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第1章 晶体学基础与晶体结构1

1.1晶体学基础1

1.1.1晶体与非晶体1

1.1.2空间点阵和晶胞2

1.1.3七大晶系与十四种布拉维点阵4

1.1.4晶向指数与晶面指数6

1.1.5晶体的对称性12

1.2三种典型的金属晶体结构15

1.2.1面心立方结构15

1.2.2体心立方结构16

1.2.3密排六方结构17

1.2.4晶体结构中的间隙18

1.3晶体的缺陷20

1.3.1点缺陷21

1.3.2线缺陷（位错）24

1.3.3面缺陷27

1.3.4 晶界能33

1.3.5 缺陷对材料物理性能的影响35

参考文献36

思考练习题36

第2章 材料的导电性能38

2.1材料导电性概述38

2.1.1电阻率和电导率38

2.1.2电导率的一般表达式39

2.2材料的导电理论40

2.2.1金属及半导体的导电机理40

2.2.2无机非金属材料的导电机理44

2.3金属材料的电学性能50

2.3.1金属电阻率的马西森定则51

2.3.2影响金属导电性的因素51

2.4半导体材料的电学性能60

2.4.1半导体材料概述60

2.4.2 本征半导体的电学性能61

2.4.3杂质半导体的电学性能64

2.4.4 pn结69

2.4.5 半导体与化学结构的关系71

2.4.6半导体的霍尔效应73

2.5材料的超导电性75

2.5.1超导体的三个基本特性77

2.5.2 超导体的三个临界条件78

2.5.3两类超导体80

2.5.4超导的BCS理论81

2.6材料导电性的测量82

2.6.1双臂电桥法83

2.6.2直流电势差计测量法84

2.6.3直流四探针法85

2.6.4绝缘体电阻的测量87

2.7电阻分析的应用88

2.7.1研究合金的时效过程88

2.7.2测定固溶体的溶解度曲线90

2.7.3材料疲劳过程的研究91

2.7.4马氏体相变的研究91

参考文献92

思考练习题92

第3章 材料的热学性能93

3.1晶格的热振动93

3.2材料的热容96

3.2.1热容及其与温度的关系96

3.2.2经典热容理论97

3.2.3热容的量子理论98

3.2.4材料与热容的关系101

3.2.5热容的测量103

3.2.6 热分析法及其在材料研究中的应用105

3.3材料的热膨胀114

3.3.1热膨胀的物理本质及热膨胀系数115

3.3.2膨胀系数与其他物理性能的关系117

3.3.3影响热膨胀性能的因素118

3.3.4 热膨胀系数的测量122

3.3.5热膨胀分析的应用124

3.4材料的热传导127

3.4.1材料的热导率和热扩散率127

3.4.2热传导的物理机制128

3.4.3 影响材料导热性能的因素130

3.4.4热导率的测量和应用137

3.5材料的热稳定性140

3.5.1热稳定性的表示方法140

3.5.2热应力141

3.5.3抗热冲击断裂性能143

3.5.4抗热冲击损伤性能146

3.5.5提高材料抗热冲击性能的措施147

参考文献148

思考练习题149

第4章 材料的磁性能150

4.1基本磁学量150

4.1.1基本磁现象150

4.1.2磁化强度M151

4.1.3磁化率x151

4.1.4磁导率151

4.1.5磁学单位制152

4.2物质的磁性153

4.2.1原子磁矩153

4.2.2材料按磁性分类157

4.3铁磁性基本理论161

4.3.1自发磁化现象161

4.3.2铁磁材料的分子场理论161

4.3.3海森伯铁磁性理论162

4.3.4亚铁磁性和反铁磁性理论163

4.4磁各向异性、退磁场、磁致伸缩和磁弹性能165

4.4.1磁晶各向异性能165

4.4.2退磁场能和铁磁体的形状各向异性167

4.4.3磁致伸缩168

4.4.4磁弹性能170

4.5磁畴170

4.5.1磁畴成因171

4.5.2畴壁172

4.5.3多晶体和非均匀铁磁体中的磁畴结构175

4.5.4单畴颗粒177

4.5.5磁泡畴177

4.6磁性材料的磁化特性178

4.6.1技术磁化178

4.6.2壁移阻力的来源180

4.6.3磁性材料的磁化特性181

4.7磁性材料的分类及其性能指标184

4.7.1磁性材料的分类184

4.7.2 磁性材料的性能指标184

4.7.3稀磁半导体187

4.8 材料磁性能测量方法192

4.8.1材料静态磁性能的测量192

4.8.2 材料动态（交流）磁性能的测量198

4.9 磁性分析的应用200

4.9.1残余奥氏体量的测定200

4.9.2测定合金固溶度曲线201

4.9.3研究铝合金的分解202

参考文献203

思考练习题204

第5章 材料的光学性能205

5.1概述205

5.2光的基本性质206

5.2.1波粒二象性206

5.2.2光的电磁性207

5.2.3光与固体的相互作用208

5.3光通过介质的现象209

5.3.1折射率210

5.3.2光的反射和透射212

5.3.3光的色散214

5.3.4光的吸收215

5.3.5光的散射219

5.3.6无机材料的透光性223

5.4材料的光发射226

5.4.1激励方式226

5.4.2材料发光的基本性质227

5.4.3发光的物理机制229

5.5材料的受激辐射和激光230

5.5.1受激辐射231

5.5.2 激光产生的基本条件232

5.5.3激光器的种类235

5.6光纤、光电效应和非线性光学236

5.6.1光导纤维236

5.6.2光电效应与太阳能电池239

5.6.3非线性光学243

5.7几种常用的光谱分析方法247

5.7.1紫外-可见分光光度计法247

5.7.2拉曼光谱250

5.7.3荧光分析法255

参考文献258

思考练习题259

第6章 材料的介电性能260

6.1介质的极化260

6.1.1介质极化的基本概念和相关物理量260

6.1.2电介质的极化类型263

6.1.3电介质中的有效场和克劳修斯-莫索提方程268

6.2交变电场中的电介质270

6.2.1介电弛豫270

6.2.2交变电场下的介质损耗和复介电常数271

6.2.3 介质损耗和介电常数与外加电场频率的关系274

6.3电介质的击穿275

6.3.1击穿电场强度275

6.3.2固体电介质的击穿276

6.3.3影响材料击穿强度的因素279

6.4压电材料281

6.4.1压电效应281

6.4.2压电材料主要的表征参数283

6.4.3压电材料的应用285

6.5铁电材料287

6.5.1铁电体、电畴287

6.5.2 铁电性的起源与晶体结构290

6.5.3 铁电材料及其应用291

6.6介电性能的测试294

6.6.1绝缘电阻率测试294

6.6.2介电常数和损耗的测量295

6.6.3 介电强度的测定298

6.6.4压电性的测量299

6.6.5铁电体电滞回线的测量299

参考文献300

思考练习题300

第7章 纳米微粒材料的物理性能301

7.1概述301

7.1.1纳米材料的分类301

7.1.2 纳米材料的性能302

7.2纳米材料的基本理论302

7.2.1 Kubo理论与量子尺寸效应302

7.2.2小尺寸效应305

7.2.3表面效应306

7.2.4宏观量子隧道效应307

7.2.5介电限域效应307

7.2.6库仑阻塞与量子隧穿308

7.3纳米微粒的物理性能309

7.3.1热学性能309

7.3.2磁学性能311

7.3.3导电性能313

7.3.4光学性能315

参考文献321

思考练习题321

第8章 薄膜材料的物理性能322

8.1薄膜材料的特殊性322

8.2 薄膜材料的分类324

8.3薄膜的成核长大理论325

8.3.1体相中均匀成核326

8.3.2衬底上的非均匀成核327

8.4 薄膜的形成与生长329

8.5 薄膜的结构332

8.5.1组织结构332

8.5.2 薄膜的晶体结构335

8.5.3表面结构336

8.6薄膜中的缺陷337

8.6.1点缺陷337

8.6.2位错338

8.6.3晶界339

8.6.4 层错缺陷340

8.7金属薄膜电导性能340

8.8 半导体氧化物薄膜的光学性能343

8.8.1薄膜厚度的影响343

8.8.2 掺杂量的影响345

8.8.3基片温度的影响347

8.9薄膜的磁性348

8.9.1饱和磁化强度348

8.9.2磁各向异性349

8.9.3磁畴结构和磁畴壁350

8.9.4 多层膜的矫顽力351

8.10薄膜的介电性能352

8.10.1薄膜的介电常数352

8.10.2薄膜的损耗354

8.10.3薄膜的击穿355

参考文献358

思考练习题358

第9章 纳米材料的测试与表征359

9.1纳米材料的形貌分析359

9.1.1扫描电子显微镜360

9.1.2透射电子显微镜361

9.1.3扫描隧道显微镜364

9.1.4原子力显微镜366

9.2纳米材料的粒度分析368

9.2.1粒度分析的概念368

9.2.2 粒度分析方法368

9.3纳米材料的结构分析370

9.3.1 X射线衍射370

9.3.2电子衍射分析371

9.4纳米材料的成分分析374

9.4.1体相元素成分分析374

9.4.2表面与微区成分分析377

参考文献387

思考练习题387

附录A固体电子论基础知识概述388

A.1电子的波动性与量子自由电子理论388

A.1.1电子的波粒二象性388

A.1.2量子自由电子理论389

A.2晶体能带理论397

A.2.1引言397

A.2.2布洛赫定理398

A.2.3潘纳-克龙尼克模型399

A.2.4一维周期场中电子运动的近自由电子近似401

A.2.5晶体的布里渊区406

A.2.6 导体、绝缘体和半导体的能带模型407

附录B412