材料物理性能 第一章
考点1. 电子理论的发展经历了三个阶段，即古典电子理论、量子自由电子理论和能带理论。 古典电子理论假设金属中的价电子完全自由，并且服从经典力学规律；
量子自由电子理论也认为金属中的价电子是自由的，但认为它们服从量子力学规律； 能带理论则考虑到点阵周期场的作用。 考点2. 费米电子
在T = 0K时，大块金属中的自由电子从低能级排起，直到全部价电子均占据了相应的能级为止。具有能量为EF(0)以下的所有能级都被占满，而在EF(0)之上的能级都空着，EF(0)称为费米能，是由费米提出的，相应的能级称为费米能级。 考点3. 四个量子数
1、主量子数n 2、角量子数l 3、磁量子数m 4、自旋量子数ms 考点4. 思考题
1、过渡族金属物理性能的特殊性与电子能带结构有何联系？
过渡族金属的 d 带不满，且能级低而密，可容纳较多的电子，夺取较高的 s 带中的 电子，降低费米能级。 第二章
考点5. 载流子
载流子可以是电子、空穴，也可以是离子、离子空位。材料所具有的载流子种类不同，其导电性能也有较大的差异，金属与合金的载流子为电子，半导体的载流子为电子和空穴，离子类导电的载流子为离子、离子空位。而超导体的导电性能则来自于库柏电子对的贡献。 考点6. 杂质可以分为两类
一种是作为电子供体提供导带电子的发射杂质，称为“施主”；另一种是作为电子受体提供价带空穴的收集杂质，称为“受主”。
掺入施主杂质后在热激发下半导体中电子浓度增加(n>p)，电子为多数载流子，简称“多子”，空穴为少数载流子，简称“少子”。这时以电子导电为主，故称为n型半导体。施主杂质有时也就称为n型杂质。
在掺入受主的半导体中由于受主电离(p>n)，空穴为多子，电子为少子，因而以空穴导电为主，故称为p型半导体。受主杂质也称为p型杂质。
考点7. 我们把只有本征激发过程的半导体称为本征半导体。
考点8. 在同一种半导体材料中往往同时存在两种类型的杂质，这时半导体的导电类型主要取决于掺
杂浓度高的杂质。
随着温度的升高本征载流子的浓度将迅速增加，而杂质提供的载流子浓度却不随温度而改变。因此，在高温时即使是杂质半导体也是本征激发占主导地位，呈现出本征半导体的特征(n≈p)。 一般半导体在常温下靠本征激发提供的载流子甚少
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考点21. 磁弹性能
物体在磁化时要伸长（或收缩），如果受到限制，不能伸长（或收缩），则在物体内部产生压应力（或拉应力）。这样，物体内部将产生弹性能，称为磁弹性能。因此，物体内部缺陷、杂质等都可能增加其磁弹性能。
考点22. 技术磁化包含着两种机制：壁移磁化和畴转磁化。
壁移磁化：在有效场作用下，自发磁化方向接近于H方向的磁畴长大，而与H方向偏离较大的近邻磁畴相应缩小，从而使畴壁发生位置变化 其实质是：在H作用下，磁畴体积发生变化，相当于畴壁位置发生了位移。 磁畴转动磁化过程：在H ≠0时，铁磁体磁畴内所有磁矩一致向着H方向转动的过程。
外磁场的作用是导致磁畴转动的根本原因及动力（即H ≠0时，总自由能将发生变化，其最小值方向将重新分布，磁畴的取向也会由原来的方向——向H方向转动） 考点23. 改善铁磁材料磁导率的方法有：
① 消除铁中的杂质； ② 把晶粒培育到很大的尺寸；
③ 造成再结晶织构，即在再结晶时使晶体的易轴(100)沿外磁场排列起来；
④ 退火时在一定方向施加磁场，并在冷却过程中使磁场从居里点保持到材料只有很低范性的低温，这就是磁场中的退火。 考点24. 软磁材料
容易磁化和退磁的磁性材料称为软磁材料，即这类材料的磁滞回线很窄。其特点是矫顽力低，磁导率高，每周期的磁滞损耗(Q)小。它可分为金属软磁材料和非金属软磁材料。 考点25. 思考题
1、试说明下列磁学参量的定义和概念：磁化强度、矫顽力、饱和磁化强度、磁导率、磁化率、剩余磁感应强度、磁各向异性常数、饱和磁致伸缩系数。
a、磁化强度：一个物体在外磁场中被磁化的程度，用单位体积内磁矩的多少来衡量，成为磁化强度M b、矫顽力Hc：一个试样磁化至饱和，如果要μ=0或B=0，则必须加上一个反向磁场Hc，成为矫顽力。
c、饱和磁化强度：磁化曲线中随着磁化场的增加，磁化强度M或磁感强度B开始增加较缓慢，然后迅速增加，再转而缓慢地增加，最后磁化至饱和。Ms成为饱和磁化强度，Bs成为饱和磁感应强度。 d、磁导率：μ=B/H，表征磁性介质的物理量，μ称为磁导率。 e、磁化率：从宏观上来看，物体在磁场中被磁化的程度与磁化场的磁场强度有关。 M=χ·H，χ称为单位体积磁化率。
f、剩余磁感应强度：将一个试样磁化至饱和，然后慢慢地减少H，则M也将减少，但M并不按照磁化曲线反方向进行，而是按另一条曲线改变，当H减少到零时，M=Mr或Br=4πMr。（Mr、Br分别为剩余磁化强度和剩余磁感应强度） g、磁滞消耗：磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时所消耗的功，称为磁滞损耗Q（ J/m3） h、磁晶各向异性常数：磁化强度矢量沿不同晶轴方向的能量差代表磁晶各向异性能，用Ek表示。磁晶各向异性能是磁化矢量方向的函数。
i、饱和磁致伸缩系数：随着外磁场的增强，致磁体的磁化强度增强，这时|λ|也随之增大。当H=Hs时，磁化强度M达到饱和值，此时λ=λs，称为饱和磁致伸缩所致。 2、什么是自发磁化？铁磁体形成的条件是什么？有人说“铁磁性金属没有抗磁性”，对吗？为什么？
a、组成铁磁性材料的原子或离子有未满壳层的电子，因此有固有原子磁矩。在铁磁性材料中，相邻离子或原子的未满壳层的电子之间有强烈的交换耦合作用，在低于居里温度并且没有外加磁场的情况下，这种作用会使相邻原子 7
或离子的磁矩在一定区域内趋于平行或者反平行排列，处于自行磁化的状态，称为自发磁化。
b、铁磁性材料具有一个磁性转变温度:居里温度Tc。一般自发磁化随环境温度的升高而逐渐减小，超过居里温度Tc后全部消失，此时材料表现出顺磁性，材料内部的原子磁矩变为混乱排列。只有当T＜Tc时，组成铁磁性材料的原子磁矩在磁畴内才平行或反平行排列，材料中有自发磁化。
材料内部相邻原子的电子之间存在一种来源于静电的相互交换作用，由于这种交换作用对系统能量的影响，迫使各原子的磁矩平行或反平行排列，形成自发磁化。
c、材料的磁性来源于电子的轨道运动和电子的自旋运动。所有的材料处于磁场中时，外磁场都会对电子轨道运动回路附加有洛伦兹力，使材料产生一种抗磁性，其磁化强度和磁场方向相反。
抗磁性是电子轨道运动感生的，因此所有物质有抗磁性。但并非所有物质都是抗磁体，这是因为原子往往还存在着轨道磁矩和自旋磁矩所组成的顺磁磁矩。原子系统具有总磁矩时，只有那些抗磁性大于顺磁性的物质才成为抗磁体。 3、什么叫磁弹性能？他受哪些因素影响？ 物体在磁化时伸长或收缩受到限制，则在物体内部形成应力，从而内部将产生弹性能，即磁弹性能。 物体内部的缺陷、杂质等都可以增加其磁弹性能。 对于多晶体而言，若磁弹性能是由于应力的存在而引起的，那么磁化方向和应力方向的夹角、材料所受的应力、饱和磁致伸缩系数和单位体积中的磁弹性能都会影响该磁弹性能。
4、技术磁化过程可分为那几个阶段，各个技术磁化阶段的特点是什么？什么叫单畴体？单晶体一定是单畴体吗？ OA M AB M
M与H曲线不再是线性。此阶段中 M
多M BC
当磁化到SMs。 第四部分自C M-H M-H C Ms还
（注：书上为三个过程，但相对而言，我认为这个答案更为合理和完整。若有疑虑，可省去第四部分）
说法一、具有强磁化强度的颗粒(如磁铁矿)其自发能随着体积增大能够迅速增大。在某些非常小的颗粒中，这些电子自旋最终定向排列。这种颗粒被均匀磁化，并被称为单畴(single domain, SD)。
说法二、多畴的大块材料在很强的外磁场的作用下，被磁化至饱和状态，整块材料内的自发磁化强度基本上取在一个磁化方向上，形成一个单畴。 单晶体不一定是单畴体
假如单晶半径为R，单畴体的临界尺寸为r，如果R>r,则不是单畴结构；如果R 则肯定是单畴结构。 5、什么叫矫顽力？提高材料的矫顽力的途径有哪些？ 使磁化至技术饱和的永磁体的B（磁感应强度）降低至零所需要的反向磁场强度称为磁感矫顽力。 提高材料的矫顽力的途径：1)、使合金从有序结构向无序结构转变，2)、范性形变使晶体中产生大量的缺陷和内应力，矫顽力随形变量增大而增大，3)、加工硬化，4)、晶粒细化 8 6、自发磁化的物理本质是什么？材料具有铁磁性的充要条件是什么？ 铁磁体自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用 材料具有铁磁性的充要条件为: 1）必要条件:材料原子中具有未充满的电子壳层,即原子磁矩 2）充分条件:交换积分A > 0 第四章 考点26. 金属的摩尔定容热容由点阵振动和自由电子两部分的贡献组成 考点27. 常温时与点阵振动对摩尔定容热容的贡献相比，电子的贡献微不足道，但在极高温和极低温 条件下则不可忽略。 这是因为在高温下，电子像金属晶体的离子那样显著地参加到热运动中，以 ∝T 作出贡献。因此， 在III温区CV,m不以3R为渐近线，而继续有所上升。在极低温度下电子摩尔定容热容不像离子热容那样急剧减小，因而在极低温下起着主导作用。 随T的降低CV,m趋近于零，当T增高到德拜温度θD以上时，CV,m接近于3R。如果把CV,m看做T/θD的函数，则对所有金属都得到同样的关系。 过渡族金属摩尔定容热容中电子部分的贡献表现得较显著，它包括s态电子的摩尔定容热容，也包括d或f态电子的摩尔定容热容。 考点28. 相变 相变分为一级相变和高级(二级、三级??)相变。 1、当系统由1相转变为2相时，化学势μ1=μ2,而化学势的一级偏微商不相等，称为一级相变。 在一级相变时发生体积突变(ΔV≠0)的同时还发生熵(及热焓)的突变(△S≠0) 属于一级相变的有：物态变化、同素异构转变、共晶、包晶、共析转变等。 2、当系统相变时μ1=μ2，且化学势的一级偏微商也相等，而化学势的二级偏微商不相等。 则称为二级相变。