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绪论1

第一章 晶体结构（一）1

§1．1晶体中原子、分子的结合方式1

§1．2离子键与离子晶体3

§1．2．1几种典型的离子晶体结构3

§1．2．2点阵能4

§1．2．3晶体中的离子半径7

§1．2．4密堆积原理9

§1．2．5离子的极化11

§1．3共价键与共价化合物13

§1．3．1共价键13

§1．3．2共价晶体13

§1．3．3共价半径17

§1．4键的极性18

§1．5金属、合金与金属键20

§1．5．1金属键20

§1．5．2密堆积和金属的晶体结构21

§1．5．3合金结构22

§1．5．4金属的原子半径23

§1．6氢键与氢键晶体24

§1．7范德华键与分子晶体25

第二章 晶体结构（二）28

§2．1晶体的特征28

§2．2空间点阵29

§2．3．1布喇菲晶胞30

§2．3晶胞30

§2．3．2约化胞32

§2．4晶面与晶向34

§2．4．1晶向的密勒指数34

§2．4．2晶面的密勒指数34

§2．5倒易点阵35

§2．5．1倒易点阵的基矢35

§2．5．2倒易关系与线面对应38

§2．6晶体的宏观对称性——32种点群38

§2．6．1对称操作和对称元素39

§2．6．2 32种点群40

§2．7晶体的微观对称性——空间群42

§2．7．1晶体的微观对称元素42

§2．7．2 230种空间群44

第三章 晶体缺陷53

§3．1点缺陷53

§3．1．1各类点缺陷54

§3．1．2点缺陷的热平衡浓度56

§3．1．3点缺陷的原因57

§3．1．4扩散现象59

§3．1．5扩散的微观机理61

§3．2线缺陷——位错63

§3．2．1伯格矢量64

§3．2．2位错的应力与能量67

§3．2．3位错的运动69

§3．2．4位错与其他缺陷的相互作用73

§3．3面缺陷77

§3．3．1匹配界面78

§3．3．2半匹配界面83

第四章 非晶态结构88

§4．1描述方法89

§4．1．1配位数89

§4．1．2径向分布函数89

§4．1．3泡沫-原子原胞集合的蜂房91

§4．2．1经验的无规则密堆积结构92

§4．2无规则密堆积92

§4．2．2理论处理方法93

§4．2．3无规则密堆积结构的特征94

§4．3连续无规则网络95

§4．3．1共价玻璃的连续无规则网络模型96

§4．3．2典型的元素连续无规则网络结构——非晶态硅98

§4．3．3典型的二元化合物的连续无规则网络结构——熔凝氧化硅99

§4．4硫系玻璃100

§4．4．1分子固体与网络维数100

§4．4．2一维与二维固体网络102

§4．4．3硫系玻璃及氧化物中成分的自由度104

§4．4．4理想玻璃及拓扑缺陷106

§4．5高分子键108

§4．5．1无规则线团模型108

§4．5．2无规行走、醉鸟和柔性链的位形110

第五章 高分子材料的链结构113

§5．1高分子链的近程结构115

§5．1．1结构单元的化学组成115

§5．1．2键接结构117

§5．1．3支化与交联118

§5．1．4共聚物的序列结构120

§5．1．5高分子链的空间立构121

§5．2高分子链的远程结构123

§5．2．1高分子的大小123

§5．2．2高分子链的内旋转构象124

§5．2．3高分子链的柔顺性126

§5．3．1均方末端距的几何计算法130

§5．3高分子链的构象统计130

§5．3．2均方末端距的统计计算法133

§5．3．3高分子链柔顺性的表征139

§5．3．4高分子链的均方旋转半径140

第六章 高分子凝聚态141

§6．1引言141

§6．2半结晶聚合物141

§6．2．1晶体结构142

§6．2．2形态143

§6．2．3熔融146

§6．3无定形聚合物146

§6．3．1玻璃化转变现象147

§6．3．2玻璃化转变温度的化学结构影响149

§6．3．3半结晶聚合物的玻璃转变150

§6．4聚合物材料的不同状态150

§6．4．1非晶态材料150

§6．4．3半结晶材料151

§6．4．2交联非晶态材料151

§6．4．4定向结晶聚合物152

§6．5软物质系统153

第七章 晶格振动和晶体的热学性质155

§7．1一维原子链的振动155

§7．1．1一维布喇菲格子的情形155

§7．1．2一维复式格子的情形157

§7．1．3声学波和光学波159

§7．1．4周期性边界条件[玻恩-卡门（Born-Karman）边界条件]161

§7．2晶格振动的量子化——声子162

§7．2．1一维布喇菲格子163

§7．2．2三维复式格子166

§7．3长波近似168

§7．3．1长声学波168

§7．3．2长光学波170

§7．4固体比热173

§7．4．1爱因斯坦模型175

§7．4．2德拜模型176

§7．5非简谐效应179

§7．5．1热传导180

§7．5．2热膨胀182

§7．6确定振动谱的实验方法183

§7．7晶格的自由能186

第八章 固体材料中电子能量状态190

§8．1固体电子论基础190

§8．1．1一维周期性势场中电子的能量状态190

§8．1．2克龙尼克-潘纳模型194

§8．1．3微扰法——自由电子近似199

§8．1．4简并微扰法——散射波较强的情况201

§8．1．5晶体中电子运动的速度和加速度205

§8．1．6金属、半导体和绝缘体 空穴概念207

§8．2能带理论211

§8．2．1三维情况的布洛赫定理212

§8．2．2布里渊区216

§8．2．3平面波方法219

§8．2．4紧束缚方法223

§8．2．5正交化平面波方法227

§8．2．6 k·p微扰法231

§8．2．7赝势方法236

§8．2．8费密面的构造法239

§8．2．9迪·哈斯-范·阿耳芬效应242

§8．2．10合金的性质和能带结构——休谟-饶塞里定律246

§8．3非晶材料的能带结构250

§8．3．1定域化250

§8．3．2局域有序和化学成键263

§8．3．3非晶半导体的能带模型267

§8．3．4非晶半导体的缺陷与能隙态269

第九章 固体的电导280

§9．1金属的电导280

§9．1．1玻尔兹曼方程281

§9．1．2金属的电导率283

§9．1．3弛豫时间的统计理论286

§9．1．4电子-晶格相互作用288

§9．1．5纯金属的电阻率291

§9．1．6电离杂质的散射295

§9．1．7不含过渡族元素的金属固溶体的电导297

§9．1．8过渡金属及其合金的电阻301

§9．1．9弱磁场下玻尔兹曼方程的解304

§9．1．10金属的热导率307

§9．2半导体的电导309

§9．2．1晶态半导体的电导310

§9．2．2非晶态半导体的电导345

§9．2．3掺杂非晶态半导体的电导374

§9．3快离子电导395

§9．3．1快离子电导概述395

§9．3．2晶体结构和快离子传导401

§9．3．3迁移机制和点阵缺陷408

§9．4高分子电导418

§9．4．1载流子的种类418

§9．4．2载流子的产生420

§9．4．3载流子的迁移426

§9．5超导电性436

§9．5．1超导态的电磁特性438

§9．5．2超导电相变441

§9．5．3两类超导体444

§9．5．4金斯堡-朗道理论448

§9．5．5同位素效应和电子-声子相互作用453

§9．5．6库柏对456

§9．5．7超导态的微观图像和特性459

§9．5．8超导能隙和隧道效应462

§9．5．9宏观的量子现象466

§9．5．10约瑟夫逊效应470

§9．5．11超导量子干涉效应473

第十章 固体材料的介电特性477

§10．1电介质材料的介电特性477

§10．1．1电介质材料的静态介电常数477

§10．1．2分子极化478

§10．1．3洛伦兹的有效场483

§10．1．4变动电场中电介质的行为——介质损耗486

§10．1．5极化弛豫489

§10．1．6动态介电常数491

§10．2高分子材料的介电性质493

§10．2．1高分子材料介电常数与结构的关系493

§10．2．2高聚物的介电损耗495

§10．3晶体的介电性质507

§10．3．1晶体的极化率和介电常数509

§10．3．2晶体的极化能[xü]和[εü]张量的对称性510

§10．3．3晶体对称性的影响512

§10．4晶体的压电性质513

§10．4．1正压电效应513

§10．4．2反压电效应517

§10．4．3二级压电效应518

§10．4．4晶体对称性对压电模量的影响519

§10．4．5压电晶体材料524

§10．4．6压电晶片的切型和振动方式526

§10．5．2晶体对称性对热释电效应的影响529

§10．5．1热释电效应529

§10．5晶体的热释电性质529

§10．5．3静压力产生的极化531

§10．5．4热释电晶体材料及其应用532

§10．6晶体的铁电性质534

§10．6．1自发极化和铁电晶体534

§10．6．2铁电晶体的一般特性和种类534

§10．6．3铁电材料的分类和应用540

§10．6．4反铁电体和铁弹性（包括铁电-铁弹体）544

§10．6．5钛酸钡的铁电性质549

§10．6．6铁电体的相变热力学554

§10．6．7光学波软模与铁电性558

第十一章 材料的光学特性（一）561

§11．1光在晶体中的传播561

§11．1．1光波和光线561

§11．1．2晶体中的光波564

§11．1．3双折射565

§11．2．1光率体572

§11．2光率体和折射率面572

§11．2．2晶体对称性对光率体的影响574

§11．2．3折射率面582

§11．2．4光率体和折射率面的色散585

§11．3晶体的电光效应589

§11．3．1电光效应的基本原理589

§11．3．2一次电光效应593

§11．3．3二次电光效应621

§11．4电光效应的应用624

§11．5电光晶体材料637

§11．6弹光效应648

§11．7晶体的非线性光学效应662

§11．7．1非线性光学效应和非线性光学系数662

§11．7．2位相匹配670

§11．7．3光混频和参量振荡684

§11．8非线性光学材料689

§12．1固体光学常数间的基本关系697

第十二章 固体的光学特性（二）697

§12．2固体中的光吸收过程（概述）701

§12．3基本吸收702

§12．4自由载流子的光吸收705

§12．5晶格吸收706

§12．6杂质和缺陷吸收709

§12．7光电导和光生伏特711

§12．8固体中的光发射过程715

§12．9固体发光的衰减机构和陷阱效应718

§12．10电致发光与半导体发光二极管721

§12．11受激发射723

第十三章 固体的磁性728

§13．1原子和离子间的固有磁矩729

§13．2逆磁性732

§13．3顺磁性734

§13．4原子磁性的量子力学理论737

§13．5顺磁共振740

§13．6金属中传导电子的磁性745

§13．7铁磁性的唯象理论749

§13．8交换作用752

§13．9巡游电子模型756

§13．10自旋波760

§13．11磁畴763

§13．12反铁磁性767

§13．13亚铁磁性772

第十四章 纳米材料775

§14．1基本概念776

§14．2纳米材料特性上的奇异性777

§14．2．1晶体尺寸效应777

§14．2．2热学性质778

§14．2．3纳米效应780

§14．2．4纳米结构单元之间的交互作用781

§14．3纳米材料物性的特殊性782

§14．4概念与计算上的挑战782

结语786

主要参考书目788