材料物理性复习资料.docx

第二章 材料的热学性能 热容：热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。不同温度下，物体的热容不一定相同，所以在温度T时物体的热容为： 物理意义：吸收的热量用来使点阵振动能量升高，改变点阵运动状态，或者还有可能产生对外做功；或加剧电子运动。 晶态固体热容的经验定律： 一是元素的热容定律—杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/（K•mol）； 二是化合物的热容定律—奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。 热差分析：是在程序控制温度下，将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却，测量试样与参比物之间温差(ΔT)随温度(T)时间(t)的变化关系。 参比物要求：应为热惰性物质，即在整个测试的温度范围内它本身不发生分解、相变、破坏，也不与被测物质产生化学反应同时参比物的比热容，热传导系数等应尽量与试样接近。 第三章 材料的光学性能 四、 选择吸收：同一物质对各种波长的光吸收程度不一样，有的波长的光吸收系数可以非常大，而对另一波长的吸收系数又可以非常小。 均匀吸收：介质在可见光范围对各种波长的吸收程度相同。 金属材料、半导体、电介质产生吸收峰的原因 （1）金属对光能吸收很强烈，这是因为金属的价电子处于未满带，吸收光子后即呈激发态，用不着跃迁到导带即能发生碰撞而发热。（2）半导体的禁带比较窄，吸收可见光的能量就足以跃迁。（3）电介质的禁带宽，可见光的能量不足以使它跃迁，所以可见光区没有吸收峰。紫外光区能量高于禁带宽度，可以使电介质发生跃迁，从而出现吸收峰。电介质在红外区也有一个吸收峰，这是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。 第六章 材料的磁学性能 一、固有磁矩产生的原因 原子固有磁矩由电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成，电子绕原子核运动，产生轨道磁矩；电子的自旋也产生自旋磁矩。当电子层的各个轨道电子都排满时，其电子磁矩相互抵消，这个电子层的磁矩总和为零。原子中如果有未被填满的电子壳层，其电子的自旋磁矩未被抵消(方向相反的电子自旋磁矩可以互相抵消)，原子就具有“永久磁矩”。 二、抗磁性与顺磁性 抗磁性：轨道运动的电子在外磁场作用下产生附加的且与外磁场反向的磁矩。 产生原因：外加磁场作用下电子绕核运动所感应的附加磁矩造成的。 顺磁性：材科的顺磁性来源于原子的固有磁矩。 产生原因：因为存在未填满的电子层，原子存在固有磁矩，当加上外磁场时，为了降低静磁能，原子磁矩要转向外磁场方向，结果使总磁矩不为零而表现出磁性。 三、强顺磁性：过渡族金属在高温都属于顺磁体，这些金属的顺磁性主要是由于3d, 4d, 5d电子壳层未填满，而d和f态电子未抵消的磁矩形成晶体离子构架的固有磁矩，因此产生强烈的顺磁性。 四、磁化曲线、磁滞回线 剩余磁感应强度：Br（剩余磁化强度Mr） 矫顽力：Hc 饱和磁感应强度：Bs（饱和磁化强度Ms 五、磁畴：在铁磁材料中存在着许多自发磁化的小区域，我们把磁化方向一致的小区域，称为磁畴。 结构：磁畴结构包括磁畴的形状、尺寸、畴壁的类型与厚度，同一磁性材料如果磁畴结构不同，则其磁化行为不同。从能量观点来看，磁畴结构受到交换能、各向异性能、磁弹性能、畴壁能及退磁能的影响。稳定的磁畴结构，应使其能量总和最小。由于晶体表面形成磁极的结果，这种组态退磁能最大。从能量的观点，把晶体分为两个或四个平行反向的自发磁化区域可以大大降低退磁能。当磁体被分为n个区域(即n个磁畴)时，退磁能降到原来的1/n。但由于两个相邻磁畴间畴壁的存在又增加了畴壁能，因此自发磁化区域的划分并不是可以无限地小，而是以畴壁能及退磁能之和为最小，分畴停止。 六、产生自发磁化的原因 在没有外磁场的情况下，材料所发生的磁化称为自发磁化。 （1）从能量的角度：铁磁性物质自发磁化是由于电子间的相互作用产生的。当两个原子相接近时，电子云相互重叠，由于3d层和4s层的电子能量相差不大，因此它们的电子可以相互交换位置，迫使相邻原子自旋磁矩产生有序排列。因交换作用所产生的附加能量成为交换能，用Eex表示。交换能的正负取决于A和，当A为正值(A0)时，时，Eex为负最大值，即相邻自旋磁矩同向平行排列时能量最低，即自发磁化；（当A为负值(A＜0). =180`，Eex为负最大值，即相邻自旋磁矩反向平行排列时能量最低，即产生反磁性。） （2）交换能积分常数A与原子之间的距离a和未填满电子壳层半径r之比有如下关系：当a/r＞3时，A＞0，有自发磁化倾向。（当a/r＜3时，A＜0，这时自旋磁矩反向平行排列时能量最低） 七、超交换：通过夹在磁性离子间的氧离子形成的间接交换作用，称为超交换作用。 九、磁滞伸缩效应：当铁磁体在磁场中被磁化时，由于原子磁矩有序排列，电子间的相互作用，导致原子间距