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抗磁性 顺磁性 铁磁性 材料科学与人类文明--材料性能基础 磁悬浮列车 材料科学与人类文明--材料性能基础 介电性能 介电材料的价带和导带之间存在大的能隙，具有高电阻率。 应用于绝缘材料和电容器。 极化 介电性能和电容器 介电性能影响因素 介电性能和绝缘体 材料科学与人类文明--材料性能基础 极化——产生介电作用的原因 材料极化机制 极化率P=Zqd, Z—单位体积电荷数，q—电荷，d—偶极子间距 电子极化 置于电场下的原子中，电子向接近正极的位置偏移产生极化。 离子极化 置于电场下的由离子键组成的材料中，在电场方向阳离子和阴离子相互靠近或分开产生极化。可引起材料形状变化。 分子极化 置于电场下的极性分子重新排列产生极化。电场去除后可永久存在。 空间极化 由于杂质等原因，材料相界面可能存在电荷，沿电场方向排列形成极化。不重要。 材料科学与人类文明--材料性能基础 介电性能和电容器 d U 平板电容器 Q=CU，C=?A/d ?—电容率，表征材料极化和储存电荷的能力 ?= ?/ ?0，相对电容率，又称介电常数，单位：无。 ?0—真空的电容率， ?0 =8.85?10-12 F/m 介电常数取决于材料、温度和电场频率，与极化率P的关系为： P=(? -1) ?0E E—电场强度 介电强度（电容器击穿电压）—极板之间可以维持的最大电场强度E。单位：V/m 介电损耗—材料在每次交变电场中损失的能量占的分数（以热能形式消耗）。单位：无 介电损耗原因：1）电流泄漏。电阻大时，这部分损耗很小；2）偶极子重排时产生的内耗。偶极子移动较难，一定交变频率下内耗较大。 电容器对材料介电性能的要求： 高介电常数 高介电强度 低介电损耗 材料科学与人类文明--材料性能基础 电容器：瞬时大电流放电 超级电容器结构 材料科学与人类文明--材料性能基础 介电性能和绝缘体 绝缘体对介电性能的要求： 高电阻率——防止电流泄漏； 高介电强度——防止高电压下被击穿； 低介电损耗——避免能量损失； 低介电常数——避免电荷在绝缘体中积聚。 材料科学与人类文明--材料性能基础 压电性能 一些材料受外界应力作用而变形时形成偶极矩,在相应的晶体表面产生与应力成比例的极化电荷；相反，将材料放在电场中，晶体产生与电场强度成比例的弹性变形。 正压电效应：形变?电压 逆压电效应：电压?形变 材料压电性决定因素： 晶体不对称，有极轴 绝缘体 正压电效应 逆压电效应 材料科学与人类文明--材料性能基础 光学性能 光波:红外线(800 nm)、可见光(400-800 nm)、紫外线(400 nm) 不同材料对光的反射、吸收和透射 金属材料 陶瓷材料 高分子材料 反射 对微波、红外线、可见光有强反射 对可见光不反射 反射率小 吸收 对微波、红外线、可见光吸收 由于晶格振动,在红外波段吸收; 含过渡金属、稀土金属离子的物质对可见光吸收. 在可见光波段产生吸收; 在红外波段产生吸收. 透射 对紫外线透过; 厚10-50 nm的薄膜透过可见光. 近红外和可见光一般透过; 杂质、气孔和多晶使透过率下降. 透光性高 材料对光波的作用与能带结构有关。 材料科学与人类文明--材料性能基础 材料的发光 金属：价带与导带重叠，光吸收后发射的光子能量很小，对应的波长在可见光范围内，因此不发光。 荧光材料：价带受激发的电子跃迁到导带，但不稳定，很快返回价带，并同时释放出光子。发光时间短于10-8 s。 磷光材料：存在杂质，引入施主能级。价带受激发的电子跃迁到导带，先落入施主能级并停留一段时间以逃脱陷阱，而后返回价带，并同时释放出光子。发光时间长于10-8 s。 应用：荧光灯、夜光表、彩色电视机、数字显示管等。 激发源：电子射线、紫外线、X射线、光波等。 材料科学与人类文明--材料性能基础 物质的磁学性能 材料科学与人类文明--材料性能基础 物质的磁性和磁学基本量 磁性的分类： 抗磁性——?约为-10-5，如Bi、Cu、Ag、Au； 顺磁性——?=C/T，C为常数， ?约为10-5 ，如Al、Pt、稀土元素等； 铁磁性——?约为103，有Fe、Co、Ni三种， T Tc时，?=C/（T-Tc）， Tc为居里温度。 磁化强度M:单位体积内的磁矩矢量和: 单位体积的总磁矩 M（安／米）.M是描述磁质被磁化后其磁性强弱的一个物理量。 χ称为磁化率或磁化系数,反映物质磁化的难易程度。（ χ 无量纲 ） 磁感应强度: B (特斯拉) 磁场强度: H (安/米) 磁化强度: M (安/米) 物质磁化后的总磁场为B： B = μ0 （1+ χ ）H B = μ H 磁导率：? = B/H 定义: 当材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场的方向相反时，固体表现为抗磁性。 抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率χ 是甚小