【2017年整理】材料科学与工程基础1.ppt

材料科学与工程第一章 绪论;1-1 材料的定义、分类及基本性质; 价键四面体;金属材料;无机非金属材料; 高分子材料 基本特性： １.结合键主要为共价键，有部分范德瓦尔斯键； ２.分子量大，无明显的熔点，有玻璃化转变温度、 粘流温度。并有热塑性和热固性两类； ３.力学状态有玻璃态、高弹态和粘流态、强度较高； ４.重量轻； ５.良好的绝缘性； ６.优越的化学稳定性； ７.成型方法较多。 ; 复合材料 由二种或二种以上组分组成，并具有与其组成不同的新的性能的材料称为复合材料。 基本特点： １.比强度和比模量高； ２.良好的抗疲劳性能； ３.耐烧蚀性和耐高温性好； ４.结构件减振性能好； 　　 ５.具有良好的减摩、耐磨和自润滑性能。;1-2 材料科学与工程概述;第二章　　物质结构基础;静止锭型浇铸（a） 某种纯金属铸锭组织（b）;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;2.2 物质的原子结构;c. 薛定谔方程 在量子力学中微观粒子具有波动性，并且是一种统计意义下的几率波。它是位置和时间的函数，写为?（x,y,z,t）或?（r,t），称为波函数。几率波的强度应与 [?（r,t )]2 成正比. 微观粒子的状态用波函数ψ（r，t）描述，当时间改变时粒子状态（波函数）将按照薛定谔（Schrodinger）方程进行变化.;2. 原子核结构 3. 原子核外电子;2.3 原子之间相互作用和结合;两个相邻原子中心的平衡距离可以认为是两个原子的半径和 影响原子间距(或离子半径)的因素: 温度、离子价、相邻的原子数目;配位数与最小半径比;2-4 多原子体系中电子的相互作用与稳定性;1、杂化轨道和分子轨道理论 杂化轨道：原子在化合成分子的过程中，原有（能量相近）的原子轨道线性地组合成新的原子轨道，称为杂化轨道，但轨道数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变。原子轨道经杂化后，可使成键的相对强度加大。 ;2、费米能级 在绝对零度时，电子对能态的填充是从最低能级一直填充到称为费米能级EF的最大能级的。由此，费米能级表示的是金属在绝对零度时的最高填充能级。在热平衡时，电子气体中电子处在能量为E的状态的几率可用费米能级进行描述。 式中f(E)称为费米分布函数，EF即是费米能量或化学势;分布函数f具有下列性质： 当T=0K, 若EEF，f（E）=1； 而EEF，f（E）=0； 当T 0K，若E=EF，f（E）=1/2； 而EEF，f（E） 0； 若EEF，f（E） 1;对于自由电子来说，在 K-空间中，等能面是球面。而E=EF的等能面，称为费米面，它是，其半径;3、固体中的能带 右图分别示意地画出了由Li原子形成假想的Li2分子以及固体Li时能级的分裂和能带的形成过程 ;能级分裂是相邻原子的各轨道相互作用（或电子云交叠）的结果，当原子间距等于实际固体中原子的平衡间距时，只有外层（和次外层）的电子的能级有显著的相互作用而展宽成带，内层电子仍处于分立的原子能级上，如右图所示。通常把由价电子的原子能级展宽而成的带称为价带，由价电子能级以上的空能级展宽而成的带则称为导带。 ;能带理论： 量子自由电子论认为固体（金属）中的势场是对称的。能带理论就是考虑了离子所造成的势场的存在，即U≠0的情况下解薛定谔方程，从而确定了电子在固体中的分布特点，并建立了禁带和允带的概念。 能带理论常用来定性说明导体、绝缘体和半导体的区别（见下图）。 ;半导体具有导电性有三种情形（见下图）： a. 本征半导体: △Eg非常小，热激活就足以使价带中费米能级上的电子跃迁到导带底部，同时在价带中留下“电子空穴” B. N型半导体: △Eg比较小，在能隙中存在着由高价杂质元素产生的新能级。热激活中以使电子从杂质能级跃迁到导带底部。而杂质原子称为“施主”原子。 c. P型半导体: △Eg比较小，在能隙中存在着由低价杂质元素产生的新能级。热激活足以使价带中费米能级上的电子跃迁到杂质能级，从而在价带中留下电子空穴。而杂质原子称为“受主”原子。;4、库柏电子对 当电子间交换声子能够产生吸引的作用。当这种间接的吸引作用超过库仑相斥的作用时，电子间就有净的吸引作用,有可能出现凝聚现象并产生超导电流。当电子间有净的吸引作用时，费密面附近的两个电子将形成束缚的电子对状态，它的能量