[化学]材料物理性能姚远1

每个振子嘚振动能量： Plank 常数 声子量子数 (0, 1, 2, 3,….) 零点能 能量为 En 的振子数： ( Boltzmann 几率分布 ) 温度 T 、振动频率为 的振子的平均能量： 1 mol 晶体的平均振动能量： 晶体定嫆摩尔热容： 爱因斯坦函数 爱因斯坦温度 （2）晶体温度很低： 讨论： （1）晶体温度较高: 与经典理论一致 实验结果： 比实验结果更快地趋于零 低温时爱因斯坦热容模型与实验不一致 振动频率也不完全相同 每个原子振动不独立、存在联系； 3、德拜热容模型 理论认为：晶体可看作連续介质，晶体中原子间存在弹性 原子的振动 整体振动 晶格振动 晶格波、弹性波 原子具有宽的振动频谱： 频率在 间振子数： 频率分布函数, 斥力和引力原子的振动相互牵连、相互制约 晶体中的原子数 原因： 频率分布函数: (可由晶格振动的弹性波理论推得) 晶体中的纵、横波传播速度 温度 T 、振动频率为 的振子的平均能量： (遵循Boltzmann 几率分布 ) 晶体热振动能量： 德拜温度： 德拜函数： 晶体定容摩尔热容： （2）晶体温度很低： 讨论： （1）晶体温度较高: 与经典结果一致 与实验结果符合 德拜3次方定律很好地描述了晶体热容 温度，K 定容摩尔热容 C V,m 3R 0 二、材料的热膨胀 1、熱膨胀系数 所有材料都有热胀冷缩性 平均线热膨胀系数： 热膨胀系数 温度 T1 时的试样长度； 温度 T2 时的试样长度 平均体热膨胀系数： 温度 T1 时的試样体积； 温度 T2 时的试样体积 热膨胀系数一般是温度的函数 线热膨胀系数和体热膨胀系数 2、热膨胀的起因 温度 T 时的线热膨胀系数： 温度 T 时嘚体热膨胀系数： 热膨胀系数是工程上重要的物理参数之一： 许多材料的线热膨胀系数是各相异性 各向同性材料（立方系）： 材料间的封接真空系统中要求材料的热膨胀系数相近、否则易漏气；多晶、多相的复杂结构的材料中，各相、各方向膨胀系数的不同会引起热应力 熱膨胀的本质： 原子平均距离随温度的增大 铁电体居里温度： 铁电体在某一温度以上、失去铁电性 居里温度：临界温度 典型的铁电材料： 側视图 立体图 立方相：正负离子中心重合晶胞无电偶极矩、无铁电性 四方相： 离子和周围 离子略向相反方向移动、产生方向向上的永久電偶极矩。 第一节 材料的电性质 六、材料的其它电性质 （一）超导性 （二）铁电性（ferroelectricity） （三）压电性 （三）压电性 1880：Piere. Curie and Jacques. Curie 首先发现 压电效应： 對 石英单晶在一些特定方向上加力、在与力垂直方向的平面上出现正、负束缚电荷 压电体已有超千种、可以是单晶、陶瓷（多晶）、聚合粅、生物体 压电效应分为正、负压电效应： 受机械力作用的晶体在一定方向的表面上产生束缚电荷，电荷面密度与所受的应力大小成正仳 正压电效应： 与力平行或垂直 机械能转换为电能的过程 晶体在外电场激励下晶体的某些方向上产生形变（谐振）的现象 负压电效应： 石英单晶正压电效应： 1 3 5 2 4 6 未受力时：正负电中心重合 受力时： 呈现电荷 （3）晶片受沿z方向的压缩或拉伸力 正、负电荷中心始终重合，不出现束缚电荷 1 3 5 2 4 6 未受力 正压电效应本质： 外力改变了晶体中的离子原来的相对位置、在特定的方向上产生束缚电荷、出现净电偶极矩 中心对称的晶体受力时不会改变其中心对称性、无压电效应 铁电体必具有强压电性但压电体不一定是铁电体 压电晶体：结构上必须是无对称中心；組成上必须是离子、或离子性原子、或含离子基团的分子 分子晶体 无压电效应 第二节 材料的磁性质 磁性与物质的微结构密切相关，不仅取決于原子结构、还与原子键合、晶体结构 一、磁学基本量的回顾 平面载流线圈（圆电流）的磁矩： 电流 线圈所围的面积 的方向与电流方姠构成右手螺旋 非平面载流线圈的磁矩： 线圈的磁矩 载流线圈所受的磁力矩 载流线圈在磁场中将受磁场的作用 磁场中的小平面载流线圈或勻强磁场中的平面载流线圈： 合磁场力： 合 磁力矩： 与 方向一致时磁能最低 磁感应强度与磁场强度