第6章 固体物理和新材料 §6.1-6.4.ppt

第六章固体物理和新材料
§ 晶体的结构和结合
§ 金属的自由电子理论
§ 固体的能带
§ 导体、半导体和绝缘体
§ 半导体
§ 超导
§ 纳米材料和纳米技术简介
前言
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研究内容丰富多彩,吸引人们探索错踪复杂、层次重叠的物质世界的奥秘;
向相邻学科领域渗透,促进了交叉学科的发展;
研究与开发新材料,新器件,新工艺的理论基础;
研究成果具有广阔的应用前景,由它衍生的高新技术对人类社会产生巨大影响。
固体物理学是凝聚态物理学的主体
——物理学领域最庞大,最重要的分支学科
前言
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固态:晶态、非晶态、准晶态
液态:
介于固、液之间的居间态:
液晶、聚合物、分子膜、凝胶
低温下某些特殊量子态:超导、超流
凝聚态物理学的研究对象
——物理学领域最庞大,最重要的分支学科
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固体的结构与振动激发
固体的缺陷与扩散
固体的电子性质
固体的磁学性质
半导体
表面与界面
临界现象与相变
……
不断涌现的新问题
对人们的智力提出强有力的挑战
凝聚态物理学研究内容丰富多彩
4
凝聚态物理学研究成果显著
发表论文数量质量均居榜首
诺贝尔物理学获得者人数比例最大( 1970年以来约有20多人次)

交叉学科应运而生
高新技术潜力无穷
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晶体非晶体
结构: 规则排列的对称性无一定规则排列
宏观性质: 多为各向异性各向同性
熔点: 有确定的熔点逐渐软化
固体分两大类: 晶体和非晶体
从物理性质和功能上又习惯分为:
金属、陶瓷、高分子材料、复合材料、半导体材料
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金属材料
—有大量的自由电子
—电和热的良导体
—对可见光不透明
—高强度、高形变
—主要用于结构材料
陶瓷
—金属与非金属的化合物,氧化物、氮化物、碳化物
—电和热的绝缘体
—硬度高、脆性大
—耐高温和其他恶劣环境
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高分子材料
—大部分是有机化合物,由碳、氢和其他元素组成
—具有复杂的分子结构
—密度低
—容易变形
复合材料
—不同类型材料的组合
—结合各组成材料的优点,赋予新的性质
半导体材料
—电学性质对于微量元素掺杂敏感
—导电性介于导体和绝缘体之间
—电子工业和计算机工业的基础材料
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§ 晶体的结构和结合
也有例外,同样的物理特性但是不能归于同一类:
比如超导体,既可能是金属,也可能是陶瓷!
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形形色色的晶体
美丽的光泽
规则的形状

奇特的性能
1,晶体的结构
晶体中的原子规则排列形成晶格-具有周期性
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