《材料物理性能》以物理基礎理論為主線，突出材料物理性能主要分支的重要現象及其物理基礎，內容涵蓋固體材料的熱、電、磁、光等最重要的物理性能分支，充分展示材料物理性能的經典內容和工程應用及其發展，包括信息和能源等新材料領域的發展和典型應用。本書理論內容敘述清晰明了，各章節內容相對獨立，方便不同專業方向教學需要和自學。
本書適合作為高等學校材料類相關專業的教材使用，也可供材料領域的研究生、工程技術人員和科技工作者參考。
胡正飛，同濟大學材料學院教授，博士生導師。
先后在蘇州大學物理專業、華東理工大學物理化學專業、北京科技大學材料物理專業完成本科到博士階段學業。曾是復旦大學博士后、佐治亞理工學院（Georgia Tech）高*級訪問學者。
社會學術兼職有：中國機械工程學會材料專業委員會理事、全國材料新技術發展研究會理事、機械工程材料學報編委等。
專業上一直從事材料物理領域的科研和教學工作。主要從事金屬材料領域應用基礎理論和工程實際問題研究，一是具有顯著工程應用背景的新型合金材料的開發和應用；二是材料及結構的失效分析與評價，包括材料的使役行為、腐蝕失效和設備關鍵部件壽命評估等。
主要研究領域有：
1.金屬復合材料與輕量化；
2.耐熱鋼的蠕變、疲勞及其服役行為；
3.材料失效分析與評價；
4.高強度鋼的強化與應用；
5.電子顯微分析技術與應用.
近期承擔或參與了國家“十一五”和“十二五”支撐課題、國家自然基金、973子課題、上海市重點課題等項目研究工作。研究方面關注與工程實際緊密結合的新材料開發與應用，長期跟蹤重大工程領域的材料失效分析與評價方面研究。注重實驗物理手段的運用，從材料的組織結構角度，注重利用TEM、HRTEM、XRD、EDS、AES等微觀結構觀察分析手段和數值模擬相結合的方法，認識微觀結構演變行為及其動力學規律，深入理解材料組織結構與性能關系，并結合到新材料開發、材料工程應用評價、材料損傷與失效中去。已發表學術論文逾百篇。
教學方面主講《材料物理性能》、《材料物理》、《電子顯微分析原理與方法》等專業課程。
緒論
第1章材料的熱學性質和晶格振動
1.1原子的運動與能量 4
1.2熱容及其經典理論 4
1.2.1熱容的概念 4
1.2.2熱容的經典理論及其問題 5
1.3晶格振動 7
1.3.1一維單原子鏈 7
1.3.2周期性邊界條件 8
1.3.3格波 8
1.4熱容的量子理論 11
1.4.1晶格振動的量子化和聲子 11
1.4.2晶格熱容的量子理論 12
1.4.3愛因斯坦模型 12
1.4.4德拜模型 13
1.5材料熱容性能及影響因素 15
1.5.1金屬材料的熱容 16
1.5.2無機材料的熱容 18
1.5.3熱容的分析方法與應用 19
1.5.4熱分析應用 20
1.6熱膨脹 22
1.6.1熱膨脹系數 22
1.6.2熱膨脹的本質及熱膨脹系數導出 23
1.6.3膨脹系數的影響因素 26
1.6.4熱膨脹分析與應用 28
1.7熱傳導 31
1.7.1熱傳導的概念和規律 32
1.7.2熱擴散率和熱阻 32
1.7.3熱傳導的物理機制 33
1.7.4材料的熱傳導及其影響因素 36
1.8熱穩定性 40
1.8.1熱穩定性的一般意義 40
1.8.2熱應力和熱沖擊破壞 40
1.8.3熱應力斷裂因子和損傷因子 41
1.8.4材料的熱穩定性評價方法 43
思考與練習題 44
第2章材料的電學性質
2.1固體電學性能概述 45
2.1.1材料的導電類型 46
2.1.2電導率和遷移率 46
2.2固體中電子狀態和能帶 48
2.2.1固體中電子能量狀態和能帶形成 48
2.2.2導體、半導體和絕緣體 49
2.3金屬材料的電性能 51
2.3.1金屬的導電機制 52
2.3.2金屬電導率的影響因素 52
2.3.3固溶體 57
2.3.4金屬間化合物 61
2.3.5金屬電阻研究的意義 62
2.3.6常見的導電材料及其應用 62
2.4超導電性 64
2.4.1超導現象和概念 65
2.4.2超導的特征 66
2.4.3第二類超導體 67
2.4.4BCS理論 67
2.4.5約瑟夫森效應 68
2.4.6超導的應用 69
2.5離子導體 70
2.5.1離子導電機制 70
2.5.2快離子導體和固體電解質 71
2.6半導體材料的電性能 73
2.6.1半導體中的載流子與導電行為 73
2.6.2半導體中載流子的運動和有效質量 73
2.6.3半導體的類型和特征 77
2.6.4半導體中載流子的輸運 81
2.7電接觸現象及其效應 83
2.7.1材料中電子的逸出和功函數 83
2.7.2金屬-金屬接觸 84
2.7.3p-n結 85
2.7.4金屬-半導體接觸 87
2.7.5半導體表面電子狀態 89
2.7.6MIS結構 91
2.8半導體的光電效應與磁電效應 92
2.8.1半導體的光吸收 92
2.8.2半導體的光電導現象 94
2.8.3半導體的光生伏特效應 95
2.8.4霍爾效應及其應用 96
2.9熱電效應 98
2.9.1澤貝克效應 98
2.9.2佩爾捷效應 99
2.9.3湯姆遜效應 100
2.9.4熱電效應的應用 100
2.10絕緣體及其介電特性 102
2.10.1絕緣體 102
2.10.2電介質及介電極化行為 102
2.10.3介電極化的物理量 104
2.10.4電偶極矩與極化強度 105
2.10.5介電損耗 106
2.10.6介電材料的電導和擊穿行為 108
2.11介電材料的極化與電學效應 109
2.11.1壓電效應 109
2.11.2熱釋電現象 110
2.11.3鐵電體 111
2.12材料電學性能應用分析 113
2.12.1建立二元固溶體端際固溶度曲線 114
2.12.2研究材料中的點缺陷 114
思考與練習題 115
第3章材料的磁學特性
3.1材料磁性的物理基礎 117
3.1.1原子磁矩 118
3.1.2磁化與磁化強度 119
3.1.3材料的磁性分類 121
3.2磁性的物理本質 123
3.2.1原子磁矩的物理理論 123
3.2.2抗磁性來源 124
3.2.3抗磁性、順磁性和鐵磁性 124
3.2.4金屬原子磁矩與磁性能 125
3.3鐵磁性與自發磁化 126
3.3.1鐵磁性的自發磁化 126
3.3.2磁疇及其結構 127
3.3.3實際磁性材料中的磁疇結構 129
3.3.4亞鐵磁性與反磁性 131
3.4鐵磁性材料在外磁場中磁化效應和影響因素 133
3.4.1靜磁能與磁化功 133
3.4.2退磁能與磁性的形狀各向異性 134
3.4.3磁的各向異性與磁晶能 134
3.4.4磁致伸縮與磁彈性能 137
3.5磁性材料的磁化曲線和技術磁化 138
3.5.1磁化曲線 138
3.5.2技術磁化 138
3.5.3磁滯現象和磁滯回線 141
3.5.4磁性能的影響因素 142
3.6磁性材料的動態磁化 143
3.6.1交變磁場中材料磁化的時間效應 144
3.6.2交變磁場中動態磁化的磁導率及其意義 144
3.6.3動態磁化的磁滯回線和磁化損耗 145
3.6.4磁共振損耗與磁導率減落 146
3.7鐵氧體磁性材料 147
3.7.1鐵氧體的概念和分類 147
3.7.2軟磁鐵氧體材料 148
3.7.3鐵氧體硬磁材料 150
3.8磁物理效應與應用 150
3.8.1磁電阻效應 151
3.8.2磁光效應 155
3.8.3磁熱效應與磁制冷 156
3.8.4磁流體 157
思考與練習題 158
第4章材料的光學性能
4.1光與顏色 160
4.2光與固體的相互作用 161
4.2.1光的折射 162
4.2.2光的反射 163
4.2.3光的色散 165
4.2.4光的吸收 165
4.2.5光的散射 167
4.3材料的透光性 167
4.3.1材料的透明性與顏色 168
4.3.2陶瓷材料的乳濁與半透明性 170
4.4材料發光和發光材料 171
4.4.1材料發光的概念 171
4.4.2發光的分類 172
4.4.3發光中心與發光材料 172
4.4.4無機發光材料及其應用 173
4.4.5有機發光材料及其應用 174
4.5半導體發光 175
4.5.1直接躍遷和間接躍遷 175
4.5.2半導體發光 177
4.5.3發光效率 178
4.5.4p-n結電致發光 179
4.5.5發光二極管與應用 180
4.6受激輻射與激光 181
4.6.1基本原理 181
4.6.2半導體激光 183
思考與練習題 185
第5章材料的力學性能
5.1材料的形變特性 186
5.1.1彈性形變與彈性模量 188
5.1.2彈性模量的物理意義 189
5.2彈性形變和滯彈性 190
5.2.1彈性形變的特征 190
5.2.2彈性形變的本質 190
5.2.3滯彈性和內耗 191
5.2.4黏彈性 192
5.2.5彈塑性形變 192
5.3晶體形變和位錯運動 192
5.3.1位錯運動與形變 192
5.3.2滑移臨界分切應力 193
5.3.3單晶體滑移與形變 194
5.3.4滑移系和交滑移 194
5.3.5形變與強化 195
5.3.6晶體形變的其他方式 196
5.3.7彈塑性形變與材料性質的關系 198
5.3.8多晶體塑性形變及其特點 199
5.3.9多晶體塑性形變的機制和影響因素 199
5.4強度與斷裂 203
5.4.1材料的理論強度 203
5.4.2格里菲斯脆性斷裂理論 204
5.5斷裂韌性 206
5.6疲勞 207
5.6.1交變載荷與循環應力 208
5.6.2疲勞壽命及其分類 209
5.6.3S-N曲線與疲勞極限 209
5.6.4疲勞壽命模型 210
5.6.5疲勞循環特征 211
5.6.6疲勞壽命的影響因素 212
5.7蠕變 213
5.7.1蠕變現象 213
5.7.2蠕變曲線 214
5.7.3蠕變強度和蠕變類型 214
5.8材料的超塑性 217
5.8.1超塑性特點 218
5.8.2超塑性的分類 218
5.8.3超塑性形變機理 219
5.8.4超塑性的應用 222
思考與練習題 223
參考文獻 225
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