功能材料基础

定　　价：68 元

丛书名：战略性新兴领域 新材料高等教育系列教材

• 作者：徐锋等
• 出版时间：2025/6/1
• ISBN：9787030807571
• 出 版 社：科学出版社

适用读者:高等学校材料类专业核心课程的教材，又可供从事功能材料研发、应用的科技人员及相关专业的师生

• 中图法分类：TB34 
• 页码：239
• 版次：1
• 开本：16
• 字数：(单位：千字)

内容简介

为了满足蓬勃发展的新材料产业对于功能材料领域专业人才在理论基础方面能力的培养需求，使读者更好地掌握功能材料中涉及的电、光、磁、热等性能的基本原理，本书以第1章“固体能带与电子态”为引领，分5 章讲述了功能材料的导电、介电、磁学、光学、热学等性质。本书力求系统深入，既紧扣基础，又紧跟学科前沿。

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作者介绍

1996-2005年南京大学物理系本硕博连读， 2000年7月本科毕业，获物理学学士学位； 2005年6月博士毕业，获凝聚态物理理学博士学位。先后赴丹麦技术大学（2003-2004）、台湾清华大学（2006-2007）、新加坡国立大学（2007-2009）开展合作研究或博士后研究。 2005年至今，任南京理工大学材料科学与工程学院讲师（2005）、副研究员（2010）、副院长（2014）、教授（2015）。

目 录

目录
丛书序
前言
第1 章 固体能带与电子态 1
1.1 波粒二象性及薛定谔方程 1
1.1.1 电子的波动性和粒子性 1
1.1.2 波函数 3
1.1.3 薛定谔方程 5
1.2 金属自由电子的量子理论 7
1.2.1 金属自由电子的状态和能量 8
1.2.2 电子能态密度 9
1.2.3 费米分布与费米能级 11
1.3 晶体能带理论基础概述 12
1.3.1 布洛赫定理及布洛赫波矢 13
1.3.2 近自由电子近似和能带 17
1.3.3 能带与原子能级的关系 23
1.3.4 金属、半导体、绝缘体的能带理论解释 25
1.4 表面电子态 28
1.4.1 表面电子态的产生及模型 28
1.4.2 金属和半导体表面态 31
1.4.3 拓扑材料的表面态 33
本章小结 35
习题 35
参考文献 35
第2 章 材料的导电行为 37
2.1 材料的导电性 37
2.1.1 载流子 37
2.1.2 电阻率和电导率 38
2.2 金属的导电性 39
2.2.1 金属的导电机理 39
2.2.2 影响金属导电性的因素 42
2.2.3 固溶体的电阻率 48
2.3 半导体的导电性 51
2.3.1 半导体的晶体结构与电子态 51
2.3.2 半导体中的杂质和缺陷 56
2.3.3 半导体中的载流子浓度 60
2.3.4 半导体中的载流子输运 75
2.3.5 半导体中的非平衡载流子 81
2.3.6 pn 结的I-V 特性 85
2.4 离子晶体的导电性 87
2.4.1 离子载流子浓度 87
2.4.2 离子导电机制 88
2.4.3 影响离子导电的因素 93
本章小结 94
习题 94
参考文献 94
第3 章 介电性能与电介质 96
3.1 电介质及其极化 96
3.1.1 极化现象及其物理量 96
3.1.2 电介质的极化机制 97
3.1.3 宏观极化强度与微观极化率关系 101
3.2 交变电场中的电介质 103
3.2.1 复介电常数 103
3.2.2 介电弛豫和频率响应 105
3.2.3 介电损耗 107
3.3 铁电性 109
3.3.1 铁电体和铁电畴 109
3.3.2 铁电体自发极化的起源 111
3.3.3 铁电相变 112
3.3.4 多铁性 114
3.4 铁电体的物理效应 115
3.4.1 压电效应 115
3.4.2 热释电效应 120
3.4.3 电致伸缩效应 123
本章小结 125
习题 125
参考文献 125
第4 章 材料的磁学性质 126
4.1 磁学基础 126
4.1.1 磁性来源 126
4.1.2 磁学基本量 129
4.1.3 磁性分类 130
4.2 交换作用与磁有序 132
4.2.1 交换作用 133
4.2.2 铁磁性 135
4.2.3 反铁磁性 136
4.2.4 亚铁磁性 137
4.3 磁畴结构与技术磁化 138
4.3.1 强磁材料内的各种相互作用能 138
4.3.2 磁畴结构与磁畴壁 141
4.3.3 磁化曲线、技术磁化与磁滞回线 142
4.4 铁磁材料的动态磁化 146
4.4.1 动态磁化的时间效应 147
4.4.2 动态磁化的复数磁导率 148
4.4.3 动态磁化的能量损耗 149
4.5 强磁材料与磁物理效应 151
4.5.1 强磁材料 151
4.5.2 磁物理效应 152
本章小结 157
习题 158
参考文献 158
第5 章 材料的光学特性 159
5.1 光的基本性质及描述 159
5.1.1 宏观光学现象 159
5.1.2 光的电磁波描述 160
5.1.3 麦克斯韦方程组简介 162
5.1.4 电磁场的复数描述 165
5.1.5 量子光学简介——光子的概念 166
5.2 光与材料相互作用基础 167
5.2.1 材料的光学常数 167
5.2.2 光的吸收与色散 169
5.2.3 薄膜的反射、透射 171
5.2.4 光的散射 173
5.3 各类材料的光学特性 175
5.3.1 晶体光学常数的各向异性 175
5.3.2 晶体的非线性响应 178
5.3.3 金属的光学性质 179
5.3.4 半导体的光学性质 181
5.3.5 非晶态材料的光学性质 184
5.4 材料的发光 186
5.4.1 黑体辐射 186
5.4.2 发光与电子跃迁 188
5.4.3 受激辐射与激光 190
5.5 先进光学特性及应用 192
5.5.1 光学超材料 192
5.5.2 光子晶体 195
5.5.3 低维材料的光学性质 198
5.5.4 人工智能与光学 201
本章小结 203
习题 203
参考文献 204
第6 章 材料的热学性能 205
6.1 晶格振动 205
6.1.1 简谐近似和简正坐标 205
6.1.2 一维单原子链与格波 207
6.1.3 晶格振动的量子化与声子 212
6.2 热容 213
6.2.1 热容的基本概念 213
6.2.2 晶体热容的量子理论 214
6.2.3 不同材料的热容特性 218
6.2.4 相变对热容的影响 219
6.3 热膨胀 220
6.3.1 热膨胀系数 221
6.3.2 热膨胀的微观机制 222
6.3.3 影响热膨胀的因素 223
6.4 热传导 225
6.4.1 热传导的基本概念和规律 225
6.4.2 热传导的微观机制 227
6.4.3 影响热传导的因素 230
6.5 热稳定性 233
6.5.1 热稳定性的定义和表征 233
6.5.2 热应力 233
6.5.3 抗热冲击性能 235
本章小结 238
习题 239
参考文献 239