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上册（理论篇）3

第1章　材料科学的基本概念3

1.1　原子结构和原子数3

1.2　原子质量和摩尔6

1.3　固体中的键及类型7

1.3.1　分子和成键基本原理7

1.3.2　共价键晶体：金刚石9

1.3.3　金属键：铜11

1.3.4　离子键晶体：盐11

1.3.5　弱键15

1.3.6　混合键17

1.4　分子动力学理论20

1.4.1　平均动能和温度20

1.4.2　热膨胀25

1.5　分子速率与能量分布29

1.6　热，热涨落与噪声32

1.7　热激活过程36

1.7.1　阿累尼乌斯反应速率方程36

1.7.2　原子扩散及其扩散系数38

1.8　晶体结构40

1.8.1　晶体的种类40

1.8.2　晶向和晶面46

1.8.3　同素异形体和碳单质50

1.9　晶体缺陷及其意义52

1.9.1　点缺陷：空位和杂质53

1.9.2　线缺陷：刃位错和螺位错56

1.9.3　面缺陷：晶界57

1.9.4　晶体表面和表面性质59

1.9.5 化学计量、非化学计量和缺陷结构61

1.10　单晶的切克劳斯基生长法62

1.11　玻璃和非晶态半导体64

1.11.1　玻璃和非晶态固体64

1.11.2　单晶硅和非晶硅66

1.12 固溶体和二相固体67

1.12.1 同构固溶体：同构合金67

1.12.2　相图：Cu-Ni合金和其他同构合金68

1.12.3　区熔提纯和硅单晶的提纯72

1.12.4　二元低共熔相图和Pb-Sn合金73

附加的专题77

1.13　布拉维格子77

术语解释79

习题83

第2章 固体中的电导和热导95

2.1　经典理论：德鲁德模型95

2.1.1　金属与电子电导95

2.2　温度与电阻率的关系：理想纯金属102

2.3　马希森定则与诺德海姆定则104

2.3.1 马希森定则与电阻温度系数（α）104

2.3.2　固溶体与诺德海姆定则112

2.4　混合物与多孔物质的电阻率116

2.4.1　多相混合物116

2.4.2　两相合金（银镍合金）电阻率与电接触119

2.5　霍尔效应与霍尔器件120

2.6　热导124

2.6.1　热导率124

2.6.2　热阻129

2.7　非金属的电导率130

2.7.1　半导体130

2.7.2　离子晶体与玻璃133

附加的专题137

2.8　趋肤效应：导体的高频电阻137

2.9　金属薄膜140

2.9.1　金属薄膜中的电导140

2.9.2　薄膜的电阻率140

2.10　微电子器件中的互连144

2.11　电迁移与布莱克方程147

术语解释149

习题151

第3章　量子物理基础163

3.1　光子163

3.1.1　光的波动性163

3.1.2　光电效应165

3.1.3　康普顿散射169

3.1.4　黑体辐射170

3.2　电子的波动性173

3.2.1　德布罗意关系173

3.2.2　定态薛定谔方程175

3.3　无限深势阱：束缚电子178

3.4　海森伯测不准原理182

3.5　隧道现象：量子泄露184

3.6　势能箱：三个量子数191

3.7　类氢原子192

3.7.1　电子波函数192

3.7.2　量子化的电子能量196

3.7.3　轨道角动量和空间量子化199

3.7.4　电子自旋和本征角动量S203

3.7.5　电子的磁偶极矩204

3.7.6　总角动量J208

3.8　氦原子和元素周期表209

3.8.1 氦原子和泡利不相容原理209

3.8.2　洪特规则211

3.9　受激辐射与激光器213

3.9.1　受激辐射与光子放大213

3.9.2　氦-氖激光器215

3.9.3　激光器输出光谱217

附加的专题219

3.10　光纤放大器219

术语解释221

习题224

第4章　现代固体理论237

4.1　氢分子：分子轨道成键理论237

4.2　固体能带理论241

4.2.1　能带形成241

4.2.2　能带中电子的性质246

4.3　半导体248

4.4　电子有效质量251

4.5　能带中的状态密度252

4.6　统计：粒子体系258

4.6.1　玻耳兹曼经典统计258

4.6.2　费密-狄拉克统计259

4.7　金属的量子理论260

4.7.1 自由电子模型260

4.7.2　金属中的电导262

4.8　费密能的意义264

4.8.1　金属-金属接触：接触势264

4.8.2　塞贝克效应和热电偶265

4.9　热电子发射和真空管器件271

4.9.1　热电子发射：理查森-杜什曼方程271

4.9.2　肖特基效应和场发射274

4.10　声子278

4.10.1　简谐振子和点阵波（格波）278

4.10.2　德拜热容282

4.10.3　非金属的热传导286

4.10.4　电导率288

附加的专题289

4.11 金属的能带理论：晶体中的电子衍射289

4.12　热膨胀的格林爱森模型297

术语解释298

习题300