材料物理基础PDF电子书下载

第一篇　物理学基础 1

1　量子物理基础 1

1.1　经典物理学的困难 2

1.2　黑体辐射规律与普朗克能量子假设 3

1.2.1 黑体辐射规律 3

1.2.2 紫外灾难 5

1.2.3 普朗克的量子理论 6

1.3　光电效应 9

1.4　康普顿散射 10

1.5　物质粒子的波动性 12

1.5.1 德布罗意假设 12

1.5.2 物质粒子波动性的实验证据 12

1.6　波函数与波动方程 14

1.6.1 波-粒二象性 14

1.6.2　波函数的玻恩几率诠释 14

1.6.3 波函数的性质与态叠加原理 14

1.7　含时间的薛定谔方程 16

1.8　不含时间的薛定谔方程——定态问题 18

1.9　一维势垒与隧道效应 20

1.9.1 薛定谔方程在一维势垒上的应用 20

1.9.2　扫描隧道显微镜 22

1.10　不确定性原理 23

思考练习题 25

2　统计力学基础 26

2.1　统计力学发展史 26

2.2　分子运动理论 27

2.2.1 克劳修斯的气体压强公式与气体分子平均自由程 27

2.2.2 概率概念的引进以及麦克斯韦分布的建立 30

2.3　玻耳兹曼关系与热寂 31

2.3.1 玻耳兹曼统计法 31

2.3.2　玻耳兹曼关系与熵增 33

2.3.3 “热寂说”与“麦克斯韦妖” 35

2.4　吉布斯统计法与系综 36

2.5　量子统计法 38

思考练习题 40

3　倒易空间 41

3.1　傅里叶变换与倒易空间 41

3.2　晶体衍射 42

3.3　倒易球 43

思考练习题 44

本篇参考文献 45

第二篇　固体能带理论与物理性能 45

4　固体的能带理论 47

4.1　能带理论的发展 47

4.2　能带的产生——周期场中的传导电子 49

4.3　布里渊区与倒易空间 52

4.4　准自由电子近似电子能级密度 54

4.5　导体、绝缘体、半导体的能带结构 55

4.6　空穴的概念 57

思考练习题 58

5　电学性能 59

5.1　材料导电性能概述 59

5.2　电子类载流子导电 60

5.2.1 金属导电与电阻的产生 60

5.2.2 冷加工和缺陷对电阻率的影响 61

5.2.3 固溶体的电阻率 61

5.3　离子类载流子导电 62

5.3.1 离子导电与扩散 62

5.3.2　快离子导体 62

5.4　锂离子电池 66

5.4.1 锂离子电池的导电机理 66

5.4.2　锂离子电池的正极材料 67

5.4.3 锂离子电池的负极材料 69

5.5　超导现象和超导材料 69

5.5.1　超导现象及其基本概念 69

5.5.2　超导基本理论 71

5.5.3　两类超导体 73

5.5.4　高温超导材料 73

5.5.5　超导材料的应用 75

5.6 半导体材料 75

5.6.1 半导体材料的分类与能带 76

5.6.2　本征半导体的吸收光谱和能带结构 78

5.6.3 实际半导体的杂质电子态 79

5.6.4　载流子输运与霍耳效应 80

5.6.5　半导体表面和界面 81

思考练习题 82

6　自旋电子学 84

6.1 自旋电子学的发展过程 84

6.2　电子的自旋与磁性 86

6.3　巨磁电阻的发现与发展 87

6.4　巨磁电阻多层膜的结构与作用机理 89

6.5　隧道磁电阻 91

6.6 自旋阀 92

思考练习题 93

7　介电物理 94

7.1　介电现象和极化效应 94

7.1.1 电极化现象 94

7.1.2　极化效应和电极化率 95

7.2　压电晶体材料 95

7.3　热释电晶体材料 97

7.3.1 热释电效应 97

7.3.2　热释电效应的应用 97

7.4　铁电效应和铁电晶体 97

7.4.1　铁电效应 97

7.4.2　铁电材料自发极化产生机理 98

7.4.3　铁电畴的运动 99

思考练习题 101

8　磁学性能 102

8.1　磁的基本性质 102

8.2　磁畴的形成 105

8.3　磁畴壁的性质 106

8.4　技术磁化 107

8.4.1 起始磁化曲线 108

8.4.2　畴壁位移过程 108

8.4.3 畴壁位移的理论 110

8.5　磁性材料的分类 111

8.6　板材织构与电工钢的导磁性 112

8.7　纳米磁性材料 113

8.7.1　纳米颗粒型 114

8.7.2　纳米微晶型 115

8.7.3　磁微电子结构材料 116

思考练习题 116

9　固体的光性质和光功能材料 117

9.1 固体对光的吸收与光电转换材料 117

9.1.1 纯净固体对光的吸收 117

9.1.2　缺陷存在时晶体的光吸收 118

9.1.3 无机离子固体的光吸收 119

9.2　半导体的光吸收和光导电现象 119

9.2.1 本征半导体的光吸收 119

9.2.2　非本征半导体的光吸收 120

9.2.3　光导电现象 120

9.3　固体的发光和发光材料 121

9.3.1 发光概论 121

9.3.2　光致发光材料的基本组成 124

9.3.3　光致发光原理 124

9.3.4　反斯托克磷光体 126

9.3.5 日光灯用磷光材料 126

9.3.6 显示用荧光材料 127

9.3.7 激光材料 128

思考练习题 129

本篇参考文献 131

第三篇　材料的热学性能 133

10　材料的热学性能 133

10.1　经典热容理论 133

10.2　爱因斯坦量子热容理论 134

10.2.1 晶格振动振子的平均能量 134

10.2.2　爱因斯坦热容模型 135

10.2.3　德拜热容模型 136

10.2.4 热容的实际应用——热分析法 137

10.3　材料的热传导 138

10.3.1 热传导的宏观现象 138

10.3.2　热传导的机理 139

10.3.3 实际材料的导热 140

思考练习题 141

本篇参考文献 142

第四篇　材料中的缺陷与力学性能 142

11　材料中的缺陷与力学性能 143

11.1　位错 144

11.1.1 位错概念的产生 144

11.1.2　位错的结构 145

11.1.3　位错的运动 148

11.2　晶体的范性形变和屈服 154

11.2.1 金属的滑移及滑移系 156

11.2.2　临界分切应力 158

11.2.3　金属单晶体的滑移形变 159

11.2.4 多晶体的范性形变 161

11.3　超级钢的强化机理 164

11.3.1 晶粒细化的基本理论 165

11.3.2 细化晶粒理论在实际工业中的应用 165

11.3.3 超级钢的工艺方法和强韧化特点 166

11.3.4　超级钢的工业应用 166

11.3.5　超级钢的发展前景 167

11.4　钢材生产的控轧控冷技术 167

11.4.1 控制轧制 168

11.4.2　控制冷却 169

思考练习题 169

本篇参考文献 170

第五篇　表面结构与性能 171

12　表面结构与性能 171

12.1　研究表面的意义 171

12.2　固体的表面及表面力场 172

12.2.1 理想表面 172

12.2.2　清洁表面 172

12.2.3　覆盖表面 173

12.3　实际固体的表面结构 174

12.3.1 表面力 174

12.3.2 晶体表面结构 174

12.3.3　粉体表面结构 175

12.3.4 固体表面的几何结构 175

12.4　表面缺陷与表面扩散 176

12.4.1 表面缺陷 176

12.4.2　表面扩散 177

12.5　表面技术的应用——金属表面化学处理 178

12.5.1 氧化处理 178

12.5.2　铝及铝合金的阳极氧化 179

思考练习题 181

本篇参考文献 182

第六篇　高分子物理 183

13　高聚物分子链结构 183

13.1　概论 183

13.1.1 高分子科学的诞生与发展 183

13.1.2　高分子材料的市场经济地位 184

13.1.3 高分子材料结构和性能特点 185

13.1.4　高分子物理的研究内容 185

13.2　高分子链的近程结构 185

13.2.1 结构单元的化学组成 185

13.2.2　构型 187

13.2.3　高分子共聚物（copolymer） 189

13.2.4　分子构造（architecture） 190

13.3　高分子链的远程结构 191

13.3.1 高分子的相对分子质量及其分布 191

13.3.2　相对分子质量对聚合物性能的影响 194

13.3.3 高分子链的构象 194

13.3.4　高分子链的柔顺性 195

13.3.5 高分子链的构象统计 196

思考练习题 197

14　高聚物的聚集态结构 199

14.1　高聚物分子间作用力 199

14.1.1 范德华力与氢键 199

14.1.2 内聚能密度 199

14.2　高聚物的晶态结构 200

14.2.1 高聚物晶胞结构 200

14.2.2 高聚物结晶的形态学 200

14.2.3 结晶聚合物的结构模型 204

14.2.4　高聚物的结晶过程 205

14.2.5　结晶热力学 207

14.2.6 结晶对高聚物物理力学性能的影响 209

14.3 高聚物的非晶态结构 210

14.3.1 无规线团模型 210

14.3.2　两相球粒模型 210

14.4 高聚物的取向态结构 210

14.4.1 高聚物的取向现象 210

14.4.2　高聚物的取向机理 211

14.4.3　取向度 211

14.4.4　取向的应用 211

14.5　高聚物的液晶态结构 212

14.5.1 液晶 212

14.5.2 高分子液晶的结构 212

14.5.3 高分子液晶的性能和应用 215

14.6　共混高聚物的织态结构 216

14.6.1 高分子混合物的概念 216

14.6.2　高分子的相容性 216

思考练习题 219

15　高聚物的分子运动和转变 220

15.1　高聚物的分子运动特点 220

15.1.1　运动单元的多重性 220

15.1.2　运动的时间依赖性 220

15.1.3　运动的温度依赖性 220

15.2 高聚物的温度-形变曲线 221

15.2.1 线形非晶态聚合物的温度-形变曲线 221

15.2.2 晶态聚合物的温度-形变曲线 222

15.2.3 交联聚合物的温度-形变曲线 222

15.3　高聚物的玻璃化转变 222

15.3.1 玻璃化转变测量方法 223

15.3.2　玻璃化转变理论 223

15.3.3 影响玻璃化温度Tg的因素 224

15.3.4　高聚物的次级转变及其分子机理 227

15.4　高聚物的黏性流动 227

15.4.1 聚合物黏性流动的特点 227

15.4.2　牛顿流体和非牛顿流体 228

15.4.3 实际高聚物的流动性 229

15.4.4 影响熔融黏度的因数 229

15.4.5 聚合物的黏流温度Tf 231

思考练习题 231

16 高聚物的力学性质 233

16.1　形变类型和描述力学性质的基本物理量 233

16.2　高聚物的高弹态 234

16.2.1 高弹态分子运动的特点 234

16.2.2 高弹性的热力学分析 235

16.2.3　橡胶弹性的统计理论 236

16.2.4 橡胶的种类和使用温度范围 239

16.3　高聚物的力学松弛——黏弹性 240

16.3.1 高聚物的力学松弛现象 240

16.3.2　黏弹性的力学模型 243

16.3.3　Boltzmann叠加原理 245

16.3.4 时温等效原理（time-temperature equivalence principle） 246

16.4　高聚物的屈服和断裂 247

16.4.1 高聚物的应力-应变行为 247

16.4.2 高聚物的屈服 251

16.4.3　高聚物的断裂和强度 255

16.4.4　影响高聚物实际强度的因素 260

16.4.5 高聚物增强和增韧 260

思考练习题 263

17　高聚物的电学、光学和热学性质 265

17.1　高聚物的极化和介电性能 265

17.1.1 电解质在外电场中的介电极化现象 265

17.1.2　高聚物的介电性能 267

17.1.3 高聚物的介电松弛谱 270

17.1.4　高聚物的介电击穿 271

17.1.5　高聚物的静电现象 271

17.2　高聚物的导电性 273

17.2.1 材料导电性的表征 273

17.2.2　高聚物绝缘体 274

17.2.3　导电高分子材料 274

17.3　高聚物的光学性质 276

17.3.1 吸收和透射 276

17.3.2　折射和反射 277

17.3.3 非线性光学 278

17.4　高聚物的热学性能 279

17.4.1 聚合物的耐热性 279

17.4.2 聚合物的热稳定性 279

17.4.3 聚合物的导热性 282

17.4.4　聚合物的热膨胀 283

思考练习题 283

本篇参考文献 284

术语索引 285