部分材料物理思考题2011定稿 新答案

一般在晶界形核，晶界处有能量起伏，成分起伏，和结构起伏易于形核。 能量起伏：能量高，当晶面消失则能量下降，从而提供克服相变阻力的能量。 结构起伏：结构不规律，可能会有局部原子排列按新相的规则。

成分起伏：新旧相成分不同时，晶界上的溶质原子偏聚，可使成分更接近新相。 8、马氏体相变具有什么特征?它和一般的成核—生长机理有什么不同 倾动现象，一定的位相关系，非扩散（切变），大量缺陷，可逆，过渡相。 形核过程依靠起伏，长大过程中有稳定态。 9、马氏体组织有哪几种基本类型？ 板条状和片状。

11、叙述热弹性马氏体和非热弹性马氏体在相界面、长大方式、逆转变等方面的区别。

13、贝氏体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态方面有何特点？ 上贝氏体：高温下形成为羽毛状，亚结构是位错 下贝氏体：低温下形成为针状，亚结构为大量位错

14、画图说明玻璃化温度的意义，为什么这一温度不易测定？实际上它是如何规定的？ 15、说明合金获得非晶态的条件和方法。

第五章 固态扩散

1、 重要名词：

扩散系数：表示单位浓度梯度下物质的扩散通量，表明扩散能力的大小。 菲克（扩散）第一定律：体扩散：原子在晶粒内部进行扩散。 表面扩散：原子在表面与外界进行扩散。 晶界扩散：晶体沿晶界进行扩散。

扩散激活能：原子跃迁时所需克服周围原子对其束缚的势垒。

间隙扩散：在间隙固溶体中，原子通过溶质原子从溶液点阵的一个间隙位置跳动到相邻的溶质点阵间隙位置的扩散过程。

置换扩散：在置换固溶体中，通过邻位原子进行退让后，发生的原子移动过程。 柯肯达尔效应：由于扩散偶两侧扩散速度不同，引起初始界面向某一侧移动的现象。 2、表述扩散第一定律，写出数学表达式，并说明各符号意义。 J=-DdC/dx

J：扩散通量；D：扩散系数；dC：体积浓度；dx：长度

3、给出无限长棒扩散偶的初始条件和边界条件，用通解C?Aπerfx2Dt?B解出C(x, t), 并以之说明

2扩散偶焊接面的浓度C(0, t)有何规律？ 初始条件：t=0时x>0,C=C1;x<0,C=C2;

边界条件：t>=0时x无穷，C=C1;x负无穷，C=C2;

4、给出渗碳过程的初始条件和边界条件，用通解C?Aπerfx2Dt?B解出C(x, t)。

2????初始条件C(x,0)=C1；边界条件C(0,t)=C0,C(无穷，t)=C1； C(x,t)=C0[1-erf(x/2根Dt)]

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6、为什么晶界扩散速度一般比体扩散快？这一规律在什么情况下才成立？

8、C在?-Fe中的C的扩散系数大还是在? -Fe中的扩散系数大?渗碳是在?-Fe中进行还是在? -Fe中进行？为什么？

9、已知1100?C和1300?C时镓在硅中的扩散系数分别为8×10-17m2/s和1×10-14m2/s，求该扩散的扩散常数和扩散激活能。

第六章 材料的电子理论

1、 重要名词：

自由电子近似：认为价电子在金属中完全自由，并起到均匀势场作用。

K空间：取波数矢量k为单位矢量建立一个坐标系统，它在正交坐标系的投影分别为kx,ky,kz这样建立的空间称为k空间。

状态密度：自由电子的能级密度。单位能量范围所能容纳的电子自由数。

费米能：可定义为绝对零度时，处于基态的费米子系统的化学能，或上述系统中单个费米子的最高能量。 电子的费米－狄拉克统计分布：电子遵从泡利不相容定理，则其波函数必然满足反对称。电子处于能量为E的状态的几率符合费米-狄拉克公式。 布洛赫定理：

近自由电子近似：如下假设：点阵完整，晶体无限大；不考虑离子热运动对电子的影响；每个电子独立地在离子势场中运动，不考虑电子间相互作用；周期势场随空间位置的变化较小，可当做微扰处理。 能带：包括允带和禁带。

允带：允许电子能量存在的能量范围。 禁带：不允许电子存在的能量范围。

布里渊区：当K=+-nπ/a时，电子产生布拉格反射，从而出现能隙，导致将K空间划分为区的概念，这些区称为布里渊区。

等能面：在三维布里渊区中把能量相等的K值连接成面。 费米面：能量为费米能的等能面称为费米面。 费米球：费米面为球面，因此称为费米球。

2、说明自由电子近似的基本假设。在该假设下，自由电子在一维金属晶体中如何分布？电子的波长、能量各如何分布？

3、何谓K空间? K空间中的（2，2，2）和（1，1，3）两点那个代表的能级能量高？ 4、何谓状态密度？三维晶体中自由电子的状态密度与电子能量是何种关系？

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5、用公式f(E)?1解释左图的

?E-EF?exp???1kT??自由电子在0K和TK时的能量分布，并说明T改变时该能量分布如何变化。

6、试计算在300K下，在 (a)费米能能级处，(b)比费米能大0.05eV能级处时电子出现的几率。

7、说明EF的物理意义，并简要说明为什么在讨论左图的电子能量分布时不考虑EF和 EF的区别？

8、为什么温度升高, 费米能反而降低? 9、在布里渊区边界上电子的能量有何特点?

10、画图说明导体、半导体、绝缘体能带结构的异同。

12、画出自由电子近似和近自由电子近似下的E-K曲线，并说明他们的区别，解释能带的概念。

13、解释右图的二维晶体布里渊区的等能线，并说明能隙和能量交叠出现的原因。

00第七章 材料的电学性能

1、重要名词：

德拜温度：具有原子间距波长的声子被激发的温度。

马西森定律：电阻率可表示为随温度变化的部分和与温度无关的部分。

霍尔效应：通电导体上与一个与电流垂直的外磁场会产生一个与二者皆垂直的电场。 霍尔系数：R=E/JB,单位磁感应强度单位电流密度所能产生的霍尔电场强度。 超导现象：某些导体在特定条件下电阻突然降到0的现象。

超导转变温度：超导体由正常态转变为超导态的温度。迈斯纳效应：当金属变为超导体时磁力线会自动排出金属体外，超导体内磁感应强度为零的现象。

第一类超导体：当温度大于临界磁场时超导特性立即消失的超导体。

临界磁场强度：外磁场增大到一定程度会使超导体失去超导性的磁场强度。临界电流密度：超导体中的电流产生的磁场强度与外磁场之和超过临界磁场会使超导态被破坏，此时的电流密度为临界电流密度。 约瑟夫森效应：两个连在一起的超导体之间会有绝缘层，电子通过薄绝缘层的量子隧道效应。 热电势：导体两端的温度差，产生的电动势。

塞贝克效应：两种不同热电功率的金属连成环路，在两端接触处有温度差，会使回路中有电流，两端间有电势差。

塞贝克系数：塞贝克效应产生的电动势与温度差之比。

珀耳帖效应：两种不同热电功率的金属连成环路，通入电流，连接处会有吸热或放热现象。 电介质：是一种电阻率很高，导电性很差的物质。在电场作用下可以建立极化的物质。

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极化：外电场作用下使电介质表面出现束缚电荷的现象。

介电常数：真空介电常数与想对介电常数之积为材料的介电常数。极化强度：电介质中单位体积内的所有电偶极矩的矢量和为极化强度（感生偶极矩）。

介电体击穿：电介质上电压高到一定值时，使电介质失去绝缘性（自由电荷量剧增）的现象。 介电击穿强度：电介质所能承受的不被击穿的最大场强。

介电损耗：电介质在交变电场中，由于消耗一部分电能，使介质本身发热，这种现象就是介电损耗。

3、叙述马西森定律的内容并说明为什么电阻分为与温度有关和无关的两项。 4、说明霍尔效应的现象、原因及其应用。 5、举出电导功能材料的三个实例。

6、画图说明超导的临界磁场强度的概念以及在不同的磁场强度下超导状态的变化。

7、说明BCS理论的基本观点及其成功和局限。 8、举例说明超导现象的应用及其应用中的问题。 9、说明热电势的概念及其产生的原因。

10、说明塞贝克效应的现象并举出其应用的实例。可否用该效应发电？

11、说明珀耳帖效应的现象及其与焦耳热的区别，并举出其应用实例。

12、说明极性分子电介质和非极性分子电介质的概念及其极化机理的不同。

第八章 材料的磁性

1、重要名词：

磁场强度：单位磁极所受的力，用H表示。使磁极受力F，则H=F/q 磁偶极子：相互接近的一对磁极+q和-q称为磁偶极子。

磁偶极矩（磁动量）：真空中，单位外磁场作用在相距为d的磁偶极子上的最大的力矩：Pm=qd，称为磁偶极子的磁偶极矩。

磁矩：磁偶极矩与真空磁导率的比值称为磁矩，m=Pm/u0

磁化强度：在外磁场作用下，材料中因磁矩沿外场方向排列而使磁场强化的度量，其值等于单位体积中材料感应磁矩的大小。

磁化率：单位磁场强度引起的磁化强度。 相对磁导率：材料磁导率与真空磁导率的比值。

电子轨道磁矩：电子绕原子核作轨道自转，产生一个沿旋转轴方向的磁矩。 电子自旋磁矩：每个电子都有自旋运动，产生一个沿自旋轴方向的磁矩。 原子核磁矩：原子核自旋，使其中的质子运动产生的磁矩。 原子的磁矩：所有电子磁矩相互作用的矢量和，又称本征磁矩。

居里温度：存在一个临界温度，超过此温度时，铁磁性消失而转变为顺磁性。

退磁状态：普通的铁磁体在没有外磁场作用下，外部没有N、S极不表现磁性的状态叫做退磁状态。 饱和磁化强度：铁磁体磁化过程中，当磁化强度随磁场强度增大到一定值时，不再增大，此时的磁化强度为饱和磁化强度。

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真实电介质平板电容器总电流的矢量图