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1　概论 1

目录 1

2　材料结构理论 4

2.1　概述 4

2.2　原子结合与结合键 5

2.2.1 离子键 5

2.2.2　共价键 6

2.2.3　金属键 6

2.2.4　极化键 6

2.3　晶体结构与晶体学 10

2.4　准晶、非晶和液晶 16

2.4.1 准晶 16

2.4.2 非晶 17

2.4.3　液晶 17

2.5.1　X射线衍射 18

2.5　材料结构的实验研究 18

2.5.2 电子衍射 20

2.5.3 中子衍射 21

2.5.4　场离子显微镜 21

2.5.5　扫描隧道显微镜 21

思考题与习题 23

3　缺陷物理 24

3.1　概述 24

3.2　点缺陷 26

3.2.1 点缺陷的主要类型 26

3.2.2　热缺陷数目的统计理论………………………………………………………（27)3.2.3 点缺陷对物理性能的影响 28

3.3　原子扩散理论 30

3.3.1　扩散方程和扩散系数 30

3.3.2 自扩散的微观机制 31

3.3.3　杂质原子的扩散 34

3.4.1 离子晶体中的点缺陷 35

3.4　离子晶体的点缺陷及其导电性 35

3.4.2 离子晶体的导电性 36

3.4.3 色心 37

3.5　位错 39

3.5.1　位错的主要类型 39

3.5.2　位错的滑移与晶体的范性形变 40

3.5.3　位错能 42

3.5.4　位错的其他性质和影响 43

3.6 面缺陷 45

3.6.1 小角晶界的位错模型 46

3.6.2　孪晶界和堆垛层错 47

3.6.3 晶界能 48

思考题与习题 50

4　材料强化 51

4.1　概述 51

4.2.1　拉伸试验 52

4.2　力学实验与材料性能 52

4.2.2 弯曲试验 55

4.2.3　硬度试验 56

4.2.4 冲击试验 58

4.2.5 断裂韧性 59

4.2.6 蠕变 60

4.2.7 疲劳 61

4.3　加工硬化 64

4.4　固溶强化 66

4.5　弥散强化 69

4.6　固态相变强化 73

4.7　复合强化 78

4.7.1　颗粒增强复合材料 78

4.7.2　纤维型复合材料 80

4.7.3　层状增强复合材料 80

思考题与习题 81

5.1　概述 82

5　导电物理 82

5.2　材料的导电性能 84

5.2.1 能带结构 84

5.2.2　超导现象 88

5.2.3 导电材料与电阻材料 90

5.2.4　其他材料的导电性能 91

5.3 半导体与p-n结 91

5.3.1 本征半导体与非本征半导体 91

5.3.2 n型半导体与p型半导体 92

5.3.3 p-n结 94

5.4　半导体的物理效应 97

5.4.1 余辉效应 97

5.4.2　发光二极管 98

5.4.3　激光二极管 100

5.4.4　光伏特效应 101

5.5.1 克鲁格维克符号系统 103

5.5　半导体陶瓷的缺陷化学理论基础 103

5.5.2　准化学反应 104

5.5.3　质量作用定律 105

5.5.4　半导体陶瓷的能带结构 107

5.5.5 BaTiO3半导瓷的缺陷化学研究 110

5.6　能带理论的应用 113

5.6.1　半导体的表面能级 113

5.6.2　半导体与半导体的接触 114

5.6.3　半导体与金属的接触 117

思考题与习题 119

6　电介质物理 120

6.1　概述 120

6.1.1 电介质的概念及特点 120

6.1.2 电介质的分类 120

6.1.3 电介质的四大基本常数 121

6.1.4 电介质的理论 121

6.2.1 静电介电系数和电极化 122

6.1.5 电介质的实验研究 122

6.2　静电场中的电介质行为 122

6.2.2　洛仑兹有效场 127

6.3　变动电场中电介质行为及介质损耗 130

6.4　极化弛豫 132

6.5　动态介电系数 134

6.6 固体电介质的电导与击穿 135

6.6.1 固体电介质的电导 135

6.6.2 固体电介质的击穿 147

6.7　电介质的唯象理论 152

6.7.1 热力学唯象理论方法 152

6.7.2 固态电介质的特征函数 155

6.7.3 电介质宏观性质的统一描述方法 158

6.8　复介电常数和介电谱的实验研究 159

6.8.1 复介电常数的测量 160

6.8.2　介电谱 161

6.8.4 热激励去极化电流的测量（TSDC谱） 164

6.8.3　介电常数对温度的函数关系（温度谱） 164

思考题与习题 169

7　铁电物理 170

7.1　铁电物理的一般性质 170

7.2　铁电体的电畴与电滞回线 171

7.2.1　铁电体的电畴 171

7.2.2　铁电体电滞回线 177

7.3　铁电相变与晶体的结构变化 179

7.3.1 无序-有序型相变铁电体 179

7.3.2　位移型相变铁电体 182

7.3.3 晶格振动与相变 189

7.4　铁电体物理效应 192

7.4.1　压电效应 193

7.4.2　热释电效应 198

7.4.3 电致伸缩 200

7.4.4　光学效应 202

7.5　铁电物理效应的实验研究 211

7.5.1 电介质的铁电性与热电性的实验研究 211

7.5.2 压电效应和电致伸缩效应的实验研究 216

思考题与习题 223

8　磁性物理 224

8.1　概述 224

8.2　原子和离子的固有磁矩 225

8.2.1 自由原子的磁矩 225

8.2.2　物质中的原子磁矩 228

8.3　物质的抗磁性和顺磁性 230

8.3.1　抗磁性（Diamagnetism） 230

8.3.2　顺磁性（Paramagnetism） 230

8.4　铁磁性的“分子场”理论 231

8.4.1　铁磁性（Ferromagnetism） 231

8.4.2　外斯分子场理论（Weiss Mean Field Theory） 231

8.4.3　直接交换作用 232

8.5.1　亚铁磁体、亚铁磁性 233

8.4.4　稀土金属化合物中的间接交换作用 233

8.5　亚铁磁性“分子场”理论 233

8.5.2 尖晶石型铁氧体的晶体结构 234

8.5.3　奈尔亚铁磁性分子场理论 236

8.6　铁磁体中的磁晶各向异性、磁致伸缩 238

8.6.1 磁晶各向异性能（Magnetocrystalline Anisotropy Energy） 238

8.6.2　退磁场能（Demagnetizing Energy） 240

8.6.3　磁致伸缩（Magnetostriction） 241

8.7　畴壁与磁畴结构 241

8.7.1　磁畴壁（Domain Walls） 242

8.7.2　磁畴（Magnetic Domain） 243

8.7.3 单畴结构 245

思考题与习题 246

9　材料的相变 248

9.1　概述 248

9.2.1　按热力学分类 250

9.2　相变的基本类型 250

9.2.2　相变按动力学分类 251

9.2.3　相变按机制分类 253

9.3　马氏体相变 255

9.3.1 马氏体相变热力学 255

9.3.2　马氏体相变动力学 256

9.3.3 马氏体相变的晶体学唯象理论 258

9.4　铁电相变、铁性相变 260

9.4.1　铁电相变类型 261

9.4.2 电介质的特征函数 263

9.4.3　铁性相变（Ferroic Phase Transition） 266

9.5　有序-无序相变 267

9.5.1　有序度参数 267

9.5.2　长程有序的统计理论 268

9.6　朗道相变理论概要 271

9.6.1　序参量与对称破缺 271

9.6.2　朗道相变理论 272

9.7　相变动力学 273

9.7.1 形核 274

9.7.2 长大 277

9.7.3 转变速率 279

9.8　界面稳定性与形态演变 280

9.8.1　组分过冷 280

9.8.2　典型界面形态及其形成机理 283

9.8.3　枝晶生长 285

9.9　相变微观理论简介 287

9.9.1　伊辛模型 287

9.9.2　临界指数与标度律 288

9.9.3　重正化群理论大意 289

9.10　相变的实验研究 291

9.10.1　相变点的测定 291

9.10.3　相变机制的实验研究 292

9.10.2　相变动力学测量 292

思考题与习题 293

10　非晶态物理基础 295

10.1　绪论 295

10.2　非晶态固体的结构 296

10.2.1 非晶态固体的结构特点 296

10.2.2　非晶态固体结构的描述 299

10.2.3　非晶态固体结构的实验研究 301

10.3　非晶态固体结构模型 306

10.3.1　微晶模型 307

10.3.2　无序密堆积硬球模型 308

10.3.3 无规则网络结构模型 310

10.4　非晶态固体的形成 312

10.4.1 结晶与非晶态形成 312

10.4.2 非晶态形成能力 314

10.5　非晶态半导体 316

10.4.3　玻璃化转变 316

10.5.1 非晶态半导体的电子态 317

10.5.2　非晶态半导体的能带模型 320

10.5.3 非晶态半导体的电导 322

思考题与习题 324

11　高分子物理 325

11.1　概述 325

11.2　高分子的分子结构 326

11.2.1 高分子链的组成 327

11.2.2 高分子链的构型 334

11.2.3 高分子链的构象 338

11.3　高分子的聚集态结构 343

11.3.1 晶态与非晶态聚合物的结构 343

11.3.2　液晶态聚合物的结构 358

11.3.3 高分子“合金”的结构形态 361

11.3.4　聚合物的取向结构 361

11.4　高分子的力学性能 364

11.4.1　橡胶弹性 365

11.4.2　聚合物的粘弹性 373

11.5　高分子的电、光和热学性能 378

11.5.1 高分子的电学性能 378

11.5.2 高分子的光学性能 391

11.5.3 高分子的热学性能 397

思考题与习题 405

12　低维材料结构 406

12.1　薄膜的形成 406

12.1.1　薄膜的形成过程 406

12.1.2　薄膜形成的理论基础 408

12.2　薄膜的结构与缺陷 412

12.2.1　薄膜的组织结构 413

12.2.2 薄膜的晶体结构 414

12.2.3　表面结构 414

12.2.4　薄膜的缺陷 415

12.2.5 薄膜的异常结构和非理想化学计量比 416

12.3　薄膜的表面和界面 417

12.3.1 表面态和表面空间电荷层 417

12.3.2　表面势垒 419

12.3.3　界面结构和界面特性、电接触 420

12.4　薄膜的尺寸效应 423

12.4.1　尺寸效应 423

12.4.2　金属薄膜的尺寸效应 423

12.4.3 薄膜中铁电相变的尺寸效应 425

12.5　薄膜和基片的附着和附着力、内应力 426

12.5.1　附着 426

12.5.2 附着机理与附着力 428

12.5.3　内应力 429

12.6　磁电阻效应 430

思考题与习题 433

参考文献 434