第一章力學效能
材料在外力作用下發生形狀和尺寸的變化，稱為形變。
材料承受外力作用、抵抗變形的能力及其破壞規律，稱為材料的力學效能或機械效能。
材料在單位面積上所受的附加內力稱為應力。法向應力導致材料伸長或縮短，而剪下應力引起材料的切向畸變。
應變是用來表徵材料在受力時內部各質點之間的相對位移。對於各向同性材料，有三種基本型別的應變：拉伸應變， 剪下應變和壓縮應變△。
若材料受力前的面積為a0，則0=f/a0稱為名義應力。若材料受力後面積為a，則t=f/a稱為真實應力。
對於理想的彈性材料，在應力作用下會發生彈性形變，其應力與應變關係服從胡克（hook）定律（σ=eε）。e是彈性模量，又稱為彈性剛度。彈性模量是材料發生單位應變時的應力，它表徵材料抵抗形變能力（即剛度）的大小。
e越大，越不容易變形，表示材料剛度越大。彈性模量是原子間結合強度的標誌之一。
泊松比：在拉伸試驗時，材料橫向單位面積的減少與縱向單位長度的增加之比值。
黏性形變是指黏性物體在剪下應力作用下發生不可逆的流動形變，該形變隨時間增加而增大。
材料在外應力去除後仍保持部分應變的特性稱為塑性。
材料發生塑性形變而不發生斷裂的能力稱為延展性。
在足夠大的剪下應力作用下或溫度t較高時，材料中的晶體部分會沿著最易滑移的系統在晶粒內部發生位錯滑移，巨集觀上表現為材料的塑性形變。滑移和孿晶：晶體塑性形變兩種基本形式。
蠕變是在恆定的應力σ作用下材料的應變ε隨時間增加而逐漸增大的現象。
位錯蠕變理論：在低溫下受到阻礙而難以發生運動的位錯，在高溫下由於熱運動增大了原子的能量，使得位錯能克服阻礙發生運動而導致材料的蠕變。
擴散蠕變理論：材料在高溫下的蠕變現象與晶體中的擴散現象類似，蠕變過程是在應力作用下空位沿應力作用方向（或晶粒沿相反方向）擴散的一種形式。
晶界蠕變理論：多晶陶瓷材料由於存在大量晶界，當晶界位相差大時，可把晶界看成是非晶體，在溫度較高時，晶界黏度迅速下降，應力使得晶界發生黏性流動而導致蠕變。
自然界中實際存在的材料，其形變介於理想彈性固體與理性黏性液體之間，既具有固體的彈性又具有液體的黏性，即黏彈性。
常見的力學鬆弛現象有蠕變、應力鬆弛、滯後和力損耗。
應力鬆弛是指在恆定的應變時，材料內部的應力隨時間增長而減小的現象。
蠕變和應力鬆弛屬於靜態力學鬆弛過程或稱靜態黏彈性。
在交變應力作用下，形變落後於應力變化的現象稱為滯後。
當應變與應力同相位時，沒有滯後現象，發生形變所做的功等於恢復原狀時獲得的功，而當應變滯後於應力δ相位時，則每一迴圈週期都要損耗能量，稱為力損耗。
在交變應力作用下發生的滯後和力損耗屬於動態力學鬆弛或動態黏彈性。
時溫等效原理：材料的黏彈性力學鬆弛現象，不僅與時間有關，而且與溫度有關。公升高溫度與延長時間對分子運動及其引起的黏彈性行為是等效的，可借助轉換因子t將某一溫度測定的黏彈性資料轉換為另一溫度t0的對應資料，這就是時溫等效原理。
griffith斷裂理論：斷裂並不是兩部分晶體同時沿整個介面斷開，而是裂紋擴充套件的結果，裂紋尖端會產生應力集中，裂紋的存在使得實際材料的斷裂強度低於理論結合強度。
陶瓷、玻璃等脆性材料有微公尺級微觀線度的裂紋時，就會發生低於理論結合強度的斷裂；而金屬和非晶態高聚物則在公釐級巨集觀尺寸的裂紋時，才會發生低應力的斷裂。
抗拉強度是指在拉伸試驗機上，在規定的試驗溫度、濕度和拉伸速率下，在啞鈴形標準試樣上施加拉伸負荷，直至試樣斷裂時所承受的最大應力σf。
硬度是衡量材料軟硬程度的一種力學效能。（壓入法和刻劃法）一般可認為，硬度表徵了材料表面上不大體積內抵抗塑性形變或斷裂破壞的能力。常用的材料硬度有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度及顯微硬度等
第二章熱學效能
晶體中的原子以平衡位置為中心不停地振動，稱為晶格熱振動。
當溫度不太高時，原子的振動可看做是「諧振子」，線性諧振子的能量為：en=(n+1/2)hv (n=0, 1, 2, …) ，可見晶格熱振動的能量是量子化的，以hv為單元來增加能量，稱這種能量單元為聲子。
熱容量是指物質分子或原子熱運動的能量q隨溫度t的變化率。
1g物質的熱容量稱為比熱容，簡稱比熱。1mol物質的熱容量稱為摩爾熱容
當加熱在恆壓條件下進行時，所測定的熱容為定壓熱容（cp）。當加熱在保持物體體積不變條件下進行時，所測定的熱容為定容熱容（cv）。cp> cv
材料的長度或體積在不加壓力時隨溫度的公升高而變大的現象稱為熱膨脹。在儀器、儀表及電真空技術中，要求應用具有特殊膨脹係數的合金，這些合金統稱為膨脹合金。
固體材料的熱膨脹本質，在於晶格點陣實際上在做非簡諧振動，晶格振動中相鄰質點間的作用力實際上是非線性的，點陣能曲線也是非對稱的。點陣結構中質點間平均距離隨溫度公升高而增大。
熱膨脹機理：詳見《材料物理導論》p58
對於簡諧振動，位能曲線對稱，公升高溫度只能增大振幅，並不會改變平衡位置，因此質點間的平均距離不會因溫度公升高而改變。
對於非簡諧振動，位能曲線不對稱，質點向外振動的距離大於向內振動的距離，隨著溫度公升高，動能增大，振動激烈，質點間的平均距離不斷增大，形成巨集觀的熱膨脹現象。
絕大多數材料的熱膨脹係數隨溫度t變化的規律：隨t公升高，先快速增加（～t3），然後緩慢增加以至近於恆值，此種情況稱為正常熱膨脹。
對於鐵磁性金屬和合金如鐵、鈷、鎳及其某些合金，膨脹係數隨溫度的變化不符合一般的正常熱膨脹規律，而是在正常的膨脹曲線上出現附加的膨脹峰，稱為反常熱膨脹。
熱傳導是指材料中的熱量自動地從熱端傳向冷端的現象。
固體材料的熱傳導主要是由晶格振動的格波（聲子）來實現，高溫時還可能有光子熱傳導，而金屬材料中以電子熱傳導為主。
聲子熱傳導：當材料中某一質點處於較高溫度時，其熱振動較劇烈，振幅較大，而鄰近質點溫度較低，熱振動較弱；由於質點間有相互作用力，振動較弱的質點在振動較強的質點影響下振動加劇，熱運動能量增加，由此熱量就能轉移和傳遞，從溫度較高處傳向較低處，從而產生熱傳導現象。聲子間碰撞引起的散射是晶格中熱阻的主要**。
光子熱傳導：高溫時有明顯的光子熱傳導。材料中分子、原子和電子的振動、轉動等運動狀態的改變，會輻射出頻率較高的電磁波頻譜，其中波長在0.
4-40μm間的可見光和近紅外光具有較強的熱效應，稱為熱射線，熱射線的傳遞過程稱為熱輻射。
電子熱傳導：金屬材料的熱傳導主要依靠電子。合金材料中電子的散射主要是雜質原子的散射。
晶體中的缺陷、雜質、晶界等使聲子平均自由程降低，使減小；平均自由程與聲子振動頻率有關，波長長的容易繞過缺陷，使自由程加大；平均自由程與溫度有關，溫度公升高，聲子的振動能量加大，頻率加快，碰撞增多，自由程減小。在高溫時，最小平均自由程等於幾個晶格間距；在低溫時，最長平均自由程長達晶粒的尺度。合金材料的熱傳導由聲子和電子共同貢獻。
熱穩定性（抗熱震性）是指材料承受溫度的急劇變化而不致碎裂破壞的能力。（抗熱衝擊斷裂性＆抗熱衝擊損傷性）
材料在未改變外力作用狀態時，僅因熱衝擊而在材料內部產生的內應力稱為熱應力。具有不同熱膨脹係數α的多相複合材料，由於各相膨脹或收縮的相互牽制會產生內應力，各向同性材料由於材料中存在溫度梯度也會產生內應力。
第三章電學效能
按照電阻率由大到小的規律，把材料分為介電（絕緣）體，半導體，導體，超導體。
材料在電場作用下能產生導電電流的原因是存在電荷的定向運動，具體是通過電荷的載體（載流子）的運動來實現的。
金屬的自由電子氣模型（費公尺電子氣模型）：金屬材料的原子在失去價電子成為帶正電的離子實，而價電子在離子的正電背景下能自由移動，既滿足電中性條件，也不會因價電子之間的庫倫力而散開，這種自由電子還服從泡利不相容原理，其能量分布滿足費公尺-狄拉克分布函式。
金屬材料的電阻率ρ與溫度t成正比，溫度高時金屬材料的電阻大。ρ=ρs(t)+ρi
能帶理論採用「單電子近似法」來處理晶體中的電子能譜。單電子近似法假設： 固體中的原子核按一定的週期固定的排列在晶體中每個電子是在固定原子核勢場及其他電子的平均勢場中運動。
能帶理論：電子能夠佔據的能量區域稱為允帶（布里淵區），允帶之間的不允許電子佔據的能量範圍稱為禁帶。原子殼層中的內層允帶總是被電子先佔滿，然後再佔據能量更高的外面一層的允帶。
被電子佔滿的允帶稱為滿帶，每乙個能級上都沒有電子的允帶稱為空帶。價帶：原子中最外層的電子稱為價電子，與價電子能級相對應的能帶稱為價帶。
導帶：價帶上能量最低的允帶稱為導帶。
允帶中的能級不是連續的，而是能級的間隔與禁帶相比小得多，故可視為準連續的。
導體、半導體與介電體的區別：p92
遷移率是指載流子在單位電場中的遷移速度。
對於晶態半導體材料及許多導體材料，其導電的載流子主要是電子或空穴（即電子空位），具有電子型電導，其特徵是具有「霍爾效應」。
霍爾效應：p94
對於固溶型的cao、y2o3和zro3等材料，其導電的載流子主要是離子，具有離子型電導，其特徵是具有「電解效應」。
電解效應：由於離子導電發生遷移時，在電極附近發生電子得失，伴隨有新物質的產生，即發生電解現象。
許多電導率很低的材料在電場作用下會沿電場方向上產生電偶極矩μ，在靠近電極的材料表面會產生束縛電荷，這種材料稱為介電體或簡稱為電介質，這種現象稱為電介質的極化。
根據構成物質的分子中正、負電荷中心是否重合，而把電介質分為兩類：極性電介質（不重合時），非極性電介質（重合時）。
根據參與極化的微觀粒子種類，介電體分子極化可分為下列三類：
電子極化：指在外電場的作用下，構成原子外圍的電子雲相對原子核發生位移形成的極化。建立或消除極化時間極短，為10-15~10-16s。
由電子極化產生的偶極矩與作用於該分子的電子強度之比值，稱為「電子極化率」。
離子極化：指在外電場作用下，構成分子的離子發生相對位移而形成的極化，離子極化建立或消除極化時間很短，與離子在晶格振動的週期有相同的數量級，約為10-12~10-13s。
偶極子轉向極化：指極性介電體的分子偶極矩在外電場作用下，沿外施電場方向轉向而產生巨集觀偶極矩的極化。
材料物理效能整理
名詞解釋 0.馬基申定則 當金屬中存在缺陷時，散射係數 t 總的電阻包括金屬的基本電阻和溶質濃度引起的電阻 1.本徵半導體 是指純淨的無結構缺陷的半導體單晶 2.載流子 任何一種物質，只要存在帶電荷的自由粒子就可以在電場下產生導電電流 3.多子 在n型半導體中，自由電子的濃度大，故自由電子稱為多數載...
材料物理效能複習
1 固體無機材料的物理效能主要包括力 可用機械效能代替 熱 光 電 磁 輻照 或寫成輻射 介電 聲等方面的效能。2 超導體的三個效能指標分別是指 臨界轉變溫度 臨界磁場強度 臨界電流密度 3 導熱的微觀機制有 電子熱導和聲子熱導 也可寫作電子導熱和聲子導熱 4 光子通過固體會發生反射 折射 透過 吸...
材料物理效能複習
一 電學 1 三種導電機理？經典自由電子理論 量子自由電子理論 能帶理論 理論內容？答案p129 p131 1 三種理論的主要特徵 連續能量分布的價電子在均勻勢場中的運動 不連續能量分布的價電子在均勻勢場中的運動 不連續能量分布的價電子在週期性勢場中的運動，分別是經典自由電子理論 量子自由電子理論和...