材料物理性能考試重點

篇一：材料物理性能考試重點、複習題

1. 格波：在晶格中存在着角頻率為ω的平面波，是晶格中的所有原子以相同頻率振動而成的波，或某一個原子在平衡附近的振動以波的形式在晶體中傳播形成的波。

2. 色散關係：頻率和波矢的關係

3. 聲子：晶格振動中的獨立簡諧振子的能量量子

4. 熱容：是分子或原子熱運動的能量隨温度而變化的物理量，其定義是物體温度升高1K所需要增加的能量。

5. 兩個關於晶體熱容的經驗定律：一是元素的熱容定律----杜隆-珀替定律：恆壓下元素的

原子熱容為25J/(K*mol);另一個是化合物的熱容定律-----奈曼-柯普定律：化合物分子熱容等於構成此化合物各元素原子熱容之和。

6. 熱膨脹：物體的體積或長度隨温度的升高而增大的現象稱為熱膨脹

7. 固體材料熱膨脹機理：

材料的熱膨脹是由於原子間距增大的結果，而原子間距是指晶格結點上原子振動的平衡位置間的距離。材料温度一定時，原子雖然振動，但它平衡位置保持不變，材料就不會因温度升高而發生膨脹；而温度升高時，會導致原子間距增大。

8. 温度對熱導率的影響：

在温度不太高時，材料中主要以聲子熱導為主,決定熱導率的因素有材料的熱容C、聲子的平均速度V和聲子的平均自由程L,其中v通常可以看作常數,只有在温度較高時,介質的彈性模量下降導致V減小。材料聲子熱容C在低温下與温度T3成正比。聲子平均自由程V隨温度的變化類似於氣體分子運動中的情況，隨温度升高而降低。實驗表明在低温下L值的變化不大，其上限為晶粒的線度，下限為晶格間距。在極低温度時，聲子平均自由程接近或達到其上限值—晶粒的直徑；聲子的熱容C則與T3成正比；在此範圍內光子熱導可以忽略不計，因此晶體的熱導率與温度的三次方成正比例關係。在較低温度時， 聲子的平均自由程L隨温度升高而減小，聲子的熱容C仍與T3成正比，光子熱導仍然極小，可以忽略不計，此時與L相比C對聲子熱導率的影響更大,因此在此範圍內熱導率仍然隨温度升高而增大,但變化率減小。在較高温度下，聲子的平均自由程L隨温度升高繼續減小,而聲子熱容C趨近於常數,材料的熱導率由L隨温度升高而減小決定。隨着温度升高,聲子的平均自由程逐漸趨近於其最小值,聲子熱容為常數,光子平均自由程有所增大,故此光子熱導逐步提高,因此高温下熱導率隨温度升高而增大。一般來説,對於晶體材料，在常用温度範圍內，熱導率隨温度的上升為下降。

9. 影響熱導率的因素:1）温度的影響，一般來説，晶體材料在常用温度範圍內，熱導率隨温度的上升而下降。2）顯微結構的影響。3）化學組成的影響。4）複合材料的熱導率

10. 熱穩定性：是指材料承受温度的急劇變化而不致破壞的能力，所以又稱為抗熱震性。

11. 常用熱分析方法：1）普通熱分析法2）差熱分析3）差示掃描量熱法4）熱重法

12. 光折射：當光依次通過兩種不同介質時，光的行進方向要發生改變，這種現象稱為折射

13. 光的散射：材料中如果有光學性能不均勻的結構，例如含有透明小粒子、光性能不同的

晶界相、氣孔或其他夾雜物，都會引起一部分光束偏離原來的傳播方向而向四面八方散開來，這種現象稱為光的散射。

14. 吸收：光通過物質傳播時，會引起物質的價電子躍遷或使原子振動，從而使光能的一部

分轉變為熱能，導致光能的衰減的現象

15. 彈性散射：光的波長（或光子能量）在散射前後不發生變化的，稱為彈性散射

16. 按照瑞利定律，微小粒子對波長的散射不如短波有效，在可見光的短波側λ=400nm處，紫光的散射強度要比長波側λ=720nm出紅光的散射強度大約大10倍

17. 色散：材料的折射率隨入射光的頻率的減小（或波長的增加）而減小的性質，稱為材料的色散

18. 透光性：材料可以使光透過的性能稱為透光性

19. 鏡反射：是指光照射在光潔度非常高的材料表面時，反射光線具有明確的方向性，這種反射稱為鏡反射

20. 漫反射：光照射在粗糙的材料表面時，反射線沒有方向性，這種反射稱為漫反射

21. 受激輻射：處於激發態的發光原子在外來輻射場的作用下，向低能態或基態躍遷時，輻射光子的現象

22. 激光：由受激發射的光放大產生的輻射

23. 受激吸收：如果原子處於低能級，當能量滿足hv=E2-E1的光子趨近它時，原子則可能吸收一個光子並躍遷到高能級，這個吸收過程只有存在適當頻率的外來光子時才會發生

24. 導電：當在材料的兩端施加電壓V時，材料中有電流I流過的現象

25. 超導原因：超導態的電子對有一基本特性，即每個電子對在運動中的總動量保持不變，故在通以直流電時，超導體重的電子對將無阻力地通過晶格運動，晶格散射電子對中的一個電子並改變它的動量時，它也將散射電子對中的另一個電子，在相反方向引起動量的等量變化，成對電子運動的平均速度基本保持不變，電子對運動時不消耗能量，表現出零電阻的特性

26. 載流子：電流是電荷在空間的定向運動。任何一種物質，只要有電流就意味着有帶電粒子的定向運動，這些帶電粒子稱為載流子；載流子為離子或離子空穴的電導稱為離子式電導，載流子為電子或電子空穴的電導稱為電子式電導

27. 霍爾效應：沿試樣x軸方向通入電流I（電流密度jx），z軸方向加一磁場Hz,那麼在y軸方向將產生一電場Ey，這一現象稱為霍爾效應

28. 超導電性：在一定的低温條件下材料突然失去電阻的現象

29. 合金元素及相結構的影響：1）固溶體的導電性；2）金屬化合物的導電性；3）多相合金的導電性

30. 導電性的測量：1）雙臂電橋法；2）直流電位差計測量法；3)直流四探針法；4）絕緣體

電阻的測量

31. 礦物當温度變化時，在晶體的某些結晶方向產生荷電的性質稱為熱電性

32. 熱電效應：在金屬導線組成的迴路中，存在着温差或通以電流時，會產生熱與電的轉換效應

33. 電介質極化的機制：1）電子、離子位移極化；2）弛豫極化；3）取向極化；4）空間電荷極化

34. 介電擊穿：當陶瓷或聚合物用於工程中做絕緣材料、電容器材料和封裝材料時，通常都要經受一定的電壓梯度的作用，如果材料發生短路，則這些材料就失效了，這種失效稱為介電擊穿。引起材料擊穿的電壓梯度稱為材料的介電強度或介電擊穿強度

35. 正壓電效應：當晶體受到機械力作用時，一定方向的表面產生束縛電荷，其電荷密度大小與所加應力的大小成線性關係。這種由機械能轉換成電能的過程，稱為正壓電效應

36. 逆壓電效應：以應力作用α-石英晶體而產生束縛電荷。如果以電場作用在α-石英晶體上，則在相關方向上產生應變，而且應變大小與所加電場在一定範圍內有線性關係。這種由電能轉變為機械能的過程稱為逆壓電效應

37. 熱釋電性：一些晶體除了由於機械應力作用引起壓電效應外，還可以由於温度作用而使其電極化強度變化，這就是熱釋電性，也叫做熱電性

38. 熱釋電效應：由温度變化而使極化改變的現象

39. 鐵電性：晶胞的結構使正負電荷重心不重合而出現電偶極矩，產生不等於零的電極化強度，使晶體具有自發極化，晶體的這種性質叫鐵電性

40. 磁感應強度：通過垂直於磁場方向單位面積的磁力線數

41. 物質磁性的分類：1）抗磁體；2）順磁體；3）鐵磁體；4）亞鐵磁體；5）反鐵磁體

42. 磁化強度：描述磁介質磁化狀態的物理量；矯頑力：當反向磁疇擴大到同正向磁疇大小相等時，有效磁化強度等於0，這時的磁場強度即為矯頑力；飽和磁化強度：鐵磁材料和亞鐵磁材料的磁化強度隨磁場增加而增加所能達到的最大值，是温度的函數 ;磁導率：磁介質中磁感應強度與磁場強度之比。分為絕對磁導率和相對磁導率，是表徵磁介質導磁性能的物理量 ；磁滯損耗：鐵磁材料在磁化過程中由磁滯現象引起的能量損耗 ；飽和磁致伸縮係數：隨着磁場增強，鐵磁體的磁感強度增強，λ絕對值也隨之增大，當磁化強度達到飽和值時，λ=λs，λs為飽和磁致伸縮係數 ；磁晶各向異性常數：單位體積的單晶磁體沿難磁化方向磁化到飽和與沿易磁化方向磁化到飽和所需磁化能之差

43. 彈性模量：材料在彈性變形階段內，正應力和對應的正應變的比值

44. 彈性模量的測量：1）靜態測量法，從應力和應變曲線確定彈性模量，測量的精度較低，不適合對金屬進行彈性分析；2）動態測量法，優點是測量設備簡單，測量速度快，測量結果準確

45. 內耗：由於固體內部的原因使機械能消耗的現象；材料在交變應力作用下應變落後於應力的現象，稱為滯彈性，由滯彈性引起的內耗稱為滯彈性內耗

篇二：材料物理性能期末複習重點-田蒔

1.微觀粒子的波粒二象性

在量子力學裏，微觀粒子在不同條件下分別表現出波動或粒子的性質。這種量子行為稱為波粒二象性。

2.波函數及其物理意義

微觀粒子具有波動性，是一種具有統計規律的機率波，它決定電子在空間某處出現的機率，在t時刻，機率波應是空間位置（x,y,z,t)的函數。此函數稱波函數。其模的平方代表粒子在該處出現的概率。

表示t時刻、（x、y、z）處、單位體積內發現粒子的機率。 3.自由電子的能級密度能級密度即狀態密度。dN為E到E+dE範圍內總的狀態數。代表單位能量範圍內所能容納的電子數。

4.費米能級

在0K時，能量小於或等於費米能的能級全部被電子佔滿，能量大於費米能級的全部為空。故費米能是0K時金屬基態系統電子所佔有的能級最高的能量。

5.晶體能帶理論

假定固體中原子核不動，並設想每個電子是在固定的原子核的勢場及其他電子的平均勢場中運動，稱單電子近似。用單電子近似法處理晶體中電子能譜的理論，稱能帶理論。 6.導體，絕緣體，半導體的能帶結構

根據能帶理論，晶體中並非所有電子，也並非所有的價電子都參與導電，只有導帶中的電子或價帶頂部的空穴才能參與導電。從下圖可以看出，導體中導帶和價帶之間沒有禁區，電子進入導帶不需要能量，因而導電電子的濃度很大。在絕緣體中價帶和導期隔着一個寬的禁帶Eg，電子由價帶到導帶需要外界供給能量，使電子激發，實現電子由價帶到導帶的躍遷，因而通常導帶中導電電子濃度很小。半導體和絕緣體有相類似的能帶結構，只是半導體的禁帶較窄(Eg小)，電子躍遷比較容易端時，其電荷載子會呈現朝某方向流動的行為，因而產生電流。電導率 是以歐姆定律定義為電流密度 和電場強度 的比率：κ=1/ρ

2.金屬—電阻率與温度的關係

金屬材料隨温度升高，離子熱振動的振幅增大，電子就愈易受到散射，當電子波通過一個理想品體點陣時(0K)，它將不受散射；只有在晶體點陣完整性遭到破壞的地方，電子被才受到散射(不相干散射)，這就是金屬產生電阻的根本原因。由於温度引起的離子運動(熱振動)振幅的變化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶體中異類原於、位錯、點缺陷等都會使理想晶體點陣的週期性遭到破壞。這樣，電子波在這些地方發生散射而產生電阻，降低導電性。 金屬電阻率在不同温度範圍與温度變化關係不同。一般認為純金屬在整個温度區間產生電阻機制是電子-聲子（離子）散射。在極低温度下，電子-電子散射構成了電阻產生的主要機制。金屬融化，金屬原子規則陣列被破壞，從而增強了對電子的散射，電阻增加。

3.離子電導理論

離子電導是帶有電荷的離子載流子在電場作用下的定向移動。一類是晶體點陣的基本離子，因熱振動而離開晶格，形成熱缺陷，離子或空位在電場作用下成為導電載流子，參加導電，即本徵導電。另一類參加導電的載流子主要是雜質。

離子尺寸，質量都遠大於電子，其運動方式是從一個平衡位置跳躍到另一個平衡位置。離子導電是離子在電場作用下的擴散。其擴散路徑暢通，離子擴散係數就高，故導電率高。

4.快離子導體（最佳離子導體，超離子導體） 具有離子導電的固體物質稱固體電解質。有些固體電解質電導率比正常離子化合物電導率高出幾個數量級，稱快離子導體。

1.遷移率

遷移率是指載流子（電子和空穴）在單位電場作用下的平均漂移速度，運動得越快，遷移率越大。在電場下，載流子的平均漂移速度v 與電場強度E 成正比為：v=μE式中 μ 為載流子的漂移遷移率，簡稱遷移率，表示單位電場下載流子的平均漂移速度，單位是 m2/Vs 或 cm2/Vs。遷移率是反映半導體中載流子導電能力的重要參數，同樣的摻雜濃度，載流子的遷移率越大，半導體材料的導電率越高。遷移率的大小不僅關係着導電能力的強弱，而且還直接決定着載流子運動的快慢。

1.少數載流子

在熱平衡條件下，給定半導體中電子和空穴共存。例，在n型半導體中，載流子為電子，據質量作用定律有少量空穴存在，該條件下電子稱多數載流子，空穴為少數載流子。簡稱多子和少子。

2.超導體，超導態

材料失去電阻的'狀態稱為超導態，存在電阻的狀態稱為正常態，具有超導態的材料稱為超導體。

3.超導態特性，超導態的三個性能指標

超導體的主要特性（1）進入超導態的超導體中有電流無電阻，超導體是完全等電位的，內部無電場，即完全導電性，（2）完全抗磁性（邁斯納效應），處於超導態的材料，磁感應強度B始終為零。超導體可屏蔽磁場，排除磁通（3）通量量子化

超導態的臨界參數 （三個性能指標）

臨界温度（TC）--超導體必須冷卻至某一臨界温度以下才能保持其超導性。

臨界電流密度（JC）--通過超導體的電流密度必須小於某一臨界電流密度才能保持超導體的超導性。

臨界磁場（HC）--施加給超導體的磁場必須小於某一臨界磁場才能保持超導體的超導性。

4.直流四探針（四電極）法測半導體，超導體等低電阻率

當四根金屬探針排成一條直線，並以一定壓力壓在半導體材料上時，在1,4兩根探針間通過電流Ｉ，則2,3探針間產生電位差Ｖ。根據公式可計算出材料的電阻率： 其中，C為四探針的針係數（cm），它的大小取決於四根探針的排列方法和針距。

1.電容C

兩個臨近導體加上電壓後具有存儲電荷能力的量度。是表徵電容器容納電荷的本領的物理量 ，電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F。

2.電介質的極化

介電材料：放在平板電容器中增加電容的材料 電介質：在電場作用下能建立極化的物質。在真空平板電容器中，嵌入一塊電解質加入外電場時，在正極附近的介質表面感應出負電荷，負極板附件的介質表面感應出正電荷，稱感應電荷或束縛電荷。極化：電介質在電場作用產生束縛電荷的現象。

3.電偶極距極性分子由於分子的正負電荷重心不重合而存在電偶極矩。Q是所含電量L為正負電荷重心距離

4.電子，離子的位移極化

電子位移極化：材料在外電場的作用下，原子中的電子雲將離帶正電的原子核這個中心，原子就成為一個暫時的或感應的偶極子。

離子位移極化：極化晶體中負離子和正離子相對於它們的正

常位置發生位移，形成一個感生偶極矩。 晶體在電場作用下離子間的鍵合被拉長。

5.壓電性，壓電效應在一些特定方向上對晶體加力，則在力的垂直方向上出現正負束縛電荷，這種現象為壓電效應。正壓電效應與逆壓電效應統稱為壓電效應。具有壓電效應的物體稱為壓電體。

正壓電效應 ：晶體受到機械作用力時，在一定方向的表面上會出現數量相等、符號相反的束縛電荷；作用力反向時，表面荷電性質亦反號，而且在一定範圍內電荷密度與作用力成正比。

這種由機械能轉化為電能的過程，為正壓電效應。

逆壓電效應 ：當晶體在外加電場作用下，晶體的某些方向上產生形變，其形變與電場強度成正比。稱為逆壓電效應。

6.熱釋電性

在某些絕緣物中，由於温度變化而引起電極化狀態改變的現象。

7.鐵電體，電疇鐵電體是電介質的一個亞類，其基本特徵是具有自發電極化且這種電極化可以在外電場作用下改變方向。

電疇：鐵電體自發極化時能量升高，狀態不穩定，晶體趨向於分成許多小區域，每個小區域電偶極子沿同一方向，不同小區域的電偶極子方向不同，每個小區域為電疇。 8.鐵電體來源

對於鐵電體的初步認識是它具有自發極化。 1.光通過固體，光從一個介質進入到另一個介質時，將發生透射、反射、吸收和散射現象。 2.色散，材料的折射率隨入射光頻率的減小（或波長的增大）而減小的性質。色散= 3.反射係數R

4.朗伯特定律：IIl

0e，在介質中光強隨傳播距離（光通過介質厚度）呈指數形式衰減的規律。

5.激光及其特點

在外來光子的激發下，誘發電子能態的轉變，從而發射出於外來光子頻率，相位，傳輸方向及偏振態均相同的相干光波。

6.偏振光

自然光的電場矢量振動傳播在空間內分佈是均勻的，一些原因造成光電矢量在某些方向上振動減弱，另一些方向上增強，稱偏振光。 1.電光效應，由外加電場引起的材料折射率變化的效應。

2.熱容：當一系統由於加給一微小的熱量δQ而温度升高dT時，δQ/dT 這個量即是該系統的熱容。通常以符號C表示，單位J/K。

3.熱膨脹，固體材料熱膨脹本質歸結於點陣結構中質點間平均距離隨温度升高而增大。 4.傅里葉導熱定律：單位時間內通過給定截面的熱量，正比例於垂直於該界面方向上的温度

變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與温度升高的方向相反。負號，表示熱量向低温處傳播，可以用來計算熱量的傳導量。其中熱流密度是在與傳輸方向相垂直的單位面積上，在x方向上的傳熱速率。它與該方向上的温度梯度dT/dx成正比。比例常數k是熱導率（也稱為 導熱係數），單位是 （W/mK）。 5.本徵半導體。P型，N型，PN結的單向導電性

5.熱電效應，電位差、温度差、電流、熱流之間存在着的交叉聯繫構成了熱點效應。 塞貝克效應：兩種下同的導體組成一個閉合迴路時，若在兩接頭處存在温度差，則迴路中將有電勢及電流產生玻爾貼效應：當有電流通過兩個不同導體組成的迴路時，除產生焦耳熱外，在兩接頭處還分別出現吸收或放出熱量Q的現象， Q稱為玻爾帖熱

湯姆遜效應：當電流通過具有一定温度梯度的導體時，除產生焦耳熱外，另有一橫向熱流流入或流出導體（即吸熱或放熱）

6.熱應力，僅由材料熱膨脹或收縮引起的內應力。熱應力主要來源（1）因熱脹冷縮受到限制而產生的熱應力；（2）多相複合材料因各相膨脹係數不同而產生的熱應力；（3）因温度梯度而產生熱應力。 1.磁矩

描述載流線圈或微觀粒子磁性的物理量。一個載流循環的磁偶極矩是其所載電流乘於循環面積：其中，為磁偶極矩，為電流，；其中，為力矩，為磁場，為勢能。

2.物質的磁性分類

根據物質的磁化率，把物質的磁性大致分為抗磁體、順磁體、反鐵磁體、鐵磁體和亞鐵磁體。 抗磁體，χ為負值，很小，約在10-6數量級；順磁體，χ為正值，很小，約在10-3～10-6數量級；反鐵磁體，χ為正值，很小；鐵磁性體，χ為正值，很大，約在10～106數量級；亞鐵磁體，χ為正值，沒有鐵磁性體大。 3.鐵磁體的磁化曲線和磁滯回線 MS：飽和磁化強度 BS：飽和磁感強度 Mr：剩餘磁化強度 Br：剩餘磁感強度 HC：矯頑力

Hs:飽和外加磁場強度磁導率μ Hr:剩餘磁場強度當鐵磁質達到磁飽和狀態後，如果減小磁化場強H，介質的磁化強度M（或磁感應強度B）並不沿着起始磁化曲線減小，M（或B）的變化滯後於H的變化。這種現象叫磁滯。在磁場中，鐵磁體的磁感應強度與磁場強度的關係可用曲線來表示，當磁化磁場作週期的變化時，鐵磁體中的磁感應強度與磁場強度的關係是一條閉合線，這條閉合線叫做磁滯回線。B-H磁滯回線的面積表示經歷一個週期過程後鐵磁體損耗的能量。

　4.鐵磁性產生原因

鐵磁質自發磁化源自於原子（正離子）磁矩，且在原子磁矩中起主要作用的是電子自旋磁矩。

任何物質由原子組成，原子又有帶正電的原子核（核子）和帶負電的電子構成。核子和電子本身都在做自旋運動，電子又沿一定軌道繞核子做循規運動。它們的這些運動形成閉合電流，從而產生磁矩。材料磁性的本源是：材料內部電子的循規運動和自旋運動。

5.磁疇，未加磁場時鐵磁質內部已經磁化到飽和狀態的若干個小區域。 6.磁性材料

磁性材料按磁化後去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化後容易去掉磁性的物質叫軟磁性材料，不容易去磁的物質叫硬磁性材料。軟磁性材料，高磁導率，低矯頑力，低鐵芯損耗。飽和磁感應強度Bs，剩餘磁感應強度Br，矯頑力Hc，

軟磁材料：磁滯回線瘦長，易於磁化，也易於退磁，μ高、 Ms高、 Hc小、 Mr低

硬磁（永磁）材料：磁滯回線短粗，磁化後不易退磁，μ低、 Hc與 Mr高

居里温度Tc：鐵磁物質的磁化強度隨温度升高而下降，達到某一温度時，自發磁化消失，轉變為順磁性，該臨界温度為居里温度。它確定了磁性器件工作的上限温度。 4.磁致電阻效應

磁性材料電阻率隨磁化狀態而改變的現象。由於外磁場的存在，金屬中傳導電子受洛倫茲力作用而進行螺旋線式運動，電阻較高，無磁場時，電子直線運動。

5.磁光效應，是指處於磁化狀態的物質與光之間發生相互作用而引起的各種光學現象。包括法拉第效應、克爾磁光效應、塞曼效應和科頓-穆頓效應等。這些效應均起源於物質的磁化，反映了光與物質磁性間的聯繫。

法拉第效應，線偏振光透過放置磁場中的物質，沿着磁場方向傳播時，光的偏振面發生旋轉的現象。也稱法拉第旋轉或磁圓雙折射效應,簡記為MCB。一般材料中，法拉第旋轉（用旋轉角θF表示）和樣品長度l、磁感應強度B有以下關係 θF＝VlB,V是與物質性質、光的頻率有關的常數,稱為費爾德常數。

磁光克爾效應：入射的線偏振光在已磁化的物質表面反射時，振動面發生旋轉的現象。

　第七章

E 彈性模量 正應力與正應變之比，反應物體抵抗正應變的能力

G 切變模量 切應力與切應變之比，反應物體抵抗切應變的能力μ 泊松比 反應在均勻分佈的軸向力時，橫向應變與軸嚮應變的絕對值的比值

K 體積模量 體應力與體應變的比值 3.粘彈性，滯彈性

一些非晶體甚至多晶在比較小的應力作用下可同時表現出彈性和黏性，稱黏彈性。

當應力作用於實際固體時，固體形變的產生與消除需要一定的時間，這種與時間有關的彈性

稱為滯彈性。理想彈性受體應力作用立刻產生應變。

4.應力弛豫

彈性材料應變保持恆定，應力隨時間延長而減小的現象，稱應力弛豫（應力鬆弛） 5.偽彈性，超彈性

對母相加應力誘發產生應變，當應力除去時，母相消失，應變回復；或者加應力使母相重新取向（變體），產生應變，應力去掉，應變回復，

稱合金偽彈性。

7.材料熱導率測量【穩態測試-駐流法(直接法）】

7.布儒斯特角和馬呂斯定律

篇三：材料物理性能期末複習題 2

期末複習題

　一、填空（20）

2.克勞修斯—莫索蒂方程建立了宏觀量 介電常數 與微觀量 極化率 之間的關係。

3．固體材料的熱膨脹本質是 點陣結構中質點間平均距離隨温度升高而增大 。

4．格波間相互作用力愈強，也就是聲子間碰撞機率愈大，相應的平均自由程愈 小 ，熱導率也就愈

質中 能量損耗 的大小。 7．當磁化強度M為 負 值時，固體表現為抗磁性。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．廣義虎克定律適用於 各向異性的非均勻 材料。

11．設某一玻璃的光反射損失為m，如果連續透過x塊平板玻璃，則透過部分應為 I0（1-m）

2x。

12．對於中心穿透裂紋的大而薄的板，其幾何形狀因子。

13．設電介質中帶電質點的電荷量q，在電場作用下極化後，正電荷與負電荷的位移矢量為l， 則此偶極矩為 ql。

14．裂紋擴展的動力是物體內儲存的 彈性應變能 的降低大於等於由於開裂形成兩個新表面所需的表面能 。

fith微裂紋理論認為，斷裂並不是兩部分晶體同時沿整個界面拉斷，而是 裂紋擴展 的結果。

16．考慮散熱的影響，材料允許承受的最大温度差可用 第二 熱應力因子表示。

17．當温度不太高時，固體材料中的熱導形式主要是 聲子熱導 。

18．在應力分量的表示方法中，應力分量σ,τ的下標第一個字母表示方向，第二個字母表示 應力作用 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。

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，材料的斷裂強度不是取決於裂紋的 數量 ，而是決定於裂紋的 大小 ，即是由最危險的裂紋尺寸或臨界裂紋尺寸決定材料的 斷裂強度。

22. 複合體中熱膨脹滯後現象產生的原因是由於不同相間或晶粒的不同方向上膨脹係數差別很大，產生很大的內應力，使坯體產生微裂紋。

23.晶體發生塑性變形的方式主要有 滑移 和 孿生 。

24.鐵電體是具有 自發極化 且在外電場作用下具有 電滯回線 的晶體。

25.自發磁化的本質是 電子間的靜電交換相互作用 。

二、名詞解釋(20)

自發極化：極化並非由外電場所引起，而是由極性晶體內部結構特點所引起，使晶體中的每個晶胞內

存在固有電偶極矩，這種極化機制為自發極化。

滯彈性：當應力作用於實際固體時，固體形變的產生與消除需要一定的時間，這種與時間有關的彈性

稱為滯彈性。

格波：處於格點上的原子的熱振動可描述成類似於機械波傳播的結果，這種波稱為格波，格波的一個

特點是，其傳播介質並非連接介質，而是由原子、離子等形成的晶格。

電介質：指在電場作用下能建立極化的一切物質。

電偶極子：是指相距很近但有一距離的兩個符號相反而量值相等的電荷。

蠕變（creep）(緩慢變形)：固體材料在保持應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現象。它

與塑性變形不同，塑性變形通常在應力超過彈性極限之後才出現，而蠕變只要應力的作用時間相當長，它在應力小於彈性極限時也能出現。

壓電效應：不具有對稱中心的晶體在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，

同時在它的兩個相對錶面上出現正負相反的電荷。當外力去掉後，它又會恢復到不帶電的

狀態，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，

當對不具有對稱中心晶體的極化方向上施加電場，晶體也會發生變形，電場去掉後，晶體

的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應，或稱為電致伸縮現象。

電致伸縮：當在不具有對稱中心晶體的極化方向上施加電場時，晶體會發生變形，電場去掉後，晶體

的變形隨之消失，這種現象稱為電致伸縮現象，或稱為逆壓電效應。

鐵電體：具有自發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）

2.簡述位移極化和鬆馳極化的特點。

答：位移式極化是一種彈性的、瞬時完成的極化，不消耗能量；

鬆弛極化與熱運動有關，完成這種極化需要一定的時間，並且是非彈性的，因而消耗一定的能量。

3.鐵磁性與鐵電性的本質差別是什麼？

答：⑴ 鐵電性由離子位移引起，鐵磁性由原子取向引起。

⑵ 鐵電性在非對稱性的晶體中發生，鐵磁性發生在次價電子的非平衡自旋中。

⑶ 鐵電體的居里點是由於晶體相變引起的，鐵磁性的居里點是原子的無規則振動破壞了原子

間的“交換”作用，從而使自發磁化消失引起的。

4.為什麼金屬材料有較大的熱導率，而非金屬材料的導熱不如金屬材料好？ 答：固體中導熱主要是由晶格振動的格波和自由電子運動來實現的。在金屬中由於有大量的自由電子，而且電子的質量很輕，所以能迅速地實現熱量的傳遞。雖然晶格振動對金屬導熱也有貢獻，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熱機構。因此，金屬一般都具有較非金屬材料更大的熱導率。

6．如果要減少由多塊玻璃組成的透鏡系統的光反射損失，通常可以採取什麼方法？為什麼？

答：有多塊玻璃組成的透鏡系統，常常用折射率和玻璃相近的膠粘起來，這樣除了最外和最內的兩個表面是玻璃和空氣的相對摺射率外，內部各界面均是玻璃和膠的較小的相對摺射率，從而大大減少了界面的反射損失。

7．闡述大多數無機晶態固體的熱容隨温度的變化規律。

答：根據德拜熱容理論，在高於德拜温度θD時，熱容趨於常數(25J／(K·mo1)，低於θD時與

T3成正比。因此，不同材料的θD是不同的。無機材料的熱容與材料結構的關係是不大的，絕大

多數氧化物、碳化物，熱容都是從低温時的一個低的數值增加到1273K左右的近似於25J／K·mol的數值。温度進一步增加，熱容基本上沒有什麼變化。

8.有關介質損耗描述的方法有哪些？其本質是否一致？

答：損耗角正切、損耗因子、損耗角正切倒數、損耗功率、等效電導率、復介電常數的復項。多種方法對材料來説都涉及同一現象。即實際電介質的電流位相滯後理想電介質的電流位相。因此

它們的本質是一致的。

9.簡述提高陶瓷材料抗熱衝擊斷裂性能的措施。

答：(1) 提高材料的強度f，減小彈性模量E。(2) 提高材料的熱導率。(3) 減小材料的熱膨脹

係數。(4) 減小表面熱傳遞係數h。(5) 減小產品的有效厚度rm。

10.為什麼含有未滿殼層的原子組成的物質中只有一部分具有鐵磁性？

含有未滿殼層原子組成的物質包括順磁性物質和有序磁性物質。由於順磁性物質中原子做無規則熱振動，原子磁矩排列雜亂無章，宏觀上不表現磁性；有序磁性物質包括反鐵磁性、亞鐵磁性和鐵磁性物質，由於在反鐵磁性或亞鐵磁性物質中磁性有序的原子排列形成的磁矩平行和反平行相間排列，其磁矩完全或部分抵消，故只有部分磁矩（或自旋電子）方向相同的有序磁性物質具有鐵磁性。

四、論述題：（本題共兩題，共20分）

2．説明下圖中各個參量，數字及曲線所代表的含義。

答：Bs——飽和磁感應強度，當外加磁場H增加到一定程度時，B值就不再上升，也就是這塊材料

磁化的極限。

Br——剩餘磁感應強度，當外加磁場降為0時，材料依然保留着磁性，其強度為Br。

Hc——矯頑力（矯頑磁場強度），表示材料保持磁化、反抗退磁的能力。據此大小可以區分軟磁和

硬磁。

μ——磁導率（=B/H），表示材料能夠傳導和通過磁力線的能力。

Oabc段表示材料從宏觀無磁性到有磁性的磁化過程；cdefghc段表示物質在外加磁場中磁化、退磁再磁化的過程，因為退磁的過程滯後於磁化曲線，故又稱此曲線為磁滯回線。由該曲線圍成的空間有明確的物理意義，即曲線圍起的面積越大，矯頑力（Hc）越大，要求的矯頑場強越大，磁化

所需的能量越大，磁性材料就越“硬”；反之，曲線圍起的面積越小，磁性材料就越“軟”。

d μ

e h

g

f

2.用固體能帶理論説明什麼是導體、半導體、絕緣體，並予以圖示。

答：根據能帶理論，晶體中並非所有電子，也並非所有的價電子都參與導電，只有導帶中的電子或價帶頂部的空穴才能參與導電。從下圖可以看出，導體中導帶和價帶之間沒有禁區，電子進入導帶不需要能量，因而導電電子的濃度很大。在絕緣體中價帶和導期隔着一個寬的禁帶Eg，電子由價

帶到導帶需要外界供給能量，使電子激發，實現電子由價帶到導帶的躍遷，因而通常導帶中導電電子濃度很小。

半導體和絕緣體有相類似的能帶結構，只是半導體的禁帶較窄(Eg小)，電子躍遷比較容易。

五、計算題（每題5分，共20分）

8．康寧1723玻璃（硅酸鋁玻璃）具有下列性能參數：λ=0.021J/( cm?s?℃)；α=4.6×10-6/℃；σp=7.0Kg/mm2，E=6700Kg/mm2，μ=0.25。求第一及第二熱衝擊斷裂抵抗因子。 第一衝擊斷裂抵抗因子：Rf(1) E

79.81060.75= 4.610667009.8106

=170℃ 第二衝擊斷裂抵抗因子：Rf(1) E

=170×0.021=3.57 J/(cm?s)

9.一熱機部件由反應燒結氮化硅製成，其熱導率λ=0.184J/(cm.s.℃)，最大厚度=120mm.如果表面熱傳遞係數h=0.05 J/(cm2.s.℃),假定形狀因子S=1，估算可茲應用的熱衝擊最大允許温差。

S解：TmR11 =226×0.184=447℃ 0.31rmh0.3160.05

10.光通過一塊厚度為1mm的透明Al2O3板後強度降低了15%，試計算其吸收和散射係數的總和。

解:

II0e(s)x

Ie(s)x0.85e(s)0.1 I0

s10ln0.851.625cm1

11.一截面為0.6cm2，長為1cm的n型GaAs樣品，設n8000cm2/Vs3，n1015cm，試求該樣

品的電阻。

解：

111150.781cm19nqn101.6108000

Rl10.7811.3S0.6