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第1章　材料的热学性能 1

1.1　热学性能的物理基础 2

1.1.1　热力学第一定律 3

1.1.2　热力学第二定律 3

1.1.3　系统的自由能 4

1.1.4　热性能的物理本质 5

1.2　材料的热容 6

1.2.1　热容定义 6

1.2.2　热容的经验定律和经典理论 7

1.2.3　材料的热容 10

1.3　材料的热膨胀 15

1.3.1　热膨胀系数 15

1.3.2　热膨胀的物理本质 16

1.3.3　热膨胀与性能的关系 18

1.3.4　热膨胀系数测定 19

1.4　材料的热传导 22

1.4.1　热传导的宏观规律 22

1.4.2　热传导的微观机理 23

1.4.3　影响热导率的因素 25

1.4.4　材料的热导率 28

1.4.5　热导率的测量 29

1.5　材料的热稳定性 30

1.5.1　热稳定性的表示方法 31

1.5.2　热应力 31

1.5.3　抗热冲击断裂性能 32

1.5.4　抗热冲击损伤性 35

1.5.5　材料热稳定性的测定 36

1.6　热分析技术及其在材料物理中的应用 37

1.6.1　热重测量法 38

1.6.2　差热分析 39

1.6.3　差示扫描量热法 41

1.6.4　热分析技术的应用 42

1.7　拓展阅读　纳米材料及其热学性能 44

本章小结 47

习题 47

第2章　缺陷物理与性能 48

2.1　点缺陷 50

2.1.1　点缺陷的主要类型 50

2.1.2　热平衡态的点缺陷 51

2.1.3　点缺陷与材料物理性能 52

2.2　位错 57

2.2.1　位错的主要类型 58

2.2.2　位错的运动方式 59

2.2.3　位错的应力场、弹性能和线张力 60

2.2.4　位错与材料物理性能 65

2.3　面缺陷 69

2.3.1　表面 69

2.3.2　界面 69

2.4　拓展阅读　内耗的测量方法与应用 73

2.4.1　内耗的量度 73

2.4.2　内耗的测量方法 74

2.4.3　内耗分析的应用 77

本章小结 81

习题 81

第3章　材料的力学性能 82

3.1　金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 83

3.1.1　力-伸长曲线和应力应变曲线 83

3.1.2　弹性变形 85

3.1.3　塑性变形 88

3.1.4　金属的断裂 100

3.2　力学试验 103

3.2.1　弯曲试验 103

3.2.2　硬度试验 105

3.2.3　冲击试验 109

3.3　加工硬化性能 111

3.3.1　应变硬化的意义 112

3.3.2　应变硬化机理 112

3.3.3　应变硬化指数 113

3.4　蠕变 113

3.4.1　金属的蠕变现象 113

3.4.2　蠕变的形成机理 115

3.4.3　蠕变断裂机理 116

3.5　疲劳 117

3.5.1　疲劳现象 117

3.5.2　疲劳的特点 118

3.6　磨损 118

3.7　聚合物及陶瓷材料的力学性能 119

3.7.1　聚合物材料的力学性能 119

3.7.2　陶瓷材料的力学性能 122

3.8　拓展阅读　碳纳米管力学性能的应用 123

3.8.1　复合材料的增强材料 123

3.8.2　微机械 124

3.8.3　碳纳米管针尖 124

本章小结 124

习题 125

第4章　导电物理与性能 126

4.1 电阻与导电的基本概念 128

4.2　材料的导电机理 128

4.2.1　金属及半导体的导电机理 129

4.2.2　无机非金属的导电机理 133

4.3　材料的导电性 134

4.3.1　导电材料与电阻材料 134

4.3.2　其他材料的导电性能 136

4.4　超导电性 136

4.4.1　超导电性的微观解释 137

4.4.2　超导态特性与超导体的三个性能指标 138

4.4.3　超导体的应用 139

4.5　导电性的测量与应用 140

4.5.1　电阻测量方法 141

4.5.2　电阻分析的应用 143

4.6　半导体与p-n结 146

4.6.1　本征半导体与非本征半导体 146

4.6.2　p-n结 147

4.7　半导体的物理效应 150

4.7.1　半导体导电性的敏感效应 150

4.7.2　光致发光效应 151

4.7.3　电致发光效应 152

4.7.4　光伏特效应 153

4.8　拓展阅读　超导材料的发展、研究与应用 154

4.8.1　超导材料发展历史 154

4.8.2 目前国内外的研究状况及发展趋势 154

4.8.3　超导科学研究 155

4.8.4　磁体科学和技术 156

本章小结 157

习题 158

第5章　材料的介电性能 159

5.1　介质极化和静态介电常数 160

5.1.1　电介质极化及其表征 160

5.1.2　电介质极化的微观机制 163

5.1.3　宏观极化强度与微观极化率 170

5.1.4　影响介电常数的因素 171

5.2　交变电场中的电介质 171

5.2.1　复介电常数 171

5.2.2　介电弛豫的物理意义 173

5.2.3　德拜弛豫方程 174

5.2.4　谐振吸收和色散 176

5.2.5　介质损耗 176

5.2.6　影响介质损耗的因素 179

5.2.7　材料的介质损耗 183

5.3　固体电介质的电导与击穿 187

5.3.1　固体电介质的电导 187

5.3.2 固体电介质的介电强度与击穿 195

5.4　电介质的实验测量研究 199

5.4.1　介电常数和损耗的测量 199

5.4.2　电介质介电强度的测定 202

5.4.3　电介质的铁电性和电滞回线的测量 202

5.5　拓展阅读可设计的高介电陶瓷材料 203

本章小结 204

习题 205

第6章　铁电物理与性能 206

6.1　铁电物理的基本概念 207

6.1.1　铁电体的定义 207

6.1.2　铁电体的特性 207

6.1.3　铁电体的种类 210

6.2　铁电相变 210

6.2.1　无序—有序型相变铁电体 210

6.2.2　位移型相变铁电体 212

6.3　铁电体的物理效应 214

6.3.1　压电效应 214

6.3.2　热释电效应 221

6.3.3　电致伸缩效应 222

6.3.4　光学效应 224

6.4　铁电性基本参数和压电系数的实验研究 228

6.4.1　铁电性基本参数的实验研究 228

6.4.2　压电系数的实验研究 230

6.5　拓展阅读　铁电物理导读 232

本章小结 236

习题 237

第7章　磁性物理与性能 238

7.1　磁学基础 239

7.1.1　磁学基本概念 239

7.1.2　磁学基本量 241

7.2　磁性的微观解释 243

7.2.1　电子轨道磁矩 243

7.2.2　电子自旋磁矩 244

7.3　材料的磁化 244

7.3.1　磁化的相关概念 244

7.3.2　磁化曲线的基本特征 245

7.3.3　磁性的分类 245

7.4　抗磁性与顺磁性 246

7.4.1　抗磁性 246

7.4.2　顺磁性 246

7.4.3　抗磁性与顺磁性的物理本质 246

7.5　反铁磁性 247

7.5.1　反铁磁性材料性质 247

7.5.2　反铁磁性材料特征 248

7.6　铁磁性 248

7.6.1　铁磁性的基本特征 248

7.6.2　外斯“分子场”理论 249

7.6.3　磁晶各向异性、磁致伸缩 250

7.6.4　畴壁与磁畴结构 255

7.6.5　磁化曲线与磁滞回线 258

7.7　亚铁磁性 260

7.7.1　亚铁磁性的基本特征 261

7.7.2　尖晶石铁氧体的晶体结构 261

7.7.3　奈尔亚铁磁性“分子场”理论 262

7.8　磁性材料的应用 265

7.9　拓展阅读　磁性材料 267

本章小结 271

习题 271

第8章　非晶态物理 272

8.1　非晶态物理概述 273

8.2　准晶、液晶和非晶态的结构 274

8.2.1　准晶 275

8.2.2　液晶 276

8.2.3　非晶态 277

8.3　非晶态固体的形成 281

8.3.1　结晶与非晶态的形成 282

8.3.2　玻璃化转变 284

8.4　非晶态固体结构模型 284

8.4.1　微晶模型 285

8.4.2　无规则网络结构模型 287

8.4.3　无序密堆积硬球模型 289

8.5　非晶态材料 290

8.5.1　非晶态固体的结构特征 291

8.5.2　非晶态合金 292

8.5.3　非晶态半导体 294

8.5.4　玻璃陶瓷 295

8.6　拓展阅读　块体非晶合金材料的研究 297

本章小结 299

习题 299

第9章　高分子物理 300

9.1　高分子的分子结构 302

9.1.1　高分子链的结构 303

9.1.2　高分子的聚集态结构 309

9.2　高分子的力学性能 321

9.2.1　聚合物的高弹性 322

9.2.2　聚合物的黏弹性 324

9.2.3　聚合物的力学强度 328

9.3　高分子的电、光和热性能 331

9.3.1　高分子的电学性能 331

9.3.2　高分子的光学性能 335

9.3.3　高分子的热学性能 337

9.4　拓展阅读　高分子链的缠结研究 340

本章小结 342

习题 342

第10章　薄膜物理 344

10.1　薄膜的形成 346

10.1.1　薄膜生长过程及其分类 346

10.1.2　薄膜的形成理论 349

10.1.3　薄膜的应用 350

10.2　薄膜的结构与缺陷 353

10.2.1　薄膜的组织结构 354

10.2.2　薄膜的晶体结构 356

10.2.3　表面结构 356

10.2.4　薄膜的缺陷 357

10.3　薄膜的尺寸效应 359

10.3.1　尺寸效应 359

10.3.2　金属薄膜的尺寸效应 360

10.3.3　薄膜中铁电相变的尺寸效应 361

10.4　薄膜与基底的附着、附着机理与附着力 363

10.4.1　附着 363

10.4.2　附着机理与附着力 365

10.5　薄膜的测试与表征 367

10.5.1　紫外-可见光谱 367

10.5.2　扫描隧道显微镜 367

10.5.3　光声光谱 368

10.5.4　拉曼光谱 369

10.5.5　其他表征手段 370

10.6　拓展阅读　纳米薄膜 370

10.6.1　纳米薄膜的分类 370

10.6.2　纳米薄膜的性能 372

本章小结 375

习题 375

参考文献 376