材料物理性能答案

1、第 - 1 - 頁第一章：材料電學性能1 如何評價材料的導電能力？如何界定超導、導體、半導體和絕緣體材 如何評價材料的導電能力？如何界定超導、導體、半導體和絕緣體材料？ 料？用電阻率ρ或電阻率σ評價材料的導電能力。按材料的導電能力（電阻率） ，人們通常將材料劃分為：2、經(jīng)典導電理論的主要內(nèi)容是什么？它如何解釋歐姆定律？它有哪些局限 、經(jīng)典導電理論的主要內(nèi)容是什么？它如何解釋歐姆定律？它有哪些局限性？ 性？金屬導體中，其原子的所有價電子

2、均脫離原子核的束縛成為自由電子，而原子核和內(nèi)層束縛電子作為一個整體形成離子實。所有離子實的庫侖場構成一個平均值的等勢電場，自由電子就像理想氣體一樣在這個等勢電場中運動。如果沒有外部電場或磁場的影響，一定溫度下其中的離子實只能在定域作熱振動，形成格波，自由電子則可以在較大范圍內(nèi)作隨機運動，并不時及離子實發(fā)生碰撞或散射，此時定域的離子實不能定向運動，方向隨機的自由電子也不能形成電流。施加外電場后，自由電子的運動就會在隨機熱運動基礎上疊加一個

3、及電場反方向的平均分量，形成定向漂移，形成電流。自由電子在定向漂移的過程中不斷及離子實或其它缺陷碰撞或散射，從而產(chǎn)生電阻。，電導率σ= （其中μ= ，為電子的漂移遷 E J? ?? ?移率，表示單位場強下電子的漂移速度） ，它將外加電場強度和導體內(nèi)的電流密度聯(lián)系起來，表示了歐姆定律的微觀形式。缺陷：該理論高估了自由電子對金屬導電能力的貢獻值，實際上并不是所有價電子都參及了導電。 （？把適用于宏觀物體的牛

4、頓定律應用到微觀的電子運動中，并且承認能量的連續(xù)性）3、自由電子近似下的量子導電理論如何看待自由電子的能量和運動行為？ 、自由電子近似下的量子導電理論如何看待自由電子的能量和運動行為？自由電子近似下，電子的本證波函數(shù)是一種等幅平面行波，即振幅保持為常數(shù)；電子本證能量 E 隨波矢量的變化曲線是一條連續(xù)的拋物線。4、根據(jù)自由電子近似下的量子導電理論解釋：準連續(xù)能級、能級的簡并狀 、根據(jù)自由電子近似下的量子導電理論解釋：準連續(xù)能級、能級的簡并

5、狀態(tài)、簡并度、能態(tài)密度、 態(tài)、簡并度、能態(tài)密度、k 空間、等幅平面波和能級密度函數(shù)。 空間、等幅平面波和能級密度函數(shù)。準連續(xù)能級：電子的本征能量是量子化的，其能量值由主量子數(shù) n 決定，并且其能量值也是不連續(xù)的，能級差及材料線度 L²成反比，材料的尺寸越第 - 3 - 頁，其中 E 為電子的能量, F E 為費米能量或化學勢， B k 為1 ] / ) exp[(1 ) ( ? ? ? T k E E E fB F波爾茲曼常數(shù)

6、，T 為絕對溫度。分布函數(shù)的物理意義表示：T 溫度下，能量為 E 的能態(tài)被電子占據(jù)的概率為 f（E） ，其圖形如圖：絕對零度時（基態(tài)） ，E0 的激發(fā)態(tài)） ，分布函數(shù)在費米能量附近的陡直程度下降了，分布對應的能量范圍約為 EF 附近 T kB 區(qū)間?？梢姕囟仍礁?，分布變化所對 ?應的能量范圍越寬。但 E=EF 時，f(E)恒等于 1/2.這種變化的物理本質(zhì)為：原來處于費米面以下鄰近費米能級的一部分電子由于受到 T kB 能量的熱激發(fā)而可

7、以躍遷到費米面以上能區(qū)。②費米面和費米能：按自由電子近似，電子的等能面在 k 空間是關于原點對稱的球面。特別有意義的是 E=EF 的等能面，它被稱為費米面，相應的能量成為費米能。③有效電子：能量位于費米面附近的部分價電子，當它們受到某種能量的激發(fā)而躍遷到允許電子存在的不滿態(tài)能區(qū)時，才能成為真正意義上的自由電子，我們把這些自由電子稱為有效電子。④價電子是有可能越過費米面而參及導電的所有電子的集合，屬于原子中比較活躍的電子，有效電子屬于價電

8、子，只是它越過了費米面而進入了未滿能帶而能夠參及導電。⑤費米半徑和價電子濃度 N 的關系：7、自由電子的平均能量及溫度有何種關系？溫度如何影響費米能級？根據(jù) 、自由電子的平均能量及溫度有何種關系？溫度如何影響費米能級？根據(jù)自由電子近似下的量子導電理論，試分析溫度如何影響材料的導電性。 自由電子近似下的量子導電理論，試分析溫度如何影響材料的導電性。①溫度升高，自由電子的平均能量升高。②溫度升高時，因為部分電子被激發(fā)，費米半徑減小，材料原子