《材料物理》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材、戰(zhàn)略性新興領域“十四五”高等教育教材，北京高等教育精品教材、北京高等學校優(yōu)質(zhì)本科教材、教育部高等學校材料類專業(yè)教學指導委員會規(guī)劃教材、中國石油和化學工業(yè)優(yōu)秀出版物獎（教材獎）一等獎獲獎教材。本書主要描述材料中的物理現(xiàn)象及其本質(zhì)機理和應用，全書共10 章，分別是：材料的晶態(tài)結(jié)構、晶體缺陷、材料的固態(tài)相變、材料的固態(tài)擴散、材料的電子理論、材料的電學性能、材料的磁學性能、材料的熱學性能、材料的力學性能、材料的光學性能。為便于學習使用，在每章后提供思考題。本書附有“材料物理相關的一般現(xiàn)象和規(guī)律”的附錄，啟發(fā)讀者深入理解材料中諸多物理現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，激發(fā)讀者的科學研究創(chuàng)新思維。本書還提供知識圖譜、教學課件、教學視頻、“材料物理性質(zhì)的工程應用案例研究”教學方案、課程思政案例等數(shù)字資源供讀者選用。
本書可作為材料科學與工程等工科專業(yè)材料物理課程的教材，也可作為相近專業(yè)研究生、本科生的教材和參考書以及材料科學工作者和材料工程技術人員的參考書。
李志林，北京化工大學教授，從事材料科學與工程專業(yè)課教學34年，主講本科課程12門，研究生課程5門。由于對教育的突出貢獻獲國務院頒發(fā)的政府特殊津貼，被評為全國石油和化工行業(yè)教學名師、北京市教學名師。對材料專業(yè)工程教育、培養(yǎng)方式改革、校企合作實踐基地建設等方面進行深入研究，所負責的北京化工大學材料科學與工程專業(yè)被評為北京市特色專業(yè)、國家 級特色專業(yè)、國家 級一 流專業(yè)，通過國家工程教育專業(yè)認證。所負責的材料物理課程被評為北京化工大學精品課程、研究性示范課程、精品在線開放培育課程，材料與文明課程被評為北京化工大學通識教育核心課程，材料結(jié)構與性能課程被評為北京化工大學研究生核心示范課程、研究生在線課程。 近五年主講本科生材料物理、材料兩門課程，主講研究生課程材料結(jié)構與性能、材料物理2。主持國家 級、北京市教學研究項目各1項，校級教學研究項目8項。發(fā)表教學研究論文2篇，作為第 一獲獎人獲得國家 級教學榮譽和獎勵2項，省部級教學榮譽和獎勵3項，北京化工大學教學榮譽和獎勵11項。
1 材料的晶態(tài)結(jié)構 001
1.1 晶體學基礎 001
1.1.1 點陣和晶胞 001
1.1.2 晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 005
1.1.3 晶面間距 008
1.1.4 非晶態(tài)材料的結(jié)構 009
1.1.5 準晶體的結(jié)構 010
1.2 金屬材料的結(jié)構 012
1.2.1 純金屬的典型晶體結(jié)構 012
1.2.2 合金相結(jié)構 016
1.3 陶瓷材料的結(jié)構 024
1.3.1 特種陶瓷的結(jié)構 024
1.3.2 硅酸鹽的晶體結(jié)構 026
1.3.3 玻璃的結(jié)構 029
1.4 低維材料的結(jié)構 031
1.4.1 薄膜的形成過程 031
1.4.2 薄膜的結(jié)構 034
思考題 037
2 晶體缺陷 039
2.1 晶體缺陷概述 039
2.2 點缺陷 040
2.2.1 肖特基缺陷和弗侖克爾缺陷 040
2.2.2 點缺陷的特點 040
2.2.3 點缺陷的平衡濃度 041
2.2.4 空位形成能 042
2.2.5 點缺陷對性能的影響 042
2.2.6 過飽和點缺陷 043
2.3 位錯 043
2.3.1 位錯的發(fā)現(xiàn) 043
2.3.2 位錯的概念和柏氏矢量 045
2.3.3 位錯的運動 047
2.3.4 位錯對晶體性能的影響 050
2.4 面缺陷 051
2.4.1 晶界 051
2.4.2 堆垛層錯 056
2.4.3 孿晶界 056
2.4.4 外表面 057
2.4.5 相界面 058
思考題 059
3 材料的固態(tài)相變 061
3.1 固態(tài)相變的概念及分類 061
3.1.1 相變的基本概念 061
3.1.2 固態(tài)相變的一般特點 062
3.1.3 固態(tài)相變的分類 064
3.2 多晶型性轉(zhuǎn)變 067
3.2.1 多晶型性轉(zhuǎn)變的相變驅(qū)動力 067
3.2.2 多晶型性轉(zhuǎn)變的相變過程 068
3.3 共析轉(zhuǎn)變 069
3.3.1 共析轉(zhuǎn)變的熱力學 069
3.3.2 共析轉(zhuǎn)變的過程 070
3.3.3 共析轉(zhuǎn)變的動力學 072
3.4 馬氏體轉(zhuǎn)變 073
3.4.1 馬氏體的概念 073
3.4.2 馬氏體轉(zhuǎn)變的特點 073
3.4.3 馬氏體轉(zhuǎn)變的動力學 075
3.4.4 馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學 077
3.4.5 馬氏體的組織形態(tài) 078
3.4.6 馬氏體的轉(zhuǎn)變機制 080
3.4.7 熱彈性馬氏體與形狀記憶效應 083
3.5 貝氏體轉(zhuǎn)變 087
3.5.1 貝氏體的組織形態(tài) 087
3.5.2 貝氏體轉(zhuǎn)變的動力學 088
3.5.3 貝氏體轉(zhuǎn)變的特點 089
3.5.4 貝氏體轉(zhuǎn)變的機制 090
3.5.5 貝氏體的定義 090
3.6 玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變和非晶態(tài)合金 091
3.6.1 非晶態(tài)轉(zhuǎn)變和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 091
3.6.2 非晶態(tài)合金的形成 092
思考題 093
4 材料的固態(tài)擴散 095
4.1 擴散動力學 095
4.1.1 擴散第一定律 095
4.1.2 擴散第二定律 096
4.2 擴散機制 101
4.2.1 間隙擴散 101
4.2.2 置換擴散 103
4.2.3 晶界擴散和位錯擴散 105
4.3 上坡擴散 106
4.4 影響擴散的因素 108
4.4.1 溫度 108
4.4.2 固溶體類型 108
4.4.3 晶體結(jié)構 108
4.4.4 溶質(zhì)濃度 109
4.4.5 第三組元 109
4.4.6 晶體缺陷 110
思考題 111
5 材料的電子理論 112
5.1 波函數(shù)和薛定諤方程 112
5.1.1 微觀粒子的波粒二象性 112
5.1.2 波函數(shù)和薛定諤方程概述 113
5.2 經(jīng)典統(tǒng)計和量子統(tǒng)計 116
5.3 自由電子假設 118
5.3.1 經(jīng)典自由電子理論 118
5.3.2 量子自由電子理論 119
5.4 能帶理論 126
5.4.1 近（準）自由電子近似和能帶 127
5.4.2 布里淵區(qū) 130
5.4.3 近自由電子近似下的狀態(tài)密度 132
5.4.4 能帶理論對材料導電性的解釋 133
思考題 134
6 材料的電學性能 136
6.1 金屬導體的導電性 136
6.1.1 自由電子近似下的導電性 136
6.1.2 能帶理論下的導電性 137
6.1.3 導電性與溫度的關系 138
6.1.4 電導功能材料 140
6.2 半導體的導電性 142
6.2.1 本征半導體 142
6.2.2 雜質(zhì)半導體 144
6.2.3 霍爾效應 147
6.3 離子晶體的導電性 149
6.3.1 離子導電的理論 149
6.3.2 離子導電的影響因素 152
6.3.3 快離子導體 153
6.4 超導電性 154
6.4.1 超導現(xiàn)象 154
6.4.2 超導理論 157
6.4.3 超導研究的進展及其應用 160
6.5 熱電效應 161
6.5.1 熱電勢 161
6.5.2 塞貝克效應 163
6.5.3 佩爾捷效應 164
6.6 材料的介電性能 165
6.6.1 電介質(zhì)的極化 165
6.6.2 介電損耗 168
6.6.3 介電體擊穿 172
思考題 174
7 材料的磁學性能 176
7.1 材料磁性能的表征參量和材料磁化的分類 176
7.1.1 材料磁性能的表征參量 176
7.1.2 材料磁化的分類 177
7.2 孤立原子的磁矩 178
7.2.1 電子和原子核的磁矩 178
7.2.2 原子的磁矩 180
7.3 抗磁性和順磁性 182
7.3.1 抗磁性 182
7.3.2 順磁性 183
7.4 鐵磁性 184
7.4.1 鐵磁體磁化的現(xiàn)象 184
7.4.2 鐵磁體的自發(fā)磁化 188
7.4.3 鐵磁體的技術磁化 194
7.5 強磁材料 198
7.5.1 軟磁材料 198
7.5.2 硬磁材料 199
7.5.3 磁記錄材料 199
思考題 200
8 材料的熱學性能 202
8.1 材料的熱容 202
8.1.1 杜隆-珀蒂定律 202
8.1.2 熱容的量子理論 203
8.1.3 實際材料的熱容 207
8.1.4 熱分析法 209
8.2 材料的熱傳導 209
8.2.1 熱傳導的宏觀現(xiàn)象 209
8.2.2 熱傳導的機理 210
8.2.3 實際材料的導熱 211
8.3 材料的熱膨脹 214
8.3.1 熱膨脹的宏觀現(xiàn)象 214
8.3.2 熱膨脹的微觀機理 215
8.3.3 熱膨脹系數(shù)與其他物理量的關系 217
8.3.4 實際材料的熱膨脹 219
8.3.5 膨脹分析和膨脹合金 220
8.4 材料的熱穩(wěn)定性 222
8.4.1 熱應力 222
8.4.2 抗熱沖擊斷裂性能 224
8.4.3 實際材料熱穩(wěn)定性的表征 227
思考題 228
9 材料的力學性能 230
9.1 材料的力學性能指標 230
9.1.1 應力和應變 230
9.1.2 材料的靜載力學性能指標 231
9.1.3 硬度 234
9.2 材料的變形 236
9.2.1 晶體的彈性變形 236
9.2.2 晶體的塑性變形 242
9.2.3 晶體的蠕變 247
9.2.4 材料的黏性流動和黏彈性 249
9.3 材料的斷裂 251
9.3.1 理論斷裂強度 251
9.3.2 格里菲斯斷裂強度理論 252
9.3.3 材料斷裂的過程 254
9.4 材料的斷裂韌性 260
9.4.1 裂紋尖端應力場強度因子KI及斷裂韌性KIc 260
9.4.2 裂紋尖端應力的塑性變形區(qū)修正 261
9.4.3 陶瓷材料的強韌化方法 264
9.5 材料的疲勞 267
9.5.1 疲勞現(xiàn)象和疲勞極限 267
9.5.2 疲勞破壞的微觀機制 268
9.6 材料的抗沖擊性能 270
9.6.1 沖擊韌性試驗 270
9.6.2 金屬材料的冷脆 271
思考題 272
10 材料的光學性能 274
10.1 光與材料的作用 274
10.1.1 光的物理本質(zhì) 274
10.1.2 光與材料作用的一般規(guī)律 275
10.1.3 金屬材料對光的吸收和反射 276
10.1.4 非金屬材料對光的反應 277
10.2 材料的發(fā)光和激光 286
10.2.1 發(fā)光和熱輻射 286
10.2.2 激光的產(chǎn)生 287
10.3 光學材料 290
10.3.1 發(fā)光材料 290
10.3.2 固體激光工作物質(zhì) 290
10.3.3 光導纖維 292
思考題 293
附錄 295
附錄一 材料物理相關的一般現(xiàn)象和規(guī)律 295
附錄1-1 場的作用 296
附錄1-2 熱激活過程與溫度的關系 296
附錄1-3 同一現(xiàn)象的不同模型 297
附錄1-4 平衡空位濃度和熱膨脹 298
附錄1-5 矛盾影響因素控制的極值 298
附錄1-6 影響因素的極限 300
附錄1-7 晶體缺陷的共性 302
附錄1-8 擴散與導熱 303
附錄1-9 半導體與離子晶體的導電性 304
附錄1-10 極化與磁化 305
附錄1-11 交變條件引起的能量損耗 307
附錄1-12 晶體的各向異性和元素性質(zhì)的周期性 308
附錄1-13 電導率和熱導率的關系及雜質(zhì)的影響 310
附錄1-14 復相材料電場、熱膨脹系數(shù)與相組成的關系 310
附錄1-15 尺寸的變化率 311
附錄1-16 金屬和陶瓷的強韌化 312
附錄二 物理常量表 314
參考文獻 315
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