《材料物理性能复习资料整理》一、名词解释物质的磁化:物质在磁场中受磁场的作用呈现一定磁性的现象。
自发极化:铁磁性材料在没有外加H时,原子磁矩趋于同向排列而发生的磁化。
软磁材料:是指磁滞回线瘦长,μ高、H c小、M r低,并且磁化后容易退磁的磁性材料。
硬磁材料:是指磁滞回线短粗,μ低、H c大、M r高,并且磁化后很难退磁的磁性材料。
磁致伸缩:铁磁体在磁场中被磁化时,其形状和尺寸都会发生变化,这种现象称为磁致伸缩效应。
PN结:是指在同一块半导体单晶中P型掺杂区域N型掺杂区的交界面附近的区域。
禁带:在能带结构中能态密度为零的能量区间。
超导电性:在一定条件下(温度、磁场、压力)材料的电阻突然消失的现象称为超导电性。
马基申定则:马基申等人把固溶体电阻率看成由金属基本电阻率ρ(T)和残余电阻ρ残组成。
这表明在一级近似下,不同散射机制对电阻率的贡献可以用加法求和。
激活介质:实现粒子数反转的介质具有对光的放大作用,称为激活介质。
因瓦效应:将与因瓦反常相关联的其它物理特性的反常行为统称为因瓦效应。
磁介质:能被磁场磁化的物质。
技术磁化:是指在外磁场的作用下,铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和的内部变化过程。
磁畴:是指在未加磁场时铁磁体内部已经磁化到饱和状态的小区域。
铁电畴:铁电体中自发极化方向一致的微小区域。
N型半导体:在本征半导体中掺入5价元素(磷,砷,锑)使晶体中的自由电子的浓度极大地增加而形成的以电子为多子的杂质半导体称为N型半导体。
第一类超导体:指大多数纯金属超导体,在超导态下磁通从超导体中全部逐出,具有完全的迈斯纳效应(完全的抗磁性)。
这类导体称为第一类超导体。
介质损耗:电介质在外电场作用下,其内部会有发热现象,这说明有部分电能已转化为热能耗散掉,这种介质内的能量损耗称为介质损耗。
光致发光:通过光的辐射将材料中的电子激发到高能态从而导致发光,称为光致发光。
杜隆-珀替定律:恒压下,元素的原子摩尔热容为25J/(K•mol)。
二、简答题1.请从能量式波长(频率)范围详细划分电磁波谱(1)无线电波——波长从108~1013nm(2)微波——波长从106~108nm(3)红外线——波长从103~106nm(4)可见光——波长390~700nm(5)紫外线——波长从10~390nm(6)伦琴射线——波长10-3~100nm(7)γ射线——波长从10-5~0.1nm2.解释PN结正向导电机制(画示意图)当外加正向电压时,由于中性地的P区和N区的ρ比阻挡层小得多,故外加电压都降落在阻挡层上,由于外加正向电压U与内建电位差V D方向相反,因而使阻挡层两端的电位差由V D减小到(V D-U)。
相应地使阻挡层变窄,空间电荷量减小,以至于内电场减小,使载流子的漂移作用减弱,扩散与漂移的平衡被破坏,扩散作用大于漂移作用,结果产生了从P区流向N区的正向电流。
由于该电流是由多子扩散形成的,故正向电流较大,且随U的责增大而迅速增大。
3.介质极化有哪些基本形式○1电子位移极化;○2离子位移极化;○3偶极子取向极化;○4空间电荷极化。
4.物质铁磁性产生条件(说明充分必要条件)铁磁性产生的充分必要条件是:原子内部要有未填满的电子壳层,R ab/r>3使A>0。
前者指的是原子的本征磁矩(固有磁矩)不能为零,后者指的是要有一定的晶体点阵。
5.为什么说所有物质都是磁介质当介质处于磁场中时,会使它所占据的空间的磁场发生变化。
不同的物质所引起的磁场变化是不一样的,空气会使磁场略有增强,而铁会使磁场增加得强烈,铜则相反,会使磁场衰弱。
这就是说,物质在磁场中由于受磁场的作用而表现出一定的磁性,这种现象被称为物质的磁化。
即所有的物质都能被磁化。
通常把能磁化的物质称为磁介质。
所以说所有的物质都是磁介质。
6.超导体两个基本特征和三个重要指标是什么两个基本特征:完全导电性、完全抗磁性(迈斯纳效应)三个重要指标:临界转变温度T c、临界磁场强度H c、临界电流密度Jc。
7.温度对抗磁性和顺磁性的影响及原因温度对抗磁性基本无影响,对顺磁性影响很大。
因为:温度升高,质点热振动加剧,对磁矩排向的干扰增大,使磁矩的定向排向H方向困难,使磁化率降低。
物质的抗磁性是由电子在外电场作用下的轨道运动产生的,因此温度对其基本无影响。
8..电介质材料主要性能指标有哪些○1介电常数;○2耐电强度;○3损耗因素;○4体积和表面的电阻率。
9.光纤结构示意图及光传输原理主要是利用光的全反射原理。
包层的折射率比纤心略低,约1%,两层之间形成良好的光学界面。
当光线从一端以适当的角度入射内部时,将在内外两层之间产生全反射而传播到另一端。
在光导纤维内传播的光线其方向与纤维表面的法线所成夹角如果大于42o,则光线全部内反射,无折射能量损失。
因而玻璃纤维能围绕各个弯曲之处传递光线而不必顾虑能量损失。
10.本征半导体导电机理导电机理:在热、光等外界条件的影响下,满带上的价电子获得足够的能量,跃过禁带跃迁至空带而成为自由电子,同时在满带中留下电子空穴,自由电子和电子空穴在外加电场的作用下定向移动形成电流。
11.为什么金属材料导电性随温度升高而降低量子学证明当电子波在0K下通过一个理想的晶体点阵时,它将不会受到散射无阻碍地传播,这时ρ=0,而σ为无穷大,即此时的材料是一个理想的导体。
只有在晶体点阵的完整性以及由于晶体点阵离子的热振动,晶体中的异类原子、位错和点缺陷等使晶体点阵的周期性遭到破坏的地方,电子波才会受到散射,从而产生阻碍作用,降低了导电性。
对于金属材料,当温度升高,离子热振动的振幅越大,电子越易受到散射,阻碍作用越大,因此金属材料的导电性随温度升高而降低。
12.画出顺磁物质磁化过程示意图并简单解释顺磁物质磁化过程中磁化强度M与外磁场强度H呈线性关系,磁化率χ为一极小的正常数。
也就是说M与H同向,顺磁体在磁场中受微弱的引力。
13.简述超导体具有完全抗磁性的原因原因:外磁场在试样表面感应产生一个磁感应电流。
此电流所经路径的电阻为零,所以它产生的附加磁场总是与外磁场大小相等,方向相反,因而使超导体内的合成磁场为零。
于是表现出完全的抗磁性。
14.影响热膨胀性能的因素○1相变的影响;○2成分和组织的影响;○3各向异性的影响;○4铁磁性转变的影响。
15.热容爱因斯坦、德拜模型前提及其与事实符合情况,不完全相符的原因爱因斯坦模型:假设:每个原子皆为一个独立的振子,原子之间彼此无关,并且ωi = ω。
在T>θE-以及T→0K时,与实验相符得很好。
但是在中温区域,理论值比实验值下降得快。
原因在于爱因斯坦模型假定原子振动不相关,且以相同频率振动,而实际晶体中,各原子的振动不是彼此独立地以同样频率振动,而是原子间有耦合作用,点阵波的频率也有差异。
温度低时这一效应尤其显著。
拜德模型:假设:考虑晶体中点阵的相互作用,将格波看成是弹性波。
每个谐振子的频率不同,频率范围从0到ωm。
徳拜模型比起爱因斯坦模型有了很大进步,且理论值跟实验值符合得很好。
但是对于原子振动频率较高的部分不适用,对一些化合物的热容计算不符。
解释不了超导现象。
原因在于晶体毕竟不是一个连续体。
对于金属类晶体,没有考虑自由电子的贡献。
16.铁磁性材料技术磁化机制(基于磁畴观点讨论)技术磁化包含两种机制:壁移磁化和畴转磁化。
我们分三个区段讨论。
第一区段:在磁化的起始阶段,磁场作用较弱,对于自发磁化方向与磁场方向成锐角的磁畴,由于其静磁能低的有利地位而发生了扩张,而成钝角的磁畴则缩小。
这个过程是通过磁畴壁的迁移来完成的,这种磁壁的迁移使得材料宏观上表现出微弱的的磁化,这种磁化时可逆的。
这个区域就是磁壁可逆迁移区。
第二区段:越过第一区段后,若外磁场继续增强,则畴壁将会发生瞬时的跳跃。
换言之,某些与磁场成钝角的磁畴壁将瞬时转向与磁场成锐角的易磁化方向。
由于大量原子磁矩的瞬时转向,因此表现出强烈地磁化,磁化曲线急剧上升,磁导率很高,此时这种磁化是不可逆的。
这个区域称为畴壁不可逆迁移区。
第三区段:由于晶轴通常与外磁场不一致,故当外磁场继续增大时,整个晶体单畴的磁矩方向将逐渐转向外磁场方向。
这种磁化过程称为磁畴的旋转。
这种转动需要相当大的能量,显然外磁场要做功,所以磁化进行的非常缓慢。
这个区段称为磁畴旋转区。
17.从导体、半导体、绝缘体材料能带结构分析导电性能不同原因金属导体的能带分布通常有两种情况,一是价带和导带重叠,而无禁带;二是价带未被价电子填满,所以其本身就是导带。
在这两种情况下的价电子就是自由电子,所以金属导体即使是在温度较低的情况下仍有大量的自由电子,具有很强的导电能力。
半导体与绝缘体的能带分布中均是满价带和空导带,且有禁带。
两者的区别仅仅是禁带的宽度。
半导体的禁带宽度小,在室温下一部分价电子能获得大于△E的能量跃迁到导带中去成为自由电子,同时在价带中形成空穴,这样半导体就具有一些导电能力。
而绝缘体的禁带宽度大,在室温下几乎没有价电子能够跃迁到导带中去,所以基本没有导电能力。
18.画出铁磁性材料磁滞回线,标注每个交点所代表物理意义(用符号),在图下方注释各符号物理名称Ms—饱和磁化强度;Mr—剩余磁化强度;Hc—磁矫顽力;Hs—饱和磁场强度;19.画出铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性材料的磁化率-温度(χ-T)关系曲线并分析铁磁体跟亚铁磁体类似,在温度大于居里点时,随着温度的升高,磁化率均降低;而反铁磁体则比较特殊,在T<T N时磁化率随着温度的升高而增大,在T N处达到峰值;在T>T N段,跟铁磁体类似。
20.电介质产生电击穿过程。
过程:强电场作用下,少数能量高的“自由电子”,沿反电场方向运动,形成电流(漏电流),其运动过程中不断碰撞介质内的离子,并将其部分能量传递给离子。
当外电压足够高时,“自由电子”速度超过某一临界值,就使被撞击的离子电离出一些新电子,即成为“次级电子”,原自由电子与次级电子又从电场中获得能量而加速,又撞击出三级电子,这样连锁反应,造成大量自由电子,形成“电子潮”,使贯串介质的电流迅速增大,导致介质击穿。
这一过程仅需10-7~10-8 s,因此电击穿往往是瞬间的。