《材料物理性能》以物理基礎(chǔ)理論為主線，突出材料物理性能主要分支的重要現(xiàn)象及其物理基礎(chǔ)，內(nèi)容涵蓋固體材料的熱、電、磁、光等最重要的物理性能分支，充分展示材料物理性能的經(jīng)典內(nèi)容和工程應(yīng)用及其發(fā)展，包括信息和能源等新材料領(lǐng)域的發(fā)展和典型應(yīng)用。本書理論內(nèi)容敘述清晰明了，各章節(jié)內(nèi)容相對獨(dú)立，方便不同專業(yè)方向教學(xué)需要和自學(xué)。
本書適合作為高等學(xué)校材料類相關(guān)專業(yè)的教材使用，也可供材料領(lǐng)域的研究生、工程技術(shù)人員和科技工作者參考。
胡正飛，同濟(jì)大學(xué)材料學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。
先后在蘇州大學(xué)物理專業(yè)、華東理工大學(xué)物理化學(xué)專業(yè)、北京科技大學(xué)材料物理專業(yè)完成本科到博士階段學(xué)業(yè)。曾是復(fù)旦大學(xué)博士后、佐治亞理工學(xué)院（Georgia Tech）高*級(jí)訪問學(xué)者。
社會(huì)學(xué)術(shù)兼職有：中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)材料專業(yè)委員會(huì)理事、全國材料新技術(shù)發(fā)展研究會(huì)理事、機(jī)械工程材料學(xué)報(bào)編委等。
專業(yè)上一直從事材料物理領(lǐng)域的科研和教學(xué)工作。主要從事金屬材料領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)理論和工程實(shí)際問題研究，一是具有顯著工程應(yīng)用背景的新型合金材料的開發(fā)和應(yīng)用；二是材料及結(jié)構(gòu)的失效分析與評(píng)價(jià)，包括材料的使役行為、腐蝕失效和設(shè)備關(guān)鍵部件壽命評(píng)估等。
主要研究領(lǐng)域有：
1.金屬復(fù)合材料與輕量化；
2.耐熱鋼的蠕變、疲勞及其服役行為；
3.材料失效分析與評(píng)價(jià)；
4.高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)化與應(yīng)用；
5.電子顯微分析技術(shù)與應(yīng)用.
近期承擔(dān)或參與了國家“十一五”和“十二五”支撐課題、國家自然基金、973子課題、上海市重點(diǎn)課題等項(xiàng)目研究工作。研究方面關(guān)注與工程實(shí)際緊密結(jié)合的新材料開發(fā)與應(yīng)用，長期跟蹤重大工程領(lǐng)域的材料失效分析與評(píng)價(jià)方面研究。注重實(shí)驗(yàn)物理手段的運(yùn)用，從材料的組織結(jié)構(gòu)角度，注重利用TEM、HRTEM、XRD、EDS、AES等微觀結(jié)構(gòu)觀察分析手段和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，認(rèn)識(shí)微觀結(jié)構(gòu)演變行為及其動(dòng)力學(xué)規(guī)律，深入理解材料組織結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，并結(jié)合到新材料開發(fā)、材料工程應(yīng)用評(píng)價(jià)、材料損傷與失效中去。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文逾百篇。
教學(xué)方面主講《材料物理性能》、《材料物理》、《電子顯微分析原理與方法》等專業(yè)課程。
緒論
第1章材料的熱學(xué)性質(zhì)和晶格振動(dòng)
1.1原子的運(yùn)動(dòng)與能量 4
1.2熱容及其經(jīng)典理論 4
1.2.1熱容的概念 4
1.2.2熱容的經(jīng)典理論及其問題 5
1.3晶格振動(dòng) 7
1.3.1一維單原子鏈 7
1.3.2周期性邊界條件 8
1.3.3格波 8
1.4熱容的量子理論 11
1.4.1晶格振動(dòng)的量子化和聲子 11
1.4.2晶格熱容的量子理論 12
1.4.3愛因斯坦模型 12
1.4.4德拜模型 13
1.5材料熱容性能及影響因素 15
1.5.1金屬材料的熱容 16
1.5.2無機(jī)材料的熱容 18
1.5.3熱容的分析方法與應(yīng)用 19
1.5.4熱分析應(yīng)用 20
1.6熱膨脹 22
1.6.1熱膨脹系數(shù) 22
1.6.2熱膨脹的本質(zhì)及熱膨脹系數(shù)導(dǎo)出 23
1.6.3膨脹系數(shù)的影響因素 26
1.6.4熱膨脹分析與應(yīng)用 28
1.7熱傳導(dǎo) 31
1.7.1熱傳導(dǎo)的概念和規(guī)律 32
1.7.2熱擴(kuò)散率和熱阻 32
1.7.3熱傳導(dǎo)的物理機(jī)制 33
1.7.4材料的熱傳導(dǎo)及其影響因素 36
1.8熱穩(wěn)定性 40
1.8.1熱穩(wěn)定性的一般意義 40
1.8.2熱應(yīng)力和熱沖擊破壞 40
1.8.3熱應(yīng)力斷裂因子和損傷因子 41
1.8.4材料的熱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法 43
思考與練習(xí)題 44
第2章材料的電學(xué)性質(zhì)
2.1固體電學(xué)性能概述 45
2.1.1材料的導(dǎo)電類型 46
2.1.2電導(dǎo)率和遷移率 46
2.2固體中電子狀態(tài)和能帶 48
2.2.1固體中電子能量狀態(tài)和能帶形成 48
2.2.2導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 49
2.3金屬材料的電性能 51
2.3.1金屬的導(dǎo)電機(jī)制 52
2.3.2金屬電導(dǎo)率的影響因素 52
2.3.3固溶體 57
2.3.4金屬間化合物 61
2.3.5金屬電阻研究的意義 62
2.3.6常見的導(dǎo)電材料及其應(yīng)用 62
2.4超導(dǎo)電性 64
2.4.1超導(dǎo)現(xiàn)象和概念 65
2.4.2超導(dǎo)的特征 66
2.4.3第二類超導(dǎo)體 67
2.4.4BCS理論 67
2.4.5約瑟夫森效應(yīng) 68
2.4.6超導(dǎo)的應(yīng)用 69
2.5離子導(dǎo)體 70
2.5.1離子導(dǎo)電機(jī)制 70
2.5.2快離子導(dǎo)體和固體電解質(zhì) 71
2.6半導(dǎo)體材料的電性能 73
2.6.1半導(dǎo)體中的載流子與導(dǎo)電行為 73
2.6.2半導(dǎo)體中載流子的運(yùn)動(dòng)和有效質(zhì)量 73
2.6.3半導(dǎo)體的類型和特征 77
2.6.4半導(dǎo)體中載流子的輸運(yùn) 81
2.7電接觸現(xiàn)象及其效應(yīng) 83
2.7.1材料中電子的逸出和功函數(shù) 83
2.7.2金屬-金屬接觸 84
2.7.3p-n結(jié) 85
2.7.4金屬-半導(dǎo)體接觸 87
2.7.5半導(dǎo)體表面電子狀態(tài) 89
2.7.6MIS結(jié)構(gòu) 91
2.8半導(dǎo)體的光電效應(yīng)與磁電效應(yīng) 92
2.8.1半導(dǎo)體的光吸收 92
2.8.2半導(dǎo)體的光電導(dǎo)現(xiàn)象 94
2.8.3半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng) 95
2.8.4霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用 96
2.9熱電效應(yīng) 98
2.9.1澤貝克效應(yīng) 98
2.9.2佩爾捷效應(yīng) 99
2.9.3湯姆遜效應(yīng) 100
2.9.4熱電效應(yīng)的應(yīng)用 100
2.10絕緣體及其介電特性 102
2.10.1絕緣體 102
2.10.2電介質(zhì)及介電極化行為 102
2.10.3介電極化的物理量 104
2.10.4電偶極矩與極化強(qiáng)度 105
2.10.5介電損耗 106
2.10.6介電材料的電導(dǎo)和擊穿行為 108
2.11介電材料的極化與電學(xué)效應(yīng) 109
2.11.1壓電效應(yīng) 109
2.11.2熱釋電現(xiàn)象 110
2.11.3鐵電體 111
2.12材料電學(xué)性能應(yīng)用分析 113
2.12.1建立二元固溶體端際固溶度曲線 114
2.12.2研究材料中的點(diǎn)缺陷 114
思考與練習(xí)題 115
第3章材料的磁學(xué)特性
3.1材料磁性的物理基礎(chǔ) 117
3.1.1原子磁矩 118
3.1.2磁化與磁化強(qiáng)度 119
3.1.3材料的磁性分類 121
3.2磁性的物理本質(zhì) 123
3.2.1原子磁矩的物理理論 123
3.2.2抗磁性來源 124
3.2.3抗磁性、順磁性和鐵磁性 124
3.2.4金屬原子磁矩與磁性能 125
3.3鐵磁性與自發(fā)磁化 126
3.3.1鐵磁性的自發(fā)磁化 126
3.3.2磁疇及其結(jié)構(gòu) 127
3.3.3實(shí)際磁性材料中的磁疇結(jié)構(gòu) 129
3.3.4亞鐵磁性與反磁性 131
3.4鐵磁性材料在外磁場中磁化效應(yīng)和影響因素 133
3.4.1靜磁能與磁化功 133
3.4.2退磁能與磁性的形狀各向異性 134
3.4.3磁的各向異性與磁晶能 134
3.4.4磁致伸縮與磁彈性能 137
3.5磁性材料的磁化曲線和技術(shù)磁化 138
3.5.1磁化曲線 138
3.5.2技術(shù)磁化 138
3.5.3磁滯現(xiàn)象和磁滯回線 141
3.5.4磁性能的影響因素 142
3.6磁性材料的動(dòng)態(tài)磁化 143
3.6.1交變磁場中材料磁化的時(shí)間效應(yīng) 144
3.6.2交變磁場中動(dòng)態(tài)磁化的磁導(dǎo)率及其意義 144
3.6.3動(dòng)態(tài)磁化的磁滯回線和磁化損耗 145
3.6.4磁共振損耗與磁導(dǎo)率減落 146
3.7鐵氧體磁性材料 147
3.7.1鐵氧體的概念和分類 147
3.7.2軟磁鐵氧體材料 148
3.7.3鐵氧體硬磁材料 150
3.8磁物理效應(yīng)與應(yīng)用 150
3.8.1磁電阻效應(yīng) 151
3.8.2磁光效應(yīng) 155
3.8.3磁熱效應(yīng)與磁制冷 156
3.8.4磁流體 157
思考與練習(xí)題 158
第4章材料的光學(xué)性能
4.1光與顏色 160
4.2光與固體的相互作用 161
4.2.1光的折射 162
4.2.2光的反射 163
4.2.3光的色散 165
4.2.4光的吸收 165
4.2.5光的散射 167
4.3材料的透光性 167
4.3.1材料的透明性與顏色 168
4.3.2陶瓷材料的乳濁與半透明性 170
4.4材料發(fā)光和發(fā)光材料 171
4.4.1材料發(fā)光的概念 171
4.4.2發(fā)光的分類 172
4.4.3發(fā)光中心與發(fā)光材料 172
4.4.4無機(jī)發(fā)光材料及其應(yīng)用 173
4.4.5有機(jī)發(fā)光材料及其應(yīng)用 174
4.5半導(dǎo)體發(fā)光 175
4.5.1直接躍遷和間接躍遷 175
4.5.2半導(dǎo)體發(fā)光 177
4.5.3發(fā)光效率 178
4.5.4p-n結(jié)電致發(fā)光 179
4.5.5發(fā)光二極管與應(yīng)用 180
4.6受激輻射與激光 181
4.6.1基本原理 181
4.6.2半導(dǎo)體激光 183
思考與練習(xí)題 185
第5章材料的力學(xué)性能
5.1材料的形變特性 186
5.1.1彈性形變與彈性模量 188
5.1.2彈性模量的物理意義 189
5.2彈性形變和滯彈性 190
5.2.1彈性形變的特征 190
5.2.2彈性形變的本質(zhì) 190
5.2.3滯彈性和內(nèi)耗 191
5.2.4黏彈性 192
5.2.5彈塑性形變 192
5.3晶體形變和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 192
5.3.1位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與形變 192
5.3.2滑移臨界分切應(yīng)力 193
5.3.3單晶體滑移與形變 194
5.3.4滑移系和交滑移 194
5.3.5形變與強(qiáng)化 195
5.3.6晶體形變的其他方式 196
5.3.7彈塑性形變與材料性質(zhì)的關(guān)系 198
5.3.8多晶體塑性形變及其特點(diǎn) 199
5.3.9多晶體塑性形變的機(jī)制和影響因素 199
5.4強(qiáng)度與斷裂 203
5.4.1材料的理論強(qiáng)度 203
5.4.2格里菲斯脆性斷裂理論 204
5.5斷裂韌性 206
5.6疲勞 207
5.6.1交變載荷與循環(huán)應(yīng)力 208
5.6.2疲勞壽命及其分類 209
5.6.3S-N曲線與疲勞極限 209
5.6.4疲勞壽命模型 210
5.6.5疲勞循環(huán)特征 211
5.6.6疲勞壽命的影響因素 212
5.7蠕變 213
5.7.1蠕變現(xiàn)象 213
5.7.2蠕變曲線 214
5.7.3蠕變強(qiáng)度和蠕變類型 214
5.8材料的超塑性 217
5.8.1超塑性特點(diǎn) 218
5.8.2超塑性的分類 218
5.8.3超塑性形變機(jī)理 219
5.8.4超塑性的應(yīng)用 222
思考與練習(xí)題 223
參考文獻(xiàn) 225
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