文档介绍：材料物理性能
第一章
考点1. 电子理论的发展经历了三个阶段,即古典电子理论、量子自由电子理论和能带理论。古典电子理论假设金属中的价电子完全自由,并且服从经典力学规律;
量子自由电子理论也认为金属中的价电子是自由的,但认为它们服从量子力学规律; 能带理论则考虑到点阵周期场的作用。
考点2. 费米电子
在T = 0K时,大块金属中的自由电子从低能级排起,直到全部价电子均占据了相应的能级为止。具有能量为EF(0)以下的所有能级都被占满,而在EF(0)之上的能级都空着,EF(0)称为费米能,是由费米提出的,相应的能级称为费米能级。
考点3. 四个量子数
1、主量子数n 2、角量子数l 3、磁量子数m 4、自旋量子数ms
考点4. 思考题
1、过渡族金属物理性能的特殊性与电子能带结构有何联系?
过渡族金属的 d 带不满,且能级低而密,可容纳较多的电子,夺取较高的 s 带中的电子,降低费米能级。
第二章
考点5. 载流子
载流子可以是电子、空穴,也可以是离子、离子空位。材料所具有的
载流子种类不同,其导电性能也有较大的差异,金属与合金的载流子为电子,半导体的载流子为电子和空穴,离子类导电的载流子为离子、离子空位。而超导体的导电性能则来自于库柏电子对的贡献。考点6. 杂质可以分为两类
一种是作为电子供体提供导带电子的发射杂质,称为“施主”;另一种是作为电子受体提供价带空穴的收集杂质,称为“受主”。
掺入施主杂质后在热激发下半导体中电子浓度增加(n>p),电子为多数载流子,简称“多子”,空穴为少数载流子,简称“少子”。这时以电子导电为主,故称为n型半导体。施主杂质有时也就称为n型杂质。
在掺入受主的半导体中由于受主电离(p>n),空穴为多子,电子为少子,因而以空穴导电为主,故称为p型半导体。受主杂质也称为p型杂质。
考点7. 我们把只有本征激发过程的半导体称为本征半导体。
考点8. 在同一种半导体材料中往往同时存在两种类型的杂质,这时半导体的导电类型主要取决于掺
杂浓度高的杂质。
随着温度的升高本征载流子的浓度将迅速增加,而杂质提供的载流子浓度却不随温度而改变。因此,在高温时即使是杂质半导体也是本征激发占主导地位,呈现出本征半导体的特征(n≈p)。一般半导体在常温下靠本征激发提供的载流子甚少
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考点21. 磁弹性能
物体在磁化时要伸长(或收缩),如果受到限制,不能伸长(或收缩),则在物体内部产生压应力(或拉应力)。这样,物体内部将产生弹性能,称为磁弹性能。因此,物体内部缺陷、杂质等都可能增加其磁弹性能。
考点22. 技术磁化包含着两种机制:壁移磁化和畴转磁化。
壁移磁化:在有效场作用下,自发磁化方向接近于H方向的磁畴长大,而与H方向偏离较大的近邻磁畴相应缩小,从而使畴壁发生位置变化其实质是:在H作用下,磁畴体积发生变化,相当于畴壁位置发生了位移。磁畴转动磁化过程:在H ≠0时,铁磁体磁畴内所有磁矩一致向着H方向转动的过程。
外磁场的作用是导致磁畴转动的根本原因及动力(即H ≠0时,总自由能将发生变化,其最小值方向将重新分布,磁畴的取向也会由原来的方向——向H方向转动)
考点23. 改善铁磁材料磁导率的方法有:
①消除铁中的杂质; ②把晶粒培育到很大的尺寸;
③造成再结晶织构,即在再结晶时使晶体的易轴(100)沿外磁场排列起来;
④退火时在一定方向施加磁场,并在冷却过程中使磁场从居里点保持到材料只有很低范性的低温,这就是磁场中的退火。
考点24. 软磁材料
容易磁化和退磁的磁性材料称为软磁材料,即这类材料的磁滞回线很窄。其特点是矫顽力低,磁导率高,每周期的磁滞损耗(Q)小。它可分为金属软磁材料和非金属软磁材料。
考点25. 思考题
1、试说明下列磁学参量的定义和概念:磁化强度、矫顽力、饱和磁化强度、磁导率、磁化率、剩余磁感应强度、磁各向异性常数、饱和磁致伸缩系数。
a、磁化强度:一个物体在外磁场中被磁化的程度,用单位体积内磁矩的多少来衡量,成为磁化强度M b、矫顽力Hc:一个试样磁化至饱和,如果要μ=0或B=0,则必须加上一个反向磁场Hc,成为矫顽力。
c、饱和磁化强度:磁化曲线中随着磁化场的增加,磁化强度M或磁感强度B开始增加较缓慢,然后迅速增加,再转而缓慢地增加,最后磁化至饱和。Ms成为饱和磁化强度,Bs成为饱和磁感应强度。 d、磁导率:μ=B/H,表征磁性介质的物理量,μ称为磁导率。
e、磁化率:从宏观上来看,物体在磁场中被磁化的程度与磁化场的磁场强度有关。 M=χ·H,χ称为单位体积磁化率。
f、剩余磁感应强度:将一个试样磁化至饱和,然后慢慢地减少H,则M也将减少,但M