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第一篇　物理学基础1

1　量子物理基础1

1.1　经典物理学的困难2

1.2　黑体辐射规律与普朗克能量子假设3

1.2.1 黑体辐射规律3

1.2.2 紫外灾难5

1.2.3 普朗克的量子理论6

1.3　光电效应9

1.4　康普顿散射10

1.5　物质粒子的波动性12

1.5.1 德布罗意假设12

1.5.2 物质粒子波动性的实验证据12

1.6　波函数与波动方程14

1.6.1 波-粒二象性14

1.6.2　波函数的玻恩几率诠释14

1.6.3 波函数的性质与态叠加原理14

1.7　含时间的薛定谔方程16

1.8　不含时间的薛定谔方程——定态问题18

1.9　一维势垒与隧道效应20

1.9.1 薛定谔方程在一维势垒上的应用20

1.9.2　扫描隧道显微镜22

1.10　不确定性原理23

思考练习题25

2　统计力学基础26

2.1　统计力学发展史26

2.2　分子运动理论27

2.2.1 克劳修斯的气体压强公式与气体分子平均自由程27

2.2.2 概率概念的引进以及麦克斯韦分布的建立30

2.3　玻耳兹曼关系与热寂31

2.3.1 玻耳兹曼统计法31

2.3.2　玻耳兹曼关系与熵增33

2.3.3 “热寂说”与“麦克斯韦妖”35

2.4　吉布斯统计法与系综36

2.5　量子统计法38

思考练习题40

3　倒易空间41

3.1　傅里叶变换与倒易空间41

3.2　晶体衍射42

3.3　倒易球43

思考练习题44

本篇参考文献45

第二篇　固体能带理论与物理性能45

4　固体的能带理论47

4.1　能带理论的发展47

4.2　能带的产生——周期场中的传导电子49

4.3　布里渊区与倒易空间52

4.4　准自由电子近似电子能级密度54

4.5　导体、绝缘体、半导体的能带结构55

4.6　空穴的概念57

思考练习题58

5　电学性能59

5.1　材料导电性能概述59

5.2　电子类载流子导电60

5.2.1 金属导电与电阻的产生60

5.2.2 冷加工和缺陷对电阻率的影响61

5.2.3 固溶体的电阻率61

5.3　离子类载流子导电62

5.3.1 离子导电与扩散62

5.3.2　快离子导体62

5.4　锂离子电池66

5.4.1 锂离子电池的导电机理66

5.4.2　锂离子电池的正极材料67

5.4.3 锂离子电池的负极材料69

5.5　超导现象和超导材料69

5.5.1　超导现象及其基本概念69

5.5.2　超导基本理论71

5.5.3　两类超导体73

5.5.4　高温超导材料73

5.5.5　超导材料的应用75

5.6 半导体材料75

5.6.1 半导体材料的分类与能带76

5.6.2　本征半导体的吸收光谱和能带结构78

5.6.3 实际半导体的杂质电子态79

5.6.4　载流子输运与霍耳效应80

5.6.5　半导体表面和界面81

思考练习题82

6　自旋电子学84

6.1 自旋电子学的发展过程84

6.2　电子的自旋与磁性86

6.3　巨磁电阻的发现与发展87

6.4　巨磁电阻多层膜的结构与作用机理89

6.5　隧道磁电阻91

6.6 自旋阀92

思考练习题93

7　介电物理94

7.1　介电现象和极化效应94

7.1.1 电极化现象94

7.1.2　极化效应和电极化率95

7.2　压电晶体材料95

7.3　热释电晶体材料97

7.3.1 热释电效应97

7.3.2　热释电效应的应用97

7.4　铁电效应和铁电晶体97

7.4.1　铁电效应97

7.4.2　铁电材料自发极化产生机理98

7.4.3　铁电畴的运动99

思考练习题101

8　磁学性能102

8.1　磁的基本性质102

8.2　磁畴的形成105

8.3　磁畴壁的性质106

8.4　技术磁化107

8.4.1 起始磁化曲线108

8.4.2　畴壁位移过程108

8.4.3 畴壁位移的理论110

8.5　磁性材料的分类111

8.6　板材织构与电工钢的导磁性112

8.7　纳米磁性材料113

8.7.1　纳米颗粒型114

8.7.2　纳米微晶型115

8.7.3　磁微电子结构材料116

思考练习题116

9　固体的光性质和光功能材料117

9.1 固体对光的吸收与光电转换材料117

9.1.1 纯净固体对光的吸收117

9.1.2　缺陷存在时晶体的光吸收118

9.1.3 无机离子固体的光吸收119

9.2　半导体的光吸收和光导电现象119

9.2.1 本征半导体的光吸收119

9.2.2　非本征半导体的光吸收120

9.2.3　光导电现象120

9.3　固体的发光和发光材料121

9.3.1 发光概论121

9.3.2　光致发光材料的基本组成124

9.3.3　光致发光原理124

9.3.4　反斯托克磷光体126

9.3.5 日光灯用磷光材料126

9.3.6 显示用荧光材料127

9.3.7 激光材料128

思考练习题129

本篇参考文献131

第三篇　材料的热学性能133

10　材料的热学性能133

10.1　经典热容理论133

10.2　爱因斯坦量子热容理论134

10.2.1 晶格振动振子的平均能量134

10.2.2　爱因斯坦热容模型135

10.2.3　德拜热容模型136

10.2.4 热容的实际应用——热分析法137

10.3　材料的热传导138

10.3.1 热传导的宏观现象138

10.3.2　热传导的机理139

10.3.3 实际材料的导热140

思考练习题141

本篇参考文献142

第四篇　材料中的缺陷与力学性能142

11　材料中的缺陷与力学性能143

11.1　位错144

11.1.1 位错概念的产生144

11.1.2　位错的结构145

11.1.3　位错的运动148

11.2　晶体的范性形变和屈服154

11.2.1 金属的滑移及滑移系156

11.2.2　临界分切应力158

11.2.3　金属单晶体的滑移形变159

11.2.4 多晶体的范性形变161

11.3　超级钢的强化机理164

11.3.1 晶粒细化的基本理论165

11.3.2 细化晶粒理论在实际工业中的应用165

11.3.3 超级钢的工艺方法和强韧化特点166

11.3.4　超级钢的工业应用166

11.3.5　超级钢的发展前景167

11.4　钢材生产的控轧控冷技术167

11.4.1 控制轧制168

11.4.2　控制冷却169

思考练习题169

本篇参考文献170

第五篇　表面结构与性能171

12　表面结构与性能171

12.1　研究表面的意义171

12.2　固体的表面及表面力场172

12.2.1 理想表面172

12.2.2　清洁表面172

12.2.3　覆盖表面173

12.3　实际固体的表面结构174

12.3.1 表面力174

12.3.2 晶体表面结构174

12.3.3　粉体表面结构175

12.3.4 固体表面的几何结构175

12.4　表面缺陷与表面扩散176

12.4.1 表面缺陷176

12.4.2　表面扩散177

12.5　表面技术的应用——金属表面化学处理178

12.5.1 氧化处理178

12.5.2　铝及铝合金的阳极氧化179

思考练习题181

本篇参考文献182

第六篇　高分子物理183

13　高聚物分子链结构183

13.1　概论183

13.1.1 高分子科学的诞生与发展183

13.1.2　高分子材料的市场经济地位184

13.1.3 高分子材料结构和性能特点185

13.1.4　高分子物理的研究内容185

13.2　高分子链的近程结构185

13.2.1 结构单元的化学组成185

13.2.2　构型187

13.2.3　高分子共聚物（copolymer）189

13.2.4　分子构造（architecture）190

13.3　高分子链的远程结构191

13.3.1 高分子的相对分子质量及其分布191

13.3.2　相对分子质量对聚合物性能的影响194

13.3.3 高分子链的构象194

13.3.4　高分子链的柔顺性195

13.3.5 高分子链的构象统计196

思考练习题197

14　高聚物的聚集态结构199

14.1　高聚物分子间作用力199

14.1.1 范德华力与氢键199

14.1.2 内聚能密度199

14.2　高聚物的晶态结构200

14.2.1 高聚物晶胞结构200

14.2.2 高聚物结晶的形态学200

14.2.3 结晶聚合物的结构模型204

14.2.4　高聚物的结晶过程205

14.2.5　结晶热力学207

14.2.6 结晶对高聚物物理力学性能的影响209

14.3 高聚物的非晶态结构210

14.3.1 无规线团模型210

14.3.2　两相球粒模型210

14.4 高聚物的取向态结构210

14.4.1 高聚物的取向现象210

14.4.2　高聚物的取向机理211

14.4.3　取向度211

14.4.4　取向的应用211

14.5　高聚物的液晶态结构212

14.5.1 液晶212

14.5.2 高分子液晶的结构212

14.5.3 高分子液晶的性能和应用215

14.6　共混高聚物的织态结构216

14.6.1 高分子混合物的概念216

14.6.2　高分子的相容性216

思考练习题219

15　高聚物的分子运动和转变220

15.1　高聚物的分子运动特点220

15.1.1　运动单元的多重性220

15.1.2　运动的时间依赖性220

15.1.3　运动的温度依赖性220

15.2 高聚物的温度-形变曲线221

15.2.1 线形非晶态聚合物的温度-形变曲线221

15.2.2 晶态聚合物的温度-形变曲线222

15.2.3 交联聚合物的温度-形变曲线222

15.3　高聚物的玻璃化转变222

15.3.1 玻璃化转变测量方法223

15.3.2　玻璃化转变理论223

15.3.3 影响玻璃化温度Tg的因素224

15.3.4　高聚物的次级转变及其分子机理227

15.4　高聚物的黏性流动227

15.4.1 聚合物黏性流动的特点227

15.4.2　牛顿流体和非牛顿流体228

15.4.3 实际高聚物的流动性229

15.4.4 影响熔融黏度的因数229

15.4.5 聚合物的黏流温度Tf231

思考练习题231

16 高聚物的力学性质233

16.1　形变类型和描述力学性质的基本物理量233

16.2　高聚物的高弹态234

16.2.1 高弹态分子运动的特点234

16.2.2 高弹性的热力学分析235

16.2.3　橡胶弹性的统计理论236

16.2.4 橡胶的种类和使用温度范围239

16.3　高聚物的力学松弛——黏弹性240

16.3.1 高聚物的力学松弛现象240

16.3.2　黏弹性的力学模型243

16.3.3　Boltzmann叠加原理245

16.3.4 时温等效原理（time-temperature equivalence principle）246

16.4　高聚物的屈服和断裂247

16.4.1 高聚物的应力-应变行为247

16.4.2 高聚物的屈服251

16.4.3　高聚物的断裂和强度255

16.4.4　影响高聚物实际强度的因素260

16.4.5 高聚物增强和增韧260

思考练习题263

17　高聚物的电学、光学和热学性质265

17.1　高聚物的极化和介电性能265

17.1.1 电解质在外电场中的介电极化现象265

17.1.2　高聚物的介电性能267

17.1.3 高聚物的介电松弛谱270

17.1.4　高聚物的介电击穿271

17.1.5　高聚物的静电现象271

17.2　高聚物的导电性273

17.2.1 材料导电性的表征273

17.2.2　高聚物绝缘体274

17.2.3　导电高分子材料274

17.3　高聚物的光学性质276

17.3.1 吸收和透射276

17.3.2　折射和反射277

17.3.3 非线性光学278

17.4　高聚物的热学性能279

17.4.1 聚合物的耐热性279

17.4.2 聚合物的热稳定性279

17.4.3 聚合物的导热性282

17.4.4　聚合物的热膨胀283

思考练习题283

本篇参考文献284

术语索引285