上册（理论篇） 3
第1章 材料科学的基本概念 3
1.1 原子结构和原子数 3
1.2 原子质量和摩尔 6
1.3 固体中的键及类型 7
1.3.1 分子和成键基本原理 7
1.3.2 共价键晶体：金刚石 9
1.3.3 金属键：铜 11
1.3.4 离子键晶体：盐 11
1.3.5 弱键 15
1.3.6 混合键 17
1.4 分子动力学理论 20
1.4.1 平均动能和温度 20
1.4.2 热膨胀 25
1.5 分子速率与能量分布 29
1.6 热，热涨落与噪声 32
1.7 热激活过程 36
1.7.1 阿累尼乌斯反应速率方程 36
1.7.2 原子扩散及其扩散系数 38
1.8 晶体结构 40
1.8.1 晶体的种类 40
1.8.2 晶向和晶面 46
1.8.3 同素异形体和碳单质 50
1.9 晶体缺陷及其意义 52
1.9.1 点缺陷：空位和杂质 53
1.9.2 线缺陷：刃位错和螺位错 56
1.9.3 面缺陷：晶界 57
1.9.4 晶体表面和表面性质 59
1.9.5 化学计量、非化学计量和缺陷结构 61
1.10 单晶的切克劳斯基生长法 62
1.11 玻璃和非晶态半导体 64
1.11.1 玻璃和非晶态固体 64
1.11.2 单晶硅和非晶硅 66
1.12 固溶体和二相固体 67
1.12.1 同构固溶体：同构合金 67
1.12.2 相图：Cu-Ni合金和其他同构合金 68
1.12.3 区熔提纯和硅单晶的提纯 72
1.12.4 二元低共熔相图和Pb-Sn合金 73
附加的专题 77
1.13 布拉维格子 77
术语解释 79
习题 83
第2章 固体中的电导和热导 95
2.1 经典理论：德鲁德模型 95
2.1.1 金属与电子电导 95
2.2 温度与电阻率的关系：理想纯金属 102
2.3 马希森定则与诺德海姆定则 104
2.3.1 马希森定则与电阻温度系数（α） 104
2.3.2 固溶体与诺德海姆定则 112
2.4 混合物与多孔物质的电阻率 116
2.4.1 多相混合物 116
2.4.2 两相合金（银镍合金）电阻率与电接触 119
2.5 霍尔效应与霍尔器件 120
2.6 热导 124
2.6.1 热导率 124
2.6.2 热阻 129
2.7 非金属的电导率 130
2.7.1 半导体 130
2.7.2 离子晶体与玻璃 133
附加的专题 137
2.8 趋肤效应：导体的高频电阻 137
2.9 金属薄膜 140
2.9.1 金属薄膜中的电导 140
2.9.2 薄膜的电阻率 140
2.10 微电子器件中的互连 144
2.11 电迁移与布莱克方程 147
术语解释 149
习题 151
第3章 量子物理基础 163
3.1 光子 163
3.1.1 光的波动性 163
3.1.2 光电效应 165
3.1.3 康普顿散射 169
3.1.4 黑体辐射 170
3.2 电子的波动性 173
3.2.1 德布罗意关系 173
3.2.2 定态薛定谔方程 175
3.3 无限深势阱：束缚电子 178
3.4 海森伯测不准原理 182
3.5 隧道现象：量子泄露 184
3.6 势能箱：三个量子数 191
3.7 类氢原子 192
3.7.1 电子波函数 192
3.7.2 量子化的电子能量 196
3.7.3 轨道角动量和空间量子化 199
3.7.4 电子自旋和本征角动量S 203
3.7.5 电子的磁偶极矩 204
3.7.6 总角动量J 208
3.8 氦原子和元素周期表 209
3.8.1 氦原子和泡利不相容原理 209
3.8.2 洪特规则 211
3.9 受激辐射与激光器 213
3.9.1 受激辐射与光子放大 213
3.9.2 氦-氖激光器 215
3.9.3 激光器输出光谱 217
附加的专题 219
3.10 光纤放大器 219
术语解释 221
习题 224
第4章 现代固体理论 237
4.1 氢分子：分子轨道成键理论 237
4.2 固体能带理论 241
4.2.1 能带形成 241
4.2.2 能带中电子的性质 246
4.3 半导体 248
4.4 电子有效质量 251
4.5 能带中的状态密度 252
4.6 统计：粒子体系 258
4.6.1 玻耳兹曼经典统计 258
4.6.2 费密-狄拉克统计 259
4.7 金属的量子理论 260
4.7.1 自由电子模型 260
4.7.2 金属中的电导 262
4.8 费密能的意义 264
4.8.1 金属-金属接触：接触势 264
4.8.2 塞贝克效应和热电偶 265
4.9 热电子发射和真空管器件 271
4.9.1 热电子发射：理查森-杜什曼方程 271
4.9.2 肖特基效应和场发射 274
4.10 声子 278
4.10.1 简谐振子和点阵波（格波） 278
4.10.2 德拜热容 282
4.10.3 非金属的热传导 286
4.10.4 电导率 288
附加的专题 289
4.11 金属的能带理论：晶体中的电子衍射 289
4.12 热膨胀的格林爱森模型 297
术语解释 298
习题 300