材料物理性能习题2011.12.8答案

一、填空题

1. 电子波通过一个理想晶体（0K ）点阵时，它将不受散射；只有晶体点阵遭到破坏的地方，电子波受到散射（不相干散射），即产生_____电阻________。

2. 材料的总电阻包括___基本电阻_____(与温度有关的电阻) 和_______溶质___（杂质）浓度引起的电阻之和。

3. 按压力对金属导电性的影响，金属可分为___正常金属_________（压力增大，电阻率下降－铁、钴、镍、钯、铂、铜、银、金、锆、铱等）和_______反常金属__________（压力增大，电阻率增大－钙锶锑铋等）。

4. ___________是组织敏感参量，因此在金属与合金研究中，常用电阻率变化来研究金属与合金的组织结构变化。

5._____电流_____是电荷的定向移动，电荷的载体成为载流子。载流子可以是_______电子___、____空穴________、_____离子_________。

6. 电导率的一般表达式为σ=Σn i q i μi 该式反映了电导率的微观本

质，即____围观载流子浓度n ，____每一种载流子电荷量q 以及______每一种载流子的迁移率__μ间的关系。

7. ___介电材料__，又称电介质，是电的绝缘材料，主要用于制造电容器。

8. 据电介质分子的正负电荷统计重心是否重合，电解质分为__非极性分子电解质___和____极性分子电解质____。

9. 当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态，该

现象称为_介电强度的破坏_，或-介质的击穿_。

10. 电介质还可用于传感器、光学、声学、红外探测等领域—电介质的三种特殊性质，即_____压电性______、______铁电性______、______热释电性______。

11. 光具有波粒二相性，讨论光与材料相互作用产生的反射、折射、投射现象时，应用的是_____粒子性___________；而讨论光波在介质中的传播、衍射等现象时，应用的是________波动性_______。

12. 光子与固体材料的相互作用，其实质上就是光子与固体材料中的原子、离子、电子等的相互作用。其中最主要的是_____电子极化__________和__电子能态转变__。

10. 光线通过介质时，引起介质价电子的跃迁，或加剧原子振动而消失能量，从而造成光能的衰减，即____材料对光的吸收_。

11. 由辐射或其他形式的能量激发电子从价带进入导带，当起返回到价带时发射出光子，产生冷发光现象。冷发光一般有两种类型，即__荧光_和__磷光_________。

12. 物质磁性的根源是___电荷运动____________或者说是____电子运动_________。

13. Cr13系列钢之所以常用于制造汽轮机叶片材料，除了其热强度高外，另外更重要的是_热循环韧性_大，即_____消振性好_____。

14. 列举三种你所知道的热分析的方法_差热分析_、_差示扫描量热法_和_升温曲线测定_。

二、判断题

1. 理想金属在0K 时电阻为零。（ 对）p38

2. 金属熔化后电阻率增加，而锑反常，熔化后电阻率反而减小，其主要原因为材料的键合方式发生了改变，由熔化前的共价键变为熔化后的金属键。（对 ）p39

3. 冷加工可以引起金属电阻率增加。（ 对）p41

4. 电介质在外电场作用下，无极性分子的正负电荷重心重合将产生分离，产生电偶极矩。（ 对）p98

5. 正压电效应中，电荷密度大小与所加应力的大小成线性关系。因此，正压电效应用于传感测力。（对 ）p117

6. 压电效应与晶体结构的对称性有关。只有结构上没有对称中心，才有可能产生压电效应。（对 ）p122

7. 有热释电效应一定有压电效应，反之，有压电效应却不一定有热释电性。（ 对）p125

8. 具有电滞回线性质的晶体被称为铁电体。铁电体中并不含有铁。（ 对）p126

9. 介质的n 总是大于1的正数。（ 对）p146

10. 据磁化率的正负不同，磁性材料分为抗磁性材料和顺磁性材料。（ 错）p295

11. 任何材料在磁场的作用下都会产生抗磁性。（ 对）p296

12. 过渡族金属如铁、钴、镍和某些稀土金属如钇、钐、铕等都具有

铁磁性。（错 ）p297

13. 金属的弹性模量愈大，德拜特征温度也愈高。（ 对）p384

14. 金属的弹性模量随原子半径增大而减小，同时也随原子间距的增加而下降。（对 ）p384

15. 金属变形速率极快，远远超出试件加载速率，因此加载速率对金属材料的弹性模量没有影响。（对 ）p385

16. 金属的弹性模量主要取决于金属键合强度，对金属组织结构并不太敏感，应该说热处理对改变弹性模量影响不大。（ 对）

三、名词解释

电介质；在电场作用下能够建立极化的物质

感应电荷；是指把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象 正压电效应；当晶体受到机械力的作用时，一定方向的表面产生束缚电荷，其电荷密度大学与所加应力大小呈线性关系，这种机械能转化成电能的过程，称为正压电效应

热释电性；由于温度作用而使电极化强度变化

折射率；光在真空中与材料中速度之比

散射；分子或原子相互接近时，由于双方具有很强的相互斥力，迫使它们在接触前就偏离了原来的运动方向而分开，这通常称为散射。 热容；没有相变或化学反应时，材料温度升高一K 所吸收的热量 热膨胀；是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小

热稳定性；是指材料承受温度急剧变化而不被破坏的能力，也称热抗震性

磁化；任何材料在外磁场的作用下都会或多或少显示出磁性，这种现象称为材料被磁化

磁化强度；为媒质微小体元ΔV 内的全部分子磁矩矢量和与ΔV 之比

磁致伸缩效应；铁磁体在磁场中磁化，其形状和尺寸都会发生变化，这种现象称为磁致伸缩效应

剩余磁感应强度；

矫顽力；

软磁材料；是指剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料

弹性；物体具有恢复形变前的形状和尺寸的能力

内耗；由于固体内部原因而使机械能消耗的现象

弹性后效；指的是材料在弹性范围内受某一不变载荷作用，其弹性变形随时间缓缓增长的现象。

滞回环.

四、综合题

1. 本征半导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参与电导。激发的电子数n 可近似表示为：

n =N exp(-E g /2kT )

式中N 为状态密度，k 为波尔兹曼常数，T 为绝对温度。试回答

以下问题：

（1）设N=1023cm -3,k=8.6”*10-5eV.K -1时, Si(Eg=1.1eV),

TiO 2(Eg=3.0eV)在室温（20℃）和500℃时所激发的电子数（cm -3）各

是多少：

（2）半导体的电导率σ（Ω-1.cm -1）可表示为σ=ne μ

式中n 为载流子浓度（cm -3），e 为载流子电荷（电荷1.6*10-19C ）, μ为迁移率（cm 2.V -1.s -1）当电子（e ）和空穴（h ）同时为载流子时，

σ=n e e μe +n h e μh

假定Si 的迁移率μe=1450（cm 2.V -1.s -1），μh=500（cm 2.V -1.s -1），且不随温度变化。求Si 在室温（20℃）和500℃时的电导率

解：（1） Si

20℃ n =1023exp(-1. 1/(2*8. 6*10-5*298)

=1023*e-21.83=3.32*1013cm -3

500℃ n =1023exp(-1. 1/(2*8. 6*10-5*773)

=1023*e-8=2.55*1019 cm-3

TiO 2

20℃ n =1023exp(-3. 0/(2*8. 6*10-5*298)

=1.4*10-3 cm-3

500℃ n =1023exp(-3. 0/(2*8. 6*10-5*773)

=1.6*1013 cm-3

(2) 20 ℃σ=n e e μe +n h e μh

=3.32*1013*1.6*10-19(1450+500)

=1.03*10-2（Ω-1.cm -1）

500℃ σ=n e e μe +n h e μh

=2.55*1019*1.6*10-19(1450+500)

=7956 （Ω-1.cm -1）

2. 300K 时，锗的本征电阻率为47Ω.cm, 如电子空求本征锗的载流子浓度分别为3900cm 2/V . s 和1900cm 2/V . s . 求本征锗的载流子浓度.

3. 解： σi =1ρi =n i q (μn +μp ) 1∴n =一截i

211332==2. 29⨯10样/cm 品-19GaAs ρi q (μn +μp ) 47⨯1. 6⨯10⨯(3900+1900) /V . s , n =1015, 设μn =8000cm cm 3, 试求该样品的电阻.

解：

ρ=1

σ

l

S =1nq μn =11010. 615⨯1. 6⨯10=1. 3Ω-19⨯8000=0. 781Ω⋅cm R =ρ⋅

=0. 781⨯