固体物理简介省公开课一等奖全国示范课微课金奖

1材料物理学讲义烟台大学光电学院孙元平.03第1页2本课程所采取教材第2页3内容介绍（一）第一章 介绍第二章 原子结构及键第三章 晶体结构第四章 固体中缺点第五章 扩散第六章 金属机械性能第七章 位错第八章 断裂第九章 相图第3页4内容介绍（二）第十章 相变第十一章 金属合金处理与应用第十二章 陶瓷结构和性质第十三章 陶瓷处理与应用第十四章 聚合体结构第十五章 聚合物处理与应用第十六章 复合材料第十七章 材料腐蚀与老化第十八章 材料电学性质第十九章 材料热学性质第4页5内容介绍（三）第二十章 材料磁学性质第二十一章 材料光学性质第5页6第一章 介绍第6页7铝罐包装塑料瓶装玻璃瓶装第7页81.1 材料发展史早期人类：石头、木头、泥土、兽皮方法：直接获取、使用古代：陶瓷、金属（铜铁金银等）、珠宝。方法：选择、热处理。从有限材料中选择最适当。当代：近60年以来，千万种材料方法：依据需要特殊制造。第8页91.2 材料物理学包含内容材料科学和材料工程材料科学：研究材料已存在结构和性质相互关系材料工程：依据这些结构-性质关系设计新、含有预先设定功效材料第9页101.3结构和性质结构：材料内部组分排列亚原子结构：单个原子中电子及其与核作用原子结构：原子或分子之间排列微观结构：大量原子聚集在一起，可用显微镜观察宏观结构：用肉眼可观察结构固体材料主要特征分类：力学、电学、磁学、热学、光学和变性（化学反应性）第10页11

力学：弯曲电学：电场热学：热导

磁学：地磁光学：电荧光化学反应性：GaN第11页12处理结构性质性能材料：蓝宝石（Al2O3） 1.单晶（晶格完整，透明）2.很多小单晶互连体 3.单晶互连体及大量空洞第12页13选择材料准则1.表征实际需要材料性质，以作为准则去选择材料2.材料实际使用当中其特征是否会变坏3.怎样降低成本第13页141.4材料分类金属（Metals）陶瓷（Ceramics）聚合物（Polymers）合成物（Composites）半导体（Semiconductors）生物材料（Biomaterials）第14页151.5先进材料（AdvancedMaterials）

用于高科技材料计算机光纤空间站(ApolloSpacecraft)军用火箭第15页161.6未来材料发展趋势之一

智能材料（SmartMaterials）介绍发觉环境改变并依据预设做出对应反应包含探测输入信号传感器（Sensor）和做出反应和调整功效致动器（Actuator）致动器材料种类形状记忆合金（ShapeMemoryAlloys）金属，在形变之后假如温度发生改变能够恢复原状压电陶瓷（PiezoelectricCeramics）能够伴随所加电场（电压）而伸缩，反之则能够产生电压磁致伸缩材料（MagnetostrictiveMaterials）与压电材料类似，只是对磁场发生反应电/磁流变液体（electro/magneto-rheologicalfluids）能够伴随所加电/磁场而粘稠度发生巨大改变液体第16页17形状记忆合金（ShapeMemoryAlloys）Ti-30Ni-20Pt合金最上面是在室温下弯到38°，

在350°C加热后自动恢复到8°第17页18压电陶瓷（PiezoelectricCeramics）微型压电陶瓷泵，包含两个黄铜泵膜和两个压电陶瓷片第18页19磁致伸缩材料（MagnetostrictiveMaterials）伴随外加磁场增加，材料中畴壁开始移动晶畴旋转这两个机制使材料晶畴能够改变，从而引发尺寸改变第19页20电/磁流变液体（electro/magneto-rheologicalfluids）流体中存在非常小粒子，且其磁导率与流体不一样当施加外加磁场时，会沿着磁场方向有序排列，引发流体宏观粘稠度改变第20页211.6未来材料发展趋势之二

纳米材料（Nanomaterials）研究尺寸小于100nm，大约为500个原子直径。GaAs表面上Cs原子STM照片（7×7nm）利用STM能够操纵单个原子排列形成既定图案第21页纳米雕刻22北京大学利用AFM探针在Au-Pd薄膜上雕刻出孟浩然《春晓》，每个字大小月1.5µm。(J.Songetal.,Appl.Phys.A66,S715,1998.)第22页纳米墨水笔23在AFM探针上加上化学物质（墨水），在Au薄膜衬底上书写文字图形。右图为纳米笔书写出来RichardFeynman演讲“Thereisplentyofroomatthebottom.”AssoonasImentionthis,peopletellmeabout,andhowfarithasprogressedtoday.Theytellmeaboutelectricmotorsthatarethesizeofthenailonyoursmallfinger.Andthereisadeviceonthemarket,theytellme,bywhichyoucanwritetheLord'sPrayerontheheadofapin.Butthat'snothing;that'sthemostprimitive,haltingstepinthedirectionIintendtodiscuss.Itisastaggeringlysmallworldthatisbelow.Intheyear,whentheylookbackatthisage,they