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热容是物体温度升高1K所需要增加的能量。它反映材料从周围环境中吸收热量的能力。是分子热运动的能量随温度而变化的一个物理量。不同环境下，物体的热容不同。热容是随温度而变化的，在不发生相变的条件下，多数物质的摩尔热容测量表明，定容热容C和温度的关系与定压热容有相似的规律。(1)在高温区：定压热容Cv的变化平缓；(2)低温区：Cv与T^3成正比；(3)温度接近0K时，Cv与T成正比；(4)0K时，Cv=0；热容的来源：受热后点阵离子的振动加剧和体积膨胀对外做功，此外还和电子贡献有关，后者在温度极高（接近熔点）或极低（接近0K）的范围内影响较大，在一般温度下则影响很小。晶态固体热容的经验定律和经典理论：(1)元素的热容定律—杜隆一珀替定律：热容是与温度T无关的常数。恒压下元素的原子热容为25J/(k·mol)；（2）化合物的热容定律—奈曼—柯普定律：化合物分子热容等于构成该化合物各元素原子热容之和。德拜模型:考虑了晶体中原子的相互作用。晶体中点阵结构对热容的主要贡献是弹性波振动，波长较长的声频支在低温下的振动占主导地位，并且声频波的波长远大于晶体的晶格常数，可以把晶体近似为连续介质，声频支的振动近似为连续，具有0～ωmax的谱带的振动。可导出定压热容的公式：34)/(5/12,DTRmCv由上式可以得到如下的结论：（1）当温度较高时，即处于高温区定压热容=3Nk=3R，即杜隆—珀替定律，与实验结果吻合；（2）当温度很低时，小于德拜温度时，定压热容与T^3成正比，与实验结果吻合。（3）当T→0时，CV趋于0，与实验大体相符。但T^3定律，与实验结果的T规律有差距。德拜模型的不足：（1）由于德拜把晶体近似为连续介质，对于原子振动频率较高的部分不适用，使得对一些化合物的热容的计算与实验不符。（2）对于金属类晶体，没有考虑自由电子的贡献，使得其在极高温和极低温区与实验不符。（3）解释不了超导现象。金属材料热容：a.自由电子对热容的贡献：（1）低温时：热容由点阵振动和自由电子两部分的贡献组成；（2）常温时：自由电子热容远小于点阵振动热容，可忽略；（3）极低温时：电子热容起主导作用；（4）高温时：电子热容有贡献。b.合金成分对热容的影响：合金元素加入后能生成不同的相与组织，因此合金的热容取决于组成相的性质。合金的热容是每个组成元素热容与其质量百分比的乘积之和；可通过合金的手段改变金属材料的热容。相变时的热容变化：（1）熔化和凝固：液态金属的热容比固态的大。(2)一级相变和二极相变。一级相变：三态转变，多型性相转变。有潜热，热容趋于无穷。二极相变：磁转变，有序-无序转变等。在一个温度范围内逐步完成，无潜热，热容突变。（3)亚稳态组织转变：组织转变不可逆。如不发生相变，热容和温度呈线性关系；如发生相变，热容偏离直线。亚稳态（热量高）向稳态（热量低）转变要放热，导致热容下降热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。热膨胀的物理本质（机制）：当物体温度升高时，晶体中原子的振动加剧，相邻原子之间的平衡距离也随温度变化而变化，因此温度升高而发生膨胀现象。(1)膨胀系数与热容的关系：体膨胀与定容热容成正比，它们有相似的温度依赖关系。低温下随温度升高急剧增大，高温时则趋于平缓；弹性模量与热容成反比。(2)膨胀系数与熔点的关系：熔点越高，原子间结合力越大，热膨胀系数与熔点成反比；(3)膨胀系数与德拜温度的关系：德拜温度越高，膨胀系数越小。原因：膨胀系数是原子间结合力的反映。原子间的结合力越大、膨胀系数越小。影响膨胀性能的因素：1.相变的影响①一级相变：有潜热、比热容无限大，体积发生突变，膨胀系数发生突变。②二级相变：无潜热，无体积发生突变，比热容和膨胀系数发生突变。2.组织成分的影响（1）形成固溶体：固溶体的膨胀与溶质元素的膨胀系数和含量有关。溶质元素的膨胀系数高于溶剂基体时，将增大膨胀系数。（2）不同结构形态的物质：对于相同组成的物质，结构紧密的晶体膨胀系数大。单晶多晶纳米非晶。孔隙越多，膨胀系越小。3.晶体各向异性的影响；4.铁磁性转变的影响。热传导：不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量（能量迁移）。温度梯度：单位长度的温度变化。矢量，方向指向温度升高。热导率：单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。热扩散率：对于不稳定导热过程的体系，引入热扩散率来描述体系的热传导能力和温度长随时间的变化。热传导的物理机制：热传导过程是材料内部的能量传输过程，在固体中其载体有：自由电子、声子（点阵波）和光子（电磁辐射）。（1）金属导热机制：电子导热率约是声子的导热率的30倍，电子导热起主要作用。（2）半导体导热机制：电子导热和声子导热率的作用大体相当。（3）绝缘体导热机制：声子导热起主要作用。热传导的影响因素1.温度对金属热导率的影响：对金属热传导其阻挡作用的主要有：缺陷阻挡和声子阻挡两部分。低温：缺陷阻挡起主要作用。高温：声子阻挡起主要作用。中温：声子阻挡和缺陷阻挡都起作用。纯金属：只有声子阻挡，温度升高电子的平均自由程减小。一般有热导率随温度的升高而降低的规律。合金：声子阻挡和缺陷阻挡，由于异类原子的存在，温度对电子平均自由程的影响很小，声子导热作用加强。一般有热导率随温度的升高而增大的规律。玻璃体：一般有热导率随温度的升高而增大的规律。2.原子结构对热传导的影响：金属的电导率越高，热传导性能越好。3.合金成分和晶体结构对热传导的影响：合金中由于加入杂质元素使杂质缺陷形成的热阻增强，使得热导率降低。杂质原子与金属原子的结构差异越大，影响越大。4.气孔率对热传导的影响：气孔率越大，热导率越低。原因：空气是热的不良导体。热稳定性：指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力。热冲击损坏类型：1．一种是在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落，并不断发展，最终碎裂或变质。抵抗这类破坏的能力称为抗热冲击损伤性。2．一种是材料发生瞬时断裂。抵抗这类破坏的能力称为抗热冲击断裂性。影响材料热稳定性的主要因素：（1）材料的热导率λ愈快，热应力持续一定时间后很快缓解，所以对热稳定有利。（2）传热的途径，即材料或制品的厚薄，薄的传热通道短，容易很快使温度均匀。（3）材料表面散热速率。如果材料表面向外散热外，材料内、外温差变大，热应力也大。此外，还与材料中应力的分布，产生的速率和持续时间、材料特性（如塑性、均匀性、驰豫性）以及原先存在的裂纹、缺陷等有关。提高抗热冲击断裂性能的措施及作用：1．提高材料强度，减小弹性模量E，使E/提高。可以提高材料的柔韧性。2．提高材料的热导率，使'R提高。大的材料传递热量快，材料内外温差可以快速缓解、平衡。3．减小材料的热膨胀系数。小的材料在同样温差下产生的热应力小。4．减小表面热传递系数h。保持缓慢散热降温。5．减小产品的有效厚度。造成材料导电性差异的主要原因:能带结构及其被电子填充的性质有关。（1）晶体的能带分为：价带、禁带和导带。晶体的导电性是其能带分布的反映。其价带是否被填满，是否存在禁带，以及禁带宽度的大小等因素决定其导电性能。导体和非导体的区别：金属导体的能带分布特点:无禁带。a价带和导带重叠;b价带未被价电子填满，价带本身就是导带。这两种情况下的价电子就是自由电子，所以金属即使在温度较低的情况下仍有大量的自由电子，具有很强的导电能力。非导体的能带分布特点:有禁带。在绝对零度时，满价带和空导带，基本无导电能力。半导体和绝缘体的区别：半导体禁带宽度小。在室温下，一部分价电子能获得大于禁带宽度的能量ΔE，跃迁到导带中去，成为自由电子，同时在价带中形成空穴，这样就使半导体具有一些导电能力。而绝缘体禁带宽度大。在室温下，几乎没有价电子能跃迁到导带中去，故基本无自由电子和空穴，所以绝缘体几乎没有导电能力。金属的导电机制：经典理论：在外电场的作用下，自由电子在导体中定向移动。量子理论：在外电场的作用下，自由电子以波动的形式在晶体点阵中定向传播。电阻的本质：电子波在晶体点阵中传播时，受到散射，从而产生阻碍作用，降低了导电性。电子波在绝对零度下，通过一个理想点阵时，将不会受到散射，无阻碍传播，电阻率为0。电阻产生的机制：（1）晶体点阵离子的热振动（声子），对电子波产生散射。（2）晶体点阵电子的热振动，对电子波产生散射。（3）晶体点阵的完整性被破坏（存在杂质原子、晶体缺陷等），对电子波产生散射。【基本电阻12+残余电阻3】。影响金属导电性的因素：1.温度对金属电阻的影响：（1）一般规律，0K时：电阻率大小决定于晶体缺陷的类型和数量。极低温时：电子散射占主要地位，声子散射很弱，基本电阻与温度的平方成正比。随着温度的升高，声子散射散射作用逐渐增强，并占据主导地位。根据德拜理论，原子热振动存在两个规律性区域，区分区域的温度D被称为德拜温度。当TD时，基本电阻与温度的五次方成正比，当T2/3D，德拜温度500K时，非过渡族金属的基本电阻与温度成正比。（2）过渡族金属室温以上的线性关系被破坏。（3）多晶型转变：多晶型金属的不同结构具有不同的物理性质，电阻温度系数也不同，电阻率随温度变化将发生突变。（4）铁磁金属的电阻-温度关系反常。铁磁材料在一定温度下发生铁磁-顺磁的磁相转变，从而导致电阻-温度关系反常。2.受力情况对金属电阻的影响：（1）拉力的影响：在弹性限度内，单向拉伸或扭转应力能提高金属的电阻率。（2）压力的影响：对于大多数金属，压力能降低金属的电阻率。在高压下，原子间距缩小，内部缺陷的形态、电子结构、费米面、能带结构及电子散射机制等都发生了变化，从而影响材料的导电性，甚至可能导致物质的金属化。3.冷加工对金属电阻的影响：冷加工的形变使金属的电阻率提高。4.晶格缺陷对金属电阻的影响：晶格缺陷使金属的电阻率提高。5.热处理对金属电阻的影响：冷加工后，再退火，可使电阻降低。当退火温度接近于再结晶温度时，可降低到冷加工前的水平。但当退火温度高于再结晶温度时，电阻反而增大。新晶粒的晶界阻碍了电子的运动。淬火能够固定金属在高温时的空位浓度，而产生残余电阻。淬火温度越高，残余电阻越大。6.几何尺寸效应对金属电阻的影响：当试样的尺寸与导电电子的平均自由程在同一数量级时，电子在表面发生散射，产生附加电阻。7.电阻率的各向异性：一般立方晶系的单晶体电阻表现为各向同性，但对称性较差的六方、四方、斜方等晶系单晶体的导电性表现为各向异性。多晶体各向同性。本征半导体：纯净的、无结构缺陷的半导体单晶。导电机制：在绝对零度和无外界影响的情况下：半导体的满带中被电子占满，空带中无电子，不导电。在温度升高、光照等热激发（本征激发）时：价电子从外界获得能量，部分价电子获得足够的能量脱离束缚，跃迁到空带中。空带中有了电子成为导带，满带中的部分价电子迁出出现了空穴，成为价带。本征激发时，自由电子和空穴成对出现，在外电场的作用下，电子逆电场方向运动，空穴顺电场方向运动。自由电子和空穴在外电场的作用下定向运动，形成电流。自由电子和空穴都能导电，统称为载流子。本征半导体的电学特性：（1）本征激发成对产生自由电子和空穴，所自由电子浓度与空穴浓度相等，都是等于本征载流子的浓度ni；（2）ni和Eg有近似反比关系，硅比锗Eg大，故硅比锗的ni小；（3）ni与温度近似正比，故温度升高时ni就增大；（4）ni与原子密度相比是极小的，所以本征半导体的导电能力很微弱。杂质半导体的分类及导电机制：通常制造半导体器件的材料是杂质半导体。在本征半导体中人为地掺入五价元素和三价元素，分别获得N（电子）型和P（空穴）型杂质半导体。（1）N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素获得电子型杂质半导体。由于的掺入五价元素中的四个价电子与周围的原子形成共价键，余下一个价电子的能级非常接近导带能量，使得其在常温下进入导带成为自由电子，因此掺杂后的半导体导带中的自由电子显著增多。把这个五价元素称为施主杂质。电子是多数载流子（多子）。（2）P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素获得电子空穴型杂质半导体。由于的掺入三价元素中的三个价电子与周围的原子形成共价键时，缺少