材料物理性能与检测PDF电子书下载

第1章 晶体学基础与晶体结构 1

1.1晶体学基础 1

1.1.1晶体与非晶体 1

1.1.2空间点阵和晶胞 2

1.1.3七大晶系与十四种布拉维点阵 4

1.1.4晶向指数与晶面指数 6

1.1.5晶体的对称性 12

1.2三种典型的金属晶体结构 15

1.2.1面心立方结构 15

1.2.2体心立方结构 16

1.2.3密排六方结构 17

1.2.4晶体结构中的间隙 18

1.3晶体的缺陷 20

1.3.1点缺陷 21

1.3.2线缺陷（位错） 24

1.3.3面缺陷 27

1.3.4 晶界能 33

1.3.5 缺陷对材料物理性能的影响 35

参考文献 36

思考练习题 36

第2章 材料的导电性能 38

2.1材料导电性概述 38

2.1.1电阻率和电导率 38

2.1.2电导率的一般表达式 39

2.2材料的导电理论 40

2.2.1金属及半导体的导电机理 40

2.2.2无机非金属材料的导电机理 44

2.3金属材料的电学性能 50

2.3.1金属电阻率的马西森定则 51

2.3.2影响金属导电性的因素 51

2.4半导体材料的电学性能 60

2.4.1半导体材料概述 60

2.4.2 本征半导体的电学性能 61

2.4.3杂质半导体的电学性能 64

2.4.4 pn结 69

2.4.5 半导体与化学结构的关系 71

2.4.6半导体的霍尔效应 73

2.5材料的超导电性 75

2.5.1超导体的三个基本特性 77

2.5.2 超导体的三个临界条件 78

2.5.3两类超导体 80

2.5.4超导的BCS理论 81

2.6材料导电性的测量 82

2.6.1双臂电桥法 83

2.6.2直流电势差计测量法 84

2.6.3直流四探针法 85

2.6.4绝缘体电阻的测量 87

2.7电阻分析的应用 88

2.7.1研究合金的时效过程 88

2.7.2测定固溶体的溶解度曲线 90

2.7.3材料疲劳过程的研究 91

2.7.4马氏体相变的研究 91

参考文献 92

思考练习题 92

第3章 材料的热学性能 93

3.1晶格的热振动 93

3.2材料的热容 96

3.2.1热容及其与温度的关系 96

3.2.2经典热容理论 97

3.2.3热容的量子理论 98

3.2.4材料与热容的关系 101

3.2.5热容的测量 103

3.2.6 热分析法及其在材料研究中的应用 105

3.3材料的热膨胀 114

3.3.1热膨胀的物理本质及热膨胀系数 115

3.3.2膨胀系数与其他物理性能的关系 117

3.3.3影响热膨胀性能的因素 118

3.3.4 热膨胀系数的测量 122

3.3.5热膨胀分析的应用 124

3.4材料的热传导 127

3.4.1材料的热导率和热扩散率 127

3.4.2热传导的物理机制 128

3.4.3 影响材料导热性能的因素 130

3.4.4热导率的测量和应用 137

3.5材料的热稳定性 140

3.5.1热稳定性的表示方法 140

3.5.2热应力 141

3.5.3抗热冲击断裂性能 143

3.5.4抗热冲击损伤性能 146

3.5.5提高材料抗热冲击性能的措施 147

参考文献 148

思考练习题 149

第4章 材料的磁性能 150

4.1基本磁学量 150

4.1.1基本磁现象 150

4.1.2磁化强度M 151

4.1.3磁化率x 151

4.1.4磁导率 151

4.1.5磁学单位制 152

4.2物质的磁性 153

4.2.1原子磁矩 153

4.2.2材料按磁性分类 157

4.3铁磁性基本理论 161

4.3.1自发磁化现象 161

4.3.2铁磁材料的分子场理论 161

4.3.3海森伯铁磁性理论 162

4.3.4亚铁磁性和反铁磁性理论 163

4.4磁各向异性、退磁场、磁致伸缩和磁弹性能 165

4.4.1磁晶各向异性能 165

4.4.2退磁场能和铁磁体的形状各向异性 167

4.4.3磁致伸缩 168

4.4.4磁弹性能 170

4.5磁畴 170

4.5.1磁畴成因 171

4.5.2畴壁 172

4.5.3多晶体和非均匀铁磁体中的磁畴结构 175

4.5.4单畴颗粒 177

4.5.5磁泡畴 177

4.6磁性材料的磁化特性 178

4.6.1技术磁化 178

4.6.2壁移阻力的来源 180

4.6.3磁性材料的磁化特性 181

4.7磁性材料的分类及其性能指标 184

4.7.1磁性材料的分类 184

4.7.2 磁性材料的性能指标 184

4.7.3稀磁半导体 187

4.8 材料磁性能测量方法 192

4.8.1材料静态磁性能的测量 192

4.8.2 材料动态（交流）磁性能的测量 198

4.9 磁性分析的应用 200

4.9.1残余奥氏体量的测定 200

4.9.2测定合金固溶度曲线 201

4.9.3研究铝合金的分解 202

参考文献 203

思考练习题 204

第5章 材料的光学性能 205

5.1概述 205

5.2光的基本性质 206

5.2.1波粒二象性 206

5.2.2光的电磁性 207

5.2.3光与固体的相互作用 208

5.3光通过介质的现象 209

5.3.1折射率 210

5.3.2光的反射和透射 212

5.3.3光的色散 214

5.3.4光的吸收 215

5.3.5光的散射 219

5.3.6无机材料的透光性 223

5.4材料的光发射 226

5.4.1激励方式 226

5.4.2材料发光的基本性质 227

5.4.3发光的物理机制 229

5.5材料的受激辐射和激光 230

5.5.1受激辐射 231

5.5.2 激光产生的基本条件 232

5.5.3激光器的种类 235

5.6光纤、光电效应和非线性光学 236

5.6.1光导纤维 236

5.6.2光电效应与太阳能电池 239

5.6.3非线性光学 243

5.7几种常用的光谱分析方法 247

5.7.1紫外-可见分光光度计法 247

5.7.2拉曼光谱 250

5.7.3荧光分析法 255

参考文献 258

思考练习题 259

第6章 材料的介电性能 260

6.1介质的极化 260

6.1.1介质极化的基本概念和相关物理量 260

6.1.2电介质的极化类型 263

6.1.3电介质中的有效场和克劳修斯-莫索提方程 268

6.2交变电场中的电介质 270

6.2.1介电弛豫 270

6.2.2交变电场下的介质损耗和复介电常数 271

6.2.3 介质损耗和介电常数与外加电场频率的关系 274

6.3电介质的击穿 275

6.3.1击穿电场强度 275

6.3.2固体电介质的击穿 276

6.3.3影响材料击穿强度的因素 279

6.4压电材料 281

6.4.1压电效应 281

6.4.2压电材料主要的表征参数 283

6.4.3压电材料的应用 285

6.5铁电材料 287

6.5.1铁电体、电畴 287

6.5.2 铁电性的起源与晶体结构 290

6.5.3 铁电材料及其应用 291

6.6介电性能的测试 294

6.6.1绝缘电阻率测试 294

6.6.2介电常数和损耗的测量 295

6.6.3 介电强度的测定 298

6.6.4压电性的测量 299

6.6.5铁电体电滞回线的测量 299

参考文献 300

思考练习题 300

第7章 纳米微粒材料的物理性能 301

7.1概述 301

7.1.1纳米材料的分类 301

7.1.2 纳米材料的性能 302

7.2纳米材料的基本理论 302

7.2.1 Kubo理论与量子尺寸效应 302

7.2.2小尺寸效应 305

7.2.3表面效应 306

7.2.4宏观量子隧道效应 307

7.2.5介电限域效应 307

7.2.6库仑阻塞与量子隧穿 308

7.3纳米微粒的物理性能 309

7.3.1热学性能 309

7.3.2磁学性能 311

7.3.3导电性能 313

7.3.4光学性能 315

参考文献 321

思考练习题 321

第8章 薄膜材料的物理性能 322

8.1薄膜材料的特殊性 322

8.2 薄膜材料的分类 324

8.3薄膜的成核长大理论 325

8.3.1体相中均匀成核 326

8.3.2衬底上的非均匀成核 327

8.4 薄膜的形成与生长 329

8.5 薄膜的结构 332

8.5.1组织结构 332

8.5.2 薄膜的晶体结构 335

8.5.3表面结构 336

8.6薄膜中的缺陷 337

8.6.1点缺陷 337

8.6.2位错 338

8.6.3晶界 339

8.6.4 层错缺陷 340

8.7金属薄膜电导性能 340

8.8 半导体氧化物薄膜的光学性能 343

8.8.1薄膜厚度的影响 343

8.8.2 掺杂量的影响 345

8.8.3基片温度的影响 347

8.9薄膜的磁性 348

8.9.1饱和磁化强度 348

8.9.2磁各向异性 349

8.9.3磁畴结构和磁畴壁 350

8.9.4 多层膜的矫顽力 351

8.10薄膜的介电性能 352

8.10.1薄膜的介电常数 352

8.10.2薄膜的损耗 354

8.10.3薄膜的击穿 355

参考文献 358

思考练习题 358

第9章 纳米材料的测试与表征 359

9.1纳米材料的形貌分析 359

9.1.1扫描电子显微镜 360

9.1.2透射电子显微镜 361

9.1.3扫描隧道显微镜 364

9.1.4原子力显微镜 366

9.2纳米材料的粒度分析 368

9.2.1粒度分析的概念 368

9.2.2 粒度分析方法 368

9.3纳米材料的结构分析 370

9.3.1 X射线衍射 370

9.3.2电子衍射分析 371

9.4纳米材料的成分分析 374

9.4.1体相元素成分分析 374

9.4.2表面与微区成分分析 377

参考文献 387

思考练习题 387

附录A固体电子论基础知识概述 388

A.1电子的波动性与量子自由电子理论 388

A.1.1电子的波粒二象性 388

A.1.2量子自由电子理论 389

A.2晶体能带理论 397

A.2.1引言 397

A.2.2布洛赫定理 398

A.2.3潘纳-克龙尼克模型 399

A.2.4一维周期场中电子运动的近自由电子近似 401

A.2.5晶体的布里渊区 406

A.2.6 导体、绝缘体和半导体的能带模型 407

附录B 412