材料物理性能學

目錄
前言
上篇 物理基礎(chǔ)理論
第1章 材料概述 2
1.1 材料的歷史進程 2
1.1.1 石器時代 2
1.1.2 陶器時代 3
1.1.3 青銅時代 3
1.1.4 鐵器時代 4
1.1.5 硅時代 4
1.1.6 碳時代 5
1.2 材料的分類 6
1.2.1 按材料的性質(zhì)分類 6
1.2.2 按材料的用途分類 9
1.3 幾種材料簡述 9
1.3.1 生物材料 9
1.3.2 能源材料 11
1.3.3 陶瓷材料 14
1.3.4 高熵合金材料 15
第2章 量子力學基礎(chǔ) 18
2.1 量子論 18
2.1.1 黑體輻射 18
2.1.2 舊量子論 21
2.1.3 波粒二象性和物質(zhì)波 21
2.2 不確定性原理 23
2.3 薛定諤方程及其求解 23
2.3.1 波函數(shù)與薛定諤方程 23
2.3.2 定態(tài)薛定諤方程 25
2.3.3 一維無限深方勢阱 25
2.3.4 算符與角動量算符 27
2.3.5 氫原子 29
2.4 近似方法 31
2.4.1 非簡并定態(tài)微擾法 31
2.4.2 簡并定態(tài)微擾法 34
2.5 泡利不相容原理與自旋 35
2.5.1 泡利不相容原理 35
2.5.2 自旋 35
習題 38
第3章 晶體的物理性質(zhì) 39
3.1 晶體結(jié)構(gòu)周期性 40
3.2 布拉維格子與晶系 40
3.3 晶向與晶面指數(shù) 42
3.3.1 分數(shù)坐標 42
3.3.2 晶向指數(shù) 43
3.3.3 晶面指數(shù) 43
3.3.4 晶面間距 44
3.3.5 晶面夾角 44
3.4 常見的晶體結(jié)構(gòu)及其類型 45
3.4.1 常見單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu) 45
3.4.2 AB型結(jié)構(gòu) 51
3.4.3 AB2型結(jié)構(gòu) 53
3.4.4 A2B3型結(jié)構(gòu) 54
3.5 倒格子 54
3.6 晶體結(jié)合、密堆積與配位 56
3.6.1 金屬鍵和金屬晶體 57
3.6.2 離子鍵和離子晶體 57
3.6.3 共價鍵和共價晶體 60
3.6.4 分子間作用力和分子型晶體 63
3.6.5 氫鍵和氫鍵型晶體 64
3.6.6 混合鍵 65
3.6.7 密堆積與配位數(shù) 66
3.7 應變、應力和胡克定律 69
3.7.1 應變 69
3.7.2 應力 71
3.7.3 胡克定律 72
3.8 晶體的彈性模量 73
3.8.1 體積模量 73
3.8.2 楊氏模量 75
3.8.3 剪切模量和扭轉(zhuǎn)模量 75
習題 75
第4章 晶格振動和能帶理論 76
4.1 晶格振動 76
4.1.1 一維晶格的線性振動 76
4.1.2 晶格振動的量子化、聲子 81
4.1.3 固體的比熱 84
4.2 能帶理論 89
4.2.1 布洛赫定理 89
4.2.2 能帶周期性 90
4.2.3 能帶對稱性 90
4.2.4 解析方法 91
4.2.5 態(tài)密度與費米能級 98
4.2.6 布里淵區(qū)與費米面 100
習題 105
下篇 材料的物理性能
第5章 材料的力學性能 108
5.1 變形 109
5.1.1 彈性變形 109
5.1.2 黏彈性變形 119
5.1.3 塑性變形 125
5.2 斷裂 133
5.2.1 斷裂的類型及其機理 134
5.2.2 斷裂強度 146
5.2.3 斷裂韌性 150
5.3 疲勞 159
5.3.1 疲勞概述 160
5.3.2 疲勞的宏觀表征 165
5.3.3 疲勞斷裂的微觀過程 184
習題 190
第6章 材料的熱學性能 193
6.1 熱容 193
6.1.1 熱力學基礎(chǔ) 194
6.1.2 熱容的定義 196
6.1.3 晶態(tài)固體熱容的實驗規(guī)律及理論 198
6.1.4 實際材料的熱容 199
6.2 材料的熱膨脹 203
6.2.1 熱膨脹系數(shù) 204
6.2.2 熱膨脹的物理本質(zhì) 205
6.2.3 熱膨脹系數(shù)與其他物理參量的關(guān)系 208
6.2.4 影響熱膨脹的因素 210
6.3 材料的熱傳導 215
6.3.1 表征熱傳導的相關(guān)物理參量 216
6.3.2 材料熱傳導的微觀機制 219
6.3.3 實際材料的導熱性及其影響因素 223
6.4 材料的熱穩(wěn)定性 232
6.4.1 熱穩(wěn)定性的表示方法 232
6.4.2 熱應力 233
6.4.3 抗熱沖擊斷裂性能 235
6.4.4 抗熱沖擊損傷性 239
6.5 材料的熱電性 240
6.5.1 熱電效應 241
6.5.2 熱電性的應用 246
習題 246
第7章 材料的電學性能 249
7.1 材料的導電性 250
7.1.1 電阻率和電導率 250
7.1.2 載流子及其遷移 250
7.1.3 載流子的物理效應 251
7.1.4 材料導電性的分類 253
7.2 材料導電性的能帶理論解釋 255
7.2.1 電子填充能帶的情況與導電性 255
7.2.2 空穴的導電性 256
7.2.3 導體、半導體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu) 258
7.3 金屬的導電性 259
7.3.1 金屬的導電機理 260
7.3.2 影響金屬導電性的因素 263
7.4 半導體的導電性 275
7.4.1 本征半導體 276
7.4.2 雜質(zhì)半導體 281
7.4.3 非簡并和簡并半導體 288
7.5 離子晶體的導電性 289
7.5.1 離子載流子濃度 289
7.5.2 離子電導機制 290
7.5.3 擴散與離子電導 293
7.5.4 影響離子導電性的因素 295
7.5.5 快離子電導 296
7.6* 超導電性 297
7.6.1 超導現(xiàn)象 297
7.6.2 超導電性的基本性質(zhì) 298
7.6.3 超導體的三個性能指標 301
7.6.4 超導體的分類 302
7.6.5 超導現(xiàn)象的物理本質(zhì) 306
7.6.6 超導體的應用 311
習題 312
第8章 材料的介電學性能 315
8.1 介電性及電介質(zhì)的極化 316
8.1.1 介電性的概念及表征 316
8.1.2 極化的概念及相關(guān)的物理參量 318
8.1.3 電介質(zhì)的極化機制 321
8.1.4 宏觀極化強度與微觀極化率的關(guān)系 327
8.2 交變電場中的電介質(zhì) 329
8.2.1 交變電場下的電介質(zhì)極化過程 329
8.2.2 交變電場下電介質(zhì)的復介電常量和介電損耗 330
8.2.3 電介質(zhì)弛豫和頻率響應 333
8.3 介電擊穿 336
8.3.1 熱擊穿 337
8.3.2 電擊穿 338
8.3.3 化學擊穿 341
8.3.4 實際材料的擊穿 341
8.4 壓電性 344
8.4.1 壓電效應 344
8.4.2 壓電性表征 346
8.4.3 壓電效應的應用 347
8.5 熱釋電性 348
8.5.1 熱釋電效應 348
8.5.2 熱釋電效應本質(zhì)及表征 348
8.5.3 熱釋電效應的應用 349
8.6 鐵電性 349
8.6.1 鐵電性的基本概念 349
8.6.2 鐵電性的微觀理論 350
8.6.3 鐵電體的類型 353
習題 354
第9章 材料的磁學性能 356
9.1 磁現(xiàn)象及其相關(guān)表征參量 356
9.1.1 磁場 357
9.1.2 微觀參量 357
9.1.3 磁極化強度、磁化強度 358
9.1.4 磁化率和磁導率 359
9.1.5 靜磁能 360
9.2 孤立原子的本征磁矩 360
9.2.1 電子磁矩 361
9.2.2 原子核的磁矩 363
9.2.3 本征磁矩 363
9.3 材料磁性的分類 366
9.4 抗磁性和順磁性理論 368
9.4.1 抗磁性理論 368
9.4.2 順磁性理論 370
9.5 鐵磁性理論、反鐵磁性理論和亞鐵磁性理論 376
9.5.1 鐵磁性理論 377
9.5.2 反鐵磁性理論 385
9.5.3 亞鐵磁性理論 390
9.6 鐵磁性及亞鐵磁性材料的特性 393
9.6.1 磁化曲線、磁滯回線 393
9.6.2 磁晶各向異性和磁晶各向異性能 395
9.6.3 形狀各向異性和退磁能 397
9.6.4 磁致伸縮與磁彈性能 399
9.7 磁疇的結(jié)構(gòu) 401
9.7.1 磁疇 401
9.7.2 疇壁 402
9.7.3 磁疇結(jié)構(gòu) 404
9.8* 技術(shù)磁化及其微觀機制 408
9.8.1 技術(shù)磁化 408
9.8.2 技術(shù)磁化的微觀機制 409
9.9* 動態(tài)磁化 411
9.9.1 動態(tài)磁化過程與交流回線 411
9.9.2 復數(shù)磁導率411
9.9.3 交變磁場下的能量損耗 413
習題 416
第10章 材料的光學性能 418
10.1 光的基本性質(zhì) 418
10.2 光與材料的相互作用 419
10.2.1 光的折射 421
10.2.2 光的反射 426
10.2.3 光的吸收 428
10.2.4 光的散射 435
10.2.5 光的透射 438
10.2.6 材料的顏色 440
10.3* 材料的發(fā)光 441
10.3.1 熒光和磷光 441
10.3.2 發(fā)光的物理機制 444
10.3.3 激光 446
10.3.4 光導纖維 451
習題 456
基本物理常量表 458
參考文獻 459