14．铁电体自发极化的物理机制：1）非铁电态到铁电态过渡总是伴随着晶格结构的改变。2）晶体由立方晶系转变为四方晶系，晶体的对称性降低。3）自发极化主要是由于某些离子偏离了平衡位置而造成的。偏离导致单位晶胞中出现电矩，电矩之间的相互作用使偏离离子在新的位置上稳定下来。与此同时，晶体结构发生畸变。 15．（右图为N沟道晶体管示意图，在P型衬底的MOS系统中增加两个N型扩散区，分别称为源区（S表示）和漏区（D表示））。
通过控制栅压G的极性和数值，可以使MOS晶体管分别处于导通或截止的状态：源、漏之间的电流将受到栅压的调制，这就是MOS晶体管工作原理的基础。
16.基于伏特效应设计的太阳能电池吸收光能及产生电能的示意图并阐明其运作过程。 利用扩散掺杂的方法，在P型半导体的表面形成一个薄的N型层，在光的照射下，在PN结及其附近表面产生大量的电子和空穴对，在PN结附近一个扩散长度内，电子-空穴对还没有复合就有可能通过扩散达到PN结的强电场区域（PN结自建电场），电子将运动到N型区，空穴将运动到P型区，使N区带负电、P区带正电，上下电极产生电压——
光生电子伏特效应。
17. PN结在正、反向电压施加作用下的导电过程： A、PN结的构成：PN结的两边由于存在载流子分布的浓度差而引起载流子的扩散运动。P区中的空穴扩散到了N区，N区中的电子扩散到了P区，随着扩散的进行在交界面处形成了一层的空间电荷区，同时也有一定值的内电场Ei和内建电位差VD,如右图所示。 B、外加正向电压的情况 由于外加正向电压U与内电位差VD方向相反，因而使阻挡层两端的电位差减小到（VD-U），空间电荷量减少，以至内电场减小，结果产生了从P区流向N区的正
向电流。该电流是由多子扩散形成的，故较大。
C、由于外加电压U与内电位差VD方向相同，阻挡层加宽，科技电荷量增多，以至内电场加强，形成了从N区流向P区的反向电流。该电流是由少子漂移形成的，故很微弱，且几乎不随U的增大而变化。
18.介质极化的五种基本形式及概念、基本特点 1）。电子式极化（电子位移极化）：在E作用下，原子外围的电子云中心相对于原子核发生位移，形成感应电矩而使介质极化的现象。特点：形成很快（10-14～10-16 s),是弹性可逆的，极化过程不消耗能量。在所有电介质中都存在，但只存在此种极化的电介质只有中性的气体、液体和少数非极性固体。 2）。2）离子式极化(离子位移极化）:离子晶体中，除离子中的电子产生位移极化外，正负离子也在E作用下发生相对位移而引起的极化。又分为：A.离子弹性位移极化：在离子键构成的晶体中，离子间约束力很强，离子位移有限，极化过程很快（ 10-12～10-13s），不消耗能量，可逆。 B、热离子极化（离子松弛式位移极化）：在有些离子晶体和无定形体中，存在一些约束力较弱的离子，无E时作无规则热运动，宏观无电矩；有E时，正负离子反向迁移，形成正负离子分离而产生介质极化。极化建立时间较长（ 10-2～10-5s），有极化滞后现象，需消耗一定能量，不可逆。
3）偶极子极化(固有电矩的转向极化）:有E时，偶极子有沿电场方向排列的趋势，而形成宏观电矩，形成的极化。所需时间较长（10-2～10-10s），不可逆，需消耗能量。
4）空间电荷极化：有些电介质中，存在可移动的离子，在E作用下，正负离子分离所形成的极化。所需时间最长（10-2s）。
19、BaTiO3单晶体在外电场作用下的极化反转过程：
（20）金属Fe具有磁性原因
答：铁磁质的磁性是自发产生的，磁化过程只不过是把铁磁质本身的磁性显示了出来，而不是由外界向铁磁质提供磁性。铁磁性产生的充分条件：原子内部要有未填满的电子壳层（或说存在固有磁矩），且A（交换能积分常数）为正值（或说可发生自发磁化）。
据键合理论，原子相互接近形成分子时，电子云要相互重叠，电子要相互交换位置。对Fe过渡族金属，原子的3d与4s态能量接近，它们电子云重叠时引起了3d、4S态电子的交换。交换力的作用迫使相邻原子的自旋磁矩产生有序的排列。铁磁质产生自发磁化
期末复习题
一、填空（20）
1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为 ，名义应变值为 。
2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量 介电常数 与微观量 极化率 之间的关系。
3．固体材料的热膨胀本质是 点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大 。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈 小 ，热导率也就愈 低 。 5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是 不具有对称中心 的晶体。 6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的 介电常数 一致，虚部表示了电介质中 能量损耗 的大小。
．当磁化强度M为 负 值时，固体表现为抗磁性。8．电子磁矩由电子的 轨道磁矩 和 自旋磁矩 组成。
9．无机非金属材料中的载流子主要是 电子 和 离子 。 10．广义虎克定律适用于 各向异性的非均匀 材料。
11．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I0?（1-m）2x 。
12．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= ? 。
13．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l， 则此偶极矩为 ql 。 14．裂纹扩展的动力是物体内储存的 弹性应变能 的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的 表面能 。
15.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是 裂纹扩展 的结果。 16．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用 第二 热应力因子表示。 17．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是 声子热导 。
18．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示 应力作用 的方向。
19． 电滞回线 的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。
20．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由 电子的自旋磁矩 引起。 21. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的 数量 ，而是决定于裂纹的 大小 ，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的 断裂强度。
22. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 23.晶体发生塑性变形的方式主要有 滑移 和 孪生 。
24.铁电体是具有 自发极化 且在外电场作用下具有 电滞回线 的晶体。 25.自发磁化的本质是 电子间的静电交换相互作用 。 二、名词解释(20)
自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使
晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。
断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结
构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。
滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这
种与时间有关的弹性称为滞弹性。
格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称
为格波，格波的一个特点是，其传播介质并非连接介质，而是由原子、离子等形成的晶格。
电介质：指在电场作用下能建立极化的一切物质。
电偶极子：是指相距很近但有一距离的两个符号相反而量值相等的电荷。 蠕变（creep）(缓慢变形)：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延
长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。 突发性断裂：断裂源处的裂纹尖端所受的横向拉应力正好等于结合强度时，裂纹
产生突发性扩展。一旦扩展，引起周围应力的再分配，导致裂纹的加速扩展，这种断裂称为突发性断裂。
压电效应：不具有对称中心的晶体在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其
内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当对不具有对称中心晶体的极化方向上施加电场，晶体也会发生变形，电场去掉后，晶体的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。
电致伸缩：当在不具有对称中心晶体的极化方向上施加电场时，晶体会发生变形，
电场去掉后，晶体的变形随之消失，这种现象称为电致伸缩现象，或称为逆压电效应。
铁电体：具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 三、问答题（每题5分，共20分） 1．简述KI和KIC的区别。
答：KI应力场强度因子：反映裂纹尖端应力场强度的参量。
KIC断裂韧度：当应力场强度因子增大到一临界值时，带裂纹的材料发生断裂，该临界值称为断裂韧性。
KI是力学度量，它不仅随外加应力和裂纹长度的变化而变化，也和裂纹的形状类型，以及加载方式有关，但它和材料本身的固有性能无关。而断裂韧性KIC则是反映材料阻止裂纹扩展的能力，因此是材料的固有性质。 2.简述位移极化和松驰极化的特点。
答：位移式极化是一种弹性的、瞬时完成的极化，不消耗能量；松弛极化与热运动有关，完成这种极化需要一定的时间，并且是非弹性的，因而消耗一定的能量。
3.铁磁性与铁电性的本质差别是什么？
答：⑴ 铁电性由离子位移引起，铁磁性由原子取向引起。
⑵ 铁电性在非对称性的晶体中发生，铁磁性发生在次价电子的非平衡自旋中。
⑶ 铁电体的居里点是由于晶体相变引起的，铁磁性的居里点是原子的无规
则振动破坏了原子间的“交换”作用，从而使自发磁化消失引起的。