发布时间 : 星期日 文章材料物理性能复习重点 - 图文更新完毕开始阅读
非金属材料的透过性
非金属介质吸收光的一般规律：
1）电子极化：只有光的频率与电子极化时间的倒数处于同一数量级 2）电子受激吸收光子而越过禁带
3）电子吸收光子受激进入位于禁带中的杂质或缺陷能级
每一种非金属材料对特定波长以下的的电磁波是不透明，其具体波长取决于禁带Eg。
对于电介质材料，由于禁带要在高频下光子才能提供足够的能量。但在红外区，也显示吸收峰，由于入射电磁波与正负离子的振动发生共振，光子能量被吸收转化为晶格的弹性振动，即声子吸收。
吸收系数：介质吸收的光谱能量不仅与介质的电子能带结构有关，还与光程有关。
I?I0e??x
介质对光的散射：I=I0e-Sx
散射：与入射光波长有关，也与散射颗粒的大小，分布，数量以及散射相与基体的相对折射率大小有关。
发光：由于受温度之外的其它因素导致的固体向外发射可见光的现象。 荧光：受激发在大约10-8s以内发射的电磁波。
其发光是被激发的电子跳回价带时，发射的光子
磷光：激发事件已经结束之后的一段时间内持续发生的电磁辐射。
材料往往含有杂质，并在能隙附近建立了施主能级，激发的电子从导带回价带时，首先回到施主能级并被捕获，跳回价带时，电子首先从陷阱内逸出。因此延迟了光子发射的时间。 磷光体：激发停止后的一段时间内能发光的复杂晶体无机物质 应 用：电视机屏幕使用的材料；LED（发光二极管）技术 余辉时间：发光后其强度降到原强度1/10时所需要的时间。
热辐射：
利用高温将电子激发到较高能级上去的过程，一些电子回落到空穴位置，此过程放出光子，随温度升高，获得呈连续谱的发射光线。辐射的最短波长和强度信赖于温度。材料的颜色随温度而改变。
白光辐射：在高温下材料热辐射所有波长的光子。
光电导性：光子照到半导体的表面，能产生光诱导的导电性，光电导性。 光生伏特效应：指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。
第五章
声子：原子的振动或谐振产生振动波束，其能量传播是一份一份进行的，称作声子 热容：一定量的物质在一定条件下温度升高1度所需要的热。是用以衡量物质所包含的热量的物理量，用符号C 表示，单位是J·K-1。
摩尔热容： 1摩尔物质的热容，用Cm表示，单位是J·mol-1·K-1。 比热容： 1千克物质的热容，用c表示，单位是J·kg-1·K-1。 等压条件下的热容称定压热容，用符号Cp表示； 等容条件下的热容称定容热容，用符号CV表示。
对于固体和液体来说，Cp和CV近似相等，但是在要求较高的计算中不能忽略。 对于理想气体来说，Cp,m ? CV,m = R，其中R是理想气体常数
1)杜隆-珀替定律：
气体分子的热容理论用于固体，用经典的统计力学处理，晶体有N个原子，总的平均级能量3NkBT, N=N0
??E?CmV????3N0k?3R?24.9(J/mol?K)?T??V
热容是一个固定不变的与温度无关的物理量，只用于除Si, C, B以外的一部分单原子金属。 2)爱因斯坦热容模型：
前提：晶格中每个分子独立地振动，振动的频率为v, 把原子的振动视为谐振子
CmV?h??exp??2kT???E??h??????3RfE??E/T? ??3N0k??2??T?V?kT???h????exp???1??kT???忽略了晶格波的频率差别，温度较低时误差较大。
3) 德拜热容模型：
模型：晶体中各原子间存在弹性斥力和引力，这种力使原子的热振动相互受牵连和制约，相邻原子间协调齐步地振动。
德拜把晶体看作连续介质，这对于原子振动频率较高部分不适用。
金属和合金的热容 1） 金属的热容
Ⅰ区 Cm∝T Ⅱ区 Cm∝T3
Ⅲ区 Cm>3R 增加的部分主要是金属中自由电子热容的贡献。
Ae3 对于金属：其载流子主要是声子和电子。低温时有：Cm?Cm?Cm?AT?BT
2）德拜温度
物理意义：反映原子结合力物理量，ΘD 越高，其结合力越大 3） 合金的热容
对于金属间化合物：近似有Neumann-Kopp定律：
C=pC1+qC2 C 为化合物分子摩尔定压热容，C1和C2各组元原子热容；p, q为化合物中分子各组成原子数 。
相变对热容的影响
对于一级相变：在相变点，焓发生突变，热容为无限大
对于二级相变：比热也有变化，但为有限值
热膨胀本质（非简谐振动）
1）唯象解释：热膨胀的本质为点阵结构中的质点间平均距离随温度的升高而增大。 在质点平衡位置r0两侧：
r
因此，在一定温度下，平衡位置不在ro处，而是向右偏移，温度高，则偏移大； 导致宏观上晶体膨胀。
2）两原子模型：
由于热运动，两个原子运动以一个为参照物，另一个偏离平衡位置x
U(r)=U(r0)+cx2-gx3
根据玻尔兹曼分布：可以算出其平均位移：x?3gkT 4c2
膨胀系数
1）概念：用来描述温度变化时材料发生膨胀或收缩程度的物理量
平均线膨胀系数：?l??l l1?T平均体膨胀系数：???V V1?T对于立方晶系：??3? 2）膨胀系数与其它物理量的关系： a) 体膨胀系数与热容存在关系：??rcV KV b) 膨胀系数与金属熔点关系：?TM?b
VTM?V0V0?0.06
c) 膨胀系数和德拜特征温度：ΘD越高，原子间结合力越大，膨胀系数α越小 d) 硬度：硬度愈高，膨胀系数就愈小
影响热膨胀系的因素：
a) 合金成分和相变
组成合金的溶质元素及含量对合金的热膨胀有明显影响，如合金形成均一的单相固 溶体，则符合相加律。（混合定律）
相变处有膨胀量的变化：一级相变，相变点有不连续变化，（突变） 二级相变，相变点膨胀系数曲线上有拐点。 b) 晶体缺陷：辐射空位使晶体的热膨胀系数增高。
c) 晶体和各向异性：弹性模量较高的方向将有较小的膨胀系数 d) 铁磁性合金的铁磁转变
出现反常的原因：磁致收缩抵消了合金正常的热膨胀。 e) 加工及热处理对材料的热膨胀性能也有影响。
热传导宏观规律和微观机制 1）傅里叶定律 热传导：一块材料温度不均匀或两个温度不同的物体相互接触，热量便会自动的从高 温度区向低温度区传播。 q??kdT??kgradT dxk：热导率（导热系数） W/(m·k)—单位时间通过垂直截面上的热流密度q正比于温度梯度，其比例系数为热导率。反映材料导热的能力。