材料物理导论-绪论.ppt

* 材料物理导论 张萌 绪论 1.1 材料物理学的定义 1.3 材料物理学的研究范围 1.2 材料物理学的特点 1.4 材料物理学的研究手段 材料物理是研究物质的微观结构、组织形式、运动状态、物理性能、化学成分以及它们之间相互关系的学科。 材料物理是物理学和材料学之间的交叉学科。 1.1材料物理学的定义 它旨在利用物理中的一些学科的成果来阐明材料中的种种规律和转变过程。 材料性能 物理学模型 物理学概念、原理等 物理科学 材料科学 材料物理 1.1材料物理学的定义 从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发，并建立相应的物理模型，力图阐述材料本身的结构、性质和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律，得出结论，进而指导材料的生产和科学研究。 能源材料 金属材料 无机非金属材料 光电材料 有机高分子材料 智能材料 生物材料 生态环境材料 复合材料 单晶 多晶 非晶 准晶 液晶 建筑材料 航空航天材料 结构材料 功能材料 信息材料 1.1材料物理学的定义 材料种类繁多 传感器件 半导体芯片 半导体技术 液晶材料 光学材料 金属材料 磁性材料 移动通讯 数码拍照 拍照功能 显示功能 金属外壳 信号接受 对话功能 电子线路 照片存储 功能材料 介电材料 1.1材料物理学的定义 材料无处不在 “新材料”与“高技术”。 所谓“新材料”，就是那些新出现或已在发展中的，在成分、组织、结构、形态等方面不同于普通材料，具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。 所谓“高技术”，就是采用新材料、新工艺，产生更高效益，能促进人类社会更快进步的技术。 高技术引入大量新材料，二者相辅相成。其中一个最突出的例子是：半导体材料及大规模集成电路技术的不断突破，使电子计算机的体积越来越小，能力却成千上万倍地提高。 1.1.1材料是社会进步的物质基础与先导。 人类的历史曾以使用的主要材料来加以划分 ， 如石器时代、青铜器时代、铁器(钢铁)时代等等。 目前人类正进人信息社会，材料、能源和信息技 术是当前国际公认的新技术革命的二大支柱。 1.1材料物理学的定义 材料科学的形成是金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料各学科发展过程的殊途同归。也就是说，构成工程材料的结构材料和功能材料有着共同的学科基础，这个学科就是材料科学。显然，材料科学已成为一门独立的学科以及各组成学科的聚集体。 材料种类类型、材料加工工艺以及各种材料之间相互有机联系而形成的材料科学，就广义而言，三者构成了材料学。 1.1.2材料的分类 材料可分为单晶、多晶、非晶、准晶和液晶 材料则可分为无机材料与有机材料。 材料可分为信息材料、能源材料、生物材料、建筑材料、航空航天材料等。 材料可分为结构材料和功能材料。 按状态分， 从化学的角度， 从应用来看， 根据材料的用途， 1.1材料物理学的定义 材料有共通性 制备、使用过程中现象、概念、转变相似。 单晶 多晶 非晶 准晶 结构、缺陷行为 平衡热力学 扩散、界面结构与行为 材料相变机理 电子迁移及电性能 从物理学的角度，从微观的角度来阐述材料中的种种规律是很重要的。 1.1材料物理学的定义 高性能陶瓷 高纯金属 生物工程 薄膜 纳米材料 半导体 超导体 聚合物 材料工程 1.1.3 什么是材料工程？ 1.1材料物理学的定义 材料工程更注重实际，主要论及材料的加工工艺。目前，它已变成一门极复杂的技艺 材料物理和材料科学的关系 3. 材料物理的基本研究指导材料的生产应用。 1.2材料物理学的特点 1. 息息相关、相互促进和共同发展 2. 材料物理研究课题来源于材料、对象也是材料，都是生产、科研中提出来的新问题。 一方面，材料物理所研究的一些主要课题往往是从生产实践中提出来的 举例1： 金属材料：强度、范性 低维材料，薄膜材料（2维）、纳米线（1维）纳米点（0维），尺寸效应。 陶瓷：烧结体，烧结技术，微结构 1.2材料物理学的特点 由于工艺上的突破并实现连续生产的“金属玻璃”，因而金属玻璃的力学性质、磁性、超导电性等实际问题的研究也就随之提出； 为了发展耐高温的材料，推动了对于金属或陶瓷的高温强度、高温蠕变、氧化及扩散的研究等等。 举例2： 另一方面，将材料物理的基本研究成果应用到生产实践中去，也会发挥很大的作用 再结晶结构的研究显著地改进了硅钢片的质量 举例： 材料科学的研究导致新的物理学现象 研究材料的性质在各种外界条件（力、热、光、气、电、磁、辐照、极端条件等）下发生的变化。发现到新的物理现象和效应、规律、形成新的概念。比如铁电、热释电、压电、电致伸缩等效应。 材料物理是物理和材料的交叉学科 1.2材料物理学的特点 材料物理是介于物理学与材料学之间的一门边缘学科，它的基础牵涉到许多不同的学科，