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第1章 材料中的电子理论 1

1.1 概述 1

1.2 自由电子理论 1

1.3 金属的费密-索末菲（Fermi-Sommerfel）电子理论 4

1.4 自由电子的按能级分布 8

1.5 晶体能带理论基本知识概述 10

1.5.1 能带理论的三个假设 11

1.5.2 近自由电子近似 12

1.5.3 布里渊区理论 14

1.5.4 准自由电子近似电子能级密度 16

1.5.5 能带理论的局限性 17

1.6 原子中的电子状态 18

1.6.1 核外电子运动的特征 19

1.6.2 核外电子的运动状态 20

1.6.3 原子的壳层结构、核外电子排布与元素周期律 24

第2章 材料电学性能的测试技术 31

2.1 概述 31

2.2 电子类载流子导电 34

2.2.1 金属导电机制 34

2.2.2 金属材料的导电性控制因素 35

2.2.3 纯金属的电阻周期性 37

2.2.4 马基申定则 38

2.2.5 金属电阻率的影响因素 40

2.3 金属合金的电阻率 49

2.3.1 固溶体的电阻 50

2.3.2 化合物、中间相、多相合金电阻 52

2.4 非晶合金的电学性能 54

2.5 半导体的电学性能 56

2.5.1 半导体材料及其能带结构特征 56

2.5.2 半导体的导电性 60

2.6 绝缘体的电学性能 74

2.7 超导体的导电性 76

2.7.1 超导电性的基本性质 76

2.7.2 两类超导体 80

2.7.3 超导现象的物理本质 81

2.7.4 超导电性的主要应用 84

2.8 导电性的测量 84

2.8.1 指示仪表间接测量法 85

2.8.2 直流电桥测量法 86

2.8.3 直流电位差计法 88

2.8.4 用冲击检流计法测量绝缘体电阻 90

2.8.5 直流四探针法 90

2.9 纳米材料的电性 92

思考题 95

第3章 材料的介电性能及其分析测试技术 96

3.1 绪论 96

3.2 电介质及其极化机制 98

3.2.1 恒定电场中的电极化 98

3.2.2 电介质极化的微观机制 102

3.3 交变电场下的电介质 110

3.3.1 交变电场下的电介质极化过程 110

3.3.2 交变电场下电介质的复介电系数和介质损耗 112

3.3.3 复介电系数与温度、频率的关系 114

3.4 电介质极化在工程实践中的意义 123

3.5 电介质的电导与性能 126

3.5.1 电介质的电导 126

3.5.2 电介质的电导率和电阻率 126

3.5.3 气体电介质中的电导 129

3.5.4 液体电介质中的电导 130

3.5.5 固体电介质中的电导 130

3.6 电介质的损耗及等值电路 131

3.7 电介质的击穿 134

3.8 电介质极化的相关表征物理量 139

3.9 电介质弛豫和频率响应 142

3.10 压电性及其表征量 144

3.10.1 压电性 145

3.10.2 晶体压电性产生原因 146

3.10.3 压电材料的主要表征参数 147

3.10.4 压电材料的主要应用 149

3.11 热释电性及其表征量 151

3.11.1 热释电现象 152

3.11.2 热释电效应产生的条件 152

3.11.3 热释电性的表征 153

3.11.4 热释电性的应用 153

3.12 铁电性及其表征量 155

3.12.1 铁电性 155

3.12.2 铁电畴的观察 158

3.12.3 铁电性的起源 159

3.12.4 铁电性的分类 160

3.12.5 铁电体的性能及其应用 161

3.12.6 铁电性、压电性和热释电性关系 165

3.13 介电测量简介 167

3.13.1 电容率（介电常数）和介电损耗的测定 167

3.13.2 电滞回线的测量 171

3.13.3 压电性的测量 172

思考题 173

第4章 材料磁学性能的测试技术 174

4.1 绪论 174

4.2 材料的磁化现象及磁学基本量 178

4.2.1 磁场 178

4.2.2 磁荷、磁偶极子和磁矩 179

4.2.3 磁场强度、磁化强度、磁感应强度及其关系 181

4.2.4 磁化率和磁导率 183

4.2.5 CGS系统中的磁学单位 185

4.2.6 磁化状态下磁体中的静磁能量 187

4.3 物质的磁性分类 190

4.4 磁性的起源与原子本征磁矩、抗磁性和顺磁性 194

4.4.1 自由原子的本征磁矩 194

4.4.2 物质的抗磁性 196

4.4.3 物质的顺磁性 198

4.4.4 金属的顺磁性和抗磁性 200

4.5 铁磁性和亚铁磁性物质的特性 203

4.5.1 磁化曲线 203

4.5.2 磁滞回线 203

4.6 磁晶各向异性和磁晶能 204

4.7 磁致伸缩与磁弹性能 206

4.8 铁磁性的物理本质 208

4.9 磁畴的起因与磁畴结构 212

4.9.1 磁畴的起因 212

4.9.2 不均匀物质中的磁畴 215

4.10 影响合金铁磁性和亚铁磁性的因素 217

4.10.1 温度对铁磁和亚铁磁性影响 217

4.10.2 加工硬化的影响 219

4.10.3 合金元素含量的影响 220

4.11 技术磁化和反磁化过程 223

4.11.1 技术磁化的机制 223

4.11.2 畴壁壁移的动力与阻力 225

4.11.3 反磁化过程和磁矫顽力 227

4.12 磁性材料的动态特性 228

4.12.1 交流磁化过程与交流回线 229

4.12.2 复数磁导率 230

4.12.3 交变磁场作用下的能量损耗 230

4.13 磁性测量 235

4.13.1 抗磁与顺磁材料磁化率的测量 235

4.13.2 铁磁体材料的直流磁性测量 236

4.13.3 铁磁体材料的交流磁性测量 240

4.14 纳米材料的磁性 245

思考题 247

第5章 材料光学性能的测试技术 248

5.1 前言 248

5.2 光的本性 248

5.3 光的透射、折射和反射 250

5.3.1 材料的折射率及影响因素 252

5.3.2 材料的反射系数 254

5.3.3 材料的透射及其影响因素 255

5.4 材料对光的吸收和色散 260

5.4.1 光的吸收 260

5.4.2 光的色散 263

5.5 光的散射及散射光谱 265

5.6 材料的光折变效应 268

5.6.1 光折变效应的现象和特点 268

5.6.2 光折变效应的机制 269

5.6.3 光折变晶体及其应用 269

5.7 材料的光发射 270

5.7.1 发光和热辐射 270

5.7.2 激励方式 273

5.7.3 材料发光的基本性质 274

5.7.4 发光的物理机制 276

5.8 常用的光谱分析方法 279

5.8.1 吸收光谱 279

5.8.2 激光拉曼散射光谱 287

5.8.3 荧光分析法 291

思考题 293

第6章 材料热学性能及其分析测试技术 294

6.1 热学性能的物理基础 294

6.1.1 热力学第一定律 295

6.1.2 热力学第二定律 295

6.1.3 热性能的物理本质 296

6.2 热容和热焓及其测定 297

6.2.1 材料的热容和热焓 297

6.2.2 晶格比热容的量子理论 299

6.2.3 金属和合金的热容 306

6.2.4 相变对热容的影响 311

6.2.5 焓和热容的测量 312

6.2.6 热分析法 314

6.3 材料的热膨胀 317

6.3.1 材料的热膨胀系数 317

6.3.2 热膨胀的物理机制 318

6.3.3 热膨胀系数的测量 318

6.4 热电性 322

6.4.1 热电效应 322

6.4.2 热电势的测量 324

6.5 热传导 326

6.5.1 导热系数、导温系数和热阻 326

6.5.2 魏德曼-弗朗兹定律 327

6.5.3 热传导的物理机制 328

6.5.4 热传导的影响因素 330

6.5.5 热导率的测量 331

6.6 材料的热稳定性 335

6.6.1 热稳定性的表示方法 335

6.6.2 热应力 336

6.6.3 抗热冲击断裂性能 338

6.6.4 抗热冲击损伤性能 341

6.6.5 提高抗热冲击断裂性能的措施 342

思考题 343

第7章 材料弹性及内耗测试技术 344

7.1 概述 344

7.2 材料的弹性 345

7.2.1 广义胡克定律 345

7.2.2 各向同性体的弹性常数 347

7.2.3 弹性模量的微观本质 348

7.3 弹性模量的影响因素 351

7.3.1 原子结构的影响 351

7.3.2 温度的影响 352

7.3.3 相变的影响 354

7.3.4 合金元素的影响 354

7.3.5 晶体结构的影响 356

7.3.6 铁磁状态的弹性模量异常（△E效应） 359

7.3.7 无机材料的弹性模量 360

7.4 弹性常数的测定 362

7.4.1 共振棒分析 363

7.4.2 超声脉冲回波法 364

7.4.3 表面压痕仪测弹性模量 366

7.5 内耗 367

7.5.1 内耗与非弹性形变的关系 367

7.5.2 内耗的分类 369

7.5.3 内耗产生的物理机制 374

7.6 内耗的评估、表征与量度 383

7.7 内耗的测量方法 384

7.8 高阻尼合金的分类及特点 388

7.8.1 高阻尼合金的定义 388

7.8.2 按其阻尼本领的大小来分类 390

7.8.3 按其阻尼机制来分类 391

7.8.4 高阻尼合金研究的进展 392

思考题 393

参考文献 395