材料物理性能答案

1、第 - 1 - 頁第一章：材料電學(xué)性能1 如何評(píng)價(jià)材料的導(dǎo)電能力？如何界定超導(dǎo)、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體材 如何評(píng)價(jià)材料的導(dǎo)電能力？如何界定超導(dǎo)、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體材料？ 料？用電阻率ρ或電阻率σ評(píng)價(jià)材料的導(dǎo)電能力。按材料的導(dǎo)電能力（電阻率） ，人們通常將材料劃分為：2、經(jīng)典導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體中，其原子的所有價(jià)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(gè)整體形成離子實(shí)。所有離子實(shí)的庫侖場(chǎng)構(gòu)成一個(gè)平均值的等勢(shì)電場(chǎng)，自由電子就像理想氣體一樣在這個(gè)等勢(shì)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。如果沒有外部電場(chǎng)或磁場(chǎng)的影響，一定溫度下其中的離子實(shí)只能在定域作熱振動(dòng)，形成格波，自由電子則可以在較大范圍內(nèi)作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，并不時(shí)及離子實(shí)發(fā)生碰撞或散射，此時(shí)定域的離子實(shí)不能定向運(yùn)動(dòng)，方向隨機(jī)的自由電子也不能形成電流。施加外電場(chǎng)后，自由電子的運(yùn)動(dòng)就會(huì)在隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上疊加一個(gè)

3、及電場(chǎng)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(shí)或其它缺陷碰撞或散射，從而產(chǎn)生電阻。，電導(dǎo)率σ= （其中μ= ，為電子的漂移遷 E J? ?? ?移率，表示單位場(chǎng)強(qiáng)下電子的漂移速度） ，它將外加電場(chǎng)強(qiáng)度和導(dǎo)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(duì)金屬導(dǎo)電能力的貢獻(xiàn)值，實(shí)際上并不是所有價(jià)電子都參及了導(dǎo)電。 （？把適用于宏觀物體的牛

4、頓定律應(yīng)用到微觀的電子運(yùn)動(dòng)中，并且承認(rèn)能量的連續(xù)性）3、自由電子近似下的量子導(dǎo)電理論如何看待自由電子的能量和運(yùn)動(dòng)行為？ 、自由電子近似下的量子導(dǎo)電理論如何看待自由電子的能量和運(yùn)動(dòng)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(dǎo)電理論解釋：準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)、能級(jí)的簡(jiǎn)并狀 、根據(jù)自由電子近似下的量子導(dǎo)電理論解釋：準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)、能級(jí)的簡(jiǎn)并

5、狀態(tài)、簡(jiǎn)并度、能態(tài)密度、 態(tài)、簡(jiǎn)并度、能態(tài)密度、k 空間、等幅平面波和能級(jí)密度函數(shù)。 空間、等幅平面波和能級(jí)密度函數(shù)。準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)：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(jí)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(fèi)米能量或化學(xué)勢(shì)， 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(duì)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(duì)零度時(shí)（基態(tài)） ，E0 的激發(fā)態(tài)） ，分布函數(shù)在費(fèi)米能量附近的陡直程度下降了，分布對(duì)應(yīng)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(duì) ?應(yīng)的能量范圍越寬。但 E=EF 時(shí)，f(E)恒等于 1/2.這種變化的物理本質(zhì)為：原來處于費(fèi)米面以下鄰近費(fèi)米能級(jí)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(fèi)米面以上能區(qū)。②費(fèi)米面和費(fèi)米能：按自由電子近似，電子的等能面在 k 空間是關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的球面。特別有意義的是 E=EF 的等能面，它被稱為費(fèi)米面，相應(yīng)的能量成為費(fèi)米能。③有效電子：能量位于費(fèi)米面附近的部分價(jià)電子，當(dāng)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(shí)，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(jià)電子是有可能越過費(fèi)米面而參及導(dǎo)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(jià)電

8、子，只是它越過了費(fèi)米面而進(jìn)入了未滿能帶而能夠參及導(dǎo)電。⑤費(fèi)米半徑和價(jià)電子濃度 N 的關(guān)系：7、自由電子的平均能量及溫度有何種關(guān)系？溫度如何影響費(fèi)米能級(jí)？根據(jù) 、自由電子的平均能量及溫度有何種關(guān)系？溫度如何影響費(fèi)米能級(jí)？根據(jù)自由電子近似下的量子導(dǎo)電理論，試分析溫度如何影響材料的導(dǎo)電性。 自由電子近似下的量子導(dǎo)電理論，試分析溫度如何影響材料的導(dǎo)電性。①溫度升高，自由電子的平均能量升高。②溫度升高時(shí)，因?yàn)椴糠蛛娮颖患ぐl(fā)，費(fèi)米半徑減小，材料原子