材料的导电性能


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电导性能的核心在于
$$\sigma=\sum_i \sigma_i=\sum_i n_i q_i \mu_i$$

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材料的光学性能


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光与物质的作用

宏观上:透射、吸收、反射、散射

微观上:光子与固体中的原子、离子、电子之间相互作用


相互作用的方式:

  1. 电子极化
  • 电磁波的分量之一是迅速变化的电场分量;
  • 在可见光范围内,电场分量与传播过程中遇到的每一个原子都发生相互作用引起电子极化,即造成电子云与原子核的电荷中心发生相对位移;
  • 所以,当光通过介质时,一部分能量被吸收,同时光速减小,后者导致折射。
  1. 电子能态转变
  • 电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态转变到另一种能态的过程;
  • 材料的原子吸收了光子的能量之后可将较低能级上的电子激发到较高能级上去,电子发生的能级变化ΔE与电磁波频率有关:$\Delta E=h\nu_{21}$
  • 受激电子不可能无限长时间地保持在激发状态,经过一个短时期后,它又会衰变回基态,同时发射出电磁波,即自发辐射。

介质与光的相互作用

折射、散射、吸收和色散都是光和物资的相互作用的结果。

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材料的热性能


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热的物理本质

材料的热性能来自于其晶格的热振动,晶格中各质点的热运动动能总和就是该物体的热量。

考虑一维简单晶格,将质点的运动方程近似为简谐振动方程
$$m\frac{\mathrm{d}x_n^2}{\mathrm{d}t^2}=\beta(x_{n+1}+x_{n-1}-2x_n)$$
其中$\beta$为微观弹性模量。

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材料的力学性能


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受力形变

形变,就是材料的形状和体积对于外力的响应。

  • 脆性材料:只有弹性变形阶段,几乎不发生塑性变形,超过弹性极限后断裂。绝大多数无机材料是这种变形行为,总弹性形变能很小
  • 延性材料:开始为弹性变形,接着有一段塑性变形,总变形能很大。如低碳钢。
  • 弹性材料:具有极大的弹性形变,没有残余形变。如橡胶

当作用力较小时,$\sigma<\sigma_s$,发生可逆的弹性形变;作用力超过$\sigma_s$,则发生不可逆的塑性形变。高温恒应力下发生蠕变。

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