材料物理复习重点

一 名词解释题 1 Wigner seit初级晶胞 中文名称 Wigner Seitz 原胞 简称 W S 原胞 英文名称 Wigner Seitz cell 术语来源 固体物理学 W S 原胞 是晶格中比较对称的一种原胞 其构成方法是以某个格点为中心 作其与 近邻格点连线的垂直平分面 由这些平分面构成的单元即为 W S 原胞 W S原胞与一般的原胞 初基原胞 具有相同的体积 并且也只包含一个格点 它与 布拉菲格子具有相同的对称性 故也称为对称化原胞 晶体的倒格子与其正格子具有相同 的对称性 在倒格子空间中的WS原胞 也就是晶体中的晶体格波和电子的简约Brillouin区 布里渊区 2 弗兰克尔缺陷 当晶体中的原子由于热涨落而从格点跳到间隙位置时 即产生一个空位和与其邻近的 一个间隙原子 这样的一对缺陷 空位和间隙原子 就称为弗兰克尔缺陷 3 布里渊区 是指K空间中能量连续的区域 在数学和固体物理学中 第一布里渊区是动量空间中晶体倒易点阵的原胞 4 p n结的整流特性 整流 就是把交流电变为直流电的过程 利用具有单向导电特性的器件 可以把方向 和大小交变的电流变换为直流电 5 p n结的击穿特性 当加在PN结上的反向电压增加到一定数值时 反向电流突然急剧增大 PN结产生电击穿 这就是PN 结的击穿特性 发生击穿时的反偏电压称为PN结的反向击穿电压VBR 6 能带理论 能带理论 Energy band theory 是讨论晶体 包括金属 绝缘体和半导体的晶体 中电子的状态及其运动的一种重要的近似理论 它把晶体中每个电子的运动看成是独立的 在一个等效势场中的运动 即是单电子近似的理论 7 BCS理论 BCS 理论是以近自由电子模型为基础 是在电子 声子作用很弱的前提下建立起来的 理论 BCS 理论 1 BCS theory 是解释常规超导体的超导电性的微观理论 所以也常意 译为超导的微观理论 该理论以其发明者巴丁 J Bardeen 库珀 L V Cooper 施里 弗 J R Schrieffer 的名字首字母命名 BCS理论把超导现象看作一种宏观量子效应 它提出 金属中自旋和动量相反的电子 可以配对形成所谓 库珀对 库珀对在晶格当中可以无损耗的运动 形成超导电流 8 超导体的三个性能指标 1 临界温度 即超导体保持其超导性的最高温度 2 临界磁场 即超导体保持其超导性和完全抗磁性的最强磁场 3 临界电流 即超导体保持其超导性所能承载的最大电流 9 珀尔帖效应 两种不同的金属构成闭合回路 当回路中存在直流电流时 两个接头之间一端吸热 一端 放热 产生温差 这就是珀尔帖效应 PeltierEffect 10 塞贝克效应 在两种不同导电材料构成的闭合回路中 当两个接点温度不同时 回路中产生的电势 使热能转变为电能的一种现象 11 约瑟夫森效应 A B两金属夹一绝缘薄膜并施加电压V 由于隧道效应有电流通过 正常传导和超导状态的I V关系不同 超导状态下电压到某临界值时突然产生电流 12 交流磁滞回线 交流磁化过程中 由于磁场强度是周期性对称变化的 所以磁感应强度也跟着周期性对称 地 变化 变化一个周期构成一曲线称为交流磁滞回线 13 固态扩散第一定律 稳态扩散条件下 扩散通量与界面处的体积浓度梯度成正比 扩散方向与浓度梯度 的方向相反 设扩散是沿x轴方向进行 则扩散第一定律的表达式为 dx dC DJ 14 柯肯达尔效应 柯肯达尔效应 kirkendall effect 原来是指两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形 成缺陷 现已成为中空纳米颗粒的一种制备方法 可以作为固态物质中一种扩散现象的描 述 15 上坡扩散 溶质原子由低浓度区向高浓度区进行的扩散称为上坡扩散 16 杜隆 珀替定律 固体的摩尔热熔为常数3R 17 形状记忆效应 它是指具有一定形状的固体材料 在某种条件下经过一定的塑性变形后 加热到一定温 度时 材料又完全恢复到变形前原来形状的现象 即它能记忆母相的形状 18 魏德曼 弗兰兹 洛伦兹定律 在室温时 金属的热导率和电导率的比值是一个常数 不随金属不同而改变 公式 W 简答题 1 位错对晶体性能的影响 P67 问答题 比较贝氏体转变 马氏体转变和珠光体转变的异同 马氏体 M 指碳在 Fe 中的过饱和固溶体 当含碳量大于 1 0 时 断面呈针状 称为针头马氏体 其特点是硬度高而脆性大 当含碳量小于 0 2 时 其形状为一束束相互平行的细条 称为板条马氏体 具有良好的强度和较 好的塑性 当含碳量在 0 2 1 0 时 为针状和板条状的混合组织 马氏体的 硬度主要取决于马氏体中的含碳量 含碳量越高 其硬度也越高 但当含碳量 大于 0 6 时 淬火钢的硬度增加很慢 贝氏体 B 钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下 马氏体转变 温度区间以上这一中温度区间 所谓 贝氏体转变温度区间 转变而成的由铁素体 及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织 在贝氏体转变温度偏高区域转 变产物叫上贝氏体 up bai nite 350 550 其外观形貌似羽毛状 也 称羽毛状贝氏体 冲击韧性较差 生产上应力求避免 在贝氏体转变温度下端 偏低温度区域转变产物叫下贝氏体 Ms 350 其冲击韧性较好 为提高 韧性 生产上应通过热处理控制获得下贝氏体 上贝氏体由许多从奥氏体晶界 向晶内平行生长的条状铁素体和在相邻铁素体条间存在的断续的 短杆状的渗 碳体组成 下贝氏体由含碳过饱和的片状铁素体和其内部析出的微细的碳化物 组成 珠光体 奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的 其立体形态为铁素 体薄层和碳化物 包括渗碳体 薄层交替重叠的层状复相物 珠光体的性能介于 铁素体和渗碳体之间 强韧性较好 其抗拉强度为 750 900MPa 180 280HBS 伸长率为 20 25 冲击功为 24 32J 1 三大材料导电理论的异同点 经典自由电子理论 认为金属中的价电子就像气体分子 是经典粒子 它们无相互作用 在金属内自由运动 相互碰撞 并与离子碰撞 达到热平衡 用经典波尔兹曼分布来描述 经典自由电子理论用波尔兹曼分布来描述自由电子气 无法解释金属中自由电子的比热容 因为按能量均分定理 n 个价电子的金属 应具有 3nkB 2 的热容 这与实验值不符 量子自由电子理论 是经典自由电子理论的量子统计修正 从金属中的价电子是全同无相 互作用的费米子系统出发 根据泡利不相容原理 可以求得平衡状态下自由价电子符合量 子统计的费米分布 根据这一分布 可以很好的解释金属中电子的比热容 能带理论 则解释了绝缘体和半导体 特别是半导体的导电性 引入晶格对自由电子 以 及自由电子相互之间的作用 把晶格对自由电子和自由电子相互之间的作用看作一个周期 场 价电子在这样的周期场下运动 即单电子近似 可以发现 价电子的能级在对