材料物理导论：力学、热学、电学、磁学、光学、声学与功能转换

# 材料物理导论
## 第一章 材料的力学
### 1.1 应力应变分析
- 应力张量σ_ij
  - 法向分量
    - σ_xx
    - σ_yy
    - σ_zz
  - 剪切分量
    - τ_xy
    - τ_yz
    - τ_zx
- 应变张量ε_ij
  - 线应变
    - ε=Δl/l₀
  - 剪应变
    - γ=tanθ≈θ
### 1.2 弹性行为
- 胡克定律
  - σ=Eε
- 弹性常数矩阵
  - 刚度系数C_ij
  - 柔度系数S_ij
- 各向同性关系
  - E=2G/(1+μ)
  - E=3B/(1-2μ)
  - 泊松比μ范围0~0.5
### 1.3 非弹性形变
- 塑性变形
  - 滑移系数量
    - N=12 FCC
  - 施密特定律
    - τ_c=σcosφcosλ
- 蠕变机制
  - 位错蠕变
    - n≈4_6
  - 扩散蠕变
    - n≈1
  - 晶界滑移
- 黏弹性模型
  - Maxwell模型
    - E串联η
  - Voigt模型
    - E并联η
### 1.4 断裂力学
- Griffith理论
  - σ_f=√(2Eγ/πc)
  - 裂纹扩展判据
    - G≥2γ
- 断裂韧性K_IC
  - 平面应变条件
    - B≥2.5 K_IC/σ_ys²
  - 工程应用案例
- 硬度测试
  - 维氏硬度
    - HV=1.854P/d²
  - 纳米压痕技术
- 【专题】先进结构材料
  - 纳米晶陶瓷
    - 晶粒尺寸<100nm
    - Hall-Petch关系失效
  - 层状复合材料
    - 贝壳结构仿生
    - 界面增韧机制
## 第二章 材料的热学
### 2.1 热力学基础
- 状态方程
  - PV=nRT
- 热力学势
  - 亥姆霍兹自由能
    - F=U_TS
  - 吉布斯自由能
    - G=H_TS
### 2.2 热容量理论
- 爱因斯坦模型
  - C_v=3Nk Θ_E/T² e^(Θ_E/T) / (e^(Θ_E/T)-1) 
  - Θ_E特征温度
- 德拜模型
  - Θ_D=ħω_D/k
  - T→0时C_v∝T³
### 2.3 热膨胀
- 线膨胀系数
  - α=1/L dL/dT
- Grüneisen参数
  - γ=αB/C_v
### 2.4 热传导
- 傅里叶定律
  - q=_k∇T
- 声子传导
  - 平均自由程
    - l=1/ΓN
  - 晶格振动谱分析
- 热导率测量
  - 激光闪射法
  - 3ω法
- 【专题】电子封装材料
  - AlN陶瓷
    - 热导率170-220 W/mK
    - 氧含量<0.8wt%
  - 金刚石薄膜
    - MPCVD沉积技术
    - 热导率>2000 W/mK
    - 界面改性方法
## 第三章 材料的电学
### 3.1 导电理论
- Drude模型
  - σ=ne²τ/m*
  - 弛豫时间
    - τ≈10⁻¹⁴s
- 能带理论
  - 布洛赫波
    - ψ_k(r)=u_k(r)e^(ik·r)
  - 费米能