功能材料及其應(yīng)用復(fù)習(xí)資料

1、緒論 緒論功能材料的定 功能材料的定義：具有 ：具有優(yōu)良的 良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、 學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)和生物 學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)功能及其相互 學(xué)功能及其相互轉(zhuǎn)化的功能，被用于非 化的功能，被用于非結(jié)構(gòu)目的的高技 構(gòu)目的的高技術(shù)材料 材料? 結(jié)合鍵：原子（離子或分子） ：原子（離子或分子）間的作用力。 的作用力。? 結(jié)合鍵分類：化學(xué) 化學(xué)鍵：離子 ：離子鍵、共價(jià) 、共價(jià)鍵、金屬 、金屬鍵物理 物理鍵：分子 ：

2、分子鍵、氫鍵 氫鍵。晶胞的定 晶胞的定義：在空 ：在空間點(diǎn)陣中，能代表空 中，能代表空間點(diǎn)陣結(jié) 陣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的小平行六面體， 構(gòu)特點(diǎn)的小平行六面體，反映晶格特征的最小幾何 反映晶格特征的最小幾何單元。 元。整個(gè)空 整個(gè)空間點(diǎn)陣可由晶胞作三 可由晶胞作三維的重復(fù)堆砌而構(gòu)成。 的重復(fù)堆砌而構(gòu)成。晶胞三條棱 晶胞三條棱邊的邊長(zhǎng) 邊長(zhǎng)a、b、c及晶 及晶軸之間的夾角α、β、γ稱為晶胞參數(shù) 晶胞參數(shù)晶系：根據(jù)晶胞的外形，即棱 晶系：根據(jù)晶胞的外形，

3、即棱邊長(zhǎng) 邊長(zhǎng)度之 度之間的關(guān)系和晶 的關(guān)系和晶軸夾 軸夾角的情況 角的情況,將晶體分 將晶體分為七大晶系。 七大晶系。1848年，法國(guó)晶體學(xué)家布拉菲（ 年，法國(guó)晶體學(xué)家布拉菲（A. Bravais）用數(shù)學(xué)方法 ）用數(shù)學(xué)方法證明只能有 明只能有14種空 種空間點(diǎn)陣。a. 簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單晶胞： 晶胞：7個(gè) 只有在每個(gè)角上含有 只有在每個(gè)角上含有陣點(diǎn)b. 復(fù)合晶胞： 復(fù)合晶胞：7個(gè) 除了每個(gè)角外，晶胞內(nèi)部或面上 除了每個(gè)角外，晶胞內(nèi)部或面上還

4、含有 含有陣點(diǎn)而降低 而降低 , 這也是 也是導(dǎo)體的一個(gè)特征。 體的一個(gè)特征。1911 年 Onnes HK 在研究極低溫度下金屬 在研究極低溫度下金屬導(dǎo)電 導(dǎo)電性時(shí)發(fā)現(xiàn) 時(shí)發(fā)現(xiàn) , 當(dāng)溫度降到 溫度降到 4.20 K 時(shí) , 汞的電阻率突然降到接近于零。 阻率突然降到接近于零。這種現(xiàn)象稱 象稱為汞的超導(dǎo)現(xiàn)象。某些金屬 象。某些金屬 , 金屬化合物及合金 金屬化合物及合金 , 當(dāng)溫度低到一定程 當(dāng)溫度低到一定程度時(shí) , 電阻突然消失 阻

5、突然消失 , 把這種處于零 于零電阻的狀 阻的狀態(tài)叫做超 叫做超導(dǎo)態(tài) 導(dǎo)態(tài) , 有超導(dǎo)態(tài) 導(dǎo)態(tài)存在的 存在的導(dǎo)體叫做超 體叫做超導(dǎo)體。超 體。超導(dǎo)體從正常 體從正常態(tài) ( 電阻態(tài) ) 過渡到 渡到超導(dǎo)態(tài) 導(dǎo)態(tài) ( 零電阻態(tài) ) 的轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變叫做正常 叫做正常－超導(dǎo)轉(zhuǎn)變 導(dǎo)轉(zhuǎn)變 , 轉(zhuǎn)變時(shí) 轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度 的溫度 Tc 稱為這 為這種超 種超導(dǎo)體的 體的臨界溫度。 界溫度。揭示出超 揭示出超導(dǎo)電 導(dǎo)電性的微 性的微觀本質(zhì)的理 的理論是由巴丁

6、、 是由巴丁、庫柏和施里弗三 柏和施里弗三人建立的 人建立的BCS理論(Bardeen、Cooper 和 Schrieffer) 。BCS 理論認(rèn) 論認(rèn)為 , 在絕對(duì) 絕對(duì)零度下 零度下 , 對(duì)于超 于超導(dǎo)態(tài) 導(dǎo)態(tài)、低能量的 、低能量的電子 ( 在費(fèi)米球內(nèi)部深 米球內(nèi)部深處的電子 ) 仍與在正常 仍與在正常態(tài)中的一 中的一樣。但在 。但在費(fèi)米面附近的 米面附近的電子 , 則在吸引力的作用下 吸引力的作用下 , 按相反的 按相反的動(dòng)量和自

7、旋全部?jī)蓛?量和自旋全部?jī)蓛山Y(jié)合成 合成庫柏對(duì)、這些庫柏對(duì)可以理解 可以理解為凝聚的超 凝聚的超導(dǎo)電 導(dǎo)電子。從 子。從動(dòng)量角度看 量角度看 , 在超 在超導(dǎo)基態(tài)中 , 各庫柏對(duì)單 對(duì)單個(gè)電子的 子的動(dòng)量可以不同 量可以不同 , 但每個(gè) 但每個(gè)庫柏對(duì)總 對(duì)總是涉及各 是涉及各個(gè)總動(dòng) 總動(dòng)量為零的 零的對(duì)態(tài) 對(duì)態(tài) , 因此 因此 , 所有 所有庫柏對(duì)都凝聚在零 都凝聚在零動(dòng)量上 量上。當(dāng)正常的金屬 當(dāng)正常的金屬載流時(shí) , 將會(huì)出 將會(huì)出現(xiàn)

8、電 現(xiàn)電阻 , 因?yàn)殡?為電子會(huì)受到散射而 子會(huì)受到散射而改變動(dòng) 變動(dòng)量 , 使載流子沿 流子沿電場(chǎng) 電場(chǎng)方向的自由加速受到阻礙。而在超 方向的自由加速受到阻礙。而在超導(dǎo)體情況下 情況下 , 組成庫柏對(duì)的電子雖然會(huì)受到不斷地散射 然會(huì)受到不斷地散射 , 但是 但是 , 由于 由于在散射 在散射過程中 程中 , 庫柏對(duì)的總動(dòng) 總動(dòng)量維持不 持不變 , 所以 所以電流沒有 流沒有變化 , 呈無阻狀 阻狀態(tài)。本征半 本征半導(dǎo)體能 體能帶結(jié) 帶