电磁辐射与材料结构基础概要教程文件.ppt

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1、电磁辐射与材料结构基础概要实习工作获奖情况博士研究生国家奖学金、濮耐教育基金奖学金、院学术之星、北京市优秀毕业生；北京科技大学优秀学生工作者、学院优秀学生工作干部、优秀研究生干部；校优秀三好研究生、三好学生、优秀校庆志愿者、优秀博士毕业论文、本科毕业优秀毕业论文等瑞士洛桑参加第65届电化学年会；三年硕士研究生辅导员经历。中冶建研工程技术有限公司、唐山国丰钢铁有限公司、包头钢铁集团、首都钢铁集团；XRD、扫描电镜、透射电镜操作员。个人简介1课程简介材料现代分析与测试技术适用对象学分学时考核办法课程性质先修课程参考书籍《材料现代分析

2、方法》左演声等主编《材料近代分析测试方法》常铁军等编2绪论材料的重要性：历史学家曾经说过材料的特征及其应用能力可以作为人类文明史的一种标志。旧石器时代新石器时代陶器时代青铜器时代铁器时代3绪论我们所处的世代：钢硅塑料合成材料半导体精密陶瓷复合材料纳米材料……现代文明的支柱：材料、信息、能源、生物4绪论材料研究方法是关于材料分析测试技术和理论的科学。因此，为了开发新材料、提高材料研究水平，就必须掌握先进的材料研究方法。基本要求成分结构加工性能材料科学与工程决定分析测试5一.电磁辐射与材料结构基础01电子辐射与物质波02材料结构基础

3、03晶体学简介目录6定义性质物理现象物理量相互关系在空间传播的交变电磁场电磁波波动性遵循波动方程反射、折射、干涉、衍射、偏正波长（λ）波数（σ）频率（ν）相位（φ）C=λνE=hνp=h/λ微粒性由光子组成的光子流光电效应光子能量（E）光子动量（p）~01电子辐射与物质波电磁辐射注：C=3×108m/s;h=6.626×10-34J·s。701电子辐射与物质波电磁波谱801电子辐射与物质波电磁波谱901电子辐射与物质波物质波1002材料结构基础原子能态及其表征预祝各位度过一个值得骄傲的大学四年生活1102材料结构基础核外电子排布

4、遵循的规律1、泡利不相容原理：每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反；2、能量最低原理：电子尽可能占据能量最低的轨道；3、Hund规则：简并轨道（能级相同的轨道）只有被电子逐一自旋平行地占据后，才能容纳第二个电子。另外：等价轨道在全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的，亦即下列电子结构是比较稳定的；全充满---p6或d10或f14半充满---p3或d5或f7全空----p0或d0或f0思考题：请将24号元素原子的核外电子量子化，分别写出各状态参量的取值（n，l，m，s，ms）及核外电子排布情况？1202材料结构基础原子基态、激

5、发、电离及能级跃迁基态：原子核外电子遵循上述规律分布于各个能级上，此时原子处于的能量最低状态；激发态：原子中的一个或几个电子由基态所处能级跃迁至高能级后的原子状态；激发：原子由基态转变为激发态的过程；激发需要能量，称为激发能，常以电子伏特表示，又称激发电位；能级跃迁：原子中的电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁均称为电子跃迁或能级跃迁；电离：原子中的电子获得足够的能量就会脱离原子核的束缚，产生电离；使原子电离所需的能量称为电离能，以电子伏特表示又称电离电位。1302材料结构基础固体的能带结构能带的形成设有N个原子结合成晶体

6、，原来单个原子时处于1s能级的2N个电子现在属于整个原子系统(晶体)所共有，根据泡利不相容原理，不能有两个或两个以上电子具有完全相同的量子态(n,l,m，s,ms),因而就不能再占有一个能级，而是分裂为2N个微有不同的能级。由于N是一个很大的数，这些能级相距很近，看起来几乎是连续的，从而形成一条有一定宽度E的能带。能带可沿用能级分裂以前的原子能级名称命名，如2s能带，2p能带等。14导带中的能级未被占满，一个电子在外力作用下向其它能级转移时，不一定有相反方向的转移来抵消，所以导带具有导电作用。由于满带中所有能级都被电子占满，因此

7、一个电子在外力作用下向其它能级转移时，必然伴随着相反方向的转移来抵消，所以满带是不导电的。02材料结构基础固体的能带结构能带可分为：填满电子的能带称为满带。未填满电子的能带称为导带。没有电子填充的能带称为空带（显然空带也属导带）。由价电子能级分裂而成的能带称为价带。在能带之间没有可能量子态的能量区域叫禁带。满带结构导带结构1502材料结构基础固体结构能带基本类型（a）绝缘体，（b）本征半导体，（c）导体，（d）导体绝缘体：价带（满带）顶与导带底之间的禁带较宽，E=36eV本征半导体：价带顶与导带底之间的禁带较窄，E=0.1

8、0.2eV导体：价带只填充部分电子或者价带虽已填满电子但与相邻导带紧密连接或重合。1603晶体学简介为了描述晶体中原子的排列规则，将每一个原子抽象视为一点几何点（称为阵点），并从而得到一个按一定规则排列分布的无数多个阵点组成的空间阵列，称为空间点阵。将各阵点用