《高等学校教材：材料物理性能》共分七章内容，第一章为材料物理基本知识简介，第二章为材料的热学性能，第三章为材料的光学性能，第四章为材料的导电性能，第五章为材料的介电性能，第六章为材料的磁学性能，第七章为材料弹性变形与内耗。每章内容主要包括物理性能的基本概念及其物理本质，金属材料、无机非金属材料及高分子材料的物理性能表现及影响它们的因素，物理性能的测试方法及物理性能分析在材料研究中的应用。每章后都附有本章小结和复习题，以便学生了解每章的重点。 《高等学校教材：材料物理性能》适用于金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程及复合材料工程等专业。
材料作为作为国民经济的基础产业，越来越受到人们的关注与重视。随着科技的飞速发展，材料不仅要满足承载的结构件需要，还要适应人们对各种功能器件的需求，因而对材料的性能要求越来越高。为了适应社会对材料类专业人才的需求变化，许多高校都对材料类专业的教学大纲作了修订，建立了金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程及复合材料工程等专业的公共课程平台，以适应“厚基础、宽专业、多方向、强能力”的高等教育发展趋势。“材料物理性能”作为公共平台课程，其内容在保证物理性能基础理论的同时，必须强调各材料类专业公共知识点，同时还需兼顾相关专业的各自特点，以满足各材料专业的需要。
全书共分七章内容，第一章为材料物理基本知识简介，第二章为材料的热学性能，第三章为材料的光学性能，第四章为材料的导电性能，第五章为材料的介电性能，第六章为材料的磁学性能，第七章为材料弹性变形与内耗。每章内容主要包括物理性能的基本概念及其物理本质，金属材料、无机非金属材料及高分子材料的物理性能表现及影响它们的因素，物理性能的测试方法及物理性能分析在材料研究中的应用。整个编写思路主要体现物理性能的基本理论与材料研究相结合。
本书适用于金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程及复合材料工程等专业的教材。全书由江苏大学刘强、黄新友、胡杰三人编写，他们分别在金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程三个专业长期从事教学科研工作。在本书编写过程中，对每章内容先从金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程等专业以相同的提纲分别编写，在此基础上，再由刘强总统稿，把三个专业的内容融会贯通。
在本书编写过程中，参考和引用了一些教材和专著，在书后的参考文献中已列出，在此向作者表示诚挚的谢意。
由于编者学识水平有限，加之融合三个专业的内容，难免有欠妥之处，望同行多提宝贵意见，以帮助编写者不断完善。
第一章 概论1
第一节 电子的波动性1
一、微观粒子的波粒二象性1
二、波函数3
三、薛定谔（Schrdinger）方程4
四、霍尔效应5
第二节 金属的费密（Fermi）索末菲（Sommerfel）电子理论6
一、金属中自由电子的能级7
二、自由电子的能级密度9
三、自由电子按能级分布11
第三节 晶体能带理论12
一、周期势场中的传导电子13
二、K空间的等能线和等能面15
三、准自由电子近似电子能级密度17
四、能带和原子能级18
第四节 晶格振动19
一、一维原子链的振动19
二、晶格振动的量子化——声子24
第五节 非晶态金属、半导体的电子状态26
一、非晶态金属、半导体及其特点26
二、电子状态27
第六节 分子运动理论28
一、高聚物分子运动的特点28
二、高聚物的力学状态29
三、高聚物的玻璃化转变及其影响因素31
四、结晶高聚物的熔融35
五、高聚物的黏流态转变及其影响因素38
本章小结39
复习题40
第二章 材料的热学性能41
第一节 材料的热容42
一、热容概念42
二、晶态固体热容的经验定律和经典理论42
三、晶态固体热容的量子理论回顾43
四、不同材料的热容46
第二节 材料的热膨胀48
一、热膨胀系数48
二、固体材料热膨胀机理49
三、热膨胀和其他性能的关系49
四、影响材料热膨胀系数的因素50
第三节 材料的热传导52
一、固体材料热传导的规律52
二、固体材料热传导的微观机理52
三、影响热导率的因素55
第四节 材料的热稳定性60
一、高分子材料的热稳定性60
二、无机材料的热稳定性62
第五节 热分析方法及其在材料分析中的应用70
一、常用热分析方法70
二、热分析的应用71
三、热分析在材料科学上的应用72
本章小结75
复习题75
第三章 材料的光学性能76
第一节 光通过介质的现象76
一、光的折射与非线性76
二、光的反射78
三、材料对光的吸收80
四、材料对光的散射81
五、色散85
六、光学性能的应用及其影响因素86
第二节 材料的受激辐射和激光93
一、受激辐射93
二、激活介质94
三、光学谐振腔和模式95
四、激光振荡条件96
第三节 材料的红外光学性能97
一、红外线的基本性质97
二、红外材料的性能97
第四节 光学的特殊效应的应用100
一、荧光物质100
二、激光材料100
三、通信用光导纤维100
四、电光、磁光及声光材料101
第五节 非线性光学性能102
一、非线性光学性能概念102
二、非线性光学晶体性质及制备103
三、非线性光学性能的应用104
本章小结105
复习题105
第四章 材料的导电性能106
第一节 材料的导电性106
一、电阻与导电的基本概念106
二、导电的物理特性106
三、导电机理108
第二节 超导电性115
一、超导体的两个基本特性115
二、超导体的三个重要性能指标116
三、两类超导体116
四、超导现象的物理本质117
五、超导高分子的Little模型118
第三节 影响金属导电性的因素119
一、温度的影响119
二、应力的影响121
三、冷加工变形的影响121
四、合金元素及相结构的影响122
第四节 导电性的测量125
一、双臂电桥法126
二、直流电位差计测量法126
三、直流四探针法127
四、绝缘体电阻的测量128
第五节 电阻分析的应用128
一、研究合金的时效128
二、测量固溶体的溶解度曲线129
三、研究淬火钢的回火130
第六节 无机非金属材料的电导130
一、玻璃态的电导130
二、陶瓷材料的电导131
第七节 半导体的电学性能133
一、本征半导体的电学性能133
二、杂质半导体的电学性能135
三、温度对半导体电阻的影响137
四、半导体陶瓷的物理效应137
第八节 材料的热电性141
一、第一热电效应——塞贝克（Seebeck）效应141
二、第二热电效应——玻尔帖（Peltier）效应148
三、第三热电效应——汤姆逊（Tomson）效应149
第九节 光电导性150
一、光电导的基本概念150
二、光电导机理——奥萨格（Onasger）离子对理论150
三、光电导性高分子聚合物的结构151
四、导电高分子聚合物的光电导性151
本章小结152
复习题152
第五章 材料的介电性能154
第一节 电介质及其极化154
一、平板电容器及其电介质154
二、极化相关物理量155
三、电介质极化的机制156
四、宏观极化强度与微观极化率的关系159
五、多晶多相无机材料的极化160
六、高分子材料的极化163
第二节 交变电场下的电介质164
一、复介电常数和介质损耗164
二、电介质弛豫和频率响应165
三、介电损耗分析166
第三节 电介质在电场中的破坏171
一、介电强度（介电击穿强度）171
二、本征击穿机制172
三、热击穿机制173
四、雪崩式击穿机制174
五、影响无机材料击穿强度的各种因素175
六、小结176
第四节 压电性、热释电性和铁电性176
一、压电性177
二、热释电性182
三、铁电性184
第五节 介电测量简介191
一、电容率（介电常数）、介电损耗、介电强度的测定191
二、电滞回线的测量191
三、压电性的测量192
本章小结193
复习题193
第六章 材料的磁学性能194
第一节 磁性基本量及磁性分类194
一、磁性的本质194
二、磁化现象与磁性的基本物理量195
三、物质磁性的分类196
四、铁磁体磁化曲线和磁滞回线196
第二节 抗磁性和顺磁性197
一、抗磁性197
二、顺磁性198
三、影响金属抗磁性与顺磁性的因素199
四、抗磁体和顺磁体的磁化率测量202
第三节 铁磁性203
一、自发磁化203
二、铁磁系统中的能量概念204
三、磁畴的形成和结构207
四、技术磁化和反磁化过程211
五、影响铁磁性的因素217
第四节 磁性高分子材料222
第五节 铁氧体结构及磁性226
一、尖晶石型铁氧体226
二、磁铅石型铁氧体227
三、石榴石型铁氧体228
第六节 动态磁化特性228
一、交流磁化过程与交流磁滞回线228
二、复数磁导率229
三、交变磁场作用下的能量损耗230
第七节 铁磁性的测量234
一、动态磁特性的测量234
二、静态磁特性的测量237
第八节 磁性分析的应用242
一、抗磁性与顺磁性分析的应用242
二、铁磁性分析的应用243
本章小结246
复习题246
第七章 材料弹性变形与内耗248
第一节 材料弹性变形248
一、弹性模量及弹性变形本质248
二、弹性模量与键合方式、原子结构的关系249
三、弹性模量与晶体结构的关系251
四、影响弹性模量的因素251
五、不同材料的弹性模量254
六、弹性模量的测量与应用256
第二节 材料内耗260
一、滞弹性内耗260
二、静滞后内耗263
三、内耗产生的机制264
四、内耗的测量方法和度量271
五、内耗分析的应用275
本章小结278
复习题279
参考文献280
第六节分子运动理论
结构是材料性能的物质基础，不同结构的聚合物材料具有不同的物理性能。也即是说，材料的宏观性能是建立在其微观结构基础之上的，它们之问的关系是通过分子的运动表现出来的。即使是同一结构的高聚物材料，在不同的条件下，会由于分子有不同的运动而显示出不同的物理性能。比如，聚甲基丙烯酸甲酯，在室温时是坚硬的玻璃体，当加热到100°C左右时，则变成柔软的弹性体。可以知道，尽管高聚物的链结构没有发生变化，但由于温度改变了高聚物在外场作用下的分子运动模式，使材料的物理性能发生了明显的变化。所以，高聚物的分子运动是微观结构与宏观性能之间的桥梁。只有深刻理解聚合物的分子运动，才能真正揭示结构与性能之间的内在联系。
一、高聚物分子运动的特点
高聚物的结构是多层次的，这导致其分子运动的多重性和复杂性。与小分子相比，高分子的运动具有一些不同的特点。
（1）运动单元的多重性高分子在结构上具有很大的差异，其运动单元也具有多重性，除了整个高分子主链可以运动外，链内各个部分，如分子链上的支链、链段、链节、侧基等都可以产生相应的各种运动，一般而言，按照运动单元的大小，可以把高分子的上述运动单元大致分为大尺寸和小尺寸两类运动单元，前者指整链，后者指链段、链节和侧基等。高聚物运动单元的多重性取决于结构，而运动单元的转变依赖于外场条件。改变外场条件就能改变分子运动状态，从而导致高聚物力学状态的改变。因此在讨论高聚物的物理和力学性能时，必须依据高聚物的结构和所处的条件。
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