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结构材料----是以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料，当然，结构材料对物理或化学性能也有一定的要求，如光泽、热导率、抗辐射、抗腐蚀、抗氧化等。功能材料------则主要是利用物质的独特物理、化学性质或生物功能等而形成的一类材料。用高速电子或短波长的X射线，将样品原子的内层电子激发，当外层电子向内层电子跃迁时，发出的射线称为-------X射线荧光。布喇格公式：2dsinθ=kλd为晶面间距，衍射仪通过记录各衍射角θ的X射线强度，即可得到衍射谱，根据衍射峰可得到如下信息：1.通过测量衍射峰的位置2θ,可得到晶胞尺寸(点阵常数或晶面间距d)，晶胞形状，晶面取向。2.通过测量衍射峰强度，可计算出原子在晶胞中的位置。3.根据峰的宽度,可得出微晶的尺寸和点阵应变的信息。扫描电子显微镜（扫描电镜）有三种电子成像:1.背散射电子成像2.二次电子成像3.俄歇电子成像背散射：经200~300keV加速后的入射电子束被样品中的原子核反弹回来（大于90度）的一部分电子(卢瑟福散射),从试样表面0.1~1μm深度内反射出来.可研究样品内部的晶体学特性。背散射电子不仅用作形貌分析,而且可用来显示原子序数衬度(成分分析)。二次电子成像：在入射电子作用下从样品中原子的外层击出的低能电子称为二次电子.二次电子成像反映了试样表面形貌。二次电子的产额与原子序数之间没有明显的关系,故不能用来进行成分分析.在合适条件下，可得到电子通道花样，能给出表面层(小于5nm)晶体取向的信息俄歇(Auger)效应：因某种原因使原子一个内层电子电离出去，于是内层产生一个空位，（一个电子填充此空位，同时发出X射线）；也可以一个电子填充此空位，同时另一个电子脱离原子发射出去，这种无辐射现象称为俄歇(Auger)效应。俄歇电子带有表面原子化学态的信息，用俄歇电子成像不但可以观察表面的形貌，而且特别适用作表面层成分分析，这种仪器称为俄歇扫描电镜扫描电镜的特点：特点1：放大倍数为10倍~30万倍；在形貌分析时常用3千~1万倍，这时的分辨率为10nm；特点2：扫描电镜的景深比光学显微镜至少高两个数量级，放大倍数为10倍时景深为2mm，放大1万倍时景深为1μm，所以立体感很强；扫描电镜对样品的厚度无任何限制，所以普遍用来研究表面形貌。扫描探针技术(SPT):是通过检测各点与探针间的遂穿电流或原子间的作用力,使探针与被分析的表面保持一定的距离（0.1~1nm），从而获得表面的信息。它是从扫描隧道显微镜的基础上发展起来的。扫描隧道显微镜（STM）的工作原理：STM是利用导电表面与探针保持一定的距离（0.1~1nm）时它们的电子波函数发生重叠，加一个小电压后，就会产生隧道电流。当探针与表面间改变一个原子尺度（0.3nm左右），隧道电流可以改变1000倍，所以它对距离非常敏感，可以检测到1~2个原子层的深度的变化。探针在表面进行扫描时使隧道电流保持恒定，这样，探针的位置就能直接反映出表面的原子排列。扫描隧道显微镜的特点：①具有原子级的分辨率，可分辨单个原子。②能得到真实空间表面的三维图像，可用于研究表面扩散等动态过程。③可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是象电子显微镜那样反映体相或整个表面的平均精度。所以可直接观察表面缺陷、重构、吸附物的形态和位置。④可在真空、大气、水、溶液等环境中工作，可在常温下工作，操作过程对样品无损伤。⑤配合扫描隧道谱，可得到表面态密度，电子陷阱，表面势垒及能隙结构。局限性：STM须测量针尖与样品间的隧道电流，所以只能用于导体和半导体的研究（不能用于绝缘材料）;不能提供样品化学成分的信息。原子力显微镜（AFM）:利用针尖与样品之间的原子力（引力，斥力）随距离的变化测量样品表面的形貌，弹性等性质，对各种材料均可应用，当探头与样品表面间距离很近时，它们之间存在范德瓦耳斯等相互作用力AFM的工作模式如图20-27所示，当样品表面与探头的距离r小于r0时，此力为斥力；当该距离大于r0时，此力为引力。分为两大类：静态工作模式动态工作模式。静态模式是指悬壁不受外加强迫力的调制，不产生振动。当AFM以静态模式工作时，探头与样品表面之间的距离处于图20-27中rr0区域，即排斥力的区域。由于这时探针尖原子和样品表面之间的距离一般小于0.03μm，探头和样品表面原子的电子云发生部分重叠，静态工作模式可以用来测量和分析原子间的近程相互作用和电子态，当然，也可以用来测量表面形貌和结构。当AFM以动态模式工作时，安装在悬壁上的压电陶瓷被高频电压驱动，带动悬壁一起振动，这时悬壁和样品之间需保持较大的距离（约103μm的量级），所以动态模式是非接触模式。通过改变振动频率，使悬壁的振动幅度受到调制，测量振动幅度的变化，就（动态模式）可获得有关相互作用力大小的信息。而测量振幅变化的方法，通常以光学的干涉原理为基础。正电子----电子的反粒子。正电子湮没----当正电子与电子靠近时，正电子与电子的全部质量转换为电磁辐射能，即转换为γ射线。正电子湮没的三种形式1、当正电子与原子的外层电子发生湮没时，且自旋方向反平行时，产生双γ辐射。产生几率最大。2、当正电子与原子的外层电子发生湮没时，且自旋方向平行时，产生三γ辐射。发生的几率很小。3、当正电子与原子的内层电子发生湮没时，产生单γ辐射。发生的几率很小。在材料中正电子与电子湮没主要有两种形式：1，正电子处于自由状态与电子湮没称为正电子自由态湮没；2，正电子被材料缺陷捕获，处于缺陷捕获状态下与电子湮没称为正电子捕获态湮没。正电子射入的样品若是结构完整、没有缺陷的晶体，与电子碰撞发生湮没称为----------正电子自由态湮没。自由态湮没的主要湮没过程是双γ湮没，当电子与正电子的相对速度远小于光速时，狄拉克计算了产生双γ湮没的截面σ为σ=πr02c/v式中r0是电子经典半径，c是光速，v是正电子相对于电子的速度。产生双γ湮没的截面：σ=πr02c/v正电子的湮没率λ取决于截面、正电子处的电子密度ne、正电子相对于电子的速度即λ=σ·ne·v=πr02nec可见正电子的湮没率与正电子的速度无关，与电子密度成正比。通过测量正电子的寿命τ=1/λ，可得到正电子处的材料电子密度ne的信息。在完整晶格点阵中，出现一个正电荷空位，这个空位相应带有等效负电荷，它吸引正电子，即空位处正电子势能更低，正电子容易被空位缺陷处捕获，而后再湮没。这就是正电子的捕获态湮没。正电子湮没技术的应用1，通过测量正电子的寿命τ=1/λ，可得到正电子处的材料电子密度ne的信息。2，可以用来研究缺陷的类型、数量等，进而可研究材料形变、相变和辐照损伤，以及杂质对微观结构的影响等。第二章当电容器加上外电场时，则在正极板附近的电介质表面感应出负电荷，负极板附近的电介质表面感应出正电荷。这种感应出的表面电荷称为极化电荷，也称为束缚电荷。电介质在电场作用下产生束缚电荷的现象称为电介质的极化根据分子的电子结构，电介质可以分为两大类：非极性分子电介质，例如CH4,He等；极性分子电介质，如H2O,CO等。对于非极性分子，在无外加电场作用时分子的正，负电荷重心相重合,不具有电偶极矩，只有在外电场作用下正负电荷出现相对位移，才出现电偶极矩。而极性分子，即使无外电场作用，每个分子的正、负电荷重心也不重合，相当于电偶极子，具有电偶极矩，它与铁电性有密切关系。描述一个中性分子电极化状态的参量是电偶极矩（电矩p=ql或μ=ql-------其中q为分子中正电荷的总量（显然其中负电荷的总量是-q），l为负、正电荷重心之间的位矢，其方向由负电荷重心指向正电荷重心。介质的总极化包括三个部分：电子极化离子极化偶极子转向极化这些极化的基本形式又分为两种：1、位移式极化特点：弹性的，瞬时完成的，不消耗能量的极化。如电子位移极化，离子位移极化。2、松弛极化特点：与热运动有关，非弹性的，有一定的能量消耗，并且完成这种极化需要一定的时间。如电子松弛极化，离子松弛极化。电子位移极化------在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生位移形成的极化。性质：弹性束缚电荷在做强迫振动。离子位移极化------在离子晶体中，除存在电子位移极化外，在电场作用下还会发生正、负离子沿相反方向位移形成的离子位移极化只发生在离子键构成的电介质中，由于离子间距随温度变化不大，所以离子位移极化率随温度升高会略有增加，但增加的不大松弛极化---当材料中存在着弱联系的电子、离子或偶极子等松弛质点时，热运动使这些松弛质点分布混乱，而外电场力图使这些质点按电场规律分布，最后在一定的温度下发生极化，这种极化具有统计性质，称为---。松弛极化包括三种类型：离子松弛极化电子松弛极化偶极子松弛极化电子松弛极化----是由弱束缚电子引起的极化。由晶格的热振动、晶格缺陷、杂质的引入、化学组成的局部改变等因素都能使电子能态发生改变,出现位于禁带中的局部能级，形成弱束缚电子。空间电荷极化发生在不均匀介质中；在晶界、相界、晶格畸变、杂质等缺陷区，都可成为电荷运动的障碍，在这些障碍处自由电荷积聚，形成-----空间电荷极化。以上各种极化形式是介质在外电场作用下引起的，没有外电场时这些介质的极化强度为零。自发极化并非由外电场引起，而是由晶体的内部结构造成的。在这类晶体(称为极性晶体)中，每个晶胞里存在固有电矩。铁电体具有自发极化现象。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，叫----介质的击穿。相应的临界电场强度称为---介电强度，或称为击穿电场强度。一、热击穿：处于电场中的介质，由于其中的介质损耗而受热。当外加电压足够高时，可能从散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态。若发出的热量比散去的热量多，介质温度将愈来愈高，直至出现永久性损坏，这就是热击穿。二、电击穿：本征电击穿；“雪崩”电击穿定义：在强电场下，固体导带中可能因冷发射（电子吸收其它能量）或热发射（电子吸收热能）存在一些电子。这些电子一方面在外电场作用下被加速获得动能；另一方面与晶格振动相互作用，把电场能量传递给晶格。当这两个过程在一定的温度和场强下平衡时，固体介质有稳定的电导(导带的电子数一定)；当电子从电场中得到的能量大于传递给晶格振动的能量时，电子的动能就越来越大。当电子能量大到一定数值时，电子与晶格振动的相互作用导致电离产生新电子，使自由电子数迅速增加，电导进入不稳定阶段，电击穿发生。铁电材料：有些晶体在某一温度范围内具有自发电极化(不需要外电场)的性质，而且自发电极化的方向能因外电场的作用而重新取向。这种性质和铁磁体具有自发磁化的性质相似，叫铁电性，具有铁电性的晶体叫铁电材料(铁电体)。铁电材料是指在一定温度范围内具有自发极化且极化强度可以因外电场而反向的晶体。铁电晶体内自发极化一致的区域称为电畴。与铁磁体一样，铁电体也具有电滞回线。也可以说：凡具有电畴和电滞回线的介电材料就称为铁电材料。其实铁电材料并不含铁。反铁电材料的晶体结构类似于铁电体，与铁电体相比共同点为：高电容率，电容率与温度呈非线性关系。不同点为：反铁电体电畴内相邻离子沿反平行方向自发极化，因而每个电畴内存在两个方向相反，大小相等的自发极化强度，即每个电畴总的自发极化强度为零。当外电场降为零时，反铁电体没有剩余极化。反铁电材料具有双电滞回线。铁电材料的极化状态与温度有关：TTc铁电体处于铁电相，是极化有序状态；T=Tc铁电体发生相变，Tc称为居里点(居里温度)；TTc铁电体处于顺电相，是极化无序状态当温度高于居里温度Tc时，铁电体的自发极化消失(Ps=0)，成为顺电相。；1、热释电效应：有些晶体物质会由于温度的变化引起电极化强度的变化，因而在某些相对应的表面上也会产生异号电荷。这种现象称为热电效应，也称为热释电效应。晶体具有热释电效应的条件是：1）晶体具有自发极化，即晶体结构的某些方向的正、负电荷重心不重合,存在固有电矩(10种极性晶体)；（2）有温度变化。热释电效应是反映材料在温度变化状态下的性能。压电晶体不一定具有热释电效应，而热释电晶体则一定存在压电效应。所有物体不论其温度如何，都在向外发射电磁波，而且随着物体