《材料物理与性能学》是将材料物理的一些基本概念与材料物理性能相结合编写而成的，全书共分10章，内容包括材料的热学性能、缺陷物理与性能、材料的力学性能、导电物理与性能、材料的介电性能、铁电物理与性能、磁性物理与性能、非晶态物理、高分子物理、薄膜物理。《材料物理与性能学》在注重介绍基本知识、基本概念的基础上，着重介绍材料的各种物理性能及应用，并注重加入现代新材料的内容。
    《材料物理与性能学》可作为材料专业本科生的专业基础课教材或低年级硕士生的教材，也可作为材料科学与工程领域相关科技工作者的参考书。

    对于材料专业的学生来讲，化学方面的基础知识学习得较多，包括有机化学、无机化学、分析化学和物理化学等，但物理方面的基础知识却较少涉及，只有普通物理课程，而物理本身所包含的基础知识比化学更多，例如光、电、磁、热、力、辐照等。因此，给材料专业的学生补充更多的物理知识，尤其是材料物理方面的基础知识就显得很有必要。而当前材料物理教材的诸多版本多数偏重理论推导，要求学生对物理学分支的知识掌握太多，这不能完全适应现行本科生教育的需求，对研究生来说相对更适合一些。个别相对合适的材料物理教材因为有些内容太深无法讲透，而有些内容又太浅，对本科生来说，作为参考书使用较为适合，这是一个方面的原因。另一方面，大多材料专业都开设了材料物理性能课程，此课程包含的材料物理的基本概念又都比较缺乏。编写这本《材料物理与性能学》教材的目的就是一方面给材料专业本科生增加一些有关材料物理的基础知识，另一方面将材料物理性能方面的内容合并到一起，减少学生的课程数目。
    在本书的编写过程中，注意突出了以下几方面的特色。
    （1）注重以实际应用案例讲解材料物理的一些基本概念和物理效应，使学生便于理解、掌握和记忆。
    （2）注重以实验的方法讲解各种材料的性能。
    （3）注重加入现代新材料的内容，介绍其应用与发展前沿。
    （4）内容丰富、实用，充分满足少学时教学的要求。
    本书由北方民族大学耿桂宏教授主编，燕山大学杨庆祥教授主审。编写分工如下：第1章的第1～4节和第10章由东北大学王晓强博士编写；第1章的第5～7节和第8章由郑州轻工业学院桂阳海博士编写；第2章的第1～2节和第4章由北方民族大学耿桂宏博士编写；第2章的第3、4节和第5章由东北大学罗绍华博士编写；第3章由北京工业大学李洪义博士编写；第6章由太原科技大学宋仁旺博士编写；第7章由太原科技大学郝维新博士编写；第9章由北方民族大学杜江华博士编写。
    本书在编写过程中参考了大量国内外有关教材、科技著作和学术论文，在此特向有关作者表示深切的谢意。
    由于编者水平有限，疏漏和不妥之处在所难免，欢迎同行和读者指正。

第1章 材料的热学性能
1.1 热学性能的物理基础
1.1.1 热力学第一定律
1.1.2 热力学第二定律
1.1.3 系统的自由能
1.1.4 热性能的物理本质
1.2 材料的热容
1.2.1 热容定义
1.2.2 热容的经验定律和经典理论
1.2.3 材料的热容
1.3 材料的热膨胀
1.3.1 热膨胀系数
1.3.2 热膨胀的物理本质
1.3.3 热膨胀与性能的关系
1.3.4 热膨胀系数测定
1.4 材料的热传导
1.4.1 热传导的宏观规律
1.4.2 热传导的微观机理
1.4.3 影响热导率的因素
1.4.4 材料的热导率
1.4.5 热导率的测量
1.5 材料的热稳定性
1.5.1 热稳定性的表示方法
1.5.2 热应力
1.5.3 抗热冲击断裂性能
1.5.4 抗热冲击损伤性
1.5.5 材料热稳定性的测定
1.6 热分析技术及其在材料物理中的应用
1.6.1 热重测量法
1.6.2 差热分析
1.6.3 差示扫描量热法
1.6.4 热分析技术的应用
1.7 拓展阅读纳米材料及其热学性能
本章小结
习题

第2章 缺陷物理与性能
2.1 点缺陷
2.1.1 点缺陷的主要类型
2.1.2 热平衡态的点缺陷
2.1.3 点缺陷与材料物理性能
2.2 位错
2.2.1 位错的主要类型
2.2.2 位错的运动方式
2.2.3 位错的应力场、弹性能和线张力
2.2.4 位错与材料物理性
2.3 面缺陷
2.3.1 表面
2.3.2 界面
2.4 拓展阅读内耗的测量方法与应用
2.4.1 内耗的量度
2.4.2 内耗的测量方法
2.4.3 内耗分析的应用
本章小结
习题

第3章 材料的力学性能
3.1 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能
3.1.1 力－伸长曲线和应力应变曲线
3.1.2 弹性变形
3.1.3 塑性变形
3.1.4 金属的断裂
3.2 力学试验
3.2.1 弯曲试验
3.2.2 硬度试验
3.2.3 冲击试验
3.3 加工硬化性能
3.3.1 应变硬化的意义
3.3.2 应变硬化机理
3.3.3 应变硬化指数
3.4 蠕变 
3.4.1 金属的蠕变现象
3.4.2 蠕变的形成机理
3.4.3 蠕变断裂机理
3.5 疲劳 
3.5.1 疲劳现象
3.5.2 疲劳的特点
3.6 磨损 
3.7 聚合物及陶瓷材料的力学性能
3.7.1 聚合物材料的力学性能
3.7.2 陶瓷材料的力学性能
3.8 拓展阅读碳纳米管力学性能的应用
3.8.1 复合材料的增强材料
3.8.2 微机械
3.8.3 碳纳米管针尖
本章小结
习题

第4章 导电物理与性能
4.1 电阻与导电的基本概念
4.2 材料的导电机理
4.2.1 金属及半导体的导电机理
4.2.2 无机非金属的导电机理
4.3 材料的导电性
4.3.1 导电材料与电阻材料
4.3.2 其他材料的导电性能
4.4 超导电性
4.4.1 超导电性的微观解释
4.4.2 超导态特性与超导体的三个性能指标
4.4.3 超导体的应用
4.5 导电性的测量与应用 
4.5.1 电阻测量方法
4.5.2 电阻分析的应用
4.6 半导体与p－n结
4.6.1 本征半导体与非本征半导体
4.6.2 p－n结
4.7 半导体的物理效应
4.7.1 半导体导电性的敏感效应
4.7.2 光致发光效应
4.7.3 电致发光效应
4.7.4 光伏特效应
4.8 拓展阅读超导材料的发展、研究与应用
4.8.1 超导材料发展历史
4.8.2 目前国内外的研究状况及发展趋势
4.8.3 超导科学研究
4.8.4 磁体科学和技术
本章小结
习题

第5章 材料的介电性能
5.1 介质极化和静态介电常数
5.1.1 电介质极化及其表征
5.1.2 电介质极化的微观机制
5.1.3 宏观极化强度与微观极化率
5.1.4 影响介电常数的因素
5.2 交变电场中的电介质 
5.2.1 复介电常数
5.2.2 介电弛豫的物理意义
5.2.3 德拜弛豫方程
5.2.4 谐振吸收和色散
5.2.5 介质损耗
5.2.6 影响介质损耗的因素
5.2.7 材料的介质损耗
5.3 固体电介质的电导与击穿
5.3.1 固体电介质的电导
5.3.2 固体电介质的介电强度与击穿
5.4 电介质的实验测量研究
5.4.1 介电常数和损耗的测量
5.4.2 电介质介电强度的测定
5.4.3 电介质的铁电性和电滞回线的测量
5.5 拓展阅读可设计的高介电陶瓷材料
本章小结
习题

第6章 铁电物理与性能
6.1 铁电物理的基本概念
6.1.1 铁电体的定义
6.1.2 铁电体的特性
6.1.3 铁电体的种类
6.2 铁电相变
6.2.1 无序-有序型相变铁电体
6.2.2 位移型相变铁电体
6.3 铁电体的物理效应
6.3.1 压电效应
6.3.2 热释电效应
6.3.3 电致伸缩效应
6.3.4 光学效应
6.4 铁电性基本参数和压电系数的实验研究
6.4.1 铁电性基本参数的实验研究
6.4.2 压电系数的实验研究
6.5 拓展阅读铁电物理导读
本章小结
习题

第7章 磁性物理与性能
7.1 磁学基础
7.1.1 磁学基本概念
7.1.2 磁学基本量
7.2 磁性的微观解释
7.2.1 电子轨道磁矩
7.2.2 电子自旋磁矩
7.3 材料的磁化
7.3.1 磁化的相关概念
7.3.2 磁化曲线的基本特征
7.3.3 磁性的分类
7.4 抗磁性与顺磁性
7.4.1 抗磁性
7.4.2 顺磁性
7.4.3 抗磁性与顺磁性的物理本质
7.5 反铁磁性
7.5.1 反铁磁性材料性质
7.5.2 反铁磁性材料特征
7.6 铁磁性
7.6.1 铁磁性的基本特征 
7.6.2 外斯“分子场”理论
7.6.3 磁晶各向异性、磁致伸缩
7.6.4 畴壁与磁畴结构
7.6.5 磁化曲线与磁滞回线
7.7 亚铁磁性
7.7.1 亚铁磁性的基本特征
7.7.2 尖晶石铁氧体的晶体结构
7.7.3 奈尔亚铁磁性“分子场”理论
7.8 磁性材料的应用
7.9 拓展阅读磁性材料
本章小结
习题

第8章 非晶态物理
8.1 非晶态物理概述
8.2 准晶、液晶和非晶态的结构
8.2.1 准晶
8.2.2 液晶
8.2.3 非晶态
8.3 非晶态固体的形成
8.3.1 结晶与非晶态的形成
8.3.2 玻璃化转变
8.4 非晶态固体结构模型
8.4.1 微晶模型
8.4.2 无规则网络结构模型
8.4.3 无序密堆积硬球模型
8.5 非晶态材料
8.5.1 非晶态固体的结构特征
8.5.2 非晶态合金
8.5.3 非晶态半导体
8.5.4 玻璃陶瓷
8.6 拓展阅读块体非晶合金
材料的研究
本章小结
习题

第9章 高分子物理
9.1 高分子的分子结构
9.1.1 高分子链的结构
9.1.2 高分子的聚集态结构
9.2 高分子的力学性能
9.2.1 聚合物的高弹性
9.2.2 聚合物的黏弹性
9.2.3 聚合物的力学强度
9.3 高分子的电、光和热性能
9.3.1 高分子的电学性能
9.3.2 高分子的光学性能
9.3.3 高分子的热学性能
9.4 拓展阅读高分子链的缠结研究
本章小结
习题

第10章 薄膜物理
10.1 薄膜的形成
10.1 薄膜生长过程及其分类
10.1.2 薄膜的形成理论
10.1.3 薄膜的应用
10.2 薄膜的结构与缺陷
10.2.1 薄膜的组织结构
10.2.2 薄膜的晶体结构
10.2.3 表面结构 
10.2.4 薄膜的缺陷
10.3 薄膜的尺寸效应
10.3.1 尺寸效应 
10.3.2 金属薄膜的尺寸效应
10.3.3 薄膜中铁电相变的尺寸效应 
10.4 薄膜与基底的附着、附着机理与附着力
10.4.1 附着
10.4.2 附着机理与附着力
10.5 薄膜的测试与表征
10.5.1 紫外-可见光谱
10.5.2 扫描隧道显微镜
10.5.3 光声光谱
10.5.4 拉曼光谱
10.5.5 其他表征手段
10.6 拓展阅读纳米薄膜
10.6.1 纳米薄膜的分类
10.6.2 纳米薄膜的性能
本章小结
习题
参考文献

    1.4.2 热传导的微观机理
    在固体中组成晶体的质点牢固地处在一定的位置上，相互间有一恒定的距离，质点只能在平衡位置附近做微小的振动，不能像气体分子那样杂乱无章地自由运动，也不能像气体那样依靠质点间的直接碰撞来传递热能。固体中的导热主要是通过晶格振动的格波和自由运动来实现的。在金属中由于有大量的自由电子，而且电子的质量很轻，能够迅速地实现热量的传递。因此，金属一般都具有较大的热导率。虽然晶格振动对金属导热也有贡献，但这是次要的。在非金属晶体中，如一般离子晶体的品格中，自由电子是很少的。因此，品格振动是它们的主要导热元素。
    假设晶格中-质点处于较高的温度下，它的热振动较强烈，平均振幅也较大，而其邻近质点所处的温度较低，热振动较弱。由于质点间存在相互作用力，振动较弱的质点在振动较强质点的影响下，振动加剧，热运动能量增加。这样，热量就能转移和传递，使整个晶体中热量从温度较高处传到温度较低处，实现热传导。假如系统对周围是绝热的，振动较强的质点受到邻近振动较弱的质点牵制，振动减弱下来，使整个晶体最终趋于一平衡状态。所以，固体导热是由晶格振动的格波来传递的，而格波又可分为声频支和光频支两类。
    1.声子和声子传导
    根据量子理论，一个谐振子的能量是不连续的，能量的变化不能取任意值，而只能是最小能量单元-量子的整数倍。一个量子所具有的能量为kv。品格振动的能量同样是量子化的。
    把声频支格波看成一种弹性波，这类似于在固体中传播的声波。因此，就把声频波的量子称为声子。其具有的能量为hv=hw。
    ……