材料物理性能学

目录
前言
上篇 物理基础理论
第1章 材料概述 2
1.1 材料的历史进程 2
1.1.1 石器时代 2
1.1.2 陶器时代 3
1.1.3 青铜时代 3
1.1.4 铁器时代 4
1.1.5 硅时代 4
1.1.6 碳时代 5
1.2 材料的分类 6
1.2.1 按材料的性质分类 6
1.2.2 按材料的用途分类 9
1.3 几种材料简述 9
1.3.1 生物材料 9
1.3.2 能源材料 11
1.3.3 陶瓷材料 14
1.3.4 高熵合金材料 15
第2章 量子力学基础 18
2.1 量子论 18
2.1.1 黑体辐射 18
2.1.2 旧量子论 21
2.1.3 波粒二象性和物质波 21
2.2 不确定性原理 23
2.3 薛定谔方程及其求解 23
2.3.1 波函数与薛定谔方程 23
2.3.2 定态薛定谔方程 25
2.3.3 一维无限深方势阱 25
2.3.4 算符与角动量算符 27
2.3.5 氢原子 29
2.4 近似方法 31
2.4.1 非简并定态微扰法 31
2.4.2 简并定态微扰法 34
2.5 泡利不相容原理与自旋 35
2.5.1 泡利不相容原理 35
2.5.2 自旋 35
习题 38
第3章 晶体的物理性质 39
3.1 晶体结构周期性 40
3.2 布拉维格子与晶系 40
3.3 晶向与晶面指数 42
3.3.1 分数坐标 42
3.3.2 晶向指数 43
3.3.3 晶面指数 43
3.3.4 晶面间距 44
3.3.5 晶面夹角 44
3.4 常见的晶体结构及其类型 45
3.4.1 常见单质晶体结构 45
3.4.2 AB型结构 51
3.4.3 AB2型结构 53
3.4.4 A2B3型结构 54
3.5 倒格子 54
3.6 晶体结合、密堆积与配位 56
3.6.1 金属键和金属晶体 57
3.6.2 离子键和离子晶体 57
3.6.3 共价键和共价晶体 60
3.6.4 分子间作用力和分子型晶体 63
3.6.5 氢键和氢键型晶体 64
3.6.6 混合键 65
3.6.7 密堆积与配位数 66
3.7 应变、应力和胡克定律 69
3.7.1 应变 69
3.7.2 应力 71
3.7.3 胡克定律 72
3.8 晶体的弹性模量 73
3.8.1 体积模量 73
3.8.2 杨氏模量 75
3.8.3 剪切模量和扭转模量 75
习题 75
第4章 晶格振动和能带理论 76
4.1 晶格振动 76
4.1.1 一维晶格的线性振动 76
4.1.2 晶格振动的量子化、声子 81
4.1.3 固体的比热 84
4.2 能带理论 89
4.2.1 布洛赫定理 89
4.2.2 能带周期性 90
4.2.3 能带对称性 90
4.2.4 解析方法 91
4.2.5 态密度与费米能级 98
4.2.6 布里渊区与费米面 100
习题 105
下篇 材料的物理性能
第5章 材料的力学性能 108
5.1 变形 109
5.1.1 弹性变形 109
5.1.2 黏弹性变形 119
5.1.3 塑性变形 125
5.2 断裂 133
5.2.1 断裂的类型及其机理 134
5.2.2 断裂强度 146
5.2.3 断裂韧性 150
5.3 疲劳 159
5.3.1 疲劳概述 160
5.3.2 疲劳的宏观表征 165
5.3.3 疲劳断裂的微观过程 184
习题 190
第6章 材料的热学性能 193
6.1 热容 193
6.1.1 热力学基础 194
6.1.2 热容的定义 196
6.1.3 晶态固体热容的实验规律及理论 198
6.1.4 实际材料的热容 199
6.2 材料的热膨胀 203
6.2.1 热膨胀系数 204
6.2.2 热膨胀的物理本质 205
6.2.3 热膨胀系数与其他物理参量的关系 208
6.2.4 影响热膨胀的因素 210
6.3 材料的热传导 215
6.3.1 表征热传导的相关物理参量 216
6.3.2 材料热传导的微观机制 219
6.3.3 实际材料的导热性及其影响因素 223
6.4 材料的热稳定性 232
6.4.1 热稳定性的表示方法 232
6.4.2 热应力 233
6.4.3 抗热冲击断裂性能 235
6.4.4 抗热冲击损伤性 239
6.5 材料的热电性 240
6.5.1 热电效应 241
6.5.2 热电性的应用 246
习题 246
第7章 材料的电学性能 249
7.1 材料的导电性 250
7.1.1 电阻率和电导率 250
7.1.2 载流子及其迁移 250
7.1.3 载流子的物理效应 251
7.1.4 材料导电性的分类 253
7.2 材料导电性的能带理论解释 255
7.2.1 电子填充能带的情况与导电性 255
7.2.2 空穴的导电性 256
7.2.3 导体、半导体、绝缘体的能带结构 258
7.3 金属的导电性 259
7.3.1 金属的导电机理 260
7.3.2 影响金属导电性的因素 263
7.4 半导体的导电性 275
7.4.1 本征半导体 276
7.4.2 杂质半导体 281
7.4.3 非简并和简并半导体 288
7.5 离子晶体的导电性 289
7.5.1 离子载流子浓度 289
7.5.2 离子电导机制 290
7.5.3 扩散与离子电导 293
7.5.4 影响离子导电性的因素 295
7.5.5 快离子电导 296
7.6* 超导电性 297
7.6.1 超导现象 297
7.6.2 超导电性的基本性质 298
7.6.3 超导体的三个性能指标 301
7.6.4 超导体的分类 302
7.6.5 超导现象的物理本质 306
7.6.6 超导体的应用 311
习题 312
第8章 材料的介电学性能 315
8.1 介电性及电介质的极化 316
8.1.1 介电性的概念及表征 316
8.1.2 极化的概念及相关的物理参量 318
8.1.3 电介质的极化机制 321
8.1.4 宏观极化强度与微观极化率的关系 327
8.2 交变电场中的电介质 329
8.2.1 交变电场下的电介质极化过程 329
8.2.2 交变电场下电介质的复介电常量和介电损耗 330
8.2.3 电介质弛豫和频率响应 333
8.3 介电击穿 336
8.3.1 热击穿 337
8.3.2 电击穿 338
8.3.3 化学击穿 341
8.3.4 实际材料的击穿 341
8.4 压电性 344
8.4.1 压电效应 344
8.4.2 压电性表征 346
8.4.3 压电效应的应用 347
8.5 热释电性 348
8.5.1 热释电效应 348
8.5.2 热释电效应本质及表征 348
8.5.3 热释电效应的应用 349
8.6 铁电性 349
8.6.1 铁电性的基本概念 349
8.6.2 铁电性的微观理论 350
8.6.3 铁电体的类型 353
习题 354
第9章 材料的磁学性能 356
9.1 磁现象及其相关表征参量 356
9.1.1 磁场 357
9.1.2 微观参量 357
9.1.3 磁极化强度、磁化强度 358
9.1.4 磁化率和磁导率 359
9.1.5 静磁能 360
9.2 孤立原子的本征磁矩 360
9.2.1 电子磁矩 361
9.2.2 原子核的磁矩 363
9.2.3 本征磁矩 363
9.3 材料磁性的分类 366
9.4 抗磁性和顺磁性理论 368
9.4.1 抗磁性理论 368
9.4.2 顺磁性理论 370
9.5 铁磁性理论、反铁磁性理论和亚铁磁性理论 376
9.5.1 铁磁性理论 377
9.5.2 反铁磁性理论 385
9.5.3 亚铁磁性理论 390
9.6 铁磁性及亚铁磁性材料的特性 393
9.6.1 磁化曲线、磁滞回线 393
9.6.2 磁晶各向异性和磁晶各向异性能 395
9.6.3 形状各向异性和退磁能 397
9.6.4 磁致伸缩与磁弹性能 399
9.7 磁畴的结构 401
9.7.1 磁畴 401
9.7.2 畴壁 402
9.7.3 磁畴结构 404
9.8* 技术磁化及其微观机制 408
9.8.1 技术磁化 408
9.8.2 技术磁化的微观机制 409
9.9* 动态磁化 411
9.9.1 动态磁化过程与交流回线 411
9.9.2 复数磁导率411
9.9.3 交变磁场下的能量损耗 413
习题 416
第10章 材料的光学性能 418
10.1 光的基本性质 418
10.2 光与材料的相互作用 419
10.2.1 光的折射 421
10.2.2 光的反射 426
10.2.3 光的吸收 428
10.2.4 光的散射 435
10.2.5 光的透射 438
10.2.6 材料的颜色 440
10.3* 材料的发光 441
10.3.1 荧光和磷光 441
10.3.2 发光的物理机制 444
10.3.3 激光 446
10.3.4 光导纤维 451
习题 456
基本物理常量表 458
参考文献 459