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第1章 材料中的电子理论1

1.1 概述1

1.2 自由电子理论1

1.3 金属的费密-索末菲（Fermi-Sommerfel）电子理论4

1.4 自由电子的按能级分布8

1.5 晶体能带理论基本知识概述10

1.5.1 能带理论的三个假设11

1.5.2 近自由电子近似12

1.5.3 布里渊区理论14

1.5.4 准自由电子近似电子能级密度16

1.5.5 能带理论的局限性17

1.6 原子中的电子状态18

1.6.1 核外电子运动的特征19

1.6.2 核外电子的运动状态20

1.6.3 原子的壳层结构、核外电子排布与元素周期律24

第2章 材料电学性能的测试技术31

2.1 概述31

2.2 电子类载流子导电34

2.2.1 金属导电机制34

2.2.2 金属材料的导电性控制因素35

2.2.3 纯金属的电阻周期性37

2.2.4 马基申定则38

2.2.5 金属电阻率的影响因素40

2.3 金属合金的电阻率49

2.3.1 固溶体的电阻50

2.3.2 化合物、中间相、多相合金电阻52

2.4 非晶合金的电学性能54

2.5 半导体的电学性能56

2.5.1 半导体材料及其能带结构特征56

2.5.2 半导体的导电性60

2.6 绝缘体的电学性能74

2.7 超导体的导电性76

2.7.1 超导电性的基本性质76

2.7.2 两类超导体80

2.7.3 超导现象的物理本质81

2.7.4 超导电性的主要应用84

2.8 导电性的测量84

2.8.1 指示仪表间接测量法85

2.8.2 直流电桥测量法86

2.8.3 直流电位差计法88

2.8.4 用冲击检流计法测量绝缘体电阻90

2.8.5 直流四探针法90

2.9 纳米材料的电性92

思考题95

第3章 材料的介电性能及其分析测试技术96

3.1 绪论96

3.2 电介质及其极化机制98

3.2.1 恒定电场中的电极化98

3.2.2 电介质极化的微观机制102

3.3 交变电场下的电介质110

3.3.1 交变电场下的电介质极化过程110

3.3.2 交变电场下电介质的复介电系数和介质损耗112

3.3.3 复介电系数与温度、频率的关系114

3.4 电介质极化在工程实践中的意义123

3.5 电介质的电导与性能126

3.5.1 电介质的电导126

3.5.2 电介质的电导率和电阻率126

3.5.3 气体电介质中的电导129

3.5.4 液体电介质中的电导130

3.5.5 固体电介质中的电导130

3.6 电介质的损耗及等值电路131

3.7 电介质的击穿134

3.8 电介质极化的相关表征物理量139

3.9 电介质弛豫和频率响应142

3.10 压电性及其表征量144

3.10.1 压电性145

3.10.2 晶体压电性产生原因146

3.10.3 压电材料的主要表征参数147

3.10.4 压电材料的主要应用149

3.11 热释电性及其表征量151

3.11.1 热释电现象152

3.11.2 热释电效应产生的条件152

3.11.3 热释电性的表征153

3.11.4 热释电性的应用153

3.12 铁电性及其表征量155

3.12.1 铁电性155

3.12.2 铁电畴的观察158

3.12.3 铁电性的起源159

3.12.4 铁电性的分类160

3.12.5 铁电体的性能及其应用161

3.12.6 铁电性、压电性和热释电性关系165

3.13 介电测量简介167

3.13.1 电容率（介电常数）和介电损耗的测定167

3.13.2 电滞回线的测量171

3.13.3 压电性的测量172

思考题173

第4章 材料磁学性能的测试技术174

4.1 绪论174

4.2 材料的磁化现象及磁学基本量178

4.2.1 磁场178

4.2.2 磁荷、磁偶极子和磁矩179

4.2.3 磁场强度、磁化强度、磁感应强度及其关系181

4.2.4 磁化率和磁导率183

4.2.5 CGS系统中的磁学单位185

4.2.6 磁化状态下磁体中的静磁能量187

4.3 物质的磁性分类190

4.4 磁性的起源与原子本征磁矩、抗磁性和顺磁性194

4.4.1 自由原子的本征磁矩194

4.4.2 物质的抗磁性196

4.4.3 物质的顺磁性198

4.4.4 金属的顺磁性和抗磁性200

4.5 铁磁性和亚铁磁性物质的特性203

4.5.1 磁化曲线203

4.5.2 磁滞回线203

4.6 磁晶各向异性和磁晶能204

4.7 磁致伸缩与磁弹性能206

4.8 铁磁性的物理本质208

4.9 磁畴的起因与磁畴结构212

4.9.1 磁畴的起因212

4.9.2 不均匀物质中的磁畴215

4.10 影响合金铁磁性和亚铁磁性的因素217

4.10.1 温度对铁磁和亚铁磁性影响217

4.10.2 加工硬化的影响219

4.10.3 合金元素含量的影响220

4.11 技术磁化和反磁化过程223

4.11.1 技术磁化的机制223

4.11.2 畴壁壁移的动力与阻力225

4.11.3 反磁化过程和磁矫顽力227

4.12 磁性材料的动态特性228

4.12.1 交流磁化过程与交流回线229

4.12.2 复数磁导率230

4.12.3 交变磁场作用下的能量损耗230

4.13 磁性测量235

4.13.1 抗磁与顺磁材料磁化率的测量235

4.13.2 铁磁体材料的直流磁性测量236

4.13.3 铁磁体材料的交流磁性测量240

4.14 纳米材料的磁性245

思考题247

第5章 材料光学性能的测试技术248

5.1 前言248

5.2 光的本性248

5.3 光的透射、折射和反射250

5.3.1 材料的折射率及影响因素252

5.3.2 材料的反射系数254

5.3.3 材料的透射及其影响因素255

5.4 材料对光的吸收和色散260

5.4.1 光的吸收260

5.4.2 光的色散263

5.5 光的散射及散射光谱265

5.6 材料的光折变效应268

5.6.1 光折变效应的现象和特点268

5.6.2 光折变效应的机制269

5.6.3 光折变晶体及其应用269

5.7 材料的光发射270

5.7.1 发光和热辐射270

5.7.2 激励方式273

5.7.3 材料发光的基本性质274

5.7.4 发光的物理机制276

5.8 常用的光谱分析方法279

5.8.1 吸收光谱279

5.8.2 激光拉曼散射光谱287

5.8.3 荧光分析法291

思考题293

第6章 材料热学性能及其分析测试技术294

6.1 热学性能的物理基础294

6.1.1 热力学第一定律295

6.1.2 热力学第二定律295

6.1.3 热性能的物理本质296

6.2 热容和热焓及其测定297

6.2.1 材料的热容和热焓297

6.2.2 晶格比热容的量子理论299

6.2.3 金属和合金的热容306

6.2.4 相变对热容的影响311

6.2.5 焓和热容的测量312

6.2.6 热分析法314

6.3 材料的热膨胀317

6.3.1 材料的热膨胀系数317

6.3.2 热膨胀的物理机制318

6.3.3 热膨胀系数的测量318

6.4 热电性322

6.4.1 热电效应322

6.4.2 热电势的测量324

6.5 热传导326

6.5.1 导热系数、导温系数和热阻326

6.5.2 魏德曼-弗朗兹定律327

6.5.3 热传导的物理机制328

6.5.4 热传导的影响因素330

6.5.5 热导率的测量331

6.6 材料的热稳定性335

6.6.1 热稳定性的表示方法335

6.6.2 热应力336

6.6.3 抗热冲击断裂性能338

6.6.4 抗热冲击损伤性能341

6.6.5 提高抗热冲击断裂性能的措施342

思考题343

第7章 材料弹性及内耗测试技术344

7.1 概述344

7.2 材料的弹性345

7.2.1 广义胡克定律345

7.2.2 各向同性体的弹性常数347

7.2.3 弹性模量的微观本质348

7.3 弹性模量的影响因素351

7.3.1 原子结构的影响351

7.3.2 温度的影响352

7.3.3 相变的影响354

7.3.4 合金元素的影响354

7.3.5 晶体结构的影响356

7.3.6 铁磁状态的弹性模量异常（△E效应）359

7.3.7 无机材料的弹性模量360

7.4 弹性常数的测定362

7.4.1 共振棒分析363

7.4.2 超声脉冲回波法364

7.4.3 表面压痕仪测弹性模量366

7.5 内耗367

7.5.1 内耗与非弹性形变的关系367

7.5.2 内耗的分类369

7.5.3 内耗产生的物理机制374

7.6 内耗的评估、表征与量度383

7.7 内耗的测量方法384

7.8 高阻尼合金的分类及特点388

7.8.1 高阻尼合金的定义388

7.8.2 按其阻尼本领的大小来分类390

7.8.3 按其阻尼机制来分类391

7.8.4 高阻尼合金研究的进展392

思考题393

参考文献395