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绪论 1

第1章 固体的能量结构 1

1.1 概述 1

1.2 电子的波粒二象性 1

1.3 薛定谔方程 3

1.4 定态波函数 4

1.5 核外电子的运动状态 8

1.6 原子的壳层结构与元素周期律 11

1.7 经典自由电子论 14

1.7.1 从理论上推导出欧姆定律 14

1.7.2 从理论上推导出焦耳-楞次定律 18

1.8 自由电子费米气体 19

1.9 点阵周期场中的电子状态 22

1.10 k空间与布里渊区 25

1.11 费米面 29

1.12 点阵振动与声子 30

1.12.1 单原子点阵的振动 31

1.12.2 双原子点阵的振动 32

1.12.3 点阵振动的量子化 34

1.13 合金相与能带结构——休谟-饶塞里定律 34

第2章 电学性能 37

2.1 概述 37

2.2 导体、绝缘体和半导体的能带 39

2.3 金属的导电性 40

2.3.1 金属导电机制与马基申定则 40

2.3.2 温度对金属电阻的影响 42

2.3.3 压力对材料电阻的影响 46

2.3.4 固溶体的导电性 48

2.3.5 金属间化合物 55

2.3.6 多相合金的导电性 58

2.4.1 半导体的电学性能开发 60

2.4 半导体的电学性能 60

2.4.2 本征半导体和杂质半导体 61

2.4.3 电导率和霍尔效应 64

2.4.4 半导体的能带结构 66

2.4.5 p-n结的整流特性 69

2.4.6 晶体管的放大特性 70

2.5 电介质性能 71

2.5.1 静态介电系数 71

2.5.2 电极化机制 72

2.5.3 交变电场中的介电损耗 74

2.5.4 铁电性 76

2.6 超导电性 81

2.6.1 超导电性的发现与进展 81

2.6.2 温度、压力和磁场的影响 83

2.6.3 两类超导体 84

2.6.4 超导现象的物理本质 86

2.7 导电性的测量 87

2.7.1 指示仪表间接测量法 87

2.7.2 直流电桥测量法 88

2.7.3 直流电位差计测量法 91

2.7.4 用冲击检流计法测量绝缘体电阻 93

2.7.5 直流四探针测量法 93

2.8 电阻分析 95

2.8.1 固溶体有限溶解度的测定 95

2.8.2 合金时效的研究 96

2.8.3 回归现象的研究 97

2.8.4 材料疲劳过程的研究 97

2.8.5 马氏体相变的研究 98

第3章 磁学性能 100

3.1 概述 100

3.2.1 材料的磁化现象 103

3.2 磁性的宏观特征 103

3.2.2 磁化率和磁导率 104

3.2.3 磁化曲线和磁滞回线 106

3.2.4 静磁能和退磁能 108

3.2.5 温度对材料磁性的影响 111

3.2.6 铁磁体的非磁性能反常 112

3.3 抗磁性和顺磁性 112

3.3.1 原子磁性 112

3.3.2 抗磁性 113

3.3.3 顺磁性 115

3.3.4 金属的抗磁性和顺磁性 117

3.3.5 影响金属抗磁性与顺磁性的因素 118

3.3.6 抗磁和顺磁磁化率的测量 121

3.4 铁磁性的物理本质 121

3.4.1 外斯假说 121

3.4.2 自发磁化 122

3.4.3 铁磁性的判据 125

3.4.4 反铁磁性和亚铁磁性 126

3.5 晶体磁各向异性和磁晶能 130

3.5.1 磁各向异性及其解释 130

3.5.2 磁各向异性常数 131

3.5.3 磁各向异性的图形表示 132

3.6 磁致伸缩效应和磁弹性能 133

3.6.1 磁致伸缩及其起因 133

3.6.2 磁致伸缩系数的理论计算 135

3.6.3 磁弹性能 136

3.7 磁畴结构 137

3.7.1 磁畴的观察 137

3.7.2 磁畴的起因 138

3.7.3 畴壁 139

3.7.4 不均匀物质中的磁畴 140

3.7.5 单畴颗粒 141

3.7.6 磁泡畴 142

3.8 技术磁化和反磁化过程 142

3.8.1 技术磁化的两种机制 142

3.8.2 壁移的动力与阻力 144

3.8.3 壁移的两种理论模型和起始磁化率 146

3.8.4 反磁化过程和磁矫顽力 149

3.9 金属与合金的铁磁性 151

3.9.1 温度的影响 151

3.9.2 加工硬化和晶粒细化 152

3.9.3 磁场退火 153

3.9.4 合金化 153

3.9.5 有序化 154

3.9.6 Spinodal分解 155

3.10 动态磁化特性 156

3.10.1 磁滞和涡流损耗 156

3.10.2 复数磁导率 158

3.10.3 铁磁材料的Q值和磁损耗系数tan？ 160

3.10.4 磁后效及其对永久磁铁的影响 161

3.10.5 磁导率减落 162

3.10.6 共振损耗 163

3.11 射频铁氧体 164

3.11.1 射频铁氧体按其用途的分类 165

3.11.2 低频铁氧体 166

3.11.3 高频铁氧体 168

3.12 矩磁铁氧体 169

3.12.1 矩形性 170

3.12.2 开关时间与峰值时间 171

3.12.3 输出电压 171

3.12.4 打扰特性 172

3.12.5 矫顽力 173

3.12.6 温度系数 173

3.13.1 静态磁特性的冲击法测量 174

3.13 铁磁材料静态磁特性的测量 174

3.13.2 静态磁特性的自动测量 180

3.14 铁磁材料动态磁特性的测量 183

3.14.1 动态磁测量技术的发展 183

3.14.2 指示仪表测量法 183

3.14.3 示波器法 186

3.14.4 电桥法 187

3.14.5 动态磁特性的自动测量 188

3.15 磁定量相分析 190

3.15.1 磁参数的选择 190

3.15.2 多相合金的性质 192

3.15.3 磁转矩仪测量法 193

4.2 光的本性 195

4.2.1 波粒二象性 195

4.1 概述 195

第4章 光学性能 195

4.2.2 光是电磁波 196

4.2.3 光波的干涉和衍射 198

4.2.4 光子的能量和动量 199

4.3 介质对光的反射和折射 199

4.3.1 反射定律和折射定律 199

4.3.2 折射率与传播速度的关系 201

4.3.3 反射率和透射率 202

4.3.4 光的全反射和光导纤维 204

4.3.5 棱镜、透镜和反射镜 206

4.4 材料对光的吸收和色散 206

4.4.1 光的吸收 206

4.4.2 光的色散 209

4.5 晶体的双折射和二向色性 213

4.5.1 双折射 213

4.5.2 双折射现象的解释 214

4.5.3 折射率椭球 216

4.5.4 偏振元件 217

4.5.5 二向色性 217

4.6 介质的光散射 218

4.6.1 散射与其他光学现象的关系 218

4.6.2 弹性散射 219

4.6.3 非弹性散射 220

4.7 材料的光发射 222

4.7.1 激励方式 222

4.7.2 材料发光的基本性质 222

4.7.3 发光的物理机制 226

4.8 材料的受激辐射和激光 229

4.8.1 受激辐射 229

4.8.2 激活介质 231

4.8.3 光学谐振腔和模式 232

4.8.4 激光振荡条件 233

4.8.5 激光器件简介 235

第5章 热学性能 237

5.1 概述 237

5.2 热容和热函 237

5.2.1 基本参量及其关系 237

5.2.2 固体热容理论 239

5.2.3 金属与合金的热容 242

5.2.4 合金相的形成热 243

5.2.5 相变对热容和热函的影响 246

5.2.6 热分析及其应用 248

5.3 热膨胀 252

5.3.1 热膨胀系数 252

5.3.2 热膨胀的微观解释 253

5.3.3 热膨胀系数的影响因素 255

5.3.4 铁磁状态的热膨胀反常 258

5.3.5 热膨胀的测量 261

5.3.6 热膨胀分析的应用 265

5.4 热传导 271

5.4.1 导热系数、导温系数和热阻 271

5.4.2 魏德曼-弗朗兹定律 272

5.4.3 热传导的物理机制 273

5.4.4 热传导的影响因素 274

5.4.5 热导率的测量 280

5.5 热电性 281

5.5.1 热电效应及其规律 281

5.5.2 金属的热电势 283

5.5.3 影响金属热电势的因素 285

5.5.4 热电势的测量和应用 286

5.5.5 热电性在测温上的应用 288

第6章 弹性与滞弹性 290

6.1 概述 290

6.2 广义胡克定律 292

6.3 各向同性体的弹性系数 294

6.4 材料中应力波的传播 295

6.5 弹性的物理本质 297

6.5.1 弗朗克尔双原子模型 297

6.5.2 模量与熔点和蒸发热的关系 299

6.6 弹性模量的影响因素 300

6.6.1 原子结构的影响 300

6.6.2 温度的影响 300

6.6.3 相变的影响 302

6.6.4 合金元素的影响 303

6.7 弹性模量的各向异性 305

6.8 铁磁状态的弹性反常 306

6.9 弹性常数的测定 309

6.9.1 共振棒分析 311

6.9.2 共振棒法的计算误差 316

6.9.3 共振棒法实例 318

6.9.4 超声脉冲回波法 320

6.10 滞弹性与内耗 321

6.10.1 滞弹性弛豫 321

6.10.2 内耗、模量亏损与非弹性应变的关系 324

6.11 弛豫型内耗和金属弛豫谱 327

6.11.1 内耗和模量亏损 327

6.11.2 金属弛豫谱 328

6.12 静滞型内耗 329

6.13 阻尼共振型内耗 330

6.14 内耗的测量方法和量度 331

6.14.1 扭摆法——低频下内耗的测量 331

6.14.2 共振棒法——中频下内耗的测量 333

6.14.3 超声脉冲回波法——高频下内耗的测量 335

6.15 内耗与材料结构的关系 336

6.15.1 点缺陷引起的内耗 337

6.15.2 与位错有关的内耗 342

6.15.3 与界面有关的内耗 351

6.16 马氏体相变内耗 354

6.16.1 马氏体相变的内耗特征 354

6.16.2 马氏体相变的阻尼机制 356

6.17 热弹性内耗 357

6.18 磁弹性内耗 358

6.19 伪弹性与形状记忆效应 359

6.19.1 聚合物材料的粘弹性 359

6.19.2 相变伪弹性 361

6.19.3 形状记忆效应 363

6.20 内耗法的应用实例 366

6.20.1 测定扩散参数 366

6.20.2 研究过饱和固溶体的沉淀 368

6.20.3 研究金属的疲劳 369

附录 物理量符号表 371

参考资料 373