《材料物理性能》

材料物理性能重庆科技学院.冶金与材料工程学院授课对象:功能材料2012-1、2012-2一、课程概况1、课程名称：《材料物理性能》2、课程性质：功能材料本科专业的一门专业平台课.3、研究内容：主要围绕金属材料和无机非金属材料的物理性能、影响因素、测试方法、原理及相关应用等展开讨论。主要内容：材料的电学性能（重点）、材料的磁学性能（重点）、材料的光学性能、材料的弹性与内耗4、课程教学目的与要求：以材料物理性能为主题，将涉及到性能、方法和原理的内容统一起来，使学生不仅熟悉各种功能材料及其性能，还要认识和了解各种性能产生的本质原因及影响因素。5、课程教学内容：(48学时)序号章节内容学时分配1绪论22材料的磁学性能143材料的电学性能144材料的热学性能95材料的光学性能96总计48二、课程的特点和学习方法1、课程特点：理论性比较强;概念多,内容多，公式多.需要掌握、记忆和理解的知识多.2、学习方法：①课前预习,包括一些普通物理知识，对上课内容提前了解;②上课认真听讲,掌握每堂课的重点内容;要认真作笔记－－这也是一种能力；③课后及时认真复习,注重归纳总结,做好学习笔记，掌握科学真谛；④重视例题和习题,加深对课堂知识的理解.⑤对基本概念、基本原理应注重理解，辅助记忆。自己完成作业，检验学习的效果。注意复习，温故而知新。3、学习研究方法：①经验方法在大量占有实验数据的基础上，对数据的分析处理，整理为经验方程，用以表示它们的函数关系。;②理论方法从机理着手，即从反映本质的基本关系出发，按照性能的有关规律、建立物理模型，用数学方法求解，得到有关理论方程式。本科生学习：一方面是知识学习，另外一方面是方法的学习（学会自学）。三、教材与参考资料1、教材：[1]邱成军、王元化、曲伟编．《材料物理性能》.哈尔滨工业大学出版社．2009.[2]王振廷、李长青、曲伟编．《材料物理性能》.哈尔滨工业大学出版社．2011.[2]耿桂宏编．《材料物理与性能学》.北京大学出版社．2010.2、参考书：[1]肖国庆、张军战.《材料物理性能》．中国建材工业出版社.2005.[2]吴其胜.《材料物理性能》．华东理工大学出版社.2006.[3]陈树川、陈凌冰.《材料物理性能》．上海交通大学出版社.1999.[4]郑冀.《材料物理性能》．天津大学出版社.2008.[5]龙翼.《材料物理性能》．中南大学出版社.2009.[6]田莳.《材料物理性能》．北京航空航天大学出版社.2004.[7]连发增.《材料物理性能》．东北大学出版社.2005.四、课程考核方式考试(闭卷)①按时上课，不许旷课；②独立完成并上交作业。成绩评定方法：平时：20%实验:20%(4次)期末考试：60%五、其它要求第一章概论本章主要内容包括：1.1材料物理性能引论1.2固体物理基础1.2量子力学基础1.3电子排布规律及金属电子论1.4能带理论1.1材料物理性能引论1.1.1材料(概念、分类、特征与应用、重要性)1.1.2物理（概念、研究方法、分类）1.1.3材料科学与工程1.1.4材料物理（定义、研究目的、范围、实验技术）1.1.5材料性能（定义、本质、分类、目的、重要性、研究内容）101.1引论——材料、物理、性能1.1.1材料(1)材料的概念是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质的统称。材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。80年代代文明的三大支柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。(2)材料的分类按材料性能来分：机械性能：高强材料、超硬材料、耐磨材料、韧性材料、摩擦材料等。热学性能：耐火材料、绝热材料（保温材料）、传热材料、防火材料等。化学性能：耐腐蚀材料、防水材料、吸附材料、离子交换材料、催化剂载体、胶凝材料等。光学性能：电光材料、导光材料、透光材料、荧光材料、发光材料、感光材料、分光材料等。电学性能：绝缘材料、导电材料、压电材料、铁电材料、超导材料、半导体材料等。磁学性能：磁性材料、非磁性材料。声学性能：隔声材料、吸音材料等。核物理性能：放射性材料、反应材料等。生物性能：骨科材料、齿科材料、生物陶瓷等。复合性能：智能材料、梯度功能材料等。按状态分，材料可分为单晶、多晶、非晶、准晶和液晶。从物理化学属性来分，材料可分为无机物材料（金属材料、无机非金属材料）、有机物材料和不同类型材料所组成的复合材料。从应用来看，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。目前常根据材料的用途，将材料分为结构材料和功能材料两大类。结构材料主要利用其力学性质，这类材料是机械制造、工程建筑、交通运输、航空航天等各种工业的物质基础。功能材料是指除强度外还有其他功能的材料。它们对外界环境具有灵敏的反应能力，即对外界的光、热、电、磁、压力、气氛等各种刺激，可以有选择性地作出反应，从而有许多特定的用途。电子、激光、能源、通讯、生物等许多新技术的发展都必须有相应的功能材料。可以认为，没有许多功能材料的出现，就不可能有现代科学技术的发展。智能材料：具有环境判断、自我修复等功能的功能材料传统材料先进材料其它分类。。。。材料的多样性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还有哪些材料？请补充！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。(3)材料的特征与应用不同的化学组成和材料结构决定其具有不同的特殊性质和功能。例如：如高强，高硬，耐温，耐腐，绝缘和各种电，磁，光及生物相容性等，材料的这些性能，可以广泛应用于机械，电子，宇航，医学工程等各个方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。领域特性应用光、电、磁学功能领域电子材料高绝缘性集成电路基片,封装材料,高频绝缘材料铁电,介电性图像存储元件，电光偏振光元件，电容器压电性点火元件，电子钟表，超声波元件，滤波器热电性红外检测元件，探测器，温度计，武器电子放射性阴极射线管电子枪热阴极，电子显微镜半导,传感性电子发热体，湿度传感器，热敏电阻，压力传感器，稳压电源，自控系统电阻发热元件（恒温器），气体传感器离子导电性氧量传感器，高炉的控制，钠硫电池光、电、磁学功能领域光电陶瓷荧光性荧光体，彩色电视显象管材料偏振光性电光偏振光元件光电性光电变换元件光陶瓷透光性耐高温耐蚀透光性，窑炉观察窗，半导性透可见光性光反射性耐高温金属特性反射红外性透过可见光，反射红外线特性（节能型窗玻璃）导光性通信用光纤，光通信光缆，胃摄象机磁性陶瓷软，硬磁性电脑存储元件，变压器磁芯，磁带，磁盘，磁头，信用卡，冷藏库气密磁门热学功能领域传热性集成电路绝缘（散热）基板绝热性耐热绝热体，轻质绝热体，节能型炉耐高温性耐高温结构材料，高温炉，原子能反应堆材料生物化学功能领域骨亲和性人工骨，人造牙根，人造关节载体性固定酶载体，催化剂载体，生物化学反应控制器耐蚀性理化仪器，化工材料，化工装置内衬，原子能有关材料催化性水煤气反应催化剂，耐热催化剂，化学用催化剂机械功能领域高强度，耐磨性，非膨胀收缩性超高精度全陶瓷车床，机床，测量机械，拉丝模高强度，耐高温性高性能高效汽车发动机，燃气轮机叶片高比强度性汽车零件，人造卫星机体，火箭机体，飞机机体高模量高尔夫球棒，网球拍，撑杆跳高撑杆，钓鱼杆，各种弹簧材料超硬性研磨材料，切削工具，磨削材料润滑性轴承材料，高温润滑材料可以说，材料是信息社会的基石！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材料的不断发展与进步一直是人类社会前进的重要基础之一；它是人类赖以生存和发展、征服自然的物质基础，从人类的发展史看，当社会发展向材料提出更新更高的要求时，可以促进新材料的发展；而一种重要的新材料的发现与应用，能使人类支配自然的能力向前跨一大步。材料是社会进步的物质基础与先导。正是因为这种原因，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。一个国家的材料的品种、数量和质量，已成为衡量该国科学技术、内民经济水平和国防力量的重要标志。明显地超出了传统组成和工艺范围；创造出具有各种性能的新材料；在现代工业和科学技术上获得广泛的应用。现代材料科学的重要研究内容：在严格控制材料组成和结构的基础上，深入了解和研究各项物理化学性能。也是发展材料的主要途径。工程学看材料：首先注意材料的物性，然后考虑它与外界条件相互作用出现的各种现象，最后联系到用途，作为制品出售。现代材料发展的特点：1.1.2物理◆概念格物致知，推物及理，自然哲学；物理学(Physics)，是研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的自然科学。◆研究方法观测，实验，理论,计算。◆分类：古典力学(Mechanics)研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律，分析力学；电动力学(Electrodynamics)研究电磁现象，物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律；统计力学(Statisticalmechanics)研究物质热运动的统计规律及其宏观表现；量子力学(Quantummechanics)研究微观粒子运动及相互作用的规律。此外，粒子物理学、核物理学、原子分子物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理学、地球物理学、生物物理学、天体物理学。材料与物性、现象、用途间的关系：具体化现象经济性材料作用改善原料工艺条件物性用途以材料为中心，从物性现象用途周转循环，巧妙地应用此表征方法能容易做到逐步地改进材料，不断创造出性能更好、更稳定的制品。注重实际主要论及材料的加工工艺。它是一门及复杂的技艺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科学与工程1.1.3材料科学与工程(材料工程)材料科学与工程是关于材料的成分与结构（compositionandstructure）、合成与加工（synthesisandprocessing）、性质（proporties）与服役性能（performance）这四个要素、以及它们两两之间的互相联系的学科。材料科学与工程：四要素组成与结构使用性能基本性能制备加工本课程中，材料的性能是指“材料性质”。它是材料科学与工程学科的四个基本要素之一。1.1.4材料物理凝聚态物理学是从微观角度出发，研究凝聚状态物质（固体、液体、液晶等）的原子之间的结构、电子态结构以及相关的各种物理性质的一门学科。包括固体物理（晶体/非晶、金属、半导体、电介质、磁性）、液晶与高分子、液体物理、介观物理（包括团簇、纳米）、低温物理（超导与超流）、相变等等。材料物理，研究作为材料的凝聚态物质的物理，是凝聚态物理的分支，主要研究材料微观结构、物理性能（电/磁/光/热/力等）的微观起源及其相互联系，涉及量子力学、晶体学、电磁学等学科的交叉，以及实验（观察和鉴别）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。突出物理学的主干，从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发，建立相应的物理模型、力图阐述材料本身结构、性质和它们在各种外界条件下变化及其变化规律，得出结论，进而指导材料的生产和科学研究。(1)材料物理的定义1）理解采用实验技术和理论方法，理解和解释已发现的材料现象、结构、性能、结构-性能。---超导现象2）预测运用理论和计算手段，对未知的材料结构或性能，进行理论预测。--PRL:计算机模拟显示石墨炔性能胜过石墨烯