第一講緒論1.1材料物理學(xué)的定義1.3材料物理學(xué)的探討范圍1.2材料物理學(xué)的特點(diǎn)1.4材料物理學(xué)的探討手段材料物理材料物理是探討物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、組織形式、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、物理性能、化學(xué)成分以及它們之間相互關(guān)系的學(xué)科。材料物理是物理學(xué)和材料學(xué)之間的交叉學(xué)科。1.1材料物理學(xué)的定義它旨在利用物理中的一些學(xué)科的成果來闡明材料中的種種規(guī)律和轉(zhuǎn)變過程。

材料性能物理學(xué)模型物理學(xué)概念、原理等物理

科學(xué)材料

科學(xué)材料物理1.1材料物理學(xué)的定義從物理學(xué)的一些基本概念、基本原理、基本定律動(dòng)身，并建立相應(yīng)的物理模型，力圖闡述材料本身的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和它們?cè)诟鞣N外界條件下發(fā)生的變更及其變更規(guī)律，得出結(jié)論，進(jìn)而指導(dǎo)材料的生產(chǎn)和科學(xué)探討。能源材料金屬材料無機(jī)非金屬材料光電材料有機(jī)高分子材料智能材料生物材料生態(tài)環(huán)境材料復(fù)合材料單晶多晶非晶準(zhǔn)晶液晶建筑材料航空航天材料結(jié)構(gòu)材料功能材料信息材料1.1材料物理學(xué)的定義材料種類繁多傳感器件半導(dǎo)體芯片半導(dǎo)體技術(shù)液晶材料光學(xué)材料金屬材料磁性材料移動(dòng)通訊數(shù)碼拍照拍照功能顯示功能金屬外殼信號(hào)接受對(duì)話功能電子線路照片存儲(chǔ)功能材料介電材料1.1材料物理學(xué)的定義材料無處不在“新材料”與“高技術(shù)”。

所謂“新材料”，就是那些新出現(xiàn)或已在發(fā)展中的，在成分、組織、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等方面不同于一般材料，具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料。所謂“高技術(shù)”，就是接受新材料、新工藝，產(chǎn)生更高效益，能促進(jìn)人類社會(huì)更快進(jìn)步的技術(shù)。高技術(shù)引入大量新材料，二者相輔相成。其中一個(gè)最突出的例子是：半導(dǎo)體材料及大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷突破，使電子計(jì)算機(jī)的體積越來越小，實(shí)力卻成千上萬倍地提高。1.1.1材料是社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)。人類的歷史曾以運(yùn)用的主要材料來加以劃分，如石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器(鋼鐵)時(shí)代等等。目前人類正進(jìn)人信息社會(huì)，材料、能源和信息技術(shù)是當(dāng)前國際公認(rèn)的新技術(shù)革命的二大支柱。1.1材料物理學(xué)的定義材料科學(xué)的形成是金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料各學(xué)科發(fā)展過程的殊途同歸。也就是說，構(gòu)成工程材料的結(jié)構(gòu)材料和功能材料有著共同的學(xué)科基礎(chǔ)，這個(gè)學(xué)科就是材料科學(xué)。明顯，材料科學(xué)已成為一門獨(dú)立的學(xué)科以及各組成學(xué)科的聚集體。材料種類類型、材料加工工藝以及各種材料之間相互有機(jī)聯(lián)系而形成的材料科學(xué)，就廣義而言，三者構(gòu)成了材料學(xué)。1.1.2材料的分類材料可分為單晶、多晶、非晶、準(zhǔn)晶和液晶

材料則可分為無機(jī)材料與有機(jī)材料。

材料可分為信息材料、能源材料、生物材料、建筑材料、航空航天材料等。材料可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。

按狀態(tài)分，從化學(xué)的角度，從應(yīng)用來看，依據(jù)材料的用途，1.1材料物理學(xué)的定義材料有共通性制備、運(yùn)用過程中現(xiàn)象、概念、轉(zhuǎn)變相像。單晶多晶非晶準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)、缺陷行為平衡熱力學(xué)擴(kuò)散、界面結(jié)構(gòu)與行為材料相變機(jī)理電子遷移及電性能從物理學(xué)的角度，從微觀的角度來闡述材料中的種種規(guī)律是很重要的。1.1材料物理學(xué)的定義高性能陶瓷高純金屬生物工程薄膜納米材料半導(dǎo)體超導(dǎo)體聚合物材料工程1.1.3什么是材料工程？1.1材料物理學(xué)的定義材料工程更留意實(shí)際，主要論及材料的加工工藝。目前，它已變成一門極困難的技藝材料物理和材料科學(xué)的關(guān)系3.材料物理的基本探討指導(dǎo)材料的生產(chǎn)應(yīng)用。1.2材料物理學(xué)的特點(diǎn)1.休戚相關(guān)、相互促進(jìn)和共同發(fā)展2.材料物理探討課題來源于材料、對(duì)象也是材料，都是生產(chǎn)、科研中提出來的新問題。一方面，材料物理所探討的一些主要課題往往是從生產(chǎn)實(shí)踐中提出來的舉例1：金屬材料：強(qiáng)度、范性低維材料，薄膜材料（2維）、納米線（1維）納米點(diǎn)（0維），尺寸效應(yīng)。陶瓷：燒結(jié)體，燒結(jié)技術(shù)，微結(jié)構(gòu)1.2材料物理學(xué)的特點(diǎn)由于工藝上的突破并實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的“金屬玻璃”，因而金屬玻璃的力學(xué)性質(zhì)、磁性、超導(dǎo)電性等實(shí)際問題的探討也就隨之提出；由于電子技術(shù)、激光、紅外技術(shù)的須要，探討電介質(zhì)材料就由探討絕緣體的四大參數(shù)逐步擴(kuò)展到探討物質(zhì)的電極化過程；為了發(fā)展耐高溫的材料，推動(dòng)了對(duì)于金屬或陶瓷的高溫強(qiáng)度、高溫蠕變、氧化及擴(kuò)散的探討等等。舉例2：另一方面，將材料物理的基本探討成果應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去，也會(huì)發(fā)揮很大的作用再結(jié)晶結(jié)構(gòu)的探討顯著地改進(jìn)了硅鋼片的質(zhì)量利用非晶硒的光導(dǎo)特性的探討成果，發(fā)展了新的靜電復(fù)印技術(shù)；集成鐵電學(xué)的探討，促進(jìn)了鐵電存儲(chǔ)器的實(shí)際應(yīng)用開發(fā)。舉例：材料科學(xué)的探討導(dǎo)致新的物理學(xué)現(xiàn)象探討材料的性質(zhì)在各種外界條件（力、熱、光、氣、電、磁、輻照、極端條件等）下發(fā)生的變更。發(fā)覺到新的物理現(xiàn)象和效應(yīng)、規(guī)律、形成新的概念。比如鐵電、熱釋電、壓電、電致伸縮等效應(yīng)。材料物理是物理和材料的交叉學(xué)科1.2材料物理學(xué)的特點(diǎn)材料物理是介于物理學(xué)與材料學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科，它的基礎(chǔ)牽涉到很多不同的學(xué)科，諸如晶體學(xué)、材料力學(xué)、物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料物理性能，以及物理學(xué)中的一些分支（熱力學(xué)、彈塑性理論、統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)、固體物理學(xué)）等。就是說，它是利用了這些學(xué)科的成果，形成了以諸種材料為對(duì)象的一門獨(dú)立的綜合性的物理學(xué)科。

晶體學(xué)揭示材料的微觀組織結(jié)構(gòu)材料科學(xué)有助于探討材料的內(nèi)在聯(lián)系1.2材料物理學(xué)的特點(diǎn)量子力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理及彈性力學(xué)方法幫助我們理解材料中的電子、原子以及各種晶體缺陷的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和它們之間的交互作用；固體物理學(xué)供應(yīng)了原子鍵合、原子振動(dòng)、電子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)等的基礎(chǔ)學(xué)問。1.2材料物理學(xué)的特點(diǎn)熱力學(xué)、物理化學(xué)、材料力學(xué)、材料物理性能可以用來闡明材料一些宏觀的規(guī)律和材料特性。好的試驗(yàn)結(jié)果要有好的理論來說明。

一個(gè)試驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)有一個(gè)相應(yīng)的理論說明才是完備的。為什么？是什么？材料學(xué)物理學(xué)金屬物理學(xué)，半導(dǎo)體物理學(xué)、電介質(zhì)物理學(xué)、鐵電物理學(xué)、磁學(xué)、非晶態(tài)物理學(xué)、高分子物理學(xué)、薄膜物理學(xué)等。材料物理的范圍1.3材料物理學(xué)的探討范圍每一個(gè)材料學(xué)的分支都相應(yīng)的有相應(yīng)的材料物理學(xué)分支材料物理是物理探討中的重要領(lǐng)域。比如超導(dǎo)體、半導(dǎo)體、永磁材料。也是物理中發(fā)展最快的領(lǐng)域。1.3材料物理學(xué)的探討范圍1.4材料物理和物理學(xué)的試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)X射線技術(shù)－XRD掃描電鏡－SEM透視電鏡－TEM高辨別率透視電鏡－HREM場(chǎng)離子顯微鏡－FIM遠(yuǎn)紅外光譜－IR核磁共振－NMR電子順磁共振譜－ESRX光熒光譜－XPS拉曼光譜－Raman1.4材料物理學(xué)的探討手段掃描探針顯微鏡－SPM材料物理作為物理學(xué)的一個(gè)分支，其發(fā)展與物理學(xué)的試驗(yàn)技術(shù)和基本理論的進(jìn)展親密相關(guān)。物理學(xué)的新技術(shù)和新理論，將會(huì)極大地促進(jìn)材料物理領(lǐng)域的發(fā)展。在試驗(yàn)技術(shù)上，XRD、SEM、TEM、HREM、FIM、XPS、IR、Raman光譜、ESR、NMR等現(xiàn)代測(cè)試方法的應(yīng)用，為材料探討開拓了新天地。在理論方面，量子力學(xué)在材料物理理論中所起的促進(jìn)作用是人所共知的?；仡櫜牧习l(fā)展和材料探討的歷史，尤其是20世紀(jì)乃至最近二三十年出現(xiàn)的材料（市場(chǎng)已出現(xiàn)的材料，或通過專利、論文和材料會(huì)議報(bào)道即將問世的材料），以及材料科學(xué)探討成果，可以歸納、總結(jié)出材料學(xué)與物理學(xué)是有親密聯(lián)系的。因此，從物理學(xué)的角度說明材料，即形成材料物理學(xué)科，明顯是順理成章的。材料物理作為一門學(xué)科，其中的一個(gè)基本任務(wù)是關(guān)注新材料、高技術(shù)的發(fā)展，以力圖從其中總結(jié)歸納出新的物理現(xiàn)象、效應(yīng)、模型或圖像。同時(shí)，材料物理本身也在不斷發(fā)展中，如金屬物理、半導(dǎo)體物理、電介質(zhì)物理、非晶態(tài)物理、高分子物理、薄膜物理等等，其探討成果往往會(huì)揭示出一些新的物理概念和規(guī)律。上述這些意味著在應(yīng)用、開發(fā)上隱藏著巨大的潛力，如研制出新材料、新的元件或器件；或有可能開拓出新的技術(shù)領(lǐng)域。從這個(gè)意義上看，材料物理將為研制高技術(shù)材料打下堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)。主要介紹金屬結(jié)構(gòu)理論、缺陷物理、材料強(qiáng)化、導(dǎo)電物理基礎(chǔ)、材料的介電行為、鐵電物理、磁性物理、材料的相變、非晶態(tài)物理、高分子物理和低維材料結(jié)構(gòu)。

材料物理課的主要內(nèi)容舉薦教材《固體物理》主編：黃昆、韓汝琦

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