材料物理性能

緒論
 
第1章 材料的熱學性質和晶格振動
1.1原子的運動與能量 4
1.2熱容及其經典理論 4
1.2.1熱容的概念 4
1.2.2熱容的經典理論及其問題 5
1.3晶格振動 7
1.3.1一維單原子鏈 7
1.3.2週期性邊界條件 8
1.3.3格波 8
1.4熱容的量子理論 11
1.4.1晶格振動的量子化和聲子 11
1.4.2晶格熱容的量子理論 12
1.4.3愛因模型 12
1.4.4德拜模型 13
1.5材料熱容性能及影響因素 15
1.5.1金屬材料的熱容 16
1.5.2無機材料的熱容 18
1.5.3熱容的分析方法與應用 19
1.5.4熱分析應用
1.6熱膨脹 22
1.6.1熱膨脹係數 22
1.6.2熱膨脹的本質及熱膨脹係數匯出 23
1.6.3膨脹係數的影響因素 26
1.6.4熱膨脹分析與應用 28
1.7熱傳導 31
1.7.1熱傳導的概念和規律 32
1.7.2熱擴散率和熱阻 32
1.7.3熱傳導的物理機制 33
1.7.4材料的熱傳導及其影響因素 36
1.8熱穩定性 40
1.8.1熱穩定性的一般意義 40
1.8.2熱應力和熱衝擊破壞 40
1.8.3熱應力斷裂因數和損傷因數 41
1.8.4材料的熱穩定性評價方法 43
思考與練44
 
第2章 材料的電學性質
2.1固體電學性能概述 45
2.1.1材料的導電類型 46
2.1.2電導率和遷移率 46
2.2固體中電子狀態和能帶 48
2.2.1固體中電子能量狀態和能帶形成 48
2.2.2導體、半導體和絕緣體 49
2.3金屬材料的電性能 51
2.3.1金屬的導電機制 52
2.3.2金屬電導率的影響因素 52
2.3.3固溶體 57
2.3.4金屬間化合物 61
2.3.5金屬電阻研究的意義 62
2.3.6常見的導電材料及其應用 62
2.4超導電性 64
2.4.1超導現象和概念 65
2.4.2超導的特徵 66
2.4.3第二類超導體 67
2.4.4BCS理論 67
2.4.5約瑟夫森效應 68
2.4.6超導的應用 69
2.5離子導體 70
2.5.1離子導電機制 70
2.5.2快離子導體和固體電解質 71
2.6半導體材料的電性能 73
2.6.1半導體中的載流子與導電行為 73
2.6.2半導體中載流子的運動和有效品質 73
2.6.3半導體的類型和特徵 77
2.6.4半導體中載流子的輸運 81
2.7電接觸現象及其效應 83
2.7.1材料中電子的逸函數 83
2.7.2金屬-金屬接觸 84
2.7.3p-n結 85
2.7.4金屬-半導體接觸 87
2.7.5半導體表面電子狀態 89
2.7.6MIS結構 91
2.8半導體的光電效應與磁電效應 92
2.8.1半導體的光吸收 92
2.8.2半導體的光電導現象 94
2.8.3半導體的光生伏特效應 95
2.8.4霍爾效應及其應用 96
2.9熱電效應 98
2.9.1澤貝克效應 98
2.9.2佩爾捷效應 99
2.9.3湯姆遜效應 100
2.9.4熱電效應的應用 100
2.10絕緣體及其介電特性 102
2.10.1絕緣體 102
2.10.2電介質及介電極化行為 102
2.10.3介電極化的物理量 104
2.10.4電偶極矩與 105
2.10.5介電損耗 106
2.10.6介電材料的電導和擊穿行為 108
2.11介電材料的極化與電學效應 109
2.11.1壓電效應 109
2.11.2熱釋電現象 110
2.11.3鐵電體 111
2.12材料電學性能應用分析 113
2.12.1建立二元固溶體端際固溶度曲線 114
2.12.2研究材料中的點缺陷 114
思考與練115
 
第3章 材料的磁學特性
3.1材料磁性的物理基礎 117
3.1.1原子磁矩 118
3.1.2磁化與磁化強度 119
3.1.3材料的磁性分類 121
3.2磁性的物理本質 123
3.2.1原子磁矩的物理理論 123
3.2.2抗磁性來源 124
3.2.3抗磁性、順磁性和鐵磁性 124
3.2.4金屬原子磁矩與磁性能 125
3.3鐵磁性與自發磁化 126
3.3.1鐵磁性的自發磁化 126
3.3.2磁疇及其結構 127
3.3.3實際磁性材料中的磁疇結構 129
3.3.4亞鐵磁性與反磁性 131
3.4鐵磁性材料在外磁場中磁化效應和影響因素 133
3.4.1靜磁能與 133
3.4.2退磁能與磁性的形狀各向異性 134
3.4.3磁的各向異性與磁晶能 134
3.4.4磁致伸縮與磁彈性能 137
3.5磁性材料的磁化曲線和技術磁化 138
3.5.1磁化曲線 138
3.5.2技術磁化 138
3.5.3磁滯現象和磁滯回線 141
3.5.4磁性能的影響因素 142
3.6磁性材料的動態磁化 143
3.6.1交變磁場中材料磁化的時間效應 144
3.6.2交變磁場中動態磁化的磁導率及其意義 144
3.6.3動態磁化的磁滯回線和磁化損耗 145
3.6.4磁共振損耗與磁導率減落 146
3.7鐵氧體磁性材料 147
3.7.1鐵氧體的概念和分類 147
3.7.2軟磁鐵氧體材料 148
3.7.3鐵氧體硬磁材料 150
3.8磁物理效應與應用 150
3.8.1磁電阻效應 151
3.8.2磁光效應 155
3.8.3磁熱效應與磁製冷 156
3.8.4磁流體 157
思考與練158
 
第4章 材料的光學性能
4.1光與顏色 160
4.2光與固體的相互作用 161
4.2.1光的折射 162
4.2.2光的反射 163
4.2.3光的色散 165
4.2.4光的吸收 165
4.2.5光的散射 167
4.3材料的透光性 167
4.3.1材料的透明性與顏色 168
4.3.2陶瓷材料的乳濁與半透明性 170
4.4材料發光和發光材料 171
4.4.1材料發光的概念 171
4.4.2發光的分類 172
4.4.3發光中心與發光材料 172
4.4.4無機發光材料及其應用 173
4.4.5有機發光材料及其應用 174
4.5半導體發光 175
4.5.1直接躍遷和間接躍遷 175
4.5.2半導體發光 177
4.5.3發光效率 178
4.5.4p-n結電致發光 179
4.5.5發光二極體與應用 180
4.6受激輻射與鐳射 181
4.6.1基本原理 181
4.6.2半導體鐳射 183
思考與練185
 
第5章 材料的力學性能
5.1材料的形變特性 186
5.1.1彈性形變與彈性模量 188
5.1.2彈性模量的物理意義 189
5.2彈性形變和滯彈性 190
5.2.1彈性形變的特徵 190
5.2.2彈性形變的本質 190
5.2.3滯彈性和內耗 191
5.2.4黏彈性 192
5.2.5彈塑性形變 192
5.3晶體形變和位元錯運動 192
5.3.1位錯運動與形變 192
5.3.2滑移臨界分切應力 193
5.3.3單晶體滑移與形變 194
5.3.4滑移系和交滑移 194
5.3.5形變與強化 195
5.3.6晶體形變的其他方式 196
5.3.7彈塑性形變與材料性質的關係 198
5.3.8多晶體塑性形變及其特點 199
5.3.9多晶體塑性形變的機制和影響因素 199
5.4強度與斷裂 3
5.4.1材料的理論強度 3
5.4.2格里菲斯脆性斷裂理論 4
5.5斷裂韌性 6
5.6疲勞 7
5.6.1交變載荷與迴圈應力 8
5.6.2疲勞壽命及其分類 9
5.6.3S-N曲線與疲勞極限 9
5.6.4疲勞壽命模型 210
5.6.5疲勞迴圈特徵 211
5.6.6疲勞壽命的影響因素 212
5.7蠕變 213
5.7.1蠕變現象 213
5.7.2蠕變曲線 214
5.7.3蠕變強度和蠕變類型 214
5.8材料的超塑性 217
5.8.1超塑性特點 218
5.8.2超塑性的分類 218
5.8.3超塑性形變機理 219
5.8.4超塑性的應用 222
思考與練223
 
參考文獻 225