có nghĩa là một điện tử tụt từ một trạng thái năng lượng cao xuống một trạng thái năng lượng thấp hơn mà khơng có một kích thích bên ngồi nào. Những lần chuyển dời độc lập với nhau và tại những thời điểm ngẫu nhiên, tạo ra bức xạ khơng kết hợp, nghĩa là các sóng ánh sáng khơng trùng pha với nhau. Nhưng với tia Laze, ánh sáng kết hợp được sản sinh bởi các chuyển dời điện tử khởi đầu từ một tác nhân kích thích bên ngồi.
Tuy có nhiều kiểu Laze khác nhau nguyên lý hoạt động của chúng đều được giải thích bằng Lazer chất rắn rubi. Rubi đơn giản là đơn tinh thể Al2O3(saphia) có pha thêm 0.05% ion Cr+3. Như đã giải thích ở trên (mục 5.4.3.5), những ion này làm cho rubi có màu đỏ đặc trưng, quan trọng hơn là chúng tạo ra các trạng thái điện tử quyết định hoạt động của Laze. Rubi có dạng thanh với hai đầu phẳng song song và được mài nhẵn bóng. Cả hai đều được mạ bạc sao cho một phần được tồn phần cịn đầu kia truyền qua một phần.
Thanh rubi được chiếu sáng bằng một đèn sáng xenon(5.65). Do tác dụng này tất cả các ion Cr+3 đều ở trạng thái cơ bản của chúng, nghĩa là các điện tử chiếm những mức năng lượng thấp nhất như biểu diễn trên sơ đồ hình 5.66. Các photon có bước sóng 0,56 µm do đèn xenon phát sẽ kích thích các điện tử của Cr+3chuyển lên các trạng thái năng lượng cao hơn. Những điện tử này có thể tụt về trạng thái cơ bản của chúng bằng 2 cách khác nhau. Một số điện tử rơi trực tiếp trở về, photon phát ra không nằm trong vùng tia lase. Các điện tử khác tụt xuống một trạng thái trung gian siêu bền( con đường EM trên
hình 5.67), ở đó chúng có thể lưu lại tới 3ms trước khi phát xạ tự phát ( con đường MG). Trong các quá trình điện tử 3ms là một thời gian tương đối dài, điều này cho thấy một số lớn các trạng thái siêu bền có thể bị chiếm. Tình hình này được chỉ rõ trên hình 5.68b.
Sự phát xạ photon tự phát khởi đầu của một vài trong số điện từ đólà kích thích, mở ra cả một thác lũ dồn dập những phát xạ từ các điện tử đang cịn ở trạng thái siêu bền( hình 5.68c). Trong những photon hướng song song theo những trục dài của thanh Rubi, có một số được truyền qua phần mạ bạc một phần, những photon khác đi tới đầu mạ bạc toàn phần sẽ bị phản xạ trở lại.
Cịn những photon khơng được phát xạ theo hướng trục này thì sẽ bị thất lac. Chùm ánh sáng đi tới đi lui lặp lại dọc theo chiều dài thanh Rubi, cường độ của nó tăng lên do có nhiều phát xạ hơn được kích thích( Hình 5.68d). Cuối cùng một chùm sáng lase cường độ cao, kết hợp và tập trung cao độ trong một thời gian ngắn được truyền qua đầu mạ bạc một phần của thanh Rubi (Hình 5.67e). Chùm sáng đỏ đơn sắc này có bước sóng 0,6943µm.
Một loạt các chất có thể dùng cho lase, trong đó có một chất khí và thủy tinh cũng như các điơt tiếp xúc bán dẫn. Lase có nhiều ứng dụng khác nhau. Do các chùm tia lase có thể hội tụ để tạo ra sự làm nóng cục bộ, chúng được dùng trong các quá trình phẫu thuật và cắt gọt, gia công kim loại. Lase cũng được dùng làm các nguồn ánh sáng cho các hệ thông tin quang học. Xa hơn nữa, vì các chùm tia lase là các chùm tia kết hợp cao độ, chúng có thể được dùng trong các phép đo khoảng cách rất chính xác.
CÂU H I ÔN T P CHỎ Ậ ƯƠNG MÔN KHOA H C V T LI U Ọ Ậ Ệ ĐẠI
CƯƠNG
I. Câu h i ôn t p chỏ ậ ương 1
Lý thuyết:
1.Trình bày s khác nhau gi a liên k t ion và liên k t c ng hoá tr . Nêuự ữ ế ế ộ ị
rõ tác d ng c a liên k t này trong c u t o ch tụ ủ ế ấ ạ ấ
2.Trình bày s s p s p các nguyên t trong ch t khí, ch t l ng và ch tự ắ ế ử ấ ấ ỏ ấ
r nắ
3.K tên m t s trúc tinh th c a v t r n. Nêu đ c đi m chính c aể ộ ố ể ủ ậ ắ ặ ể ủ
m ng tinh th l p phạ ể ậ ương tâm m t (A1)ặ
4.Kể tên một số trúc tinh thể vật rắn với liên kết cộng hố trị. Nêu đặc điểm chính của mạng kim cương (A4)
5.Có m y lo i sai l ch đấ ạ ệ ường trong tinh th . Nêu đ c đi m c a sai l chể ặ ể ủ ệ
xo n.ắ
6.Trình bày sai l ch đi m trong m ng tinh th .ệ ể ạ ể
7.Có m y lo i sai l ch đấ ạ ệ ường trong tinh th . Nêu đ c đi m c a sai l chể ặ ể ủ ệ
biên
8.Có m y lo i sai l ch m t tinh th trong m ng tinh th . Nêu đ c đi mấ ạ ệ ặ ể ạ ể ặ ể
c a biên gi i h tủ ớ ạ
9.Thế nào là đơn tinh thể, đa tinh thể. Nêu đặc tính và ứng dụng của chúng 10.Trình bày c u trúc c a polymeấ ủ
II. Bài tập
Bài 2: Xác định chỉ số Miller của các mặt A, B sau:
Bài 4: Xác định chỉ số Miller - Bravais của mặt sau:
II. Câu hỏi ôn tập chương 2
Câu 1: Thế nào là giản đồ phà và ứng dụng của giản đồ pha Câu 2: Thế nào là dung dịch rắn. Giản đồ pha của dung dịch rắn Câu 3: Giản đồ pha của các cấu tử khơng hồ tan lẫn nhau Câu 4: Tính chất pha của các pha thành phần
Câu 5: Giản đồ pha Fe-C
Câu 6: Giản đồ pha với có chuyển biến thù hinh Câu 7: Thế nào là giản đồ pha với phản ứng bao tinh Câu 8: Thế nào là giản đồ pha ổn định
Câu 9:Tính chất của hỗn hợp các pha
Câu 10: quang hệ giữa giữa của giản đồ pha và tính chất của vật liệu Câu 11:Mơ tả tương tác giữa Fe và C trong hỗn hợp
Câu 12: Phân loại gang và thép, đặc điểm của giang và thép
III. Câu hỏi ơn tập chương 3
Câu 2: Trình bày khái niệm song tinh, biến dạng dẻo trong tinh thể Câu 3: Thế nào là thải bền, biến dạng nóng
Câu 4: Khái niệm về hiện tượng giả đàn hồi
Câu 5: Nêu đặc điểm biến dạng của các loại vật liệu vô cơ Câu 6: Thế nào là biến dạng đàn hồi.
Câu 7: Trình bày hiện tượng trượt trong đơn tinh thể Câu 8: Nêu lý thuyết lệch mạng về biến dạng dẻo Câu 9: Thế là hiện tượng thải bền
Câu 10: Nêu định nghĩa và đặc điểm của biến dạng nóng Câu 11: Nêu những thay đổi sau biến dạng
Câu 12: Thế nào là biến dạng nóng,
Câu 13: Chảy nhớt là gì. Nêu đặc điểm của chảy nhớt Câu 14: Chuyển biến dẻo – giịn là gì, nêu cơ chế phá huỷ
IV. Câu hỏi ôn tập chương4
Câu 1: Nêu cấu trúc vùng năng lượng của vật liệu
Câu 2: Nêu đặc tính dẫn điện của kim loại, gốm và polyme Câu 3: Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt dung của vật liệu Câu 4: Thế nào là chất sắt từ, phản sát từ, feri từ
Câu 5: Ứng dụng của vật liệu từ trong thực tế
Câu 6: Giải thích đường cong từ trễ thơng qua khái niệm domen từ Câu 7: Phân biệt từ cứng là gì, từ mền là gì. Nêu ứng dụng?
Câu 8: Nêu đặc điểm của siêu dẫn, ứng dụng của siêu dẫn Câu 9: Laser là gì, ứng dụng của laser
Câu 10: Nêu tính chất quang học của vật liệu phi kim loại Câu 11: Nêu tính chất quang học của kim loại, giải thích Câu 12: Nêu các ứng dụng của các hiện tượng quang học
Chương I ..................................................................................................................... 1
C U TRÚC TINH TH C A V T LI UẤ Ể Ủ Ậ Ệ ............................................................................. 1
1.1 C U T O VÀ LIÊN K T NGUYÊN TẤ Ạ Ế Ử ........................................................................ 1
1.1.1 KHÁI NI M C B N V C U T O NGUYÊN TỆ Ơ Ả Ề Ấ Ạ Ử .................................................. 1
1.1.2 CÁC D NG LIÊN K T NGUYÊN T TRONG CH T R NẠ Ế Ử Ấ Ắ ...................................... 3
1.1.2.1. Liên k t đ ng hoá trế ồ ị................................................................................ 3
1.1.2.2 Liên k t ionế .............................................................................................. 4
1.1.2.3 Liên k t kim lo iế ạ ....................................................................................... 4
1.1.2.4 Liên k t h n h pế ỗ ợ ...................................................................................... 4
1.1.2.5 Liên k t y u ( liên k t Van der Waals)ế ế ế ...................................................... 4
1.2. S P X P NGUYÊN T TRONG V T R NẮ Ế Ử Ậ Ắ ................................................................. 8
1.2.1 Không tr t t hồn tồn, ch t khí ậ ự ấ .................................................................. 8
1.2.2 Tr t t lý tậ ự ưởng v t r n tinh thậ ắ ể ...................................................................... 8
1.2.3 Ch t l ng, v t r n vi tinh th và vô đ nh hình.ấ ỏ ậ ắ ể ị ................................................ 9
1.2.4. QUAN H GI A C U TRÚC VÀ TÍNH CH TỆ Ữ Ấ Ấ .................................................... 11
T nh ng trình bày các ph n trên và s đừ ữ ở ầ ẽ ược làm rõ thêm các chở ương ti pế theo,có th th y r ng y u t quy t đ nh tính ch t c a v t li u là các d ng liênể ấ ằ ế ố ế ị ấ ủ ậ ệ ạ k t và c u trúc c a nó ế ấ ủ ....................................................................................... 11 1.3 KHÁI NI M V M NG TINH TH Ệ Ề Ạ Ể .......................................................................... 12 1.3.1.TÍNH ĐỐI X NG C A TINH THỨ Ủ Ể .................................................................... 12 1.3.2. Ô C S , H TINH THƠ Ở Ệ Ể ................................................................................ 14 1.3.3. PHƯƠNG VÀ M T TINH THẶ Ể .......................................................................... 16 1.3.3.1 Ch s c a nút m ng ỉ ố ủ ạ .............................................................................. 16 1.3.3.2. Ch s c a phỉ ố ủ ương tinh thể .................................................................... 16 1.3.3.3. Ch s Miller c a m t tinh thỉ ố ủ ặ ể ................................................................. 17
1.3.3.4. Ch s Miller-Bravais trong h sáu phỉ ố ệ ương ............................................. 18
1.3.4. M T Ậ ĐỘ NGUYÊN T TRONG M NG TINH TH H S X P CH TỬ Ạ Ể Ệ Ố Ế Ặ .................. 19
1.3.4.1. M t đ x pặ ộ ế ............................................................................................. 19
1.3.4.2. Cách s p x p nguyên t trong m ng tinh th , s x p ch tắ ế ử ạ ể ự ế ặ .................... 21
1.3.5. L H NG TRONG M NG TINH THỖ Ổ Ạ Ể ............................................................... 21
1.4 M T S C U TRÚC TINH TH I N HÌNH C A V T R NỘ Ố Ấ Ể Đ Ể Ủ Ậ Ắ ...................................... 23
1.4.1. C U TRÚC TINH TH C A V T R N V I LIÊN K T KIM LO I.Ấ Ể Ủ Ậ Ắ Ớ Ế Ạ ......................... 23
1.4.1.1. M ng tinh th l p phạ ể ậ ương tâm kh i(ố ...................................................... 23
1.4.1.2 M ng l p phạ ậ ương tâm m t (A1: lptm)ặ ..................................................... 25
1.4.1.3 M ng tinh th sáu phạ ể ương x p ch tế ặ ........................................................ 26
1.4.2.1 M ng tinh th kim cạ ể ương (A4) ................................................................. 26
1.4.2.2 M ng Graphitạ .......................................................................................... 27
1.4.2.3. C u trúc s i cacbon và fullereneấ ợ ............................................................ 27
1.4.2.4. Các c u trúc m ng tinh th lien k t đ ng hóa tr khácấ ạ ể ế ồ ị ........................... 28
1.4.3. MANH TINH TH C A V T R N CÓ LIÊN K T IONỂ Ủ Ậ Ắ Ế .......................................... 28
1.4.3.1. M ng tinh th h p ch t d ng MXạ ể ợ ấ ạ ............................................................... 29 1.4.3.2. M ng tinh th h p ch t d ng MX2 (ho c Mạ ể ợ ấ ạ ặ 2X) ....................................... 30 1.4.3.3. M ng tinh th h p ch t d ng Mm Nn Xpạ ể ợ ấ ạ ................................................ 31 1.4.4 C U TRÚC C A POLYMEẤ Ủ ................................................................................ 31 1.4.5 D NG THÙ HÌNHẠ ........................................................................................... 32 1.5 SAI L CH M NG TINH THỆ Ạ Ể ................................................................................... 33 1.5.1.sai l ch đi m.ệ ể ................................................................................................ 33 1.5.1.1.Nút tr ng và nguyên t xen k .ố ử ẽ .............................................................. 34 1.5.1.2.Nguyên t t p ch t.ử ạ ấ ................................................................................ 35 1.5.2. Sai l ch đệ ường. ............................................................................................ 36 1.5.2.1.Nh ng khái ni m chungữ ệ .......................................................................... 36 1.5.2.2.N ng lă ượng và chuy n đ ng c a l chể ộ ủ ệ ..................................................... 39 1.5.3 SAI L CH M TỆ Ặ ............................................................................................... 41 1.5.3.1. Biên gi i h t và siêu h t ớ ạ ạ ........................................................................... 41 1.5.3.3. C u trúc m t ngoài tinh thấ ặ ể ................................................................... 43 1.5.4 SAI L CH KH IỆ Ố .............................................................................................. 43 1.5.5. VAI TRÒ C A SAI L CH Ủ Ệ ĐỐI V I TÍNH CH TỚ Ấ .................................................. 44
1.5.5.1. Tương tác gi a các l ch và khái ni m v hoá b nữ ệ ệ ề ề .................................. 44
1.6. Đơn tinh th và đa tinh th ể ể ............................................................................... 44
1.6.1 Đơn tinh thể .................................................................................................. 44 + Độ ạ h t c a tinh thủ ể ........................................................................................... 45 1.6.3 Textua ......................................................................................................... 46 Chương 4 .................................................................................................................. 47 TÍNH CH T V T LÝ C A V T LI UẤ Ậ Ủ Ậ Ệ .............................................................................. 47 4.1. TÍNH CH T I NẤ Đ Ệ ................................................................................................. 47 4.1.1. S D N I NỰ Ẫ Đ Ệ ............................................................................................... 47 4.1.1.1. Độ ẫ d n đi nệ ........................................................................................... 47 4.1.1.2. C u trúc vùng n ng lấ ă ượng trong các v t r nậ ắ .......................................... 48
4.1.1.3. Tính ch t d n đi n liên quan v i mơ hình vùng và liên k t nguyên t .ấ ẫ ệ ớ ế ử . . 49
4.1.1.5 i n tr c a kim lo iĐ ệ ở ủ ạ ............................................................................... 52
5.1.1.6. Đặc tr ng đi n c a các h p kim thư ệ ủ ợ ương m i.ạ ......................................... 53
4.1.2. Bán d n đi nẫ ệ ................................................................................................ 54
4.1.2.1. Bán d n tinh khi t.ẫ ế ................................................................................. 54
4.1.2.2. Bán d n t p ch tẫ ạ ấ ................................................................................... 55
4.1.2.3. S thay đ i nhi t đ c a đ d n đi n và n ng đ h t t i đi n.ự ổ ệ ộ ủ ộ ẫ ệ ồ ộ ạ ả ệ ............... 57
4.1.2.4. Linh ki n bán d nệ ẫ .................................................................................. 59
4.1.3. TÍNH D N I N TRONG G M IN VÀ TRONG POLYME.Ẫ Đ Ệ Ố .................................... 62
4.1.3.1. D n đi n trong các v t li u ionẫ ệ ậ ệ .............................................................. 63
4.1.3.2. Tính ch t đi n c a polymeấ ệ ủ ..................................................................... 64
4.1.4 I N MÔIĐ Ệ ..................................................................................................... 64
4.1.4.1. i n dungĐ ệ .............................................................................................. 64
4.1.4.2. Vect đi n trơ ệ ường và s phân c c đi n môiự ự ệ ........................................... 66
4.1.4.3. Các d ng phân c c đi n môiạ ự ệ .................................................................. 67
4.1.4.4. s ph thu c t n s c a h ng s đi n môiự ụ ộ ầ ố ủ ằ ố ệ ............................................. 68
4.1.4.5. Độ ề b n đi n môiệ .................................................................................... 68
5.1.4.6. Các v t lieu đi n môiậ ệ ............................................................................. 68
4.1.5.CÁC ĐẶC TÍNH I N KHÁC C A V T LI UĐ Ệ Ủ Ậ Ệ ...................................................... 69 4.1.5.1. S t đi nắ ệ ................................................................................................. 69 4.1.5.2. Áp đi n.ệ ................................................................................................. 69 4.2. Tính ch t nhi tấ ệ ................................................................................................... 70 4.2.1. Nhi t dungệ ................................................................................................... 70 5.2.2. Giãn n nhi tở ệ ............................................................................................... 72 4.2.3. D n nhi tẫ ệ ..................................................................................................... 74 4.2.4. ng su t nhi t.Ứ ấ ệ ............................................................................................ 77 4.3. Tính Ch t Tấ ừ ...................................................................................................... 78 4.3.1. Các khái ni m c b nệ ơ ả .................................................................................. 79 4.3.1.1. Lưỡng c c tự ừ .......................................................................................... 79 4.3.1.2. Các vector t trừ ường. ............................................................................ 79 4.3.1.3.Ngu n g c c a momen tồ ố ủ ừ ....................................................................... 81 4.3.2. Ngh ch t và thu n t .ị ừ ậ ừ ................................................................................. 82 4.3.3. S t tắ ừ ........................................................................................................... 84 4.3.4. Ph n s t t và Feri t .ả ắ ừ ừ ................................................................................. 85 4.3.4.1. Ph n s t t .ả ắ ừ ........................................................................................... 85 4.3.4.2. Feri từ .................................................................................................... 86
4.3.5. NH HẢ ƯỞNG C A NHI T Ủ Ệ ĐỘ LÊN TÍNH CH T TẤ Ừ .......................................... 88 4.3.6. ÔMEN ( MI N T ) VÀ T TRĐ Ề Ừ Ừ Ễ .................................................................... 88 4.3.7. V T LI U T M NẬ Ệ Ừ Ề ......................................................................................... 89 4.3.8. V T LIÊU T C NG Ậ Ừ Ứ ...................................................................................... 91 4.3.9.L U TR TƯ Ữ Ừ .................................................................................................. 92 4.3.10. SIÊU D N ( I N)Ẫ Đ Ệ ........................................................................................ 93 4.4. TÍNH CH T QUANGẤ ............................................................................................. 95 4.4.1. CÁC KHÁI NI M C B NỆ Ơ Ả ............................................................................... 96 4.4.1.1. B c x đi n tứ ạ ệ ừ ....................................................................................... 96 4.4.1.2 .Tương tác ánh sáng v i v t r n ớ ậ ắ ............................................................. 97
4.4.1.3.Tương tác nguyên t và đi n t ử ệ ử ............................................................. 97
4.4.2.CÁC TÍNH CH T C A QUANG H C C A KIM LO I Ấ Ủ Ọ Ủ Ạ ......................................... 98
4.4.3. TÍNH CH T QUANG H C C A CÁC V T LI U PHI KIM LO I Ấ Ọ Ủ Ậ Ệ Ạ ........................... 99
4.4.3.1.Khúc x ạ .................................................................................................. 99
4.4.3.2 Ph n xả ạ ................................................................................................. 100
4.4.3.3.H p th ấ ụ ................................................................................................ 101
4.4.1.2 .Tương tác ánh sáng v i v t r n ớ ậ ắ ........................................................... 103
4.4.1.3.Tương tác nguyên t và đi n t ử ệ ử ........................................................... 104
4.4.2.CÁC TÍNH CH T C A QUANG H C C A KIM LO I Ấ Ủ Ọ Ủ Ạ ....................................... 105
4.4.3. TÍNH CH T QUANG H C C A CÁC V T LI U PHI KIM LO I Ấ Ọ Ủ Ậ Ệ Ạ ......................... 105
4.4.3.1.Khúc x ạ ................................................................................................ 105 4.4.3.2 Ph n xả ạ ................................................................................................. 107 4.4.3.3.H p th ấ ụ ................................................................................................ 107 4.4.3.4 .Truy n quaề .......................................................................................... 109 4.4.3.5 .Màu s cắ ............................................................................................... 109 4.4.4 .Tính đ c và tính trong m c a các ch t cách đi nụ ờ ủ ấ ệ .................................. 110 4.4.5. NG D NG C A CÁC HI N TỨ Ụ Ủ Ệ ƯỢNG QUANG H CỌ ........................................ 111 4.4.5.1 Phát quang(phát ánh sáng l nh)ạ .......................................................... 111 4.4.5.2.Quang d nẫ ............................................................................................ 112 4.4.5.3.LAZE ..................................................................................................... 112