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绪言 4

第1章 固体中电子能量结构和状态 4

1.1 电子的波动性 4

1.1.1 微观粒子的波粒二象性 4

1.1.2 波函数 5

1.1.3 薛定谔(Schrodinger)方程 6

1.1.4 霍尔效应 8

1.2 金属的费密(Fermi)-索末菲(Sommerfel)电子理论 9

1.2.1金属中自由电子的能级 9

1.2.2 自由电子的能级密度 12

1.2.3 自由电子按能级分布 14

1.3 晶体能带理论基本知识概述 15

1.3.1 周期势场中的传导电子 16

1.3.2 K空间的等能线和等能面 18

1.3.3 准自由电子近似电子能级密度 21

1.3.4 能带和原子能级 21

1.4 晶体能带理论应用举例 22

1.4.1 导体、绝缘体、光导体的能带结构 22

1.4.2 能带理论对金属一些性质差异的解释 24

1.4.3 理解正霍尔系数的意义 25

1.5 非晶态金属、半导体的电子状态 27

1.5.1 非晶态金属、半导体及其特点 27

1.5.2 电子状态 27

本章小结 29

复习题 29

第2章 材料的电性能 30

2.1 引言 30

2.2.1 金属导电机制 32

2.2 电子类载流子导电 32

2.2.2 电阻率与温度的关系 33

2.2.3 电阻率与压力的关系 34

2.2.4 冷加工和缺陷对电阻率的影响 35

2.2.5 电阻率的尺寸效应 38

2.2.6 电阻率的各向异性 39

2.2.7 固溶体的电阻率 39

2.2.8 化合物、中间相、多相合金的电阻率 42

2.3 离子类载流子导电 43

2.3.1 离子电导理论 43

2.3.2 离子电导与扩散 46

2.3.3 离子导电的影响因素 47

2.3.4 快离子导体 48

2.4.1 本征半导体 51

2.4 半导体 51

2.4.2 杂质半导体 54

2.4.3 导电性和载流子迁移率 57

2.4.4 少数载流子的行为 58

2.4.5 半导体接触 60

2.5 超导体 64

2.5.1 概述 64

2.5.2 超导态特性和超导体的三个性能指标 66

2.5.3 超导体的应用 69

2.6 电导功能材料 70

2.6.1 导电材料 70

2.6.2 电阻材料 71

2.6.3 电触点材料 74

2.7.1 双电桥和电位差计测量方法 75

2.7 电性能测量及其应用举例 75

2.7.2 直流四探针法 76

2.7.3 电阻法分析应用举例 78

本章小结 80

复习题 81

第3章 材料的介电性能 83

3.1 电介质及其极化 83

3.1.1 平板电容器及其电介质 83

3.1.2 极化相关物理量 84

3.1.3 电介质极化的机制 85

3.1.4 宏观极化强度与微观极化率的关系 89

3.2 交变电场下的电介质 90

3.2.1 复介电常数和介质损耗 90

3.2.2 电介质弛豫和频率响应 92

3.2.3 介电损耗分析 94

3.3 电介质在电场中的破坏 95

3.3.1 介电强度(介电击穿强度) 95

3.3.2 本征击穿机制 96

3.3.3 热击穿机制 97

3.3.4 雪崩式击穿机制 98

3.3.5 影响无机材料击穿强度的各种因素 98

3.4 压电性和热释电性 100

3.4.1 压电性(Piezoelectricity) 100

3.4.2 热释电性 107

3.5 铁电性(ferroelectricity) 108

3.5.1 铁电体、电畴 108

3.5.2 铁电体的起源与晶体结构 110

3.5.3 铁电体的临界性质 112

3.5.4 压电、铁电材料及其应用 114

3.6.1 电容率(介电常数)、介电损耗、介电强度的测定 118

3.6 介电测量筒介 118

3.6.2 电滞回线的测量 119

3.6.3 压电性的测量 119

本章小结 120

复习题 121

第4章 材料的光学性能 122

4.1 光和固体的相互作用 122

4.1.1 光的波粒二象性 122

4.1.2 光通过固体现象 122

4.1.3 材料的透射及其影响因素 127

4.2 材料的不透明性与半透明性 134

4.2.1 不透明性 134

4.2.2 半透明性 137

4.3.1 透明材料的颜色 138

4.3 透明材料的颜色和着色原理 138

4.3.2 无机非金属材料的着色 139

4.4 材料的发光 140

4.4.1 发光和热辐射 140

4.4.2 激光 142

4.5 无机材料的红外光学性能 151

4.5.1 红外技术的起源和应用 151

4.5.2 红外透过材料 152

4.5.3 红外探测材料 156

4.5.4 热探测器材料 159

4.6 电--光效应、光折变效应、非线性光学效应 161

4.6.1 相关预备知识 161

4.6.2 电光效应 164

4.6.3 非线性光学效应 165

4.6.4 光折变效应(photorefractive effect) 166

4.6.5 材料及其相关应用 167

4.7 磁光效应和光导纤维 171

4.7.1 磁光效应及其应用 171

4.7.2 光导纤维(光纤) 172

本章小结 179

复习题 179

第5章 材料的热性能 181

5.1 材料的热容 181

5.1.1 固体热容理论简介 181

5.1.2 金属和合金的热容 184

5.1.3 陶瓷材料的热容 187

5.1.4 相变对热容的影响 188

5.1.5 热分析 189

5.1.6 热分析应用 194

5.2 材料的热膨胀 196

5.2.1 热膨胀来自原子的非简谐振动 196

5.2.2 膨胀系数 198

5.2.3 影响热膨胀的因素 201

5.2.4 多晶体和复合材料的热膨胀 204

5.2.5 热膨胀测试方法及其应用 208

5.2.6 膨胀合金 217

5.3 材料的导热性 219

5.3.1 热传导宏观规律及其微观机制 219

5.3.2 金属的热传导 220

5.3.3 无机非金属材料的热传导 224

5.4 热电性(thermoelectricity) 228

5.4.1 热电效应 228

5.4.2 绝对热电势系数(ATP) 229

5.4.3 热电性的应用及热电材料 230

5.5 材料的热稳定性 238

5.5.1 热稳定性的表征 238

5.5.2 热应力 238

5.5.3 抗热冲击性能 240

5.6 材料热导率的测量方法 244

5.6.1 稳态测试 244

5.6.2 动态测试 246

本章小结 247

复习题 247

第6章 材料磁性能 249

6.1 磁学基本量及磁性分类 249

6.1.1 磁学基本量 249

6.1.2 物质的磁性分类 250

6.1.3 原子本征磁矩、抗磁性和顺磁性 251

6.2 铁磁性和亚铁磁性材料的特性 253

6.2.1 磁化曲线 253

6.2.2 磁滞回线 254

6.2.3 磁晶各向异性和各向异性能 254

6.2.4 铁磁体的形状各向异性及退磁能 255

6.2.5 磁致伸缩与磁弹性能 256

6.3 磁性材料的自发磁化和技术磁化 257

6.3.1 自发磁化理论 258

6.3.2 技术磁化理论 262

6.4 磁性材料的动态特性 269

6.4.1 交流磁化过程与交流回线 269

6.4.2 复数磁导率 270

6.4.3 交变磁场作用下的能量损耗 271

6.5.1 软磁材料 275

6.5 磁性材料 275

6.5.2 硬磁材料 281

6.6 信息存储磁性材料 289

6.6.1 磁感应(盘、带)记录系统 290

6.6.2 磁(致)电阻效应和磁头材料 301

6.6.3 磁光记录材料 305

6.7 磁性测量及其在材料科学与工程中的应用 307

6.7.1 材料的直流磁性测量 307

6.7.2 材料的交流(动态)磁性测量 317

本章小结 319

复习题 319

7.1 胡克定律及弹性的表征 321

7.1.1 广义胡克定律 321

第7章 材料弹性与内耗(阻尼)性能 321

7.1.2 弹性的表征 324

7.2 弹性与原子间结合力等物理量的关系 325

7.2.1 弹性模量的微观分析 325

7.2.2 弹性模量与其他物理量的关系 326

7.3 弹性模量的影响因素 328

7.3.1 温度的影响 328

7.3.2 相变对弹性模量的影响 329

7.3.3 固溶体的弹性模量 329

7.3.4 晶体结构的影响 331

7.4 弹性的铁磁性反常现象(△Ε效应) 333

7.5 无机材料的弹性模量 334

7.5.1 多孔陶瓷材料的弹性模量 334

7.5.2 双相陶瓷的弹性模量 335

7.6.1 动态法测弹性模量的原理 336

7.6 弹性模量的动态法测量 336

7.6.2 悬挂法测弹性模量 338

7.6.3 超声波脉冲法 339

7.7 材料滞弹性和内耗 340

7.7.1 粘弹性和滞弹性 340

7.7.2 滞弹性 340

7.7.3 内耗概述 343

7.7.4 弛豫型内耗 344

7.7.5 内耗的表征(量度) 346

7.7.6 静滞后型内耗 347

7.8 内耗产生的机制 347

7.8.1 点阵中原子有序排列引起内耗 347

7.8.2 与位错有关的内耗 348

7.8.3 与晶界有关的内耗 349

7.8.4 磁弹性内耗 350

7.8.5 热弹性内耗 351

7.8.6 伪弹性和相变内耗 351

7.9 内耗测量方法与应用 355

7.9.1 测量方法 355

7.9.2 内耗应用举例 356

7.10 弹性保金和高阻尼合金 359

7.10.1 高弹性合金 359

7.10.2 恒弹性合金 360

7.10.3 阻尼减振材料 360

本章小结 361

复习题 362

附录 363

附录一 正电子湮没技术 363

附录二 穆斯堡尔效应 364

附录三 核磁共振 366