材料物理性能及其分析测试方法

第1章材料中的电子理论

1.1概述

1.2自由电子理论

1.3金属的费密—索末菲（Fermi—Sommerfel）电子理论

1.4自由电子的按能级分布

1.5晶体能带理论基本知识概述

1.5.1能带理论的三个假设

1.5.2近自由电子近似

1.5.3布里渊区理论

1.5.4准自由电子近似电子能级密度

1.5.5能带理论的局限性

1.6原子中的电子状态

1.6.1核外电子运动的特征

1.6.2核外电子的运动状态

1.6.3原子的壳层结构、核外电子排布与元素周期律

第2章材料电学性能的测试技术

2.1概述

2.2电子类载流子导电

2.2.1金属导电机制

2.2.2金属材料的导电性控制因素

2.2.3纯金属的电阻周期性

2.2.4马基申定则

2.2.5金属电阻率的影响因素

2.3金属合金的电阻率

2.3.1固溶体的电阻

2.3.2化合物、中间相、多相合金电阻

2.4非晶合金的电学性能

2.5半导体的电学性能

2.5.1半导体材料及其能带结构特征

2.5.2半导体的导电性

2.6绝缘体的电学性能

2.7超导体的导电性

2.7.1超导电性的基本性质

2.7.2两类超导体

2.7.3超导现象的物理本质

2.7.4超导电性的主要应用

2.8导电性的测量

2.8.1指示仪表间接测量法

2.8.2直流电桥测量法

2.8.3直流电位差计法

2.8.4用冲击检流计法测量绝缘体电阻

2.8.5直流四探针法

2.9纳米材料的电性

思考题

第3章材料的介电性能及其分析测试技术

3.1绪论

3.2电介质及其极化机制

3.2.1恒定电场中的电极化

3.2.2电介质极化的微观机制

3.3交变电场下的电介质

3.3.1交变电场下的电介质极化过程

3.3.2交变电场下电介质的复介电系数和介质损耗

3.3.3复介电系数与温度、频率的关系

3.4电介质极化在工程实践中的意义

3.5电介质的电导与性能

3.5.1电介质的电导

3.5.2电介质的电导率和电阻率

3.5.3气体电介质中的电导

3.5.4液体电介质中的电导

3.5.5固体电介质中的电导

3.6电介质的损耗及等值电路

3.7电介质的击穿

3.8电介质极化的相关表征物理量

3.9电介质弛豫和频率响应

3.10压电性及其表征量

3.10.1压电性

3.10.2晶体压电性产生原因

3.10.3压电材料的主要表征参数

3.10.4压电材料的主要应用

3.11热释电性及其表征量

3.11.1热释电现象

3.11.2热释电效应产生的条件

3.11.3热释电性的表征

3.11.4热释电性的应用

3.12铁电性及其表征量

3.12.1铁电性

3.12.2铁电畴的观察

3.12.3铁电性的起源

3.12.4铁电性的分类

3.12.5铁电体的性能及其应用

3.12.6铁电性、压电性和热释电性关系

3.13介电测量简介

3.13.1电容率（介电常数）和介电损耗的测定

3.13.2电滞回线的测量

3.13.3压电性的测量

思考题

第4章材料磁学性能的测试技术

4.1绪论

4.2材料的磁化现象及磁学基本量

4.2.1磁场

4.2.2磁荷、磁偶极子和磁矩

4.2.3磁场强度、磁化强度、磁感应强度及其关系

4.2.4磁化率和磁导率

4.2.5CGS系统中的磁学单位

4.2.6磁化状态下磁体中的静磁能量

4.3物质的磁性分类

4.4磁性的起源与原子本征磁矩、抗磁性和顺磁性

4.4.1自由原子的本征磁矩

4.4.2物质的抗磁性

4.4.3物质的顺磁性

4.4.4金属的顺磁性和抗磁性

4.5铁磁性和亚铁磁性物质的特性

4.5.1磁化曲线

4.5.2磁滞回线

4.6磁晶各向异性和磁晶能

4.7磁致伸缩与磁弹性能

4.8铁磁性的物理本质

4.9磁畴的起因与磁畴结构

4.9.1磁畴的起因

4.9.2不均匀物质中的磁畴

4.10影响合金铁磁性和亚铁磁性的因素

4.10.1温度对铁磁和亚铁磁性影响

4.10.2加工硬化的影响

4.10.3合金元素含量的影响

4.11技术磁化和反磁化过程

4.11.1技术磁化的机制

4.11.2畴壁壁移的动力与阻力

4.11.3反磁化过程和磁矫顽力

4.12磁性材料的动态特性

4.12.1交流磁化过程与交流回线

4.12.2复数磁导率

4.12.3交变磁场作用下的能量损耗

4.13磁性测量

4.13.1抗磁与顺磁材料磁化率的测量

4.13.2铁磁体材料的直流磁性测量

4.13.3铁磁体材料的交流磁性测量

4.14纳米材料的磁性

思考题

……

第5章材料光学性能的测试技术

第6章材料热学性能及其分析测试技术

第7章材料弹性及内耗测试技术

参考文献2100433B

本书是将材料物理的一些基本概念与材料物理性能相结合编写而成，全书共分7章，第1章简要论述了固体中的电子能量结构和状态，为读者简要回顾固体物理的一些基本知识，其余各章集中介绍了材料的电、介电、磁、热、光、弹性和内耗性能。本书着重阐述了各种物理性能的物理原理及微观机制，在此基础上，分析了成分、组织结构对宏观物理性能的影响规律，介绍了材料各种物理性能的主要表征参量及其重要的测试方法。在本书的一些章节中，还注重引入了现代新材料的一些内容。

本书可供高等学校材料科学与工程专业本科生或低年级研究生作为教材或参考书，也可作为材料科学与工程相关科技工作者的参考资料。

本书着重介绍了材料现代分析测试方法的基本原理、试验方法、仪器设备及其应用。内容包括：X射线衍射分析原理、X射线多晶衍射方法及应用、透射电子显微分析、扫描电子显微分析与电子探针。此外，还对一些较新的其他显微分析方法的原理和应用进行了简要介绍。

本书针对目前新材料的发展趋势，总结和概括了目前热点材料和高新材料的常用测试方法。全书包含20个基本实验。对本课程的学习能够使学生了解和掌握目前常见材料测试方法的发展概况、原理，熟悉一些仪器的测试流程和方法，并通过对实验过程和测试结果进行深入的分析和理解，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的基本能力，为今后的生产实践和科学研究打下良好的基础。

本教材适合高等院校材料类专业教学使用，也可作为从事材料科研、生产、应用的技术人员的参考资料。

《材料物理性能》共分7章。第1章简明地论述了固体中的电子能量结构和状态，为没有学过固体物理的读者提供一些增加知识。其余各章集中介绍了材料的电、介电、光、热、磁、弹性和内耗（阻尼）性能及其发展，阐述了各种性能的重要物理及微观机制、各种材料成分、组织结构与性能关系及主要制约规律。介绍了表征物理性能主要参量的重要测试方法及其在材料科学与工程中的应用。列举了与各种物理性能相关的重要功能材料。《材料物理性能》每章都有复习题（含计算题）和小结。其特色是把金属材料、陶瓷材料与高聚物材料的物理性能做了扼要的对比，以利于读者掌握材料物理性能的一般规律和特殊性。《材料物理性能》最后以附录形式概述了核技术中的材料原子环境的三种研究方法。

《材料物理性能》可供大学材料科学与工程专业本科生或低年级硕士生选作教材或参考书，也可作为材料科学与工程领域的大专院校教师和科技工作者的参考资料。