文档介绍：材料性能I(材料物理性能)课程教学大纲
课程学时及与其他课程的衔接情况
计划学时:36
开课时间:材料科学与工程专业, 第六学期
先修课程:材料科学与工程基础(I),大学物理(近代物理学部分)
并行专业课程: 材料科学与工程基础(II),材料分析方法
教学目的:
材料性能I(材料物理性能)是材料科学与工程专业的核心课程之一。立足于培养材料应用和材料制造专业人才的出发点,希望通过本课程的学习,要使学生达到能够了解应用中经常遇到的有关方面的材料性能、其规律性,以及其主要影响因素及控制、改进措施。此外,还要使学生了解材料性能的共性特点。
该课程较为系统地介绍了材料的电学,热学,磁学,光学,介电等方面的性能。在教学上注重简单明了地阐述材料物理性能的基本概念,尽量避免复杂的数学推导。为了使概念清晰,使用了大量图表。并且根据新材料发展,将新材料作为应用举例在相应的物理性能教学中给出。
课程大纲具体内容
§1 课程引言(1学时)
材料性能的概念、“要素”,特点(多样化、指标化、标准化、样品化);课程内容,材料性能的一般规律性(现象、规律----本质、机理----影响因素、控制与改进方法)及学习方法;性能分类及各类性能所涉及的内容简介。
§2 材料的电学性能(13学时)
§(1学时)
从材料性能的定义出发介绍电学性能的含义或涵盖面(导电、介电、压电、铁电、热电、等概念简介),介绍材料性能的表征方法—导电性方面,引入电导率、电流密度概念。
§ 导电性的一般理论处理(2学时)
材料依导电性的分类及导电性范围,四类材料的导电性范围,导电性与材料中电子态间的关系;导电性与材料中载流子的浓度、电荷量、移动速度(及迁移率)的一般关系,在半导体、金属(经典自由电子理论)中的具体形式;量子自由电子理论下的导电性,Fermi球漂移,导电电子数,电导率结论的推导,自由电子的自由程;能带理论下的导电性结论,各类材料导电性相对强弱的讨论,Brillouin区边界的限制。
习题:(1) 金属导电的微观参量(导电电子数、自由程、漂移速度等)
§ 金属材料的导电性(3学时)
机理:实验规律(Matthiessen规则),残余电阻与温度对电阻的影响,电阻根源—周期势场的不规则点,即散射中心
(数量、强度)、导电性的微观控制因素—电子的自由程。
影响因素:温度的影响规律;合金成分的影响(固溶态—影响强度与原子半径及化合价差的关系,有序化的影响;多相区);相变的影响。
其它(自学内容):偏离Matthiessen规则的合金化影响,K状态,其它影响因素;
电阻研究的意义:材料分析方法(高纯度分析,相变及转变分析),测温等应用,精密电阻合金、导电材料、电热合金等。
习题:(1)不同合金系中电阻率与成分的关系,(2)材料电阻率的温度稳定性,精密电阻合金,(3)电阻分析测定相图中固溶度的实验方案设计,(4)硅钢片的涡流损耗问题,该材料的实际工程意义分析。
§ 半导体材料的导电性(4学时)
半导体材料简介(本征—单质、化合物材料,掺杂— n型,p型,材料的电子态特征),导电性(0K下不导电,T>0K时,依靠热激活导电),电子有效质量、电子与空穴。
载流子浓度理论推导,本征半导体的典型数值,掺杂半导体的结构、附近能级的产生、及对载