物理性能最终版汇总Word文件下载.docx
《物理性能最终版汇总Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理性能最终版汇总Word文件下载.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
引起原子间距或键合方式的变化。
（4）微观组织：
金属材料：
对组织不敏感。
工程陶瓷：
相的种类、粒度、分布、气孔率。
高分子聚合物：
添加增强性材料来提高。
（5）温度：
一般，温度升高，原子振动加剧，体积增大，原子距离增大，结合力下降，弹性模量下降。
（6）加载条件和负荷持续时间：
金属：
无影响。
陶瓷：
压缩E>
拉伸E。
一般，随负荷时间的延长，弹性模量减小。
第三章热
1、名解
1、晶格热振动：
晶体点阵中的质点总是围绕着平衡位置做微小振动，称为晶格热振动。
2、热容：
在没有相变或化学反应的条件下，物体温度升高1K时所需要增加的能量。
3、热膨胀系数：
温度升高1K时，物体的相对伸长。
4、热应力：
由于材料热膨胀或收缩引起的内应力。
1、热分析方法：
差热分析DTA、差示扫描分析DSC、热重分析TG
2、热膨胀的本质：
点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。
3、格波：
声频支、光频支
4、材料中内应力为张应力时，才会使杆件断裂。
5、晶格振动以弹性波传播
6、固体材料热传导的载体：
光子、电子、声子
7、热冲击损坏：
抗热冲击断裂性，抗热冲击损伤性
8、抗热冲击断裂性：
应力-强度判据；
抗热冲击损伤性：
应变能-断裂能判据
1、简述德拜模型
（1）温度较高时，即T>
>
Cv≈3Nk,满足杜隆珀替定律；
（2）温度较低时，T<
<
，符合德拜T3定律。
2、固体材料热传导的微观机理。
固体材料中的导热主要是由晶格热振动的格波和自由电子的运动来实现的。
在金属材料中，存在大量的自由电子，且质量轻，运动速度快，能迅速实现热量传递。
在无机材料中，晶格振动是它的导热机构。
由于质点间存在相互作用力，振动较弱的质点在振动较强质点的影响下，振动加剧，热运动能量增加。
热量通过转移或传递使整个晶体中热量从恩度较高处传向温度较低处，产生热传导现象。
2、膨胀系数的应用：
（1）封装工艺
（2）多晶多相无机材料及复合材料选材
（3）热稳定性
8、影响热膨胀的因素。
（1）化学键型：
离子键势能曲线的不对称性比共价键型的高，膨胀系数大。
另一方面，化学键的键强越大，热膨胀系数越小。
结构紧密的晶体，膨胀系数大；
反之，膨胀系数小。
（3）晶体的各向异性膨胀：
各层间的结合力不同引起热膨胀不同。
（4）多晶转变引起体积变化，导致热膨胀。
温度升高，热膨胀系数增大。
2、热应力产生的原因
（1）温度升高时，若杆件两端是刚性约束的，则热膨胀不能实现，杆件与支撑体间产生很大的压应力。
（2）具有不同膨胀系数的多晶复合材料，由于结构中各相膨胀收缩的相互牵制产生热应力。
（3）即使是各向同性材料，当材料中存在温度梯度时也会产生热应力。
3、声子导热过程中的影响因素有哪些？
（1）散射：
声子间的碰撞、杂质、缺陷以及晶粒界面都会引起格波的散射，使声子的平均自由程减小，热导率降低。
（2）声子的振动频率：
频率低，波长长的格波容易绕过缺陷，使自由程加大，散射小，热导率大。
（3）温度：
温度升高，声子的振动能量加大，频率加快，碰撞增多，平均自由程减小，热导率降低。
1、热膨胀的三种机理
热膨胀本质为点阵结构中的质点间平均距离随温度升高而增大。
可以从不同方面解释其膨胀机理。
（1）作用力曲线不对称：
从质点间引力-斥力曲线可知，质点在平衡位置两侧时受力不对称，合力曲线的斜率是不等的，当r<
r0时，曲线斜率较大，斥力随位移增大得很快；
当r>
r0时，曲线斜率较小，引力随位移增大得慢一些。
因此，质点振动时的平衡位置就要向右移，相邻质点间平均距离增加。
温度越高，振幅越大，质点在r0两侧受力不对称情况越显著，平衡位置向右移动越多，相邻质点间平均距离增加得越多，晶胞参数增大，晶体膨胀。
（2）点阵能曲线不对称：
在点阵能曲线中，作平行横轴的直线，与曲线相交于a、b两点，ab的非对称性使平均位置不在r0处，而是向右移动了，当温度升高时，平衡位置继续右移。
所以，温度越高，平衡位置移得越远，引起晶体的膨胀。
（3）晶格振动非线性：
双原子模型。
1、影响热导率的因素有哪些？
（1）温度：
一般，温度越高热导率减小；
（2）显微结构：
结晶构造的影响：
晶体结构越复杂，格波受到的散射越大，声子平均自由程较小，热导率较低；
各向异性晶体的热导率：
在膨胀系数低的方向热导率最大，温度升高，不同方向热导率减小；
多晶与单晶：
对于同一物质，由于多晶体晶粒尺寸小，晶界多，缺陷多，杂质多，易受到散射，热导率小。
（3）化学组成：
一般，质点的原子量越小，密度越小，杨氏模量越大，德百温度越高，额热导率越大；
晶体中存在的各种缺陷和杂质会导致声子的散射，降低声子的平均自由程，使热导率变小。
（4）气孔：
在不改变结构状态的情况下，气孔率的增大总是使热导率降低。
2、提高抗热冲击断裂性能的措施有哪些。
（1）提高材料强度σ，减小弹性模量E，使σ／E提高。
即提高材料的柔韧性，吸收较多的弹性应变能，提高材料的热稳定性。
（2）提高材料的热导率λ，使R′提高。
λ大的材料传热快，使材料的内外温差较快地得到缓解、平衡，降低了短时期内热
应力的聚集。
（3）减小材料的热膨胀系数α，α小的材料，在同样的温差下，产生的热应力小。
（4）减小表面热传递系数h，使材料内外温差小，热引力小。
（5）减小产品的有效厚度，材料越薄，温度很快均匀。
（6）有意引入裂纹，是避免灾难性热震破坏的途径。
第四章光
1、折射：
光从一种介质进入另一种介质。
传播方向发生变化的现象。
1、双折射：
光进入非均质介质时，一般要分为振动方向相互垂直，传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线的现象。
2、散射：
光在通过气体、液体、固体等介质时，遇到烟尘、微粒、悬浮液或者结构不均匀的微小区域，都会有一部分能量偏离原来的传播方向而向四面八方弥散开来,这种现象称为散射。
3、色散：
材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质。
1、光学现像：
折射，反射，吸收，散射
2、平行于入射面：
常光折射率；
垂直：
非常光折射率
3、光在界面反射的多少取决于：
相对折射率
4、连续透过x块玻璃，透过部分（1-m）2x
5、吸收：
选择吸收、均匀吸收
6、波长等于散射质点的直径，散射出现峰值。
7、反射：
镜反射、漫反射
8、影响两相乳浊度的因素：
颗粒尺寸、相对折射率、第二相颗粒的体积百分比
9、单相氧化物陶瓷的质量标志：
半透明性，只取决于气孔含量
10、荧光：
光致发光；
激光器：
激发态原子受激辐射；
光导纤维：
全反射
1、简述显色原因
显色的原因是由于着色剂对光的选择性吸收而引起选择性反射或选择性透射，从而显现颜色。
从本质上说某种物质对光的选择性吸收，是吸收了连续光谱中特定波长的光量子，以激发吸收物质本身原子的电子跃迁。
四、论述
1、光的强度
（1）mI0
（2）I0（1-m）（3）
（4）
（5）
2、光与材料作用的物理基础
（1）极化—折射的本质；
（2）激发—可见光吸收的本质；
（3）共振—红外光吸收本质。
（1）发生折射的本质是材料的电磁结构在光波电磁场作用下的极化性质或介电性质。
介质的极化，拖住了电磁波的传播，使光传播速度变得比真空慢。
（2）光在穿过介质时引起介质的价电子跃迁或使原子振动而消耗能量。
介质中的价电子吸收光子能量而激发，当尚未退激而发出光子时，在运动中与其他分子碰撞，电子的能量转变为分子的动能亦即热能，从而构成光能的衰减。
（3）在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。
3、折射率的影响因素有哪些？
（1）构成材料元素的离子半径：
r↑，介电常数增大，折射率随之增大。
（2）材料的结构、晶型、非晶态：
对于各向同性晶体，材料只有一个折射率；
对各向异性晶体，材料发生双折射。
（3）材料所受的内应力：
垂直于受拉主应力方向的折射率大，平行于受拉主应力方向的折射率小。
（4）同质异构体：
高温晶型，折射率低；
低温晶型，折射率高。
（5）入射光的频率：
折射率随入射光频率的减小而减小（色散）。
17、在可见光区，金属的吸收系数很大，而电介质材料的吸收系数很小的原因。
（P179）
金属的价电子处于未满状态，吸收光子后即呈激发态，用不着跃迁到导带就能碰撞发热，因此，金属对光的吸收很强烈。
但是对于电介质材料，其价电子所处的能带是填满了的，它不能吸收光子而自由运动，光子的能量又不足以跃迁到导带，所以在一定范围内，吸收系数很小。
18、简述电介质材料在紫外和红外出现吸收峰的原因。
在紫外区出现紫外吸收端是因为波长越短，光子能量越大，当能量达到禁带宽度时，电子会吸收光子能量从满带跃迁到导带，吸收系数骤然增大。
在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。
19、分析影响材料透光性的因素。
（1）吸收系数
（2）反射系数
（3）散射系数（max）：
缺陷&
晶粒排列方向&
气孔
20、提高无机材料透光性：
提高原料纯度、掺外加剂、工艺措施
21、
第五章电导
一、名解
1、霍尔效应：
沿试样x轴方向通入电流I，z轴方向添加磁场Hz，那么，在y轴方向会产生电场Ey，这一现象称为霍尔效应。
9、电解效应：
离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子的得失，产生新的物质，这就是....
4、晶界效应：
晶界产生能级，使半导体材料电阻率变化的现象。
5、西贝克效应：
半导体材料的两端如果有温度差，多数载流子会扩散到冷端，在半导体两端产生温差电动势，称为温差电动势效应，即西贝克效应。
6、双碱效应：
当玻璃中碱金属离子总浓度较大时，碱金属离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子的玻璃电导率比含一种碱金属离子的玻璃电导率小。
7、压碱效应：
含碱玻璃中，加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低。
8、压敏效应：
对电压变化敏感的非线性电阻效应，即在某一临界电压以下，电阻值非常高，几乎无电流通过；
超过该临界电压，电阻迅速降低，让电流通过。
9、迈斯纳效应：
不仅是外加磁场不能进入超导体内部，原来处于磁场中的正常态样品，当温度下降到临界温度以下使其变为超导体时，也会把原来试样中的磁场完全排出去，这种完全抗磁性称为迈斯纳效应。
10、约瑟夫森效应：
超导电子能在极薄的绝缘体阻挡层中通过的现象（隧道效应）
10、电化学老化：
在电场作用下，由于化学变化引起材料电性能不可逆的恶化。
11、PTC效应：
在相变居里点附近，电阻率随温度上升发生突变。
12、超导体的三个临界条件：
临界转变温度、临界磁场强度、临界电流密度
二、填空
1、导电类型：
电子电导&
离子电导
2、导电微观本质：
载流子在电场作用下的定向迁移。
3、离子电导分为：
本征电导&
杂质电导
4、离子电导微观机构：
载流子-离子的扩散。
离子扩散机构有空位扩散&
间隙扩散&
亚晶格间隙扩散。
6、杂质半导体分为：
p型&
n型
7、三种空间电荷层：
积累层&
耗尽层&
反型层
8、铁电体的极化过程：
电畴的移动
9、铁电体：
位移型、有序-无序型
10、总绝缘电阻、体积电阻、表面电阻的关系：
（并联），
表面电阻与样品表面环境有关，反应材料表面的污染程度，只有体积电阻反应材料的导电能力。
（210）
11、直流四端电极法测电导率，也可采用四探针法测量。
12、载流子—电荷的自由粒子；
自由电子；
无机材料：
离子（正负离子、空位）、电子（负电子、空穴）
13、碱卤晶体的电导主要为空位电导，离子晶体的电导主要为杂质电导
14、离子晶体要具有离子电导需要满足两个条件：
电子载流子浓度小；
离子晶格缺陷浓度大并参与电导。
15、电子电导主要发生在导体和半导体中。
16、电场周期破坏的来源：
晶格热振动、杂质的引入、位错&
裂缝等。
17、散射是电子运动受阻的主要原因，包括晶格散射、电离杂质散射。
18、只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。
19、版代替包括本征半导体、杂质半导体。
20、杂质半导体分为p型半导体（空穴）、n型半导体（电子）。
21、利用双碱效应&
压碱效应，可以减小玻璃的电导率。
22、测量陶瓷电阻时，加直流电压后，电阻需经过一定时间才能稳定。
切断电源后，将电极短路，会有反向电流，并随时间减小到0，随时间变化的电流称为吸收电流，恒定的电流称为漏导电流。
这种现象称为吸收现象。
吸收现象主要是在外电场作用下，内部自由电荷重新分布的结果。
主要发生在离子电导为主的陶瓷中。
23、电化学老化的原因：
离子在电极附近发生氧化还原过程。
陶瓷电化学的必要条件：
至少有一种离子参与电导。
24、半导体陶瓷的物理效应：
晶界效应（压敏效应、PTC效应）、表面效应、西贝克效应、p-n结
25、BaTiO3半导体化的方式：
价控型、还原型
26、PTC是价控型BaTiO3半导体特有的。
27、P-n结的特点：
单向导电性、整流作用、光生伏特效应
28、超导体的特性：
零点阻、迈斯纳尔效应、约瑟夫森效应
三、简答
1、区别离子电导和电子电导的方法。
霍尔效应检验是否存在电子电导，纯离子电导不存在霍尔效应；
电解效应检验是否存在离子电导，并且可以判断载流子是正离子还是负离子。
2、根据电导率的影响来判断半导体类型和吸附状态。
n型半导体负电吸附，p型半导体正电吸附，表面形成耗尽层，电导率减小；
n型半导体正电吸附，p型半导体负电吸附，表面形成积累层，电导率增加。
3、
有效质量m*<
0的原因：
电子交给晶格的动量多于它从外场中所获得的动量
四、论述题
1、影响离子电导率因素。
影响离子电导率的因素。
（内因+外因）（225）
（1）晶体结构：
离子电荷高、半径大，电导率小；
结构紧密，活化能大，电导率小；
（2）晶格缺陷：
热激励形成晶格缺陷；
不等价固溶掺杂产生晶格缺陷；
正负离子计量比随气氛变化发生偏离，形成非化学计量化合物产生晶格缺陷；
温度升高，电导率增加。
2、影响电子电导的因素。
（1）杂质及缺陷的影响：
杂质缺陷：
掺杂组分缺陷：
i：
阳离子空位—捕获空穴—p型半导体；
ii：
阴离子空位—捕获电子—n型半导体；
间隙离子—n型半导体。
（2）温度：
低温，杂质离子散射；
高温，声子散射为主。
3、简述半导体的形成过程。
在四价的半导体硅单晶中掺入五价的杂质砷，多出一个电子，这个多余的电子能级离导带很近，比满带中的电子更易激发，这种多余电子的杂质能级称为施主能级，掺入施主杂质的半导体称为n型半导体。
若在半导体硅中掺入第三主族元素，少了一个电子，相当于多了一个空穴能级，此能级距价带很近，接受由价带激发的电子，称这种杂质能级为受主能级，掺入受主杂质的半导体称为p型半导体。
4、解释ZnO压敏电阻的晶界效应（P268）。
ZnO中添加了Bi2O3,Bi在晶界偏析，Bi3+置换固溶Zn2+,在晶界具有受主能级，从而形成相对于晶界面对称的双肖特基势垒。
当电压较低时，由于热激励电子，必须越过肖持基势垒而流过。
电压到某一值以上，界面上所捕获的电子，由于隧道效应通过势垒，造成电流急剧增大，从而呈现出异常的非线性关系。
5、阐述BaTiO3的PTC效应及其机理。
当温度达到居里点，电阻率随温度上升发生突变，增大3-4个数量级。
价控型钛酸钡半导体为n型半导体，晶界具有表面能级，可以捕获载流子，产生电子耗损层，形成肖特基势垒。
介电常数越大，势垒越低；
温度超过居里点，介电常数急剧减小，势垒增高，电阻率急剧增加。
第六章介电
1、极化：
电介质在电场作用下产生感应电荷的现象。
2、极化率：
单位电场强度下，质点电偶极矩的大小。
（
）
2、介质损耗：
绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。
3、压电性：
电介质材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。
5、压电效应：
某些单晶体或多晶体陶瓷电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个对应晶面上便产生符号相反的等量电荷，当外力取消后，电荷也消失，又重新恢复不带电状态，这种现象称为压电效应。
6、电致伸缩：
当在电介质的极化方向上施加电场（加电压）作用时，这些电介质晶体会在一定的晶轴方向产生机械变形，外加电场消失，变形也随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩）。
6、弱联系离子：
在玻璃态物质、结构松散的离子晶体中以及晶体的杂质和缺陷区域，离子本身能量较高，易被活化迁移，称为弱联系离子。
7、铁电体：
在一定温度范围内可以自发极化，并且自发极化的方向可随外电场可逆转动的晶体。
8、铁电性：
在一些电介质晶体中，晶胞的正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不为0的极化强度，晶体能自发极化的性质。
1、介质极化的种类：
电子极化、离子极化、偶极子转向极化
2、极化的形式：
位移极化、松弛极化
3、电子极化率依赖于频率，频率由共振吸收频率测出。
4、测量电子极化一般在光频（紫光）下进行。
5、离子位移极化中，频率由晶格振动红外吸收频率测出。
6、松弛极化包括：
电子松弛极化、离子松弛极化、偶极子松弛极化
7、转向极化发生在极化分子介质中。
8、空间电荷极化只对直流和低频下的介电性质有影响。
9、加电场后，通过介质的电流包括：
（1）电容电流—不损耗能量；
（2）极化引起—极化损耗（主要为松弛极化）；
（3）电导引起—电导损耗。
3、损耗的形式：
极化损耗、电导损耗。
4、一般，高温、低频—电导损耗；
常温、高频—松弛极化损耗；
低温、高频—结构损耗。
5、介质损耗中，也存在双碱效应、压减效应，——降低损耗。
4、击穿类型：
热击穿、电击穿、化学击穿，击穿可用来破碎非金属矿石。
5、电化学老化的必要条件：
至少有一种离子参加电导。
6、铁电体：
7、电滞回线是铁电态的一个标志
8、铁电体的介电效应：
移峰效应、压峰效应
1、简述两种极化基本形式和各自的特点。
位移极化&
松弛极化
（1）位移极化：
弹性（可逆）、瞬时、不消耗能量；
（2）松弛极化：
非弹性（不可逆）、需要一定时间、消耗一定能量。
2、离子电导和离子松弛极化的异同之处
相同点：
外加电场下做定向迁移；
不同：
离子电导是离子做远程迁移，而离子松弛极化质点仅作有限距离的迁移，它只能在结构松散区或缺陷区附近移动。
3、复介电常数表达式及其含义
（1）
（2）损耗由虚部引起，电容电流由实部引起。
实部等于测得的介电常数。
4、雪崩和本征电击穿的区别。
本征击穿理论中增加导电电子是继稳态破坏后突然发生的，而“雪崩”击穿是考虑到高场强时，导电电子倍增过程逐渐达到难以忍受的程度，导致介质晶格破坏。
5、影响击穿的因素
6、铁电体的特点
（1）非线性介质：
P&
E不成正比
（2）极性晶体：
固有极矩
（3）自发极化：
（4）铁电性：
7、电滞回线的形成过程
（1）加电场：
沿电场方向的电畴扩展变大；
与电场反方向的电畴则变小。
极化强度随外电场增加而增加，如图中oA段曲线。
电场强度继续增大，最后电畴方向都趋于电场方向，极化强度达到饱和，这相当于图中C附近的部分。
再增加电场，P与E成线性关系，将线性部分外推至E=0时，在纵轴P上的截距称为自发极化强度Ps。
（2）去电场：
晶体的极化强度随之减小，在零电场处，仍存在剩余极化强度Pr。
（3）加反电场：
达到值-Ec，剩余极化全部消失。
反向电场继续增加，极化强度反向并增加到负
方向的饱和值-Ps，当电场在正负饱和值之间循环一周时
极化和电场表现出电滞回线关系
Ps:
自发极化强度，对单畴而言
Pr：
剩余极化强度，对整个晶体
Ec：
矫顽力
OA在原点的斜率代表介电常数
1、写出克劳修斯-莫索蒂方程，并论述其物理意义和使用范围
（1）物理意义：
建立了宏观量—相对介电常数
和微观量—极化率
的关系；
为获得高介电常数提供依据，
大，n大。
（2）使用范围：
分子间作用很弱的气体、非极性物质以及一些NaCl型离子晶体和具有适当对称的晶体。
2、介质损耗和频率、温度的关系（327）
3、根据图，描述热击穿的过程
Q1：
发热量；
Q2：
散热量
（1）外加电场为E1<
Ec
虽然开始时Q1>
Q2，固体电介质温度上升；
但当温度度升到Tc时，发热量与散热量相等，建立起了热平衡。
此时，若介质能耐受温度Tc的作用，则固体电介质能正常工作，不会发生热击穿。
（2）外加电场为E3>
Ec
固体电介质中的发热量Q1大于散热量Q2，介质温度上升，且因Q1始终大于Q2，所以固体电介质的温度不断上升，最终介质被烧焦、烧熔、或烧裂，丧失绝缘性能，发生热击穿。
（3）外加电压为等于Ec
当介质温度升到Tc时，建立起了热平衡，但不稳定。
温度略有升高，发热量Q1即大于散热量Q2，最终仍然发生热击穿。
电场强度Ec是发生热击穿的临界场强Ec。
1、各种极化形式的比较
极化形式
具有此种极化的电介质
发生极化的频率范围
和温度的关系
能量消耗
位移极化
电子位移极化
一切电介质中
直流-光频
无关
无
离子位移极化
离子结构介质
直流-红外
温度升高，极化增强
微弱
电子松弛极化
钛质瓷、以高价金属氧化物为基的陶瓷
直流-超高频
随温度变化有极大值
有
离子松弛极化
离子结构的玻璃、结构不紧密的晶体及陶瓷
升级会员 