《材料物理學》是2001年出版的《材料物理概論》的第2版。作者根據近年來材料科學與元器件的發展及其教學經驗,對第1版作了修訂,更新并添加了一些新內容。
《材料物理學》共5章,內容包括:凝聚態材料、表面與界面、相變、材料中的非線性現象和材料中的元激發。從材料物理學的基本定律、基本原理和基本概念出發,對工程材料(主要是無機材料)和器件中涉及材料物理的一些重要內容進行了介紹和討論,為讀者提供了材料物理中重要概念、理論及近期材料和器件方面的新進展。
《材料物理學》重點介紹與工程相關的材料物理學內容,有一定的系統性,便于自學,可作為工科院校微電子與固體電子學、材料科學與工程、電子材料與元器件等專業研究生及高年級本科生的教材,也可作為微納電子和材料及相關學科研究人員與工程技術人員的參考書。
《材料物理概論》于2001年出版以來受到廣大讀者的關注與歡迎,2003年在中國臺灣出版了繁體字版本,借此機會謹表感謝。
《材料物理概論》出版15年來,材料科學和器件均得到了迅猛發展,為此有必要對前期工作進行更新和補充。《材料物理學》是《材料物理概論》的第2版。本書從材料物理學的基本定律、基本原理和基本概念出發,對工程材料(主要是無機材料)和器件中涉及材料物理的一些重要內容進行了介紹和討論。在這次編寫時,根據材料科學近年來的發展情況和團隊在教學中的經驗,更新了《材料物理概論》中原有章節,剔除了陳舊內容,增加了與材料和器件發展有關的新內容。這些新內容主要包括智能材料、超常材料、軟凝聚態材料(軟物質)、表面力、表面的連接、材料中的自組裝和元激發等,借此希望給讀者增加一些關于新材料的發展與應用方面的新動態。
本書由李言榮院士主編,熊杰教授副主編,惲正中教授主審。熊杰負責編寫第1章、第3章和第4章,陶伯萬編寫第2章和第5章,錢凌軒參加了第1章的部分修訂工作。全書由熊杰統稿。
感謝惲正中教授在審閱本書時提出的寶貴意見和建議。林媛教授閱讀了本書的部分內容,并提出了寶貴的意見,在此表示感謝。感謝歷屆選取本課程的研究生對本書提出的意見和建議。本書在編撰過程中參考和引用的文獻較多,未能一一列出,在此對這些作者表示真誠的感謝。科學出版社黃嘉編輯對本書的出版給予了關心與支持,在此也表示感謝。
由于水平有限,不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正。
李言榮,男,1962年7月生,四川射洪人,電子科技大學校長,中國工程院院士,電子薄膜與集成器件國家重點實驗室主任,博士生導師,曾入選長江學者特聘教授并獲得國家杰出青年基金,973項目技術首席,中共十七大代表。
長期從事電子材料與元器件的教學、科研和人才培養工作。承擔973、863、自然基金、預研等項目,獲國家技術發明二等獎2項,省部級一、二等獎各2項,發表刊物論文200余篇,主編教材/著作3本。
熊杰,男,1979年7月生,四川大竹人,電子科技大學教授,四川省特聘專家,教育部新世紀優秀人才,四川省千人計劃,四川省杰出青年學術技術帶頭人。長期從事薄膜材料的教學、科研和人才培養工作,先后負責包括青年973項目、自然科學基金、國家863項目、總裝預研、民口配套等10余項科研項目:授權中國發明專利12項:迄今在包括Nature Conmmunications,Physical Review Letters,Advanced Materials等國內外刊物上發表研究論文100余篇,SCI收錄110多次、被SCI他引500余次。
第1章 凝聚態材料
1.1 凝聚態概述
1.1.1 晶體狀態
1.1.2 非晶態
1.1.3 隹晶態
1.2 納米材料
1.2.1 納米材料科學和分類
1.2.2 納米材料中的特殊效應
1.2.3 低維材料
1.2.4 納米結構
1.3 超常材料
1.3.1 超常材料概述
1.3.2 左手材料
1.3.3 頻率選擇表面
1.3.4 光子晶體
1.3.5 聲子晶體
1.3.6 可調超常材料
1.4 復合材料、梯度功能材料與智能材料
1.4.1 復合材料概述
1.4.2 復合效應
1.4.3 復合材料的結構參數
1.4.4 復合材料中的界面
1.4.5 復合材料的主要類型和發展動態
1.4.6 納米復合材料
1.4.7 梯度功能材料
1.4.8 智能材料
1.5 軟凝聚態材料
1.5.1 概述
1.5.2 軟物質的基本特性
1.5.3 軟物質的一些特殊性質
1.5.4 液晶
1.5.5 顆粒物質
主要參考文獻
第2章 表面與界面
2.1 表面與界面的結構
2.1.1 表面概述
2.1.2 表面的原子結構
2.1.3 實際表面
2.2 晶粒間界和相界
2.2.1 堆垛層錯和孿晶界面
2.2.2 晶粒間界
2.2.3 相界
2.2.4 多晶材料中的晶界現象
2.3 吸附與偏析
2.3.1 固體表面與原子的作用
2.3.2 物理吸附與化學吸附的特征
2.3.3 吸附曲線和吸附公式
2.3.4 表面雜質的偏析與耗盡
2.3.5 材料中的吸附與偏析現象
2.4 表面擴散與界面擴散
2.4.1 擴散概述
2.4.2 表面擴散
2.4.3 晶界擴散
2.4.4 界面間的基爾肯特擴散
2.5 表面力
2.5.1 主要的表面力
2.5.2 表面力在納米粉體和MEMS中的作用
2.6 界面的連接
2.6.1 黏接
2.6.2 硅片鍵合
2.6.3 焊接
2.7 材料表面工程簡介
2.7.1 表面工程
2.7.2 離子柬表面工程
2.7.3 激光表面工程
2.7.4 強流脈沖電子束表面工程
2.7.5 納米表面工程
主要參考文獻
第3章 相變
3.1 相變及其分類
3.1.1 相與相變
3.1.2 相變按熱力學分類
3.1.3 按相變的方式分類
3.1.4 按相變時原子遷移特征分類
3.1.5 結構相變
3.2 非均勻相變
3.2.1 相變驅動力
3.2.2 成核
3.2.3 新相的長大
3.2.4 粗化
3.3 均勻相變
3.3.1 均勻相變的特點
3.3.2 金屬合金中的均勻(連續)相變
3.3.3 均勻相變的圖像
3.4 朗道相變理論
3.4.1 對稱破缺
3.4.2 序參量
3.4.3 朗道的二級相變理論
3.4.4 朗道一德馮謝亞一級相變理論
3.5 材料中的相變
3.5.1 概述
3.5.2 有序一無序相變
3.5.3 無公度相變
3.5.4 調幅分解
3.5.5 共析轉變和包析轉變
3.5.6 馬氏體相變和貝氏體相變
3.6 軟模與相變
3.6.1 軟模的概念
3.6.2 鐵電相變的特征
3.6.3 晶格振動與軟模
3.6.4 相變中的一些軟模
3.6.5 彈性不穩定性與軟聲學模
3.6.6 JahnTeller效應
3.7 金屬和陶瓷中的相變
主要參考文獻
第4章 材料中的非線性現象
4.1 非線性科學與混沌
4.1.1 什么是非線性科學
4.1.2 確定性系統中的“無規”運動——混沌現象
4.1.3 混沌和混沌的基本特征
4.1.4 混沌現象的應用
4.2 材料中的分形
4.2.1 分形概述
4.2.2 分形的描述
4.2.3 分形的主要特征
4.2.4 表面分形
4.2.5 材料科學中的分形
4.2.6 自仿射分形和多重分形
4.3 耗散結構理論和自組裝
4.3.1 平衡態與非平衡態
4.3.2 兩種類型的非平衡態
4.3.3 耗散結構產生和特點
4.3.4 耗散結構理論在材料科學中的應用
4.3.5 自組織和自組裝
4.3.6 分子自組裝
4.3.7 流體自組裝技術
4.3.8 基于SK生長模式的自組裝生長量子點
4.4 逾滲和有效介質理論
4.4.1 逾滲
4.4.2 材料中的逾滲
4.4.3 有效介質理論
主要參考文獻
第5章 材料中的元激發
5.1 元激發概述
5.2 聲子和極化激元
5.2.1 晶格振動
5.2.2 聲子
5.2.3 聲子極化激元
5.3 表面等離激元和準電子
5.3.1 金屬中的等離子振蕩
5.3.2 局域表面等離激元
5.3.3 傳導表面等離極化激元
5.3.4 傳導表面等離極化激元的性質
5.3.5 表面等離激元的主要應用
5.3.6 準電子
5.3.7 費米液體與準電子
5.4 極化子
5.4.1 電子的自陷
5.4.2 極化子的類型
5.4.3 大極化子
5.4.4 小極化子
5.4.5 各種類型的極化子
5.4.6 雙極化子
5.5 激子
5.5.1 激子的種類
5.5.2 激子的束縛能
5.5.3 激子的產生和影響激子的一些因素
5.5.4 激子效應
5.5.5 多重激子效應
5.6 自旋波與磁子
5.6.1 自旋波的形成
5.6.2 一維體系中的自旋波理論
5.6.3 自旋波的基本性質
5.7 孤波與孤子
5.7.1 孤波和孤波方程
5.7.2 孤子的特性
5.7.3 導電聚乙炔中的孤子
主要參考文獻
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