发布时间 : 星期四 文章材料物理性能知识点总结 - 图文更新完毕开始阅读
3. 5.2原理
散射改变光线的方向，漫反射 漫透射：材料中必须存在散射颗粒
散射原因：①多晶体,②分散得很细的两相体系，③两相的相对折射率越高，散射越强烈。 3. 5.3显色原因
着色剂对光的选择性吸收而引起选择性反射或选择性透射。 用着色颜料的有: ①分子（离子）着色剂 ②胶态着色剂 3.5.4着色
3.5.4.1分子（离子）着色剂 起着色作用的主要是离子
1）①简单离子 外层电子为惰性气体型或铜型时，本身比较稳定，可见光的能量达到电子跃迁的激发能量，不吸收可见光，显示为无色。②过渡元素有未成对的
2n?n0?aE0?BE0??d电子，镧系元素有未成对的f电子，较少的能量即能激发其跃迁，故而吸收可见光显示各种颜色
如Co2+吸收橙黄和部分绿光，显示带紫的蓝色 Cu2+显示蓝绿色，Cr2+显黄色， Cr3+显紫色 3.6.1 电光效应及电光晶体 （1）电光效应
材料折射率n与外加电场E0有如下关系： 式中n0为无外电场时的折射率。
这种外加电场 引起材料折射率变化 的现象称为电光效应。有电光效应的晶体称为电光晶体。
（2）一次电光效应
折射率与电场有线性关系的电光效应为一次电光效应。只有没有对称中心的晶体才能发生一次电光效应。 （3）二次电光效应
折射率与电场强度的平方有线性关系的电光效应为二次电光效应。有对称中心的晶体和结构任意混乱的介质可能发生二次电光效应。
3.7光导纤维 光线从光密媒质折射入光疏媒质时，折射角大于入射角，当折射角大于90°时，光线全部反射回光密媒质而不进入光疏媒质，这种现象称为全反射。如果保持入射角足够大，光波可在光密媒质的纤维中传播，这是远距离光传输的理论基础。
3.8 激光 在外来光子的激发下，诱发电子能态改变，从而发射出与外来光子的频率相位、传输方向以及偏振态均相同的相干光波。原理：氙气灯照Cr3+红宝石， Cr3+激发从基态跃迁之后，
①直接从激发态回到基态，发出光子，不形成激光
②从激发态到亚稳态，停留3ns后返回基态并放出光子，带动亚稳态下积聚的许多电子雪崩似的返回基态，从而发射出越来越多的光子，来回反射，不断加强。 ③发射出波长为高强度相干光波。 第4章 材料的电导性能 4.1 引言
电流是电荷的定向运动，所以有电流必须有电荷的输运过程。电荷的载体称为载流子，载流子可以是电子、空穴，也可以是正离子，负离子。
tx表示某一种载流子输运电荷占全部电导率的分数。把离子迁移数ti>0.99的导体称为离子导体，把ti<0.99的导体称为混合导体。 电流密度J正比于电场强度E，其比例关系 系数σ即为电导率。
按电导率从大小到的顺序依次有：导体、半导体和绝缘体。导体的电导率多大于1 S/m，半导体的电导率：10-6～102 S/m，绝缘体的电导率多小于10-6S/m 4.2电子类载流子导电
'电子电导的载流子是电子和空穴，主要发生在导体和半导体中。 )??(T4.2.1 金属导电机制 ?1(T)）电子电导的特征――霍尔效应 ?'(T)沿Ｘ方向试样中通入电流Ｉ?(电流密度JX),Z轴方向加一磁场?'HZ,那么，在Y轴
方向将产生电场Ey（其中RH称为霍尔系数）。
?0 T载流子的迁移率, ( )即载流子在单位电场中的迁移?TT01?速度。
电子电导率
霍尔效应的产生是因为电子在磁场作用下产生横向移动的结果。离子的质量比电子大得多，磁场作用力不使它产生横向位移，而纯离子电导不出现霍尔现象。 2）金属电子电导的电阻产生机制
当电子波通过一个理想晶体点阵时（OK）,它将不受散射；只有在晶体点阵的完整性遭到破坏的地方，电子波才受到散射（不相干散射），这就是金属产生电阻的根本原因。由于①温度引起的离子运动（热运动）振幅的变化，以及②晶体中异类原子、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样，电子波在这些地方发生散射而产生电阻，降低导电性。 3）金属电导的马西森定律
是与温度有关的电阻率， 是与杂质浓度、点缺陷及位错有关的电阻率。 在高温时，金属的电阻主要由 起主导作用，在低温时， 起主要作用。 4.2.2 金属电阻率与温度的关系 J?E金属的温度愈高，电阻也愈大。若 以 和 代表金属在0℃和T℃时的电阻率，则：
此公式在温度高于室温下，对大多数金属是适用的。 4.2.3冷加工和缺陷对电阻率的影响
１）冷加工引起金属电阻率增加，同晶格畸变（空位，位错）有关。在０Ｋ时，未经冷加工变形的纯金属的电阻率趋于零，而冷加工的金属在０Ｋ时仍保持有电阻率，称为剩余电阻率。Ey ?RHJXHZ２）缺陷 空位、间隙原子以及它们的组合、位错等晶体缺陷使金属电阻率增加。
???V/E其对剩余电阻率的影响与金属中杂质离子的影响是同一数量级。
4.2.4固溶体的电阻率 ?niei１）当形成固溶体时，合金导电性能降低。原因：固溶体使晶格发生扭曲，破坏
了晶格势场的周期性。
?????????nq???２）合金有序化时，电阻率降低。 4.３离子类载流子导电
4.3.1离子电导的特征—电解效应
离子的迁移伴随着明显的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质，这就是电解现象。电解现象遵循法拉第定律：即电解物质的量与通过的电量成正比。
4.3.2 本征导电和杂质导电
1）本征导电：晶体点阵中的基本离子因热振动而离开晶格，形成热缺陷，这种热缺陷无论是离子或空位都可以在电场作用下定向移动而导电。 2）杂质导电：参加导电的载流子主要是杂质。
3）在较低温下杂质导电显著，在较高温下本征导电表现明显。
弗伦克尔（Frenker)缺陷：正常格点的原子由于运动进入晶格间隙而在晶体内正常格点留下空位。空位与间隙成对产生。
肖特基缺陷（Schottky)缺陷：正常格点的原子由于热运动跃迁到晶体表面，在晶体内正常格点留下空位。正空位与负空位成对产生。 4.3.3离子导电的影响因素 1）温度的影响
高温区本征导电，低温区杂质导电。不论哪一种情况，随温度的增加，电导率增加 。这是离子导电不同于电子导电的方面。 2）离子性质、晶体结构
熔点高结合能大的晶体其导电激活能也高，电导率就低。对碱金属化合物，负离子半径增大，正离子激活能降低。NaF:216KJ/mol, NaCl:169 KJ/mol, NaI:118 KJ/mol
低价正离子荷电少，活化能低，高价正离子价键强，激活能高 。 3) 点缺陷
点缺陷增加导电性。产生离子型点缺陷时，也会有相应的电子型缺陷出现，从而显著影响电导率。 4.3.4固体电解质 g?CQ?Q1）固体电解质：具有离子导电的固体物质称为固体电解质。只有离子晶体才能成为固体电解质。
2）有些固体电解质的电导率比正常离子化合物的电导率高出几个数量级（与半导体相当），故通称为快离子导体，最佳离子导体或超离子导体。 3)离子晶体具有离子电导的条件是离子晶格缺陷多。 ①热激励形成晶格缺陷。②不等价固溶掺杂形成晶格缺陷。③正负离子计量比随气氛变化发生偏离，引发缺陷。 立方氧化锆
3)快离子导体举例：
定义：在氧化锆立方结构中掺入低价离子代替部分锆可以使该结构在室温下稳定，如钙稳定氧化锆（CSZ）
用途:用于测量气体中或熔融金属中氧的含量。 原理：是利用其表面氧分压与电极电位相关。 4.4半导体电导
按电导率从大到小的顺序依次有：导体、半导体和绝缘体。由图2-1可知：导体的电导率多大于1 S/m，半导体的电导率：10-6～102 S/m，绝缘体的电导率多小
/F于10-6S/m. 分为本征半导体和杂质半导体两类。 晶体能带理论
1）相邻原子间同一能级电子云开始重叠时，该能级发生分裂，分裂的能级数与原子数相等。
2）原子基态价电子能级分裂而成的能带称为价带，相应于价带以上的能带（即ne2?第一激发态）称为导带,J电子不能出现的能带称为禁带。 ?ne?V??ne?E?()Exxxxm3）只有导带中的电子和价带顶部的空穴才能导电 2??JxE?ne?/m?ne?金属中导带与价带之间没有禁区（禁带宽度Eg≈0),电子进入导带不需要能量。 x绝缘体中导带与价带之间的禁区宽度（禁带)很大，电子难于从价带进入导带，故不导电。
半导体禁带大小居中，适当的能量即可发电子进入导带而导电。 ieh4.4.1本征半导体激
1)半导体制备工艺之一，就是要制备尽可能纯的材料（纯度高达10-10），然后可控制地引入杂质。纯的未掺杂的半导体仅仅由它固有的性质决定，所以称为本征半导体。把由外部作用而改变半导体固有性质的半导体称为非本征半导体或杂质半导体。主要的半导体器件为非本征半导体。 2）载流子浓度 对于本征半导体，电子类载流子就是从价带激发到导带中的电子，相应地产生同样数目的空穴：Ne=Nh 导带中的电子数
结论:导带中的电子数是温度和电子有效质量的函数. Eg为导带底部的能量级，EF为费密能,费密能代表0K时金属基态系统电子所占有的能级最高的能量，费密能级可以粗略地认为位于半导体的价带和导带的一半（即禁带的中央）。 4.4.２杂质半导体 １）n型半导体
人为地将第V族的元素，如Sb、As、P等作为杂质掺入半导体中，掺入杂质浓度<10－６，与硅成键后，多出的一个电子与核不是紧密结合，使多余的杂质离子的电子进入导带，成为导电的电子所需要的能量远少于半导体禁带的能量，常温下多为10-2eV数量级以下。
杂质原子捐赠电子:Ed为施主能级，粗糙计算方法：
22）P型半导体 ?Ne?2(2?mekT/h2)3exp[?(Eg?EF)/kT]（1）掺入第Ⅲ族的元素如In、Al、B等，与硅相比，少一个电子，有空穴存在。 （2）被杂质原子接受的电子的能量高于价带顶部的能量。 （3）受主能级Ea是电子从价带跳到杂质原子能级所需能量，其杂质原子称为受主。
4.4.3载流子迁移率 若电子密度为n，则：
m?e4
Ed?2若同时有电子和空穴导电，则 8?rh2??ne(???)