大允許溫差：根據(jù)題中有關(guān)數(shù)據(jù)即可得：一、 概念題1.電疇：晶體中存在一些不同方向的自發(fā)極化區(qū)域(domain).在鐵電體中，固有電極矩在一定的子區(qū)域內(nèi)取向相同這些區(qū)域就稱為電疇。（取向相同的固有電偶極矩）電疇的排列方式分為

15、180度電疇（反平行）和90度電疇。因而不加電場時(shí)，整個(gè)晶體總電矩為零。2.疇壁：兩疇之間的界壁稱為疇壁。3.馬基申等人把固溶體電阻率看成由金屬基本電阻率(T)和殘余電阻殘組成。 即（T）殘 稱為馬基申定律。根據(jù)馬基申定律，在高溫時(shí)金屬的電阻率基本上取決于(T) ，而在低溫時(shí)取決于殘。既然殘是電子在雜質(zhì)和缺陷上的散射引起的，那么殘的大小就可以用來評定金屬的電學(xué)純度。4.導(dǎo)體：可在電場作用流動自由電荷的物體，能傳導(dǎo)電流的元件5.絕緣體：不善于傳導(dǎo)電流的物質(zhì)6.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7.壓電體：能產(chǎn)生壓電效應(yīng)的晶體材 8. 電介質(zhì)的擊穿，當(dāng)施加在電介質(zhì)上的電

16、壓增大到一定值時(shí)，使電介質(zhì)失去絕緣性的現(xiàn)象稱為擊穿(breakdown)。擊穿形式：1）電擊穿， 是一電過程，僅有電子參與； 2）熱擊穿；3）化學(xué)擊穿9.介質(zhì)損耗：.電介質(zhì)在電場作用下，單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量稱電介質(zhì)的損耗功率。介質(zhì)損耗形式： 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。2）極化損耗10超導(dǎo)體：材料失去電阻的狀態(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)，存在電阻的狀態(tài)稱為正常態(tài)，具有超導(dǎo)態(tài)的材料稱為超導(dǎo)體。11接觸電性：兩種不同的材料接觸，由于它們可以有不同的相、不同的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)，所以在它們的交

17、界面上不可避免地要發(fā)生載流子的某種行為，由此而引起兩種材料單獨(dú)存在時(shí)所沒有的新的電學(xué)效應(yīng)，稱為接觸電性。12、熱電效應(yīng)：電位差、溫度差、電流、熱流之間存在著的交叉聯(lián)系構(gòu)成了熱點(diǎn)效應(yīng)。第一個(gè)熱電效應(yīng)塞貝克效應(yīng)：兩種下同的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若在兩接頭處存在溫度差，則回路中將有電勢及電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效第二個(gè)熱電效應(yīng)玻爾貼效應(yīng)：當(dāng)有電流通過兩個(gè)不同導(dǎo)體組成的回路時(shí)，除產(chǎn)生焦耳熱外，在兩接頭處還分別出現(xiàn)吸收或放出熱量Q的現(xiàn)象， Q稱為玻爾帖熱，此現(xiàn)象稱為玻爾帖效應(yīng)，第三個(gè)熱電效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)：當(dāng)電流通過具有一定溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，除產(chǎn)生焦耳熱外，另有一橫向熱流流入或流出導(dǎo)體（即吸熱或放熱）

18、，此種熱電現(xiàn)象稱為湯姆遜效應(yīng)。13、熱釋電效應(yīng)：在某些絕緣物中，由于溫度變化而引起電極化狀態(tài)改變的現(xiàn)象。14、磁疇：未加磁場時(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。15、磁致伸縮材料：鐵磁體在磁場中磁化時(shí)，其尺寸或體積發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。具有磁致伸縮效應(yīng)的材料稱為磁致伸縮材料。16、磁電阻效應(yīng)：磁場對載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的載流子起作用致使電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象17、磁矯頑力：反磁化過程中，當(dāng)反向磁疇擴(kuò)大到同正向磁疇大小相相等時(shí)，它們的磁化對外對外部的效果相互抵消，有效磁化強(qiáng)度為零，這時(shí)的磁場強(qiáng)度稱為磁矯頑力。18、磁化率：即單位外磁場強(qiáng)度下材料的磁化強(qiáng)度。它的大小反映了物質(zhì)磁化的

19、難易程度，是材料的一個(gè)重要的磁參數(shù)。19、磁導(dǎo)率: 反應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)度有關(guān)。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、光電效應(yīng)：是指光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。（百度的）24、一般吸收：在光學(xué)材料中，石英對所有可見光幾乎都透明的，在紫外波段也有很好的透光性能，且吸收系數(shù)不變，這種

20、現(xiàn)象為一般吸收。25.選擇吸收：在光學(xué)材料中，石英對于波長范圍為3.55.0m的紅外光卻是不透明的，且吸收系數(shù)隨波長劇烈變化，這種現(xiàn)象為選擇吸收。26折射率的色散：材料的折射率隨入射光的頻率的減小而減小，這種現(xiàn)象稱為折射率的色散。27.光生伏特效應(yīng)：是指半導(dǎo)體在受到光照射時(shí)產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。（百度的）28光的非彈性散射：當(dāng)光通過介質(zhì)時(shí)，從側(cè)向接受到的散射光主要是波長（或頻率）不發(fā)生變化的瑞利散射光，屬于彈性散射。當(dāng)使用高靈敏度和高分辨率的光譜儀，可以發(fā)現(xiàn)散射光中還有其它光譜成分，它們在頻率坐標(biāo)上對稱地分布在彈性散射光的低頻和高頻側(cè)，強(qiáng)度一般比彈性散射微弱得多。這些頻率發(fā)生改變的光散射是入射光子

21、與介質(zhì)發(fā)生非彈性碰撞的結(jié)果，稱為非彈性散射。29發(fā)射光譜：發(fā)射光強(qiáng) 發(fā)射光波長· 指在一定的激發(fā)條件下發(fā)射光強(qiáng)按波長的分布。· 其形狀與材料的能量結(jié)構(gòu)有關(guān)。· 反映材料中從高能級始發(fā)的向下躍遷過程。激發(fā)光譜：發(fā)光強(qiáng)度 激發(fā)光波長· 指材料發(fā)射某一特定譜線（或譜帶）的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)光的波長而變化的曲線· 能夠引起材料發(fā)光的激發(fā)波長也一定是材料可以吸收的波長，但激發(fā)光譜吸收光譜（因?yàn)橛械牟牧衔展夂蟛灰欢〞l(fā)射光，把吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉對發(fā)光沒有貢獻(xiàn)的吸收是不會在激發(fā)光譜上反映的）。· 反映材料中從基態(tài)始發(fā)的向上躍遷過程。 30發(fā)

22、光壽命：發(fā)光壽命指發(fā)光體在激發(fā)停止之后持續(xù)發(fā)光時(shí)間的長短。31. 發(fā)光效率：· 量子效率q：指發(fā)射光子數(shù)nout與吸收光子數(shù)（或輸入的電子數(shù)） nin之比。· 功率效率p：表示發(fā)光功率Pout與吸收光功率（或輸入的電功率）Pin之比。· 光度效率l：表示發(fā)射的光通量L與輸入的光功率（或電功率）Pin之比。32.受激輻射：對于物質(zhì)中處于高能級上的原子，如果在它發(fā)生自發(fā)輻射以前，受到頻率的外來光子的作用，就有可能在外來光子的影響下，發(fā)射出一個(gè)同樣的光子，而由高能級躍遷到低能級上。這種輻射不同于自發(fā)輻射，稱為受激輻射。（百度的）33.熱阻：是材料對熱傳導(dǎo)的阻隔能力。34

23、.杜隆-柏替定律：元素的熱容定律（杜隆珀替定律）： 恒壓下，元素的摩爾熱容為25J/(Kmol)，輕元素例外。35.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。36.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。37.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。38.因瓦效應(yīng)：材料在一定溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的膨脹系數(shù)值低于正常規(guī)律的膨脹系數(shù)值的現(xiàn)象。二簡答題：（1）電介質(zhì)電導(dǎo)的概念，詳細(xì)類別，來源答：并不是所有的電介質(zhì)都是理想的絕緣體，在外電場作用下，介質(zhì)中都會有一個(gè)很小的電流。稱為泄露電流。導(dǎo)電方

24、式有：電子與空穴（電子電導(dǎo)）；可移動的正負(fù)離子和離子空位。對于離子電導(dǎo)，必須需要指出的是：在較低場強(qiáng)下，存在離子電導(dǎo)；在高場強(qiáng)下，呈現(xiàn)電子電導(dǎo)。晶體的離子電導(dǎo)分為兩類：一類是源于晶體點(diǎn)陣中基本離子的運(yùn)動，稱為離子固有電導(dǎo)或本征電導(dǎo)，這種電導(dǎo)是熱缺陷形成的，即是由離子自身隨著熱運(yùn)動的加劇而離開晶格點(diǎn)陣形成。另一類是源于結(jié)合力較弱的雜質(zhì)離子的運(yùn)動造成的，稱為雜質(zhì)電導(dǎo)（2）硬磁材料與軟磁材料各自的特點(diǎn)與區(qū)別答：軟磁材料：磁滯回線瘦長，易于磁化，也易于退磁，高、 Ms高、 Hc小、 Mr低硬磁（永磁）材料：磁滯回線短粗，磁化后不易退磁，低、 Hc與 Mr高（3）請簡要回答熱電性的三個(gè)基本熱電效應(yīng)答：第

25、一個(gè)熱電效應(yīng)塞貝克效應(yīng)：兩種下同的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若在兩接頭處存在溫度差，則回路中將有電勢及電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。第二個(gè)熱電效應(yīng)玻爾貼效應(yīng)：當(dāng)有電流通過兩個(gè)不同導(dǎo)體組成的回路時(shí)，除產(chǎn)生焦耳熱外，在兩接頭處還分別出現(xiàn)吸收或放出熱量Q的現(xiàn)象， Q稱為玻爾帖熱，此現(xiàn)象稱為玻爾帖效應(yīng)。第三個(gè)熱電效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)：當(dāng)電流通過具有一定溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，除產(chǎn)生焦耳熱外，另有一橫向熱流流入或流出導(dǎo)體（即吸熱或放熱），此種熱電現(xiàn)象稱為湯姆遜效應(yīng)。（4）電滯回線的各個(gè)物理量的名稱及物理意義答： P：電極化強(qiáng)度 Pr：剩余電極化強(qiáng)度 Ps：飽和電極化強(qiáng)度 E： 外電場強(qiáng)度 Eo：矯頑電場強(qiáng)度 （5

26、）磁滯回線的各個(gè)物理量的名稱及物理意義答： CD段：退磁曲線MS：飽和磁化強(qiáng)度BS：飽和磁感強(qiáng)度Mr：剩余磁化強(qiáng)度Br：剩余磁感強(qiáng)度HC：矯頑力 Hs: 飽和外加磁場強(qiáng)度 Hr: 剩余磁場強(qiáng)度 （6）請基于磁化率大小給物質(zhì)磁性分類，并說明各類的物質(zhì)磁化難易程度答： 稱為物質(zhì)的磁化率, 它的大小反映了物質(zhì)磁化的難易程度 1)抗磁性材料：為甚小負(fù)常數(shù) 2)反鐵磁性材料：是甚小的正常數(shù) 3)順磁磁性材料：為正常數(shù) 4）亞鐵磁性材料：類似鐵磁體，但值沒有鐵磁體大 5）鐵磁性材料：為很大的正常數(shù) 7) 簡要回答物質(zhì)磁性的本源答: 任何物質(zhì)由原子組成，原子又有帶正電的原子核（核子）和帶負(fù)電的電子構(gòu)成。核子

27、和電子本身都在做自旋運(yùn)動，電子又沿一定軌道繞核子做循規(guī)運(yùn)動。它們的這些運(yùn)動形成閉合電流，從而產(chǎn)生磁矩。材料磁性的本源是：材料內(nèi)部電子的循規(guī)運(yùn)動和自旋運(yùn)動。8) 為什么自發(fā)磁化要分很多磁疇。答;從能量的觀點(diǎn)，這種磁疇的形成是能量最小原則的必然結(jié)果，形成磁疇是為了降低系統(tǒng)的能量。由于交換作用力圖使整個(gè)晶體自發(fā)磁化至飽和，磁化顯然沿晶體的易磁化方向，這樣才能使交換能和慈晶能都處于最小值。但是晶體都有一定的形狀和尺寸，整個(gè)晶體均勻磁化的結(jié)果必然產(chǎn)生磁極，有磁極急必然產(chǎn)生退磁能，從而給系統(tǒng)增加了退磁能，退磁能將要破壞已經(jīng)形成的自發(fā)磁化。這兩個(gè)矛盾的相互作用結(jié)果將使大磁疇分割為小磁疇9) 正常情況下，為什

28、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。10.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(rèn)為與溫度成正比，則也與溫度成正比11.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。12. 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

29、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)組元的電離勢幾乎沒差別），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).13) 超導(dǎo)體為什么具有完全的抗磁性：外磁場在試樣表面感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)磁感應(yīng)電流。此電流所經(jīng)路徑的電阻為零，所以它產(chǎn)生的附加磁場總是與外磁場大小相等，方向相反，因而使超導(dǎo)體內(nèi)的合成磁場為零。于是表現(xiàn)出完全的抗磁性。14.本征硅的導(dǎo)電機(jī)理：在熱、光等外界條件的影響下，滿帶上的價(jià)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(shí)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

30、用下定向移動形成電流。15.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，并與周圍的4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非常靠近價(jià)帶頂?shù)哪芰?，在價(jià)電子共有化運(yùn)動中，相鄰的原子上的價(jià)電子就很容易來填補(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。 16.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

31、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。 17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(qiáng)下，存在離子電導(dǎo)；高場強(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：極化過程中離子要在E作用下克

32、服熱運(yùn)動消耗能量，引起損耗。 另一方面：松弛極化建立時(shí)間較長，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開始減小時(shí)，極化仍繼續(xù)增至最大值后才開始減小，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極板充電的部分電荷，并以熱的形式散發(fā)，產(chǎn)生損耗。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(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

33、。 （18）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。（19）電疇的運(yùn)動在外電場的推動下，電疇會隨外電場方向出現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動。其運(yùn)動過程分為新疇成核、發(fā)展和疇壁移動來實(shí)現(xiàn)。°疇：反向電場（邊沿，缺陷處即成核）新疇尖劈狀的新疇向前端發(fā)展（因°疇前移速度快幾個(gè) 數(shù)量級）,°疇不產(chǎn)生應(yīng)力（因自發(fā)極化反平行），一般需耗較大電場能。°疇：對于°疇的“轉(zhuǎn)向”雖然也產(chǎn)生針狀電疇，但是主要是通過°疇的側(cè)向運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。但因晶軸的長縮方向不一致

34、，而產(chǎn)生應(yīng)力并引起近鄰晶胞承受壓力。（20）實(shí)際的鐵電體中，必然同時(shí)存在°疇和°疇，并且相互影響，相互牽制。尤其多晶陶瓷中雜質(zhì)，缺陷，晶粒間界，空間電荷的存在將給電疇的轉(zhuǎn)向帶來電的或機(jī)械應(yīng)力方面的影響，故鐵電陶瓷在外電場作用下的定向移動率，通常比鐵電單晶的定向率低的多（這也是為什么鐵電單晶Ps值比鐵電陶瓷高的原因）。二、 綜合題3引起電介質(zhì)擊穿的形式及其物理機(jī)制：電擊穿是因電場使電介質(zhì)中積聚起足夠數(shù)量和能量的帶電電質(zhì)點(diǎn)而導(dǎo)致電介質(zhì)失去絕緣性能。 熱擊穿是在電場作用下，電介質(zhì)內(nèi)部熱量積累，溫度過高而導(dǎo)致失去絕緣性能。 電化學(xué)擊穿是在電場，溫度等因素作用，電介質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)變

35、化，性能逐漸劣化，最后失去絕緣性能。4超導(dǎo)現(xiàn)象的物理機(jī)制是什么：BCS理論。認(rèn)為，超導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是超導(dǎo)體中的電子在超導(dǎo)態(tài)時(shí)，電子間存在著特殊的吸引力，而不是正常態(tài)時(shí)的靜電斥力。這種吸引力使電子雙雙結(jié)成電子對。它是超導(dǎo)態(tài)電子與晶格點(diǎn)陣間相互作用產(chǎn)生的結(jié)果。使動量和自旋方向相反的兩個(gè)電子el、e2結(jié)成了電子對，稱為庫柏電子對。5闡明P209頁圖。4.19的物理特征（不確定）在電磁波譜的可見光區(qū)，金屬和半導(dǎo)體的吸收系數(shù)都很大，但是電介質(zhì)材料，包括玻璃、陶瓷等無機(jī)材料的大部分在這個(gè)波譜區(qū)都有良好透過性，也就是說吸收洗漱很小。在紫外區(qū)出現(xiàn)了紫外吸收端，因?yàn)椴ㄩL越短，能量越大。紅外區(qū)的吸收峰是因?yàn)殡x子

36、彈性振動與光子輻射發(fā)生諧振消耗能量所致。6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(shí)引起了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。7要獲得一束高能激光如何實(shí)現(xiàn)為了產(chǎn)生激光，必須選擇增益系數(shù)超過一定的閾值的激光介質(zhì)，在激光諧振的配合下，使沿腔軸（鏡面法線）方向傳播的光波不斷增強(qiáng)，并成為色彩極單純（特定模式）、方向性極好、能量密度

37、極高的激光束。（8）金屬-半導(dǎo)體接觸時(shí)，請基于溢出功大小闡述接觸電效應(yīng) 答假定金屬的逸出功M大于半導(dǎo)體的逸出功 S ，當(dāng)形成MS結(jié)時(shí)，半導(dǎo)體中的電子會向金屬中擴(kuò)散，使金屬表面帶負(fù)電，半導(dǎo)體表面帶正電，能帶發(fā)生移動，形成新的費(fèi)米能而達(dá)到平衡，不在有靜電子的流動，形成了接觸電位差，VMS = (M - S)/e. 并在接觸界面出現(xiàn)一個(gè)由半導(dǎo)體指向金屬的內(nèi)電場，阻礙載流子的繼續(xù)擴(kuò)散。也形成了耗盡層，能帶向上彎曲，在金屬與半導(dǎo)體兩側(cè)形成勢壘高度稍有不同的肖特基勢壘。這種MS結(jié)具有整流作用。 當(dāng)M < S時(shí)，電子將有金屬擴(kuò)散流向半導(dǎo)體，在半導(dǎo)體一側(cè)形成堆積層，這個(gè)是高導(dǎo)電區(qū)，成為反阻擋層（黑板圖示

38、）。能帶向下彎曲，成為歐姆結(jié)。通常半導(dǎo)體器件采用金屬電極時(shí)就需要良好的歐姆接觸。（9）闡明熱傳導(dǎo)的物理機(jī)制答：同（1）（10）退磁的方法有哪些，同時(shí)請說明每一種方法的退磁機(jī)制答：磁滯回線的起點(diǎn)不是飽和點(diǎn)，而在飽和點(diǎn)以下時(shí)，H減小時(shí)，Mr和Hc減小，即磁滯回線變得短而窄，若施加的交變磁場幅值H趨于0時(shí)，則回線將成為趨于坐標(biāo)原點(diǎn)的螺線，直至交變磁場的H 0，鐵磁體將完全退磁。熱退磁：將試樣加熱到居里點(diǎn)以上，然后在無外電場的條件下緩慢冷卻到室溫。該方法操作復(fù)雜，可能導(dǎo)致試樣結(jié)構(gòu)變化，但能獲得完全的退磁效果。 交流退磁：在試樣上加一低頻交變磁場，并使其振幅由某一最大值均勻減小到零。（11）PN結(jié)的發(fā)光

39、機(jī)制是什么答：（12）為什么所有物質(zhì)都具有抗磁性，請闡明原因答：（13）請闡明材料出現(xiàn)熱膨脹的物理機(jī)制實(shí)際上物體溫度升高，由于質(zhì)點(diǎn)振動的加劇，將引起質(zhì)點(diǎn)平均距離增大，從而導(dǎo)致物體熱膨脹。. 對于簡諧振動，位能曲線對稱，升高溫度只能增大振幅，并不會改變平衡位置，因此質(zhì)點(diǎn)間的平均距離不會因溫度升高而改變。對于非簡諧振動，位能曲線不對稱，質(zhì)點(diǎn)向外振動的距離大于向內(nèi)振動的距離，隨著溫度升高，動能增大，振動劇烈，質(zhì)點(diǎn)間的平均距離不斷增大，形成宏觀的熱膨脹現(xiàn)象。用雙原子模型解釋r<r0時(shí)，表現(xiàn)為斥力，但斥力隨位移增大得很快；r>r0時(shí)，表現(xiàn)為引力，但引力隨位移的增大較慢。因此，合力曲線和勢能曲

40、線均不對稱引力與斥力都與質(zhì)點(diǎn)間的距離有關(guān)：引力與斥力都隨質(zhì)點(diǎn)間距離減小而增大，但兩個(gè)作用力都是非線性的，即不簡單地與位移成正比。隨間距的減小增大速度不同，斥力增加的快，其合力曲線的斜率不等（平衡位置左側(cè)大，右側(cè)小），所以質(zhì)點(diǎn)振動時(shí)其平均位置不在原平衡位置，而是靠右。溫度升高，振幅增大，其平均位置偏離原平衡位置靠右的距離越大，兩質(zhì)點(diǎn)間的距離增大，使晶胞參數(shù)增大，整個(gè)物體膨脹。用勢能曲線解釋任一溫度下，質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置動能最大，勢能為零；在左右最遠(yuǎn)距離勢能最大，動能為零。隨溫度升高，質(zhì)點(diǎn)振幅增大，左右側(cè)最大勢能都增加，但由于斥力增加的快，左側(cè)勢能增加較右側(cè)快，形成了勢能曲線的不對稱。因此，隨溫度的

41、升高，質(zhì)點(diǎn)的中心位置右移，質(zhì)點(diǎn)間的距離最大，物體膨脹。14鐵電體自發(fā)極化的物理機(jī)制：1）非鐵電態(tài)到鐵電態(tài)過渡總是伴隨著晶格結(jié)構(gòu)的改變。2）晶體由立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄担w的對稱性降低。3）自發(fā)極化主要是由于某些離子偏離了平衡位置而造成的。偏離導(dǎo)致單位晶胞中出現(xiàn)電矩，電矩之間的相互作用使偏離離子在新的位置上穩(wěn)定下來。與此同時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。15（右圖為N溝道晶體管示意圖，在P型襯底的MOS系統(tǒng)中增加兩個(gè)N型擴(kuò)散區(qū)，分別稱為源區(qū)（S表示）和漏區(qū)（D表示）。通過控制柵壓G的極性和數(shù)值，可以使MOS晶體管分別處于導(dǎo)通或截止的狀態(tài)：源、漏之間的電流將受到柵壓的調(diào)制，這就是MOS晶體管工作原理的基礎(chǔ)

42、。16.基于伏特效應(yīng)設(shè)計(jì)的太陽能電池吸收光能及產(chǎn)生電能的示意圖并闡明其運(yùn)作過程。利用擴(kuò)散摻雜的方法，在P型半導(dǎo)體的表面形成一個(gè)薄的N型層，在光的照射下，在PN結(jié)及其附近表面產(chǎn)生大量的電子和空穴對，在PN結(jié)附近一個(gè)擴(kuò)散長度內(nèi)，電子-空穴對還沒有復(fù)合就有可能通過擴(kuò)散達(dá)到PN結(jié)的強(qiáng)電場區(qū)域（PN結(jié)自建電場），電子將運(yùn)動到N型區(qū)，空穴將運(yùn)動到P型區(qū)，使N區(qū)帶負(fù)電、P區(qū)帶正電，上下電極產(chǎn)生電壓光生電子伏特效應(yīng)。17. PN結(jié)在正、反向電壓施加作用下的導(dǎo)電過程：A、PN結(jié)的構(gòu)成：PN結(jié)的兩邊由于存在載流子分布的濃度差而引起載流子的擴(kuò)散運(yùn)動。P區(qū)中的空穴擴(kuò)散到了N區(qū)，N區(qū)中的電子擴(kuò)散到了P區(qū)，隨著擴(kuò)散的進(jìn)行

43、在交界面處形成了一層的空間電荷區(qū)，同時(shí)也有一定值的內(nèi)電場Ei和內(nèi)建電位差VD,如右圖所示。B、外加正向電壓的情況由于外加正向電壓U與內(nèi)電位差VD方向相反，因而使阻擋層兩端的電位差減小到（VD-U），空間電荷量減少，以至內(nèi)電場減小，結(jié)果產(chǎn)生了從P區(qū)流向N區(qū)的正向電流。該電流是由多子擴(kuò)散形成的，故較大。C、由于外加電壓U與內(nèi)電位差VD方向相同，阻擋層加寬，科技電荷量增多，以至內(nèi)電場加強(qiáng)，形成了從N區(qū)流向P區(qū)的反向電流。該電流是由少子漂移形成的，故很微弱，且?guī)缀醪浑SU的增大而變化。18.介質(zhì)極化的五種基本形式及概念、基本特點(diǎn)1）。電子式極化（電子位移極化）：在E作用下，原子外圍的電子云中心相對于原子

44、核發(fā)生位移，形成感應(yīng)電矩而使介質(zhì)極化的現(xiàn)象。特點(diǎn)：形成很快（10-1410-16 s),是彈性可逆的，極化過程不消耗能量。在所有電介質(zhì)中都存在，但只存在此種極化的電介質(zhì)只有中性的氣體、液體和少數(shù)非極性固體。2）。2）離子式極化(離子位移極化）:離子晶體中，除離子中的電子產(chǎn)生位移極化外，正負(fù)離子也在E作用下發(fā)生相對位移而引起的極化。又分為：A.離子彈性位移極化：在離子鍵構(gòu)成的晶體中，離子間約束力很強(qiáng)，離子位移有限，極化過程很快（ 10-1210-13s），不消耗能量，可逆。 B、熱離子極化（離子松弛式位移極化）：在有些離子晶體和無定形體中，存在一些約束力較弱的離子，無E時(shí)作無規(guī)則熱運(yùn)動，宏觀無電

45、矩；有E時(shí)，正負(fù)離子反向遷移，形成正負(fù)離子分離而產(chǎn)生介質(zhì)極化。極化建立時(shí)間較長（ 10-210-5s），有極化滯后現(xiàn)象，需消耗一定能量，不可逆。3）偶極子極化(固有電矩的轉(zhuǎn)向極化）:有E時(shí)，偶極子有沿電場方向排列的趨勢，而形成宏觀電矩，形成的極化。所需時(shí)間較長（10-210-10s），不可逆，需消耗能量。4）空間電荷極化：有些電介質(zhì)中，存在可移動的離子，在E作用下，正負(fù)離子分離所形成的極化。所需時(shí)間最長（10-2s）。19、BaTiO3單晶體在外電場作用下的極化反轉(zhuǎn)過程：（20）金屬Fe具有磁性原因答：鐵磁質(zhì)的磁性是自發(fā)產(chǎn)生的，磁化過程只不過是把鐵磁質(zhì)本身的磁性顯示了出來，而不是由外界向鐵磁質(zhì)

46、提供磁性。鐵磁性產(chǎn)生的充分條件：原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層（或說存在固有磁矩），且A（交換能積分常數(shù)）為正值（或說可發(fā)生自發(fā)磁化）。 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Fe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(shí)引起了3d、4S態(tài)電子的交換。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。鐵磁質(zhì)產(chǎn)生自發(fā)磁化期末復(fù)習(xí)題一、填空（20）1.一長30cm的圓桿，直徑4mm，承受5000N的軸向拉力。如直徑拉成3.8 mm，且體積保持不變，在此拉力下名義應(yīng)力值為 ，名義應(yīng)變值為 。 2.克勞修斯莫索蒂方程建立了宏觀量 介電常數(shù) 與微觀量 極

47、化率 之間的關(guān)系。3固體材料的熱膨脹本質(zhì)是 點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)間平均距離隨溫度升高而增大 。4格波間相互作用力愈強(qiáng)，也就是聲子間碰撞幾率愈大，相應(yīng)的平均自由程愈 小 ，熱導(dǎo)率也就愈 低 。5電介質(zhì)材料中的壓電性、鐵電性與熱釋電性是由于相應(yīng)壓電體、鐵電體和熱釋電體都是 不具有對稱中心 的晶體。6復(fù)介電常數(shù)由實(shí)部和虛部這兩部分組成，實(shí)部與通常應(yīng)用的 介電常數(shù) 一致，虛部表示了電介質(zhì)中 能量損耗 的大小。7當(dāng)磁化強(qiáng)度M為 負(fù) 值時(shí)，固體表現(xiàn)為抗磁性。8電子磁矩由電子的 軌道磁矩 和 自旋磁矩 組成。9無機(jī)非金屬材料中的載流子主要是 電子 和 離子 。10廣義虎克定律適用于 各向異性的非均勻 材料。11設(shè)

48、某一玻璃的光反射損失為m，如果連續(xù)透過x塊平板玻璃，則透過部分應(yīng)為 I0（1-m）2x 。12對于中心穿透裂紋的大而薄的板，其幾何形狀因子Y= 。13設(shè)電介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)的電荷量q，在電場作用下極化后，正電荷與負(fù)電荷的位移矢量為l， 則此偶極矩為 ql 。14裂紋擴(kuò)展的動力是物體內(nèi)儲存的 彈性應(yīng)變能 的降低大于等于由于開裂形成兩個(gè)新表面所需的 表面能 。15.Griffith微裂紋理論認(rèn)為，斷裂并不是兩部分晶體同時(shí)沿整個(gè)界面拉斷，而是 裂紋擴(kuò)展 的結(jié)果。16考慮散熱的影響，材料允許承受的最大溫度差可用 第二 熱應(yīng)力因子表示。17當(dāng)溫度不太高時(shí)，固體材料中的熱導(dǎo)形式主要是 聲子熱導(dǎo) 。18在應(yīng)力分

49、量的表示方法中，應(yīng)力分量,的下標(biāo)第一個(gè)字母表示方向，第二個(gè)字母表示 應(yīng)力作用 的方向。19 電滯回線 的存在是判定晶體為鐵電體的重要根據(jù)。20原子磁矩的來源是電子的軌道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物質(zhì)的磁性主要由 電子的自旋磁矩 引起。21. 按照格里菲斯微裂紋理論，材料的斷裂強(qiáng)度不是取決于裂紋的 數(shù)量 ，而是決定于裂紋的 大小 ，即是由最危險(xiǎn)的裂紋尺寸或臨界裂紋尺寸決定材料的 斷裂強(qiáng)度。22. 復(fù)合體中熱膨脹滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于不同相間或晶粒的不同方向上膨脹系數(shù)差別很大，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使坯體產(chǎn)生微裂紋。23.晶體發(fā)生塑性變形的方式主要有 滑移 和 孿生 。24.鐵電體是具有 自發(fā)

50、極化 且在外電場作用下具有 電滯回線 的晶體。25.自發(fā)磁化的本質(zhì)是 電子間的靜電交換相互作用 。二、名詞解釋(20)自發(fā)極化：極化并非由外電場所引起，而是由極性晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所引起，使晶體中的每個(gè)晶胞內(nèi)存在固有電偶極矩，這種極化機(jī)制為自發(fā)極化。斷裂能：是一種織構(gòu)敏感參數(shù),起著斷裂過程的阻力作用，不僅取決于組分、結(jié)構(gòu)，在很大程度上受到微觀缺陷、顯微結(jié)構(gòu)的影響。包括熱力學(xué)表面能、塑性形變能、微裂紋形成能、相變彈性能等。滯彈性：當(dāng)應(yīng)力作用于實(shí)際固體時(shí)，固體形變的產(chǎn)生與消除需要一定的時(shí)間，這種與時(shí)間有關(guān)的彈性稱為滯彈性。格波：處于格點(diǎn)上的原子的熱振動可描述成類似于機(jī)械波傳播的結(jié)果，這種波稱為格波，

51、格波的一個(gè)特點(diǎn)是，其傳播介質(zhì)并非連接介質(zhì)，而是由原子、離子等形成的晶格。電介質(zhì)：指在電場作用下能建立極化的一切物質(zhì)。電偶極子：是指相距很近但有一距離的兩個(gè)符號相反而量值相等的電荷。蠕變（creep）(緩慢變形)：固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長而增加的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長，它在應(yīng)力小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn)。突發(fā)性斷裂：斷裂源處的裂紋尖端所受的橫向拉應(yīng)力正好等于結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，裂紋產(chǎn)生突發(fā)性擴(kuò)展。一旦擴(kuò)展，引起周圍應(yīng)力的再分配，導(dǎo)致裂紋的加速擴(kuò)展，這種斷裂稱為突發(fā)性斷裂。壓電效應(yīng)：不具有對稱中心的晶體在沿一定方向

52、上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)對不具有對稱中心晶體的極化方向上施加電場，晶體也會發(fā)生變形，電場去掉后，晶體的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。電致伸縮：當(dāng)在不具有對稱中心晶體的極化方向上施加電場時(shí)，晶體會發(fā)生變形，電場去掉后，晶體的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為電致伸縮現(xiàn)象，或稱為逆壓電效應(yīng)。鐵電體：具有自發(fā)極化且在外電場作用下具有電滯回線的晶體。三、問答題（每題5分，共20分）1簡述KI和KIC的

53、區(qū)別。答：KI應(yīng)力場強(qiáng)度因子：反映裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)度的參量。KIC斷裂韌度：當(dāng)應(yīng)力場強(qiáng)度因子增大到一臨界值時(shí)，帶裂紋的材料發(fā)生斷裂，該臨界值稱為斷裂韌性。KI是力學(xué)度量，它不僅隨外加應(yīng)力和裂紋長度的變化而變化，也和裂紋的形狀類型，以及加載方式有關(guān)，但它和材料本身的固有性能無關(guān)。而斷裂韌性KIC則是反映材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，因此是材料的固有性質(zhì)。2.簡述位移極化和松馳極化的特點(diǎn)。答：位移式極化是一種彈性的、瞬時(shí)完成的極化，不消耗能量；松弛極化與熱運(yùn)動有關(guān)，完成這種極化需要一定的時(shí)間，并且是非彈性的，因而消耗一定的能量。3.鐵磁性與鐵電性的本質(zhì)差別是什么？答： 鐵電性由離子位移引起，鐵磁性由原子

54、取向引起。 鐵電性在非對稱性的晶體中發(fā)生，鐵磁性發(fā)生在次價(jià)電子的非平衡自旋中。 鐵電體的居里點(diǎn)是由于晶體相變引起的，鐵磁性的居里點(diǎn)是原子的無規(guī)則振動破壞了原子間的“交換”作用，從而使自發(fā)磁化消失引起的。4.為什么金屬材料有較大的熱導(dǎo)率，而非金屬材料的導(dǎo)熱不如金屬材料好？ 答：固體中導(dǎo)熱主要是由晶格振動的格波和自由電子運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。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。雖然晶格振動對金屬導(dǎo)熱也有貢獻(xiàn)，但只是很次要的。在非金屬晶體，如一般離子晶體的晶格中，自由電子是很少的，晶格振動是它們的主要導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)。因此，金屬一般都具有較非金屬材料更大的熱導(dǎo)率。5說明圖中三條應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特點(diǎn)，并舉例說明其對應(yīng)的材料。答：受力情況下，絕大多數(shù)無機(jī)材料的變形行為如圖中曲線(a)所示，即在彈性變形后沒有塑性形變(或塑性形變很小)，接著就是斷裂，總彈性應(yīng)變能非常小，這是所有脆性材料的特征，包括離子晶體和共價(jià)晶體等。在短期承受逐漸