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1　概论1

目录1

2　材料结构理论4

2.1　概述4

2.2　原子结合与结合键5

2.2.1 离子键5

2.2.2　共价键6

2.2.3　金属键6

2.2.4　极化键6

2.3　晶体结构与晶体学10

2.4　准晶、非晶和液晶16

2.4.1 准晶16

2.4.2 非晶17

2.4.3　液晶17

2.5.1　X射线衍射18

2.5　材料结构的实验研究18

2.5.2 电子衍射20

2.5.3 中子衍射21

2.5.4　场离子显微镜21

2.5.5　扫描隧道显微镜21

思考题与习题23

3　缺陷物理24

3.1　概述24

3.2　点缺陷26

3.2.1 点缺陷的主要类型26

3.2.2　热缺陷数目的统计理论………………………………………………………（27)3.2.3 点缺陷对物理性能的影响28

3.3　原子扩散理论30

3.3.1　扩散方程和扩散系数30

3.3.2 自扩散的微观机制31

3.3.3　杂质原子的扩散34

3.4.1 离子晶体中的点缺陷35

3.4　离子晶体的点缺陷及其导电性35

3.4.2 离子晶体的导电性36

3.4.3 色心37

3.5　位错39

3.5.1　位错的主要类型39

3.5.2　位错的滑移与晶体的范性形变40

3.5.3　位错能42

3.5.4　位错的其他性质和影响43

3.6 面缺陷45

3.6.1 小角晶界的位错模型46

3.6.2　孪晶界和堆垛层错47

3.6.3 晶界能48

思考题与习题50

4　材料强化51

4.1　概述51

4.2.1　拉伸试验52

4.2　力学实验与材料性能52

4.2.2 弯曲试验55

4.2.3　硬度试验56

4.2.4 冲击试验58

4.2.5 断裂韧性59

4.2.6 蠕变60

4.2.7 疲劳61

4.3　加工硬化64

4.4　固溶强化66

4.5　弥散强化69

4.6　固态相变强化73

4.7　复合强化78

4.7.1　颗粒增强复合材料78

4.7.2　纤维型复合材料80

4.7.3　层状增强复合材料80

思考题与习题81

5.1　概述82

5　导电物理82

5.2　材料的导电性能84

5.2.1 能带结构84

5.2.2　超导现象88

5.2.3 导电材料与电阻材料90

5.2.4　其他材料的导电性能91

5.3 半导体与p-n结91

5.3.1 本征半导体与非本征半导体91

5.3.2 n型半导体与p型半导体92

5.3.3 p-n结94

5.4　半导体的物理效应97

5.4.1 余辉效应97

5.4.2　发光二极管98

5.4.3　激光二极管100

5.4.4　光伏特效应101

5.5.1 克鲁格维克符号系统103

5.5　半导体陶瓷的缺陷化学理论基础103

5.5.2　准化学反应104

5.5.3　质量作用定律105

5.5.4　半导体陶瓷的能带结构107

5.5.5 BaTiO3半导瓷的缺陷化学研究110

5.6　能带理论的应用113

5.6.1　半导体的表面能级113

5.6.2　半导体与半导体的接触114

5.6.3　半导体与金属的接触117

思考题与习题119

6　电介质物理120

6.1　概述120

6.1.1 电介质的概念及特点120

6.1.2 电介质的分类120

6.1.3 电介质的四大基本常数121

6.1.4 电介质的理论121

6.2.1 静电介电系数和电极化122

6.1.5 电介质的实验研究122

6.2　静电场中的电介质行为122

6.2.2　洛仑兹有效场127

6.3　变动电场中电介质行为及介质损耗130

6.4　极化弛豫132

6.5　动态介电系数134

6.6 固体电介质的电导与击穿135

6.6.1 固体电介质的电导135

6.6.2 固体电介质的击穿147

6.7　电介质的唯象理论152

6.7.1 热力学唯象理论方法152

6.7.2 固态电介质的特征函数155

6.7.3 电介质宏观性质的统一描述方法158

6.8　复介电常数和介电谱的实验研究159

6.8.1 复介电常数的测量160

6.8.2　介电谱161

6.8.4 热激励去极化电流的测量（TSDC谱）164

6.8.3　介电常数对温度的函数关系（温度谱）164

思考题与习题169

7　铁电物理170

7.1　铁电物理的一般性质170

7.2　铁电体的电畴与电滞回线171

7.2.1　铁电体的电畴171

7.2.2　铁电体电滞回线177

7.3　铁电相变与晶体的结构变化179

7.3.1 无序-有序型相变铁电体179

7.3.2　位移型相变铁电体182

7.3.3 晶格振动与相变189

7.4　铁电体物理效应192

7.4.1　压电效应193

7.4.2　热释电效应198

7.4.3 电致伸缩200

7.4.4　光学效应202

7.5　铁电物理效应的实验研究211

7.5.1 电介质的铁电性与热电性的实验研究211

7.5.2 压电效应和电致伸缩效应的实验研究216

思考题与习题223

8　磁性物理224

8.1　概述224

8.2　原子和离子的固有磁矩225

8.2.1 自由原子的磁矩225

8.2.2　物质中的原子磁矩228

8.3　物质的抗磁性和顺磁性230

8.3.1　抗磁性（Diamagnetism）230

8.3.2　顺磁性（Paramagnetism）230

8.4　铁磁性的“分子场”理论231

8.4.1　铁磁性（Ferromagnetism）231

8.4.2　外斯分子场理论（Weiss Mean Field Theory）231

8.4.3　直接交换作用232

8.5.1　亚铁磁体、亚铁磁性233

8.4.4　稀土金属化合物中的间接交换作用233

8.5　亚铁磁性“分子场”理论233

8.5.2 尖晶石型铁氧体的晶体结构234

8.5.3　奈尔亚铁磁性分子场理论236

8.6　铁磁体中的磁晶各向异性、磁致伸缩238

8.6.1 磁晶各向异性能（Magnetocrystalline Anisotropy Energy）238

8.6.2　退磁场能（Demagnetizing Energy）240

8.6.3　磁致伸缩（Magnetostriction）241

8.7　畴壁与磁畴结构241

8.7.1　磁畴壁（Domain Walls）242

8.7.2　磁畴（Magnetic Domain）243

8.7.3 单畴结构245

思考题与习题246

9　材料的相变248

9.1　概述248

9.2.1　按热力学分类250

9.2　相变的基本类型250

9.2.2　相变按动力学分类251

9.2.3　相变按机制分类253

9.3　马氏体相变255

9.3.1 马氏体相变热力学255

9.3.2　马氏体相变动力学256

9.3.3 马氏体相变的晶体学唯象理论258

9.4　铁电相变、铁性相变260

9.4.1　铁电相变类型261

9.4.2 电介质的特征函数263

9.4.3　铁性相变（Ferroic Phase Transition）266

9.5　有序-无序相变267

9.5.1　有序度参数267

9.5.2　长程有序的统计理论268

9.6　朗道相变理论概要271

9.6.1　序参量与对称破缺271

9.6.2　朗道相变理论272

9.7　相变动力学273

9.7.1 形核274

9.7.2 长大277

9.7.3 转变速率279

9.8　界面稳定性与形态演变280

9.8.1　组分过冷280

9.8.2　典型界面形态及其形成机理283

9.8.3　枝晶生长285

9.9　相变微观理论简介287

9.9.1　伊辛模型287

9.9.2　临界指数与标度律288

9.9.3　重正化群理论大意289

9.10　相变的实验研究291

9.10.1　相变点的测定291

9.10.3　相变机制的实验研究292

9.10.2　相变动力学测量292

思考题与习题293

10　非晶态物理基础295

10.1　绪论295

10.2　非晶态固体的结构296

10.2.1 非晶态固体的结构特点296

10.2.2　非晶态固体结构的描述299

10.2.3　非晶态固体结构的实验研究301

10.3　非晶态固体结构模型306

10.3.1　微晶模型307

10.3.2　无序密堆积硬球模型308

10.3.3 无规则网络结构模型310

10.4　非晶态固体的形成312

10.4.1 结晶与非晶态形成312

10.4.2 非晶态形成能力314

10.5　非晶态半导体316

10.4.3　玻璃化转变316

10.5.1 非晶态半导体的电子态317

10.5.2　非晶态半导体的能带模型320

10.5.3 非晶态半导体的电导322

思考题与习题324

11　高分子物理325

11.1　概述325

11.2　高分子的分子结构326

11.2.1 高分子链的组成327

11.2.2 高分子链的构型334

11.2.3 高分子链的构象338

11.3　高分子的聚集态结构343

11.3.1 晶态与非晶态聚合物的结构343

11.3.2　液晶态聚合物的结构358

11.3.3 高分子“合金”的结构形态361

11.3.4　聚合物的取向结构361

11.4　高分子的力学性能364

11.4.1　橡胶弹性365

11.4.2　聚合物的粘弹性373

11.5　高分子的电、光和热学性能378

11.5.1 高分子的电学性能378

11.5.2 高分子的光学性能391

11.5.3 高分子的热学性能397

思考题与习题405

12　低维材料结构406

12.1　薄膜的形成406

12.1.1　薄膜的形成过程406

12.1.2　薄膜形成的理论基础408

12.2　薄膜的结构与缺陷412

12.2.1　薄膜的组织结构413

12.2.2 薄膜的晶体结构414

12.2.3　表面结构414

12.2.4　薄膜的缺陷415

12.2.5 薄膜的异常结构和非理想化学计量比416

12.3　薄膜的表面和界面417

12.3.1 表面态和表面空间电荷层417

12.3.2　表面势垒419

12.3.3　界面结构和界面特性、电接触420

12.4　薄膜的尺寸效应423

12.4.1　尺寸效应423

12.4.2　金属薄膜的尺寸效应423

12.4.3 薄膜中铁电相变的尺寸效应425

12.5　薄膜和基片的附着和附着力、内应力426

12.5.1　附着426

12.5.2 附着机理与附着力428

12.5.3　内应力429

12.6　磁电阻效应430

思考题与习题433

参考文献434