四川大學(xué)無(wú)機(jī)材料物理性能課件

無(wú)機(jī)材料物理性能

芶立教學(xué)方式與內(nèi)容教師講授+課堂討論+課后作業(yè)考核:

Finalexam(60%)+Practice(15%)+Attendance(15%)+Discussion(10%)教學(xué)內(nèi)容:突出基本概念、原理和關(guān)鍵點(diǎn)弱化理論推導(dǎo)重點(diǎn)：力學(xué)（塑性形變、微裂紋)/熱學(xué)/光學(xué)/電學(xué)（介電）/磁學(xué)先修課程：大學(xué)物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)第一章無(wú)機(jī)材料的受力形變無(wú)機(jī)材料的應(yīng)力、應(yīng)變及彈性形變應(yīng)力應(yīng)變無(wú)機(jī)材料的彈性變形行為課堂討論題:Al2O3片/Al片/硅橡膠受到壓力和彎折力時(shí),會(huì)有哪些現(xiàn)象?產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是什么?無(wú)機(jī)材料的應(yīng)力、應(yīng)變及彈性形變

各種材料在外力作用下，發(fā)生形狀和大小的變化，稱為形變。應(yīng)力:單位面積上所受的內(nèi)力式中F為外力，σ為應(yīng)力，應(yīng)力的單位為Pa，A為面積。名義應(yīng)力、真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變:物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相對(duì)位移的。一根長(zhǎng)度為L(zhǎng)0的桿，在單向拉應(yīng)力作用下被拉長(zhǎng)到Ll，則應(yīng)變的定義為：

體積元單位面積上的力可分解為法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力無(wú)機(jī)材料的彈性變形行為

1、廣義虎克定律橫向變形：泊松比:橫向變形系數(shù)μ=y/x=z//x

剪切應(yīng)變：1.10式引入剪切模量G體積變化引入體積模量K。楊氏模量E；剪切模量G；體積模量K的相互關(guān)系各向同性材料：E=2G(1+μ)=3K(1-2μ)兩相系統(tǒng)中彈性模量的估算上限彈性模量EH：下限彈性模量EL：對(duì)于連續(xù)基體內(nèi)含有封閉氣孔時(shí)，總彈性模量的經(jīng)驗(yàn)公式為：

E=E0(1-1.9P+0.9P2)E0為無(wú)氣孔時(shí)的彈性模量

P為氣孔率粘彈性與滯彈性粘彈性（Visoelasticity）自然界中實(shí)際存在的材料，其形變一般介于理想彈性固體與理想粘性液體之間，即具有固體的彈性又具有液體的粘性。最典型的是高分子材料；一些非晶體，有時(shí)甚至多晶體在比較小的應(yīng)力時(shí)

實(shí)際固體中彈性應(yīng)變的產(chǎn)生與消除需要有限時(shí)間。固體和金屬這種與時(shí)間有關(guān)的彈性稱為滯彈性。聚合物的粘彈性可以認(rèn)為僅僅是嚴(yán)重發(fā)展的滯彈性。粘彈性材料的力學(xué)性質(zhì)與時(shí)間有關(guān)蠕變：在恒定的應(yīng)力時(shí)，材料的應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。

Ec(t)=0/(t)弛豫：在恒定的應(yīng)變時(shí)，材料的內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間增長(zhǎng)而減小的現(xiàn)象。

Er(t)=

(t)/0晶格滑移晶體受力時(shí)，晶體的一部分相對(duì)另一部分發(fā)生平移滑動(dòng)，叫做滑移。塑性形變的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)理論實(shí)際晶體中存在位錯(cuò)缺陷，當(dāng)受剪應(yīng)力作用時(shí)，并不是晶體內(nèi)兩部分整體相互錯(cuò)動(dòng)，而是位錯(cuò)在沿移面上沿滑移方向運(yùn)動(dòng)。使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需的力比使晶體兩部分整體相互滑移所需的力小得多。所以實(shí)際晶體的滑移是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)激活能和位錯(cuò)形成能無(wú)外力：金屬0.1-0.2eV；無(wú)機(jī)材料1eV有外力：滑移系統(tǒng)少，分剪切力小晶界塞積溫度升高，利于塑性形變位錯(cuò)形成能E=aGb2金屬3A,無(wú)機(jī)材料>5A復(fù)習(xí)陶瓷的離子鍵、共價(jià)鍵-----滑移困難（理想材料：滑移系統(tǒng)少、分剪切力小、其它晶粒；實(shí)際材料：分剪切力不夠大，晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）-----沒(méi)有塑性形變決定了陶瓷的制備工藝、陶瓷的性能陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)：晶相、玻璃相、氣相高溫蠕變理論一、蠕變的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)理論

無(wú)機(jī)材料中晶相的位錯(cuò)在低溫下遇到障礙難以發(fā)生運(yùn)動(dòng)，在高溫下原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，可以使位錯(cuò)從障礙中解放出來(lái)，引起蠕變。當(dāng)溫度增加時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度加快。除位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移外，位錯(cuò)攀移也能產(chǎn)生宏觀上的形變。攀移（位錯(cuò)移出滑移面的運(yùn)動(dòng)）是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的另一種形式。這個(gè)理論能夠較好的解釋蠕變減速階段和加速蠕變階段的特點(diǎn)高溫蠕變理論二、擴(kuò)散蠕變理論高溫下的蠕變現(xiàn)象和晶體中的擴(kuò)散現(xiàn)象類似，并且把蠕變過(guò)程看成是外力作用下沿應(yīng)力作用方向擴(kuò)散的一種形式:利用空位濃度差。三、晶體蠕變理論多晶陶瓷中存在著大量晶界，當(dāng)晶界位向差大時(shí)，可以把晶界看成是非晶體，因此在溫度較高時(shí)，晶界粘度迅速下降，外力導(dǎo)致晶界粘滯流動(dòng)，發(fā)生蠕變。四、影響蠕變的因素1、溫度；2、應(yīng)力；3、顯微結(jié)構(gòu)的影響：氣孔、晶粒大小、玻璃相（與潤(rùn)濕程度有關(guān)）4、組成：Al2O3和SiO25、晶體結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉П榷嗑?；共價(jià)鍵程度高粘性形變（ViscousDeformation）粘性物體在剪切應(yīng)力作用下發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的流動(dòng)變形，該形變隨時(shí)間增加而增大。理想粘性形變行為遵循牛頓粘性定律，即剪切應(yīng)力與應(yīng)變率或流動(dòng)速度梯度成正比

稱為粘性系數(shù)（單位：Pa·S）簡(jiǎn)稱為粘度（Viscosity）第二章無(wú)機(jī)材料的脆性斷裂與強(qiáng)度一、彈、粘、塑性形變二、脆性斷裂行為在外力作用下，任意一個(gè)結(jié)構(gòu)單元上主應(yīng)力面的拉應(yīng)力足夠大時(shí)，尤其在那些高度應(yīng)力集中的特征點(diǎn)(例如內(nèi)部和表面的缺陷和裂紋)附近的單元上，所受到的局部拉應(yīng)力為平均應(yīng)力的數(shù)倍時(shí)，此過(guò)分集中的拉應(yīng)力如果超過(guò)材料的臨界拉應(yīng)力值時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生裂紋或缺陷的擴(kuò)展，導(dǎo)致脆性斷裂。三、突發(fā)性斷裂與裂紋的緩慢增長(zhǎng)在臨界狀態(tài)下，斷裂源處的裂紋尖端所受的橫向拉應(yīng)力正好等于結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，裂紋產(chǎn)生突發(fā)性擴(kuò)展。一旦擴(kuò)展，引起周圍應(yīng)力的再分配，導(dǎo)致裂紋的加速擴(kuò)展，出現(xiàn)突發(fā)性斷裂，這種斷裂往往并無(wú)先兆。當(dāng)裂紋尖端處的橫向拉應(yīng)力尚不足以引起擴(kuò)展，但在長(zhǎng)期受應(yīng)力的情況下，特別是同時(shí)處于高溫環(huán)境中時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)裂紋的緩慢生長(zhǎng)，尤其在有環(huán)境侵蝕。材料的脆性斷裂與韌性斷裂實(shí)驗(yàn)表明：材料實(shí)際斷裂強(qiáng)度一般比理論結(jié)合強(qiáng)度低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，僅晶須或纖維材料具有接近于理論強(qiáng)度的實(shí)際強(qiáng)度。

材料的機(jī)械強(qiáng)度（MechanicalStrength）材料在外力作用下抵抗形變及斷裂破壞的能力根據(jù)外力作用的形式，可分為抗拉強(qiáng)度、抗沖強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。例如，抗拉強(qiáng)度是指在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，在規(guī)定的試驗(yàn)溫度、溫度和拉伸速率下，在啞鈴形材料標(biāo)準(zhǔn)試樣上施加拉伸負(fù)荷，直至試樣斷裂時(shí)所承受的最大應(yīng)力σf。2.2理論結(jié)合強(qiáng)度材料原子間結(jié)合力的最大值σth

由

有

估算公式σth=E/101920年，發(fā)表了他那篇著名的論文：Thephenomenonofruptureandflawinsolids,認(rèn)為材料內(nèi)部有很多顯微裂紋，并從能量平衡出發(fā)得出了裂紋擴(kuò)展的判據(jù)，奠定了斷裂力學(xué)的基石。Griffith微裂紋理論裂紋及類型

----按其受力及裂紋擴(kuò)展途徑Ⅰ型裂紋即為張開(kāi)型(掰開(kāi)性)裂紋，拉應(yīng)力垂直于裂紋擴(kuò)展面，裂紋上下表面沿作用力的方向張開(kāi)，裂紋沿裂紋面向前擴(kuò)展。工程中屬于這類裂紋的如板中有一穿透裂紋，其方向與板所受拉應(yīng)力方向垂直，或一壓力容器中的縱向裂紋Ⅱ型裂紋即為滑開(kāi)型裂紋。其特征為裂紋的擴(kuò)展受切應(yīng)力控制，切應(yīng)力平行作用于裂紋面而且垂直于裂紋線，裂紋沿裂紋面平行滑開(kāi)擴(kuò)展

Ⅲ型裂紋即為撕開(kāi)型裂紋。在平行于裂紋面而與裂紋前沿線方向平行的剪應(yīng)力的作用下，裂紋面產(chǎn)生沿裂紋面的撕開(kāi)擴(kuò)展Griffith微裂紋理論斷裂并不是兩部分晶體同時(shí)沿整個(gè)界面斷開(kāi)，而是裂紋擴(kuò)展的結(jié)果根據(jù)彈性理論求出裂紋尖端應(yīng)力：

因?yàn)橐话鉉>a,則σA>σ,即在裂紋尖端存在應(yīng)力集中效應(yīng)，當(dāng)

σA>σth時(shí)，裂紋就被拉開(kāi)而擴(kuò)展，是裂紋長(zhǎng)度C增大，導(dǎo)致σA更大，如此惡性循環(huán)，材料很快斷裂。裂紋的存在使得實(shí)際材料的斷裂強(qiáng)度低于理論結(jié)合強(qiáng)度由σA>σth，有

有考慮到裂紋擴(kuò)展的臨界外加應(yīng)力σ=σf，由材料的斷裂強(qiáng)度：

可知σf<σth，即：裂紋的存在使得實(shí)際材料的斷裂強(qiáng)度

σf低于理論結(jié)合強(qiáng)σth設(shè)想在板上割開(kāi)一個(gè)垂直于拉伸方向的穿透裂紋，長(zhǎng)度為2c，出現(xiàn)裂紋以后，裂紋的上下表面不再有應(yīng)力，所以靠近裂紋表區(qū)域的應(yīng)力、應(yīng)變被松弛，系統(tǒng)將釋放出部分能量，Griffith從整個(gè)試樣的應(yīng)力和應(yīng)變分布計(jì)算了其釋放的能量為We=πc2σ2/EorWe=(1-μ2)πc2σ2/E表面能Ws=4cγ(長(zhǎng)度為2c，厚度為1的新斷面）裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展2dcdWe/2dc=d/2dc(πc2σ2/E)=πc2σ/EdWs/2dc=d/2dc(4cγ)=2γ臨界條件πc2σ/E=2γσf=(2Eγ/πc)1/2材料強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)Griffith從能量平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為裂紋擴(kuò)展的條件食物體內(nèi)儲(chǔ)存的彈性應(yīng)變能的減小大于或等于開(kāi)列形成兩個(gè)新表面所需增加的表面能，并推導(dǎo)得出平面應(yīng)變狀態(tài)下的斷裂強(qiáng)度為：可知，制備高強(qiáng)度材料的措施是：E和γ要大，而裂紋尺寸C要小。由于同種材料中大尺寸材料比小尺寸材料包含的裂紋數(shù)目更多，使得大尺寸材料的斷裂強(qiáng)度較低，這就是材料強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)。延性材料的斷裂強(qiáng)度金屬和非晶態(tài)高聚物類延性材料受力時(shí)產(chǎn)生塑性形變時(shí)消耗大量的能量，使得斷裂強(qiáng)度提高，引入擴(kuò)展單位面積裂紋所需的塑性功γp，可得延性材料的斷裂強(qiáng)度σf為:一般γp〉〉γ，即延性材料中塑性功γp控制著斷裂的過(guò)程，因此塑性功是阻止斷裂的一個(gè)重要的因素。陶瓷、玻璃等脆性材料有微米級(jí)微觀線度的裂紋時(shí)，就會(huì)發(fā)生低于理論結(jié)合強(qiáng)度的斷裂；而金屬和非晶態(tài)高聚物則在毫米級(jí)宏觀尺寸的裂紋時(shí)，才會(huì)發(fā)生地應(yīng)力的斷裂。

材料的斷裂韌性Irwin應(yīng)用彈性力學(xué)的應(yīng)力場(chǎng)理論，得出掰開(kāi)性（I型）裂紋尖端的應(yīng)力σA為：又因，代入上式，有按照斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)，引入一個(gè)考慮裂紋尺寸并表征材料特性的常數(shù)KIC,成為平面應(yīng)變斷裂韌性，當(dāng)時(shí)，所設(shè)計(jì)的構(gòu)件才安全，不致發(fā)生低應(yīng)力下的脆性斷裂。planestrainfracturetoughnessKIc;2.5裂紋的起源與快速擴(kuò)展一、裂紋的起源1、由于晶體微觀結(jié)構(gòu)中存在缺陷，當(dāng)受到外力作用時(shí)，在這些缺陷處就會(huì)引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋成核。2、材料表面的機(jī)械損傷與化學(xué)腐蝕形成表面裂紋。3、由于熱應(yīng)力形成裂紋二、裂紋的快速擴(kuò)展按照Griffith微裂紋理論，材料的斷裂強(qiáng)度不是取決于裂紋的數(shù)量．而是決定干裂紋的大小，即由最危險(xiǎn)的裂紋尺寸(臨界裂紋尺寸)決定材料的斷裂強(qiáng)度。一旦裂紋超過(guò)臨界尺寸就迅速擴(kuò)展使材料斷裂。三、防止裂紋擴(kuò)展的措施首先應(yīng)使作用應(yīng)力不超過(guò)臨界應(yīng)力，這樣裂紋就不會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展。其次，在材料中設(shè)置吸收能量的機(jī)構(gòu)也能阻止裂紋擴(kuò)展。此外，人為地在材料中造成大量極微細(xì)的裂紋(小于臨界尺寸)也能吸收能量，阻止裂紋擴(kuò)展。2.6無(wú)機(jī)材料中裂紋的亞臨界生長(zhǎng)裂紋除上述的快速失穩(wěn)擴(kuò)展外，還會(huì)在使用應(yīng)力下，隨著時(shí)間的推移而緩慢擴(kuò)展。這種緩慢擴(kuò)展也叫亞臨界生長(zhǎng)，或稱為靜態(tài)疲勞(材料在循環(huán)應(yīng)力或漸增應(yīng)力作用下的延時(shí)破壞叫做動(dòng)態(tài)疲勞)。裂紋緩慢生長(zhǎng)的結(jié)果是裂紋尺寸逐漸加大。一旦達(dá)到臨界尺寸就會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展而破壞。一、應(yīng)力腐蝕理論：實(shí)質(zhì)在于在一定的環(huán)境溫度和應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子作用下，材料中關(guān)鍵裂紋尖端處，裂紋擴(kuò)展動(dòng)力與裂紋擴(kuò)展阻力的比較，構(gòu)成裂紋開(kāi)裂或止裂的條件。二、高溫下裂紋尖端的應(yīng)力空腔作用三、亞臨界裂紋生長(zhǎng)速率與應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的關(guān)系四、根據(jù)亞臨界裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)材料壽命無(wú)機(jī)材料制品在實(shí)際使用溫度下，經(jīng)受長(zhǎng)期應(yīng)力隊(duì)的作用，制品上典型受力區(qū)的最長(zhǎng)裂紋將會(huì)有亞臨界裂紋緩慢擴(kuò)展，最后導(dǎo)致斷裂。1．無(wú)損探傷法2.保證試驗(yàn)法2.7顯微結(jié)構(gòu)對(duì)材料脆性斷裂的影響一、晶粒尺寸對(duì)多晶材料．大量試驗(yàn)證明晶粒愈小，強(qiáng)度愈高，因此微晶材料就成為無(wú)機(jī)材料發(fā)展的一個(gè)重要方向細(xì)晶材料晶界比例大，沿晶界破壞時(shí)，裂紋的擴(kuò)展要走迂回曲折的道路。晶粒愈細(xì)，此路程愈長(zhǎng)。此外，多晶材料中初始裂紋尺寸與晶粒度相當(dāng)，晶粒愈細(xì)，韌始裂紋尺寸就愈小，這樣就提高了臨界應(yīng)力。二、氣孔的影響大多數(shù)無(wú)機(jī)材料約彈性模量和強(qiáng)度都隨氣孔率的增加而降低。這是因?yàn)闅饪撞粌H減小了負(fù)荷面積．而且在氣孔鄰近區(qū)域應(yīng)力集中，減弱材料的負(fù)荷能力。2.9提高無(wú)機(jī)材料強(qiáng)度改進(jìn)材料韌性的途徑E、γ、C一、微晶、高密度與高純度二、提高抗裂能力與預(yù)加應(yīng)力：熱韌化（拋物線應(yīng)力分布）三、化學(xué)強(qiáng)化：預(yù)加應(yīng)力更大四、相變?cè)鲰g：ZrO2四方相到單斜相五、彌散增韌：微粉（化學(xué)相容、物理潤(rùn)濕）定義Residualstressisdefinedas“thestressresidentinsideacomponentorstructureafterallappliedforceshavebeenremoved”.Compressiveresidualstressactsbypushingthematerialtogether,pressiveresidualtendstoincreasefatiguestrengthandfatiguelife,slowcrackpropagation,andincreaseresistancetoenvironmentallyassistedcracking.Tensileresidualstressinthesurfaceofthecomponentisgenerallyundesirableasitdecreasesfatiguestrengthandfatiguelife,increasescrackpropagationandlowersresistancetoenvironmentallyassistedcracking.Inthetougheningprocess,thesurfacesoftheglassareheatedinafurnace.Recommendedtemperaturesvarybuttheglassreachestemperaturesofover600°C.Thehotglassisthencooledrapidlybyablastofairoveraperiodofbetween3and10seconds.thesurfacesshrink,and(atfirst)tensilestressesdeveloponthesurfaces.Asthebulkoftheglassbeginstocool,itcontracts.Thealreadysolidifiedsurfacesoftheglassarethenforcedtocontract,andconsequently,theydevelopresidualcompressivesurfacestresses,whiletheinteriorzonedevelopscompensatingtensilestresses.Thetensionzoneinthecoreoftheglasstakesupabout60%ofthecross-sectionalareaoftheglass.裂縫增長(zhǎng)時(shí)，必然選擇局部的張應(yīng)力區(qū)域而不會(huì)進(jìn)入局部壓縮應(yīng)力區(qū)域，故會(huì)偏移增長(zhǎng)方向，造成增韌[圖5-17(a)]

如果分散相的斷裂韌性大于基體，則分散相粒子可以阻礙裂縫增長(zhǎng)，裂縫不能從分散相中間通過(guò)，使其增長(zhǎng)的路線呈弓形，這一機(jī)理稱為裂縫彎弓。[圖5-17(b)]。

金屬能夠發(fā)生塑性形變，這一過(guò)程消耗了大量能量；金屬還能夠通過(guò)變形，在裂縫上“架橋”，阻止裂縫的增長(zhǎng)[圖5-17(c)]。

晶須增強(qiáng)可能涉及三種機(jī)理：“架橋”作用，裂縫偏移與脫粘、拔出作用[圖5-17(d)]。晶片增韌的機(jī)理與晶須基本差不多[圖5-17(e)]。連續(xù)纖維的增韌主要源于裂縫尾部纖維的拔出，而纖維的拔出又強(qiáng)烈依賴于界面的滑動(dòng)阻力與纖維的性質(zhì)。纖維與陶瓷基體的結(jié)合不宜過(guò)強(qiáng)，也不宜過(guò)弱。結(jié)合強(qiáng)度恰到好處時(shí)可獲得最大的韌性。

2.10復(fù)合材料在一種基本材料中加入另一種粉體材料或纖維材料制成復(fù)合材料是提高強(qiáng)度和改善脆性的有效措施，在許多方面已得到廣泛應(yīng)用。選擇原則：1主要受力2纖維與基體結(jié)合強(qiáng)度適當(dāng)3應(yīng)力作用方向4熱膨脹系數(shù)5高溫下的化學(xué)相容復(fù)合材料一、連續(xù)纖維單向強(qiáng)化復(fù)合材料的強(qiáng)度二、短纖維單向強(qiáng)化復(fù)合材科

如果用短纖維來(lái)強(qiáng)化，則纖維長(zhǎng)度必須大于臨界長(zhǎng)度才能起到增強(qiáng)作用。此臨界長(zhǎng)度可以根據(jù)力的平衡條件求得。

2.11無(wú)機(jī)材料的硬度（復(fù)習(xí)、自學(xué)）硬度是材料的一種重要力學(xué)性能，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于測(cè)量方法不同，測(cè)得的硬度所代表的材料性能也各異。例如金屬材料常用的硬度測(cè)量方法是在靜荷載下，將某種硬的物體壓入材料，這樣測(cè)得的硬度主要僅反映材料抵抗塑性形變的能力。而陶瓷、礦物材料使用的壓痕硬度卻反映材料抵抗破壞的能力。所以硬度沒(méi)有統(tǒng)一的意義，各種硬度單位也不同，彼此間沒(méi)有固定的換算關(guān)系。陶瓷及礦物材料常用的劃痕硬度叫做莫氏硬度，它只表示硬度由小到大的順序，順序在后面的材料能劃破前面材料的表面。第三章無(wú)機(jī)材料的熱學(xué)性能熱性能的物理本質(zhì)均與晶格熱振動(dòng)有關(guān)（3.1）。質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用，以波的形式在材料中傳播（格波）。3.1無(wú)機(jī)材料的熱容熱容是分子熱運(yùn)動(dòng)的能量隨溫度而變化的一個(gè)物理量。熱容是物體溫度升高1K所需要增加的能量。一、晶態(tài)固體熱容的經(jīng)驗(yàn)定律和經(jīng)典理論兩個(gè)有關(guān)晶體熱容的經(jīng)驗(yàn)定律：元素的熱容定律——杜隆—珀替定律：恒壓下元素的原子熱容為25J／（K·mol）化合物的熱容定律——柯普定律：化合物分子熱容等于構(gòu)成此化合物各元素原子熱容之和。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果高溫符合，低溫減小二、晶態(tài)固體熱容的量子理論回顧三、無(wú)機(jī)材料的熱容三、無(wú)機(jī)材料的熱容與材料結(jié)構(gòu)關(guān)系不大與氣孔率有關(guān)熱容小，提高相同溫度所需能量??；可以加快升溫降溫速度，降低熱量損耗隔熱保溫材料：熱容小/氣相熱導(dǎo)率低3.2無(wú)機(jī)材料的熱膨脹一、熱膨脹系數(shù)物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹。實(shí)際上固體材料的熱膨脹系數(shù)并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨溫度稍有變化，通常隨溫度升高而加大，如圖3.5。二、固體材料熱膨脹機(jī)理固體材料的熱膨脹本質(zhì)：點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)間平均距離隨溫度升高而增大。熱膨脹機(jī)理:簡(jiǎn)諧振動(dòng)？非線性振動(dòng)？同一能量值a點(diǎn)處斜率大，斥力大；b點(diǎn)處斜率小，引力小。非對(duì)稱性P123：3.27式V(r)=V(r0)+1/2βδ2-1/3β’δ3

+…

δ4,5…

只考慮前兩項(xiàng)：簡(jiǎn)諧振動(dòng)考慮前三項(xiàng)：非簡(jiǎn)諧振動(dòng)考慮前四、五項(xiàng)：熱膨脹系數(shù)與溫度有關(guān)熱膨脹和其他性能的關(guān)系1、熱膨脹和結(jié)合能、熔點(diǎn)的關(guān)系由于固體材料的熱膨脹與晶體點(diǎn)陣中質(zhì)點(diǎn)的位能性質(zhì)有關(guān)。質(zhì)點(diǎn)的位能性質(zhì)是由質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力特性所決定的。質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力很強(qiáng)，則位階深而狹窄，升高同樣的溫度差，質(zhì)點(diǎn)振幅增加得較少，故平均位置的位移量增加得較少，因此，熱膨脹系數(shù)較小。2、熱膨脹與溫度、熱容的關(guān)系熱膨脹是固體材料受熱以后晶格振動(dòng)加劇而引起的容積膨脹，而晶格振動(dòng)的激化就是熱運(yùn)動(dòng)能量的增大。升高單位溫度時(shí)能量的增量也就是熱容的定義。所以熱膨脹系數(shù)顯然與熱容密切相關(guān)并有著相似的規(guī)律。3、熱膨脹和結(jié)構(gòu)的關(guān)系對(duì)于相同組成的物質(zhì)，由于結(jié)構(gòu)不同，膨脹系數(shù)也不同。通常結(jié)構(gòu)緊密的晶體，膨脹系數(shù)較大，而類似于無(wú)定形的玻璃，則往往有較小的膨脹系數(shù)。四、多晶體和復(fù)合材料的熱膨脹各向同性晶體組成的多晶體的熱膨脹系數(shù)與單晶體相同。假如晶體是各向異性的，或復(fù)合材料中各相的膨脹系數(shù)不相同，則它們?cè)跓珊蟮睦鋮s過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致了熱膨脹。理論計(jì)算：復(fù)合材料所有組成各向同性且均勻分布，但各相的膨脹系數(shù)不相同，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力——克爾納曲線/特納曲線熱膨脹應(yīng)用：封接/涂層3.3無(wú)機(jī)材料的熱傳導(dǎo)一、固體材料熱傳導(dǎo)的宏觀規(guī)律熱傳導(dǎo)的定義熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）二、固體材料熱傳導(dǎo)的微觀機(jī)理固體中的導(dǎo)熱主要是由晶格振動(dòng)的格波和自由電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在金屬中由于有大量的自由電子，而且電子的質(zhì)量很輕，所以能迅速地實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。因此，金屬一般都具有較大的熱導(dǎo)率。雖然晶格振動(dòng)對(duì)金屬導(dǎo)熱也有貢獻(xiàn)，只是很次要的。在非金屬晶體，如一般離子晶體的晶格中，自由電子是很少的，因此，晶格振動(dòng)是它們的主要導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)。格波可分為聲頻支和光頻支兩類。1、聲子和聲子熱導(dǎo)把格波的傳播看成是質(zhì)點(diǎn)——聲子的運(yùn)動(dòng)，就可以把格波與物質(zhì)的相互作用理解為聲子和物質(zhì)的碰撞，把格波在晶體中傳播時(shí)遇到的散射看作是聲子同晶體中質(zhì)點(diǎn)的碰撞，把理想晶體個(gè)熱阻歸結(jié)為聲子—聲子的碰撞。格波間相互作用愈強(qiáng)，也就是聲子間碰撞幾率愈大。相應(yīng)的平均自由程愈小，熱導(dǎo)率也就愈低。因此，這種聲子間碰撞引起的散射是晶格中熱阻的主要來(lái)源。氣體熱傳導(dǎo)公式：λ=1/3*cνl

ν，l是變量2、光子熱導(dǎo)固體中除了聲子的熱傳導(dǎo)外，還有光子的熱傳導(dǎo)。這是因?yàn)楣腆w中分子、原子和電子的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，會(huì)輻射出頻率較高的電磁波。對(duì)于介質(zhì)中輻射傳熱過(guò)程，可以定性地解釋為：任何溫度下的物體既能輻射出一定頻率的射線，同樣也能吸收類似的射線。在熱穩(wěn)定狀態(tài)，介質(zhì)中任一體積元平均輻射的能量與平均吸收的能量相等。當(dāng)介質(zhì)中存在溫度時(shí)，相鄰體積間溫度高的體積元輻射的能量大，吸收的能量小；溫度較低的體積元正好相反，吸收的能量大于輻射的，因此，產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，整個(gè)介質(zhì)中熱量從高溫處向低溫處傳遞。λ=16/3*σn2T3lr與輻射線的透明性有關(guān)溫度的影響顯微結(jié)構(gòu)三、影響熱導(dǎo)率的因素聲子：λ=1/3*cvl；光子λ=16/3*σn2T3lr1、溫度的影響2、顯微結(jié)構(gòu)的影響：晶體(結(jié)構(gòu)復(fù)雜）/多晶體/非晶3、化學(xué)組成的影響：質(zhì)點(diǎn)大小、性質(zhì)不同（質(zhì)點(diǎn)大λ?。?、復(fù)相陶瓷的熱導(dǎo)率：3.48式，連續(xù)相λc/分散相λd5、氣孔的影響:

λ=

λs(1-p),p為氣孔率考慮氣孔的輻射傳熱：3.50式課堂作業(yè)題為什么金剛石是熱導(dǎo)率大的材料？P169：習(xí)題3根據(jù)聲子導(dǎo)熱機(jī)理和影響熱導(dǎo)率因素設(shè)計(jì)一種熱導(dǎo)率小的材料。理想設(shè)計(jì)---結(jié)合用途篩選---工藝可行性？熱電材料熱電優(yōu)值ZT=α2σ/λ具有塞貝克效應(yīng)：確定材料電導(dǎo)率大熱導(dǎo)率小3.4無(wú)機(jī)材料的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性是指材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力，所以又稱為抗熱震性。由于無(wú)機(jī)材料在加工和使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受到環(huán)境溫度起儀的熱沖擊，因此，熱穩(wěn)定性是無(wú)機(jī)材料的一個(gè)重要性能。熱穩(wěn)定性的表示方法：—般采用比較直觀的測(cè)定方法。熱應(yīng)力：不改變外力作用狀態(tài)，材料僅因熱沖擊造成開(kāi)裂和斷裂而損壞，這必然是由于材料在溫度作用下產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，超過(guò)了材料的力學(xué)強(qiáng)度極限所致。由于材料熱膨脹或收縮引起的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力表征熱穩(wěn)定性參數(shù)抗熱沖擊斷裂性能（熱彈性力學(xué)，以強(qiáng)度-應(yīng)力為判據(jù)，裂紋成核）1、第一熱應(yīng)力斷裂抵抗因子R:材料所能承受的最大安全溫差R=σf(1-μ)/αE,主要表征急冷急熱時(shí)的情況β≥50。2、第二熱應(yīng)力斷裂抵抗因子R’：考慮散熱情況R’=Rλ，主要表征材料內(nèi)部外部溫差小且穩(wěn)定分布的情況β≦0.5。3、第二熱應(yīng)力斷裂抵抗因子R’’：表征冷卻速率引起材料中的溫度梯度及熱應(yīng)力，R’’=R*a，a=λ/ρcp為導(dǎo)溫系數(shù)。抗熱沖擊損傷性（斷裂力學(xué)，以應(yīng)變能-斷裂能為判據(jù)）：應(yīng)力下裂紋的擴(kuò)展R’’’=E/σ2(1-μ)R’’’’=Eγ/σ2(1-μ)正比于微裂紋半長(zhǎng)和裂紋條數(shù)上述理論有無(wú)問(wèn)題？五、提高抗熱沖擊斷裂性能的措施1、提高材料強(qiáng)度σ，減小彈性模量E，使σ/E提高2、提高材料的熱導(dǎo)率λ，使R’提高3、減小材料的熱膨脹系數(shù)α4、減小表面熱傳遞系數(shù)h5、減小產(chǎn)品的有效厚度力學(xué)、熱學(xué)性能總結(jié)三大材料的力學(xué)性能特點(diǎn)脆性的原因及改進(jìn)措施熱學(xué)性能的本質(zhì)、微觀機(jī)理：熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)、熱穩(wěn)定性課堂作業(yè)：

根據(jù)力學(xué)性能、熱學(xué)性能相關(guān)原理設(shè)計(jì)新型建筑材料。提示：玻璃窗或墻體材料/結(jié)實(shí)、耐用、節(jié)能第四章無(wú)機(jī)材料的光學(xué)性能

為什么天空是蘭色的？為什么鉆石光彩奪目？發(fā)光二極管的原理是什么？太陽(yáng)能電池的工作原理是是什么？Al2O3能不能做成透明的？光的基本性質(zhì)介質(zhì)對(duì)光的折射、色散與反射介質(zhì)對(duì)光的吸收透光性光的發(fā)射激光與激光材料回顧與總結(jié)光的現(xiàn)象光的微粒說(shuō)光的波動(dòng)說(shuō)光的電磁說(shuō)光的波粒二象性光的直線傳播光的傳播速度光的反射光的折射光的干涉光的衍射電磁波譜光譜?電磁波譜：可見(jiàn)光七彩顏色的波長(zhǎng)和頻率范圍人眼最為敏感的光是黃綠光，即附近。電磁波光譜電磁波譜

4.1光通過(guò)介質(zhì)的現(xiàn)象一、折射當(dāng)光從真空進(jìn)入較致密的材料時(shí)，其速度降低。光在真空和材料中的速度之比即為材料的折射率。影響n值的因素：1、構(gòu)成材料元素的離子半徑2、材料的結(jié)構(gòu)、晶型和非晶態(tài)3、材料所受的內(nèi)應(yīng)力4、同質(zhì)異構(gòu)體

在真空中，光以恒定的速度傳播，與光的頻率無(wú)關(guān)。然而，在通過(guò)任何物質(zhì)時(shí)，光的傳播速度要發(fā)生變化，而且不同頻率的光在同物質(zhì)中的傳播速度也不同；這一事實(shí)在折射現(xiàn)象中最明顯地反映了了出來(lái)，即物質(zhì)的折射率與光的頻率有關(guān)，折射率n取決于真空中光速c和物質(zhì)中光速u之比，即

這種光在介質(zhì)中的傳播速度（或介質(zhì)的折射率）隨其頻率（或波長(zhǎng)）而變化的現(xiàn)象，稱為光的色散現(xiàn)象。二、色散

1672年牛頓首先利用棱鏡的色散現(xiàn)象，把日光分解成了彩色光帶。

棱鏡的折射率為在棱鏡頂角A已知的條件下，通過(guò)最小偏向角δm的測(cè)量，利用上式可以得到棱鏡材料對(duì)該波長(zhǎng)的光的折射率n。用各種波長(zhǎng)λ的光入射，即可得到δm和n隨波長(zhǎng)λ的變化關(guān)系。

測(cè)量不同波長(zhǎng)光線通過(guò)棱鏡的最小偏向角，就可以算出棱鏡材料的折射率n與波長(zhǎng)λ之間的關(guān)系曲線，即色散曲線。實(shí)驗(yàn)表明，凡在可見(jiàn)光范圍內(nèi)無(wú)色透明的物質(zhì)，它們的色散曲線在形式上很相似，這些曲線的共同特點(diǎn)是，折射率n以及色散率dn/dλ的數(shù)值都隨著波長(zhǎng)的增加而單調(diào)下降，在波長(zhǎng)很長(zhǎng)時(shí)折射率趨于定值，這種色散稱為正常色散（normaldispersion）。正常色散一、定義

實(shí)驗(yàn)表明，在發(fā)生強(qiáng)烈吸收的波段，色散曲線發(fā)生能量明顯的不連續(xù)，折射率n隨著波長(zhǎng)的增加而增大，即dn/dλ>0，這種在吸收帶附近不符合科希公式，與正常色散曲線大不相同的特征稱之為反常色散（anomalousdispersion）盡管通常把這種色散稱為反常色散，但實(shí)際上它反映了物質(zhì)在吸收區(qū)域內(nèi)所普遍遵從的色散規(guī)律。大多數(shù)材料在遇到吸收帶時(shí)，色散曲線都有這種不連續(xù)的性質(zhì)。在吸收區(qū)域以外，物質(zhì)的色散曲線仍屬于正常曲線。反常色散三、反射

當(dāng)光線由介質(zhì)1入射到介質(zhì)2時(shí)，光在介質(zhì)面上分成了反射光和折射光。反射率R光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)全反射：當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于臨界角時(shí)，光線被100%反射的現(xiàn)象。此時(shí)不再有折射光線，入射光的能量全部回到第一介質(zhì)中。臨界角：光纖導(dǎo)光原理：全反射

光的全反射光纖結(jié)構(gòu)示意圖纖芯：575μm摻雜的SiO2，n一定或隨半徑增加而減小。包層:

總直徑為100200μm,折射率稍小于纖芯的摻雜的SiO2。涂敷層：硅銅或丙烯酸鹽，隔離雜光。護(hù)套：尼龍或有機(jī)材料，增加強(qiáng)度，保護(hù)光纖。纖芯包層涂敷層護(hù)套

光的全反射復(fù)習(xí)能帶pn結(jié)當(dāng)大量原子或分子聚集形成固體時(shí)，由于原子或分子之間的相互作用，各個(gè)不同能量孤立能級(jí)不可能完全重合而是擴(kuò)展成帶狀，能帶中電子能量是準(zhǔn)連續(xù)的，若固體中含有N個(gè)原子或分子，則每個(gè)能帶含有N個(gè)準(zhǔn)連續(xù)分布的能級(jí)。能帶（Energyband）成為表征固體中電子能量的物理概念。固體中電子能量既不象自由電子連續(xù)分布，也不象孤立原子是分立能級(jí)。充滿電子的能帶稱為滿帶（filledband），空的能帶稱為空帶（emptyband），滿帶與空帶之間電子不能存在稱為禁帶(forbiddenband)。特別是沒(méi)有充滿電子或完全空的更高能帶導(dǎo)帶(Conductionband)，導(dǎo)帶中的電子幾乎可以自由地在固體中運(yùn)動(dòng)。充滿了電子的最高能帶稱為價(jià)帶(Valenceband)。價(jià)帶中的電子是定域的，不能在晶體中自由運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的禁帶寬度稱為能帶間隙(bandgap)，用Eg來(lái)表示,等于導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂?shù)哪芰坎?，即Eg=Ec-Ev,從能帶概念很容易區(qū)分導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體。金屬中即使電子進(jìn)入最高能量的能帶，也不能完全填滿，大量存在作為載流子的自由電子，所以導(dǎo)電性高，一般為導(dǎo)體（conductor）。絕緣體(insulator)與本征半導(dǎo)體(intrinsicsemiconductor)僅區(qū)別于能帶間隙的大小不同。在絕對(duì)零度時(shí)能帶僅僅由全部滿帶和空帶構(gòu)成，載流子不存在，不顯示導(dǎo)電性。但是，能帶間隙小的本征半導(dǎo)體，如果溫度上升，產(chǎn)生自由電子和空穴，而且，不管成為哪種載流子，本征半導(dǎo)體隨著溫度升高，導(dǎo)電性增加。本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(dǎo)體(Semiconductor)指電導(dǎo)率介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。其能量系統(tǒng)分為許可能帶和禁帶，半導(dǎo)體禁帶寬度很窄，在室溫下由熱激發(fā)可引起電離而導(dǎo)電。其基本特性有：本征半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的上升而下降；導(dǎo)電性隨外界條件影響大，例光照、輻射，尤其是摻雜可顯著地改變導(dǎo)電性；溫差效應(yīng)和霍爾效應(yīng)比金屬明顯得多等。分為元素半導(dǎo)體(硅、鍺等)，化合物半導(dǎo)體(GaAs、CdS等)，非晶半導(dǎo)體(非晶硅)、有機(jī)半導(dǎo)體等?？捎糜谥瞥啥O管、三極管、集成電路、整流器、太陽(yáng)能電池、激光器及各種敏感器件(如光敏、色敏、氣敏、熱敏等)。本征半導(dǎo)體(Instrinsicsemiconductor)

不含雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體。載流子是由本征激發(fā)產(chǎn)生的，且形成的電子數(shù)目ne與空穴的數(shù)目nh相同。電阻率一般隨溫度的上升而下降，與金屬恰好相反。純凈半導(dǎo)體中價(jià)帶電子獲得足夠的熱能躍遷到導(dǎo)帶，成為導(dǎo)電電子，同時(shí)在價(jià)帶產(chǎn)生空穴的過(guò)程，稱為本征激發(fā)(Instrinsicexcitation)，其特點(diǎn)是電子和空穴成對(duì)產(chǎn)生。雜質(zhì)半導(dǎo)體(Impuritysemiconductor)

通過(guò)雜質(zhì)引入額外電子或空穴而改變材料導(dǎo)電性的半導(dǎo)體。載流子是由雜質(zhì)激發(fā)產(chǎn)生，可分為給出電子至導(dǎo)帶的n型半導(dǎo)體和接受價(jià)帶電子的p型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體中電子從施主能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子，或空穴從受主能級(jí)躍遷到價(jià)帶形成自由空穴的過(guò)程，稱為雜質(zhì)激發(fā)(Impurityexcitation)。n型半導(dǎo)體(電子型半導(dǎo)體)(n-typesemiconductor)是依靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體，它是導(dǎo)電電子密度超過(guò)空穴密度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。例如在四價(jià)元素硅或鍺中加入五價(jià)磷、砷或銻，雜質(zhì)原子作為替位式原子占據(jù)硅或鍺原子的位置，與其它硅或鍺原子形成共價(jià)鍵，但雜質(zhì)原子多出一個(gè)電子，成為可自由移動(dòng)的導(dǎo)電電子。加入半導(dǎo)體可產(chǎn)生n型半導(dǎo)體的雜質(zhì)稱為施主(施主雜質(zhì))(Donor)。它是帶正電荷而束縛電子的雜質(zhì)或者說(shuō)為導(dǎo)帶提供電子而不伴隨空穴產(chǎn)生的雜質(zhì)。它釋放電子后成為正電中心。被施主束縛的雜質(zhì)只有在獲得一定能量后成為導(dǎo)電電子，它的能級(jí)必然靠近導(dǎo)帶底，稱為施主能級(jí)。如果施主雜質(zhì)數(shù)量有限，隨溫度升高，電子受激全部進(jìn)入半導(dǎo)體導(dǎo)帶，繼續(xù)升溫，再無(wú)電子進(jìn)入導(dǎo)帶，形成施主耗竭(Donorexhaustion)此時(shí)半導(dǎo)體電導(dǎo)率將保持不變。只有溫度升高到本征激發(fā)開(kāi)始時(shí)，電導(dǎo)率才會(huì)變化。施主耗盡導(dǎo)致非本征條件下電導(dǎo)率的最大值。p型半導(dǎo)體(空穴型半導(dǎo)體)(p-typesemiconductor)是依靠空穴荷載電流的半導(dǎo)體，它是空穴密度超過(guò)導(dǎo)電電子密度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。例如在四價(jià)元素硅或鍺中加入三價(jià)硼、鋁或銦等，雜質(zhì)原子作為替位式原子占據(jù)硅或鍺原子的位置，與其它硅或鍺原子形成共價(jià)鍵，但雜質(zhì)原子缺一個(gè)電子，四價(jià)原子的價(jià)電子很容易轉(zhuǎn)移到雜質(zhì)原子，在硅或鍺中留下空穴。加入半導(dǎo)體可產(chǎn)生p型半導(dǎo)體的雜質(zhì)稱為受主(受主雜質(zhì))(Acceptor)。它為半導(dǎo)體的價(jià)帶提供空穴的雜質(zhì)，接受價(jià)帶電子成為帶負(fù)電的離子。只有被束縛的空穴吸收外界能量才可躍入價(jià)帶，它的能級(jí)必然位于價(jià)帶頂之上，稱為受主能級(jí)。如果受主雜質(zhì)數(shù)量有限，隨溫度升高，受主全部都接受了從價(jià)帶激發(fā)來(lái)的電子，再不可能接受，形成受主飽和(Acceptorsaturation)，此時(shí)半導(dǎo)體電導(dǎo)率將保持不變。只有溫度升高到本征激發(fā)開(kāi)始時(shí)，電導(dǎo)率才會(huì)變化。受主飽和導(dǎo)致非本征條件下電導(dǎo)率的最大值。

半導(dǎo)體中的空位、間隙原子、位錯(cuò)和各種復(fù)合體等缺陷，同雜質(zhì)一樣，也可在禁帶中引入孤立能級(jí)稱為缺陷能級(jí)(Defectlevel)。如果施主能級(jí)離導(dǎo)帶底很近，或受主能級(jí)離價(jià)帶頂很近，這樣的雜質(zhì)稱為淺能級(jí)雜質(zhì)(Lowlevelimpurity)。例如硅中的硼或磷，砷或銻等，離化能只有百分之幾電子伏。如果施主能級(jí)離導(dǎo)帶底較遠(yuǎn)，或受主能級(jí)離價(jià)帶頂較遠(yuǎn)這樣的的雜質(zhì)稱為深能級(jí)雜質(zhì)(Deeplevelimpurity)。它們大多能產(chǎn)生多重能級(jí)，形成多重電中心。例如硅、鍺中的非III、V族元素，如金、銀、銅等。4.2無(wú)機(jī)材料的透光性

----反射、吸收、散射一、介質(zhì)對(duì)光的吸收吸收的一般規(guī)律：光做為一種能量流，在穿過(guò)介質(zhì)時(shí)，引起介質(zhì)的價(jià)電子躍遷，或使原子振動(dòng)而消耗能量。此外，介質(zhì)中的價(jià)電子當(dāng)吸收光子能量而激發(fā)，當(dāng)尚未退激而發(fā)出光子時(shí)，在運(yùn)動(dòng)中與其它分子碰撞，電子的能量轉(zhuǎn)變成分子的動(dòng)能亦即熱能，從而構(gòu)成光能的衰減。如圖所示，光強(qiáng)為I0的單色平行光束沿x軸方向通過(guò)均勻物質(zhì)，在經(jīng)過(guò)一段距離x后光強(qiáng)已減弱到I，再通過(guò)一無(wú)限薄層dx后光強(qiáng)變?yōu)镮+dI(dI0)。實(shí)驗(yàn)表明，在相當(dāng)寬的光強(qiáng)度范圍內(nèi)，-dI相當(dāng)精確地正比于I和dx，即

-dI=αaIdxx+dxldxxII+dI光的吸收規(guī)律式中αa是與光強(qiáng)無(wú)關(guān)的比例系數(shù)，稱為該物質(zhì)的吸收系數(shù)（absorptioncoefficient）。于是，上式是光強(qiáng)的線性微分方程，表征了光的吸收的線性規(guī)律。介質(zhì)對(duì)光的吸收

吸收定律為了求出光束穿過(guò)厚度為l的物質(zhì)后光強(qiáng)的改變，可將上式改寫(xiě)為然后對(duì)x積分，即可得換言之，若入射光強(qiáng)為I0，則通過(guò)l的物質(zhì)后的光強(qiáng)為稱為布格定律（Bouguerlaw）或朗伯定律。該定律是布格（P.Bouguer，1698—1758）在1729年發(fā)現(xiàn)的，后來(lái)朗伯（J.H.Lambert，1728—1777）在1760年又重新作了表述。6-2

吸收定律實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)光被透明溶劑中溶解的物質(zhì)吸收時(shí)，吸收系數(shù)αa與溶液的濃度C成正比，即αa=AC，其中A是一個(gè)與濃度無(wú)關(guān)的常量。這時(shí)可以寫(xiě)成

稱為比爾定律（Beerlaw）。根據(jù)比爾定律，可以測(cè)定溶液的濃度，這就是吸收光譜分析的原理。比爾定律表明，被吸收的光能是與光路中吸收光的分子數(shù)成正比的，這只有每個(gè)分子的吸收本領(lǐng)不受周圍分子影響時(shí)才成立。事實(shí)也正是這樣，當(dāng)溶液濃度大到足以使分子間的相互作用影響到它們的吸收本領(lǐng)時(shí)就會(huì)發(fā)生對(duì)比爾定律的偏離。吸收定律–

比爾定律電子極化：只有當(dāng)光的頻率與電子極化時(shí)間的倒數(shù)處在同一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，由此引起的吸收才變得比較重要；電子吸收光子能量受激而越過(guò)禁帶；電子吸收光子能量受激進(jìn)入位于禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)上；所以，只有當(dāng)入射光子的能量與材料的某兩個(gè)能態(tài)之間的能量差值相等時(shí)，光量子才可能被吸收。同時(shí)，材料中的電子從較低能態(tài)躍遷到高能態(tài)。光的吸收是材料中的微觀粒子與光相互作用的過(guò)程中表現(xiàn)出的能量交換過(guò)程。

吸收的物理機(jī)制可見(jiàn)光中波長(zhǎng)最短的是紫光，波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是紅光：所以，Eg<1.8eV的半導(dǎo)體材料，是不透明的因?yàn)樗锌梢?jiàn)光都可以通過(guò)激發(fā)價(jià)帶電子向?qū)мD(zhuǎn)移而被吸收。Eg=1.83.1的非金屬材料，是帶色透明的因?yàn)橹挥胁糠挚梢?jiàn)光通過(guò)激發(fā)價(jià)帶電子向?qū)мD(zhuǎn)移而被材料吸收。

吸收的物理機(jī)制禁帶較寬的介電固體材料也可以吸收光波，但吸收機(jī)理不是激發(fā)電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，而是因其雜質(zhì)在禁帶中引進(jìn)了附加能級(jí)，使電子能夠吸收光子后實(shí)現(xiàn)從價(jià)帶到受主能級(jí)或從施主能級(jí)到導(dǎo)帶的躍遷。

吸收的物理機(jī)制除了真空，沒(méi)有一種物質(zhì)對(duì)所有波長(zhǎng)的電磁波都是絕對(duì)透明的。任何一種物質(zhì)，它對(duì)某些波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光可以是透明的，而對(duì)另一些波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光卻可以是不透明的。例如，在光學(xué)材料中，石英對(duì)所有可見(jiàn)光幾乎都透明的，在紫外波段也有很好的透光性能，且吸收系數(shù)不變，這種現(xiàn)象為一般吸收；但是對(duì)于波長(zhǎng)范圍為3.5—5.0μm的紅外光卻是不透明的，且吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)劇烈變化，這種現(xiàn)象為選擇吸收。換言之，石英對(duì)可見(jiàn)光和紫外線的吸收甚微，而對(duì)上述紅外光有強(qiáng)烈的吸收。一般吸收和選擇吸收

又例如，普通玻璃對(duì)可見(jiàn)光是透明的，但是對(duì)紅外線主紫外線都有強(qiáng)烈的吸收，是不透明的。因此在紅外光譜儀中，棱鏡常用對(duì)紅外線透明的氯化鈉晶體和氟化鈣晶體制作；而紫外光譜儀中，棱鏡常用對(duì)紫外線透明的石英制作。實(shí)際上，任何光學(xué)材料，在紫外和紅外端都有一定的透光極限。

任何物質(zhì)都有這兩種形式的吸收只是出現(xiàn)的波長(zhǎng)范圍不同而已。

6-3一般吸收和選擇吸收用具有連續(xù)譜的光（例如白光）通過(guò)具有選擇吸收的物質(zhì)，然后利用攝譜儀或分光光度計(jì)，可以觀測(cè)到在連續(xù)光譜的背景上呈現(xiàn)有一條條暗線或暗帶，這表明某些波長(zhǎng)或波段的光被吸收了，因而形成了吸收光譜（absorptionspectrum）。

吸收光譜物質(zhì)的發(fā)射譜（emissionspectrum）有：線狀譜（linespectrum），帶狀譜（bandspectrum）和連續(xù)譜等。大致說(shuō)來(lái)，原子氣體的光譜是線狀譜，而分子氣體、液體和固體的光譜是帶狀譜，吸收光譜的情況也是如此。值得注意的是，同一物質(zhì)的發(fā)射光譜和吸收光譜之間有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即物質(zhì)自身發(fā)射哪些波長(zhǎng)的光，它就強(qiáng)烈吸收這些波長(zhǎng)的光。

吸收光譜按照經(jīng)典的電磁理論，原子可以看成是一系列彈性偶極振子的組合，其中每個(gè)振子有一定的固有頻率，于是原子就有了一系列的固有頻率。這種偶極振子一旦被外部能源激發(fā)，每個(gè)振子都會(huì)以其固有頻率作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，并向周圍空間發(fā)出同一頻率的單色電磁波，從而在發(fā)射光譜上形成一條條的光譜線，形成了原子氣體的線狀發(fā)射光譜。當(dāng)包含有各種頻率的白光照射在原子氣體上時(shí)，只有那些頻率與原子有固有頻率一致的電磁波，會(huì)引起共振而被原子氣體強(qiáng)烈地吸收，于是在原子氣體的吸收光譜中形成了一條條與原子核固有頻率對(duì)應(yīng)的暗譜線。

吸收光譜光吸收與光波長(zhǎng)的關(guān)系金屬對(duì)光能吸收很強(qiáng)烈。這是因?yàn)榻饘俚膬r(jià)電子處于未滿帶，吸收光子后即呈激發(fā)態(tài)，用不著躍遷到導(dǎo)帶即能發(fā)生碰撞而發(fā)熱。電介質(zhì)材料的價(jià)電于所處的能帶是填滿了的。它不能吸收光子而自由運(yùn)動(dòng)，而光子的能量又不足以使價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶．所以在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)．吸收系數(shù)很小。二、介質(zhì)對(duì)光的散射材料中如果有光學(xué)性能不均勻的結(jié)構(gòu)，例如含有小粒子的透明介質(zhì)、光性能不同的晶界相：氣孔或其它夾雜物，都會(huì)引起一部分光束被散射，從而減弱光束強(qiáng)度。光的散射導(dǎo)致原來(lái)傳播方向上光強(qiáng)的減弱如果只計(jì)及各種散射因素，光強(qiáng)隨傳播距離的散射減弱仍符合指數(shù)衰減規(guī)律：對(duì)于一般介質(zhì)中光強(qiáng)的減弱，來(lái)自兩個(gè)方面：吸收和散射，因此光強(qiáng)衰減為：光散射現(xiàn)象光散射分類根據(jù)散射前后光子能量（或光波波長(zhǎng)）變化與否，分為彈性散射與非彈性散射

彈性散射：散射前后光的波長(zhǎng)（或光子能量）不發(fā)生變化，只改變方向的散射。非彈性散射：當(dāng)光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，從側(cè)向接受到的散射光主要是波長(zhǎng)（或頻率）不發(fā)生變化的瑞利散射光，屬于彈性散射。當(dāng)使用高靈敏度和高分辨率的光譜儀，可以發(fā)現(xiàn)散射光中還有其它光譜成分，它們?cè)陬l率坐標(biāo)上對(duì)稱地分布在彈性散射光的低頻和高頻側(cè)，強(qiáng)度一般比彈性散射微弱地多。這些頻率發(fā)生改變的光散射是入射光子與介質(zhì)發(fā)生非彈性碰撞的結(jié)果，稱為非彈性散射。一、彈性散射分類按照散射中心尺度a0與入射光波長(zhǎng)λ是大小，分為三類：1.廷德?tīng)柹⑸銽yndallScattering

(J.Tyndall，1820-1893)當(dāng)a0?λ時(shí)，σ→0即散射中心的尺度遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)時(shí)，散射光強(qiáng)與入射光波長(zhǎng)無(wú)關(guān)如粉筆灰、白云呈白色例如在膠體、乳濁液以及含有煙、霧或灰塵的大氣中的散射。光散射分類2.米氏散射MieScattering當(dāng)a0與λ相近時(shí)，σ=0-4即散射中心的尺度與光波波長(zhǎng)可以比擬時(shí)，σ在0-4之間,具體取值與散射中心有關(guān).米氏散射性質(zhì)比較復(fù)雜。

光散射分類3.瑞利散射Rayleighscattering當(dāng)a0?λ時(shí)，σ=4即當(dāng)散射中心的線度遠(yuǎn)小于入射光的波長(zhǎng)時(shí)，散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的4次方成反比通常我們把線度小于光的波長(zhǎng)的微粒對(duì)入射光的散射，稱為瑞利散射（Rayleighscattering）。瑞利散射不改變?cè)肷涔獾念l率。

光散射分類為了解釋天空為什么呈蔚藍(lán)色，瑞利（J.W.S.Rayleigh，1842-1919）研究了線度比光的波長(zhǎng)小的微粒的散射問(wèn)題，在1871年提出了散射光強(qiáng)與波長(zhǎng)的四次方成反比的關(guān)系，即這就是瑞利散射定律。

光散射分類瑞利散射定律在散射微粒的尺度比光的波長(zhǎng)小的條件下，作用在散射微粒上的電場(chǎng)可視為交變的均勻場(chǎng)，于是散射微粒在極化時(shí)只感生電偶極矩而沒(méi)有更高級(jí)的電矩。按照電磁理論，偶極振子的輻射功率正比于頻率的四次方。瑞利認(rèn)為，由于熱運(yùn)動(dòng)破壞了散射微粒之間的位置關(guān)聯(lián)，各偶極振子輻射的子波不再是相干的，計(jì)算散射光強(qiáng)時(shí)應(yīng)將子波的強(qiáng)度而不是振幅疊加起來(lái)。因此，散射光強(qiáng)正比于頻率的四次方,即反比于波長(zhǎng)的四次方。實(shí)驗(yàn)和理論都證明,較大的顆粒對(duì)光的散射不遵從瑞利散射定律，這時(shí)散射光強(qiáng)與波長(zhǎng)的依賴關(guān)系就不十分明顯了。光散射分類3.瑞利散射按照瑞利散射定律，我們不難理解晴天時(shí)晨陽(yáng)與午陽(yáng)的顏色不同。入射波長(zhǎng)越長(zhǎng)，散射光強(qiáng)越小，即長(zhǎng)波散射（紅橙色光）要小于短波散射（藍(lán)紫色光）。因?yàn)榇髿饧皦m埃對(duì)光譜上藍(lán)紫色光的散射比紅橙色光為甚，陽(yáng)光透過(guò)大氣層越厚，其中藍(lán)紫色光成分損失越多，太陽(yáng)顯得越紅。光散射分類Global早晨中午太陽(yáng)光二、非彈性散射分類1.拉曼散射（Ramanscattering）是分子或點(diǎn)陣振動(dòng)的光學(xué)聲子（即光學(xué)模）對(duì)光波的散射。在光譜圖上距離瑞利線較遠(yuǎn)，它們與瑞利線的頻差可因散射介質(zhì)能級(jí)結(jié)構(gòu)不同而在100104之間變化。2.布里淵散射（Brillouinscattering）是點(diǎn)陣振動(dòng)引起的密度起伏或超聲波對(duì)光波的非彈性散射，即點(diǎn)陣振動(dòng)的聲學(xué)聲子（即聲學(xué)模）與光波之間的能量交換結(jié)果。由于聲學(xué)聲子的能量低于光學(xué)聲子，所以布里淵散射的頻移比拉曼散射小，在光譜圖上它們緊靠在瑞利線旁，只能用高分辨的雙單色儀等光譜儀才能分辨出來(lái)。光散射分類三、無(wú)機(jī)材料的透光性影響因素：

1吸收系數(shù)：可見(jiàn)光范圍較低，影響較小；

2反射系數(shù)：取決于相對(duì)折射率/表面光潔度；

3散射系數(shù)（主要影響）：材料的宏觀及顯微缺陷/晶粒排列方向/氣孔無(wú)機(jī)材料是一種多晶多相體系，內(nèi)含雜質(zhì)、氣孔、晶界、微裂紋等缺陷，光通過(guò)無(wú)機(jī)材料時(shí)會(huì)遇到一系列的阻礙，所以無(wú)機(jī)材料并不象晶體、玻璃體那樣透光。多數(shù)無(wú)機(jī)材料看上去是不透明的。這主要是由于散射引起的。討論題：1Al2O3納米干凝膠是透明的，研磨后變成白色粉末，原因是什么？工藝上有什么方法？2如何得到燒成的透明Al2O3？氣孔和雜質(zhì)造成的散射晶界處的散射晶界處的反射和折射四、提高無(wú)機(jī)材料透光性的措施1、提高原材料純度2、摻加外加劑3、工藝措施4.3界面反射和光澤一、鏡反射和漫反射材料表而光潔度非常高的情況下的反射，反射光線具有明確的方向性，一般稱之為鏡反射。因此當(dāng)光照射到粗糙不平的材料表面上時(shí)，發(fā)生相當(dāng)?shù)穆瓷洹?.5無(wú)機(jī)材料的顏色著色：著色化合物/膠體粒子/形成色心本質(zhì)：物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收/吸收后剩下色調(diào)較純的反射或透射光光的選擇性吸收機(jī)理：著色化合物：某些簡(jiǎn)單離子或復(fù)合離子膠體粒子：金屬?zèng)Q定于粒子大?。环墙饘?zèng)Q定于粒子的化學(xué)組成色心：缺陷工藝影響因素：溫度4.6其他光學(xué)性能的應(yīng)用一、熒光物質(zhì)---指示牌/半導(dǎo)體照明工程

電子從激發(fā)能級(jí)向較低能級(jí)的衰變可能伴隨有熱量向周圍傳遞，或者產(chǎn)生輻射，在此過(guò)程中，光的發(fā)射稱為熒光（快）或磷光（慢），取決于激發(fā)和發(fā)射之間的時(shí)間。二、激光器許多陶瓷材料已用作固體激光器的基質(zhì)和氣體激光器的窗口材料。光發(fā)射的定義材料以某種方式吸收能量之后，將其轉(zhuǎn)化為光能即發(fā)射光子的過(guò)程，這就是光發(fā)射。自然界中很多物質(zhì)都可發(fā)光，但近代顯示技術(shù)所用的發(fā)光材料主要是無(wú)機(jī)化合物，在固體材料中主要是采用禁帶寬度較大的絕緣體，其次的半導(dǎo)體它們通常以多晶粉末、薄膜或單晶的形式被應(yīng)用。從應(yīng)用的角度，主要關(guān)注材料的光學(xué)性能包括：發(fā)光顏色、發(fā)光強(qiáng)度及延續(xù)時(shí)間等。光源-能夠發(fā)光的物體

=(E2-E1)/hE1E2?原子光波列

(wavetrain)?一般光源的發(fā)光特點(diǎn)：

1間歇性；2隨機(jī)性。

（1）熱輻射（2）電致發(fā)光（3）光致發(fā)光（4）化學(xué)發(fā)光自發(fā)輻射（5）同步輻射光源（6）激光光源受激輻射激發(fā)態(tài)原子或分子的自發(fā)輻射

=(E2-E1)/hE1E2激發(fā)態(tài)原子或分子的受激輻射激勵(lì)方式材料發(fā)光前可以有多種方式向其注入能量激勵(lì)方式一、光激勵(lì)（光致發(fā)光）通過(guò)光的輻照將材料中的電子激發(fā)到高能態(tài)從而導(dǎo)致發(fā)光。

激勵(lì)光源可以采用光頻波段、x-射線波段、γ-射線波段。如熒光燈：通過(guò)紫外線激發(fā)涂布于燈管內(nèi)壁的熒光粉而發(fā)光。激勵(lì)方式二、陰極射線發(fā)光利用高能量的電子來(lái)轟擊材料，通過(guò)電子在材料內(nèi)部的多次散射碰撞，使材料中多種發(fā)光中心被激發(fā)或電離而發(fā)光的過(guò)程。如彩電的顏色：采用電子束掃描，激發(fā)顯象管內(nèi)表面上不同成分的熒光粉，使它們發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種基本光波而實(shí)現(xiàn)發(fā)光。激勵(lì)方式三、電激勵(lì)（電致發(fā)光）

通過(guò)對(duì)絕緣發(fā)光體施加強(qiáng)電場(chǎng)而導(dǎo)致發(fā)光，或者從外電路將電子（或空穴）注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶（或價(jià)帶），導(dǎo)致載流子復(fù)合而發(fā)光。如儀器指示燈的發(fā)光二極管：半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光。一、發(fā)射光譜：發(fā)射光強(qiáng)發(fā)射光波長(zhǎng)指在一定的激發(fā)條件下發(fā)射光強(qiáng)按波長(zhǎng)的分布。其形狀與材料的能量結(jié)構(gòu)有關(guān)。反映材料中從高能級(jí)始發(fā)的向下躍遷過(guò)程。材料發(fā)光的基本性質(zhì)二、激發(fā)光譜：發(fā)光強(qiáng)度激發(fā)光波長(zhǎng)指材料發(fā)射某一特定譜線（或譜帶）的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)光的波長(zhǎng)而變化的曲線能夠引起材料發(fā)光的激發(fā)波長(zhǎng)也一定是材料可以吸收的波長(zhǎng)，但激發(fā)光譜≠吸收光譜（因?yàn)橛械牟牧衔展夂蟛灰欢〞?huì)發(fā)射光，把吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉對(duì)發(fā)光沒(méi)有貢獻(xiàn)的吸收是不會(huì)在激發(fā)光譜上反映的）。反映材料中從基態(tài)始發(fā)的向上躍遷過(guò)程。材料發(fā)光的基本性質(zhì)三、發(fā)光壽命：發(fā)光壽命指發(fā)光體在激發(fā)停止之后持續(xù)發(fā)光時(shí)間的長(zhǎng)短。發(fā)光強(qiáng)度也以指數(shù)規(guī)律衰減：余輝時(shí)間：從激發(fā)停止時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度I0衰減到I0/10的時(shí)間，按余輝時(shí)間長(zhǎng)短分為：超長(zhǎng)余輝（＞1s）、長(zhǎng)余輝（0.11s）、中余輝（1100ms）、中短余輝（10-21ms）、短余輝（110μs）、超短余輝（＜1μs）材料發(fā)光的基本性質(zhì)n-初始激發(fā)態(tài)的電子數(shù)α-電子在單位時(shí)間內(nèi)躍遷到基態(tài)的概率τ=1/α–發(fā)光壽命四、發(fā)光效率量子效率ηq：指發(fā)射光子數(shù)nout與吸收光子數(shù)（或輸入的電子數(shù)）nin之比。功率效率ηp：表示發(fā)光功率Pout與吸收光功率（或輸入的電功率）Pin之比。光度效率ηl：表示發(fā)射的光通量L與輸入的光功率（或電功率）Pin之比。功率效率與光度效率的關(guān)系：

Φ（λ）-人眼的視見(jiàn)函數(shù)I（λ）-發(fā)光功率的光譜分布函數(shù)D–光功當(dāng)量材料發(fā)光的基本性質(zhì)以激光陶瓷為例按照發(fā)光中心與發(fā)光效率分：2.復(fù)合發(fā)光源于固體本征態(tài)的輻射躍遷固體能帶模型描述（限于最高能隙Eg內(nèi)）如II-VI、III-V族半導(dǎo)體發(fā)光1.分立中心發(fā)光3.特殊的復(fù)合發(fā)光BaF2型固體中局域中心內(nèi)部電子態(tài)間的輻射躍遷位形坐標(biāo)描述如稀土離子發(fā)光（寬禁帶絕緣體材料）發(fā)光分類發(fā)光的物理機(jī)制一、分立中心發(fā)光

—RE3+發(fā)光，雜質(zhì)、缺陷發(fā)光

其發(fā)光通常是摻雜在透明基質(zhì)材料中的離子，或基質(zhì)材料自身結(jié)構(gòu)的某一個(gè)基團(tuán)。選擇不同的發(fā)光中心和不同的基質(zhì)組合，可以改變發(fā)光體的發(fā)光波長(zhǎng)，調(diào)節(jié)其光色。發(fā)光中心分布在晶體點(diǎn)陣中，受晶體點(diǎn)陣作用，使其能量狀態(tài)發(fā)生變化進(jìn)而影響材料發(fā)光性能。發(fā)光的物理機(jī)制根據(jù)發(fā)光中心與晶體點(diǎn)陣之間相互作用的強(qiáng)弱可分為兩種情況：發(fā)光中心基本上是孤立的，它的發(fā)光光譜與自由離子相似；發(fā)光中心受基質(zhì)點(diǎn)陣電場(chǎng)（或晶體場(chǎng)）影響較大，其發(fā)光特性與自由離子不同，必須把中心和基質(zhì)作為一個(gè)整體來(lái)分析。發(fā)光的物理機(jī)制稀土離子發(fā)光：

“4f4f”電子組態(tài)間的躍遷

如Tb3+,Eu3+,Gd3+,Pr3+

…線譜“4f5d”電子組態(tài)間的躍遷

如Ce3+帶譜，允許躍遷

特點(diǎn)：豐富的能級(jí)，具有光譜的可調(diào)性。發(fā)光的物理機(jī)制缺陷發(fā)光—F心，PWO的綠光、紅光中心，ZnO的綠光，ZrO2的發(fā)光氧化物、氟化物、堿鹵化物，負(fù)離子缺位（電子陷阱）+eF心發(fā)光的物理機(jī)制1.固體“導(dǎo)帶電子—價(jià)帶空穴”間的復(fù)合2.“導(dǎo)帶電子—受主A（空穴）”或“價(jià)帶空穴—施主D（電子）”或“D—A”復(fù)合3.激子（“e—h”）或束縛激子的復(fù)合二、復(fù)合發(fā)光發(fā)光的物理機(jī)制固體中可能的躍遷（1）帶間吸收；（21）帶間發(fā)射或自由激子發(fā)射（因有一定結(jié)合能，略<Eg,圖上未顯示）；（22）有一定聲子參與的光發(fā)射；（3）—（5）與雜質(zhì)、缺陷有關(guān)的輻射復(fù)合；（6）分立中心內(nèi)部的發(fā)射；（7）無(wú)輻射（多聲子）弛豫；（8）俄歇Auger過(guò)程發(fā)光的物理機(jī)制應(yīng)用----半導(dǎo)體照明工程（發(fā)光二極管LED）優(yōu)點(diǎn)：綠色環(huán)保、壽命超長(zhǎng)、高效節(jié)能、抗惡劣環(huán)境、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、響應(yīng)快、工作電壓低及安全性好突破：20世紀(jì)90年代中期，日本日亞化學(xué)公司的Nakamura等人經(jīng)過(guò)不懈努力，突破了