材料物理是物理學和材料學的交叉學科。本教材力圖從物理角度說明材料的微觀結構、組織、基本粒子運動和性能之間的關系，講述基本機理機制，注重強化基礎性和前沿性的結合。全書共分 8章，第 1章從量子力學出發(fā)，解析波函數、統(tǒng)計方法和能帶理論；第 2章分析晶體缺陷類型及其對性能的影響；第 3章探討晶格振動與熱力學特性；第 4章分類討論磁性機理；第 5章對比金屬與半導體的導電機制；后三章分別涉及介電、鐵電和納米材料特性。全書以“結構 -性能”關系為主線，每章均包含理論推導、現(xiàn)象解釋和實際應用，并配有小結與思考題。 本書為高等學校材料科學與工程、材料物理、材料化學、功能材料等專業(yè)的本科生、研究生教材，也可供有關科技人員參考。

劉勇，男 ，哈爾濱工業(yè)大學教授，材料學博士生導師，主要從事合金相變理論與應用、材料機器學習和多尺度計算模擬及高熵合金設計研究。主持和承擔國家自然科學基金、國家科技重大專項、“973”專題等各類科研項目20余項，發(fā)表科研論文170余篇，SCI檢索130余篇，編寫專著、教材7部，申請和授權國家發(fā)明專利30余項，獲省部級科技獎勵2項。先后講授10余門主干課程，累計3500余學時，國家本科一*流課程負責人，黑龍江省本科一*流課程負責人，獲黑龍江省高等教育教學成果獎5項，哈工大校教學成果獎8項，發(fā)表教學論文20篇，指導10余名同學在國家*級大賽中獲獎，指導10名（本）研究生校優(yōu)秀畢業(yè)生/校優(yōu)秀學位論文。

緒論 1 第1章 材料的電子理論 4 1.1 波函數和薛定諤方程 4 1.1.1 波粒二象性 4 1.1.2 波函數 5 1.1.3 費米子和玻色子 6 1.1.4 薛定諤方程 7 1.2 經典統(tǒng)計和量子統(tǒng)計 8 1.2.1 玻爾茲曼經典統(tǒng)計 8 1.2.2 費米-狄拉克統(tǒng)計 8 1.2.3 玻色-愛因斯坦統(tǒng)計 9 1.3 自由電子論 9 1.3.1 量子自由電子基本假設 9 1.3.2 自由電子的能量狀態(tài) 10 1.3.3 周期性邊界條件和波矢取值 11 1.3.4 能態(tài)密度 12 1.3.5 基態(tài)與費米能 12 1.3.6 激發(fā)態(tài) 14 1.4 能帶理論 16 1.4.1 能帶理論基本假設和單電子薛定諤方程 16 1.4.2 布洛赫定理 17 1.4.3 波矢k的取值和波矢密度 17 1.4.4 能帶結構 18 1.4.5 布洛赫電子等能面和能態(tài)密度 20 1.4.6 準經典近似 23 1.4.7 導體、半導體和絕緣體的 能帶論解釋 25 本章小結 28 思考題 29 第2章 缺陷物理 30 2.1 晶體結構的缺陷 30 2.1.1 點缺陷 30 2.1.2 線缺陷 31 2.1.3 面缺陷 31 2.2 點缺陷的類型及缺陷反應 31 2.2.1 本征缺陷 32 2.2.2 雜質缺陷 32 2.2.3 電子缺陷 32 2.3 缺陷平衡 33 2.3.1 吉布斯自由能判據 33 2.3.2 點缺陷濃度 33 2.3.3 點缺陷對材料性能的影響 34 2.4 點缺陷的擴散 35 2.4.1 擴散方程和擴散系數 36 2.4.2 自擴散的微觀機制 37 2.5 離子晶體的點缺陷 39 2.5.1 離子晶體中的點缺陷 39 2.5.2 色心 39 2.6 位錯 40 2.6.1 位錯類型 40 2.6.2 位錯能 41 2.6.3 位錯滑移與塑性變形 42 2.6.4 位錯對晶體性質的影響 43 本章小結 45 思考題 45 第3章 熱性物理 46 3.1 晶格振動及能量 46 3.1.1 晶格振動與聲子 46 3.1.2 模式密度 47 3.2 材料的熱容 48 3.2.1 比熱容的概念 49 3.2.2 熱容一般表達式 49 3.2.3 愛因斯坦理論 50 3.2.4 德拜理論 51 3.3 材料的熱傳導 53 3.3.1 晶格振動的非簡諧效應 53 3.3.2 倒逆散射與熱傳導 53 3.3.3 熱導率與溫度的關系 54 3.4 材料的熱膨脹 56 3.4.1 熱膨脹的定義 56 3.4.2 熱膨脹的微觀機理 56 3.4.3 實際材料的熱膨脹 57 本章小結 59 思考題 59 第4章 磁性物理 61 4.1 磁學基本量與材料磁性分類 61 4.1.1 磁學基本量 61 4.1.2 材料的磁性分類 63 4.2 原子（離子）的磁性 63 4.3 抗磁性及順磁性 66 4.3.1 抗磁體 66 4.3.2 順磁體 67 4.4 鐵磁性 69 4.4.1 鐵磁性的概念 69 4.4.2 外斯磁場理論 71 4.4.3 海森堡電子交換理論 71 4.5 反鐵磁性及亞鐵磁性 73 4.5.1 反鐵磁性 73 4.5.2 反鐵磁性的唯象理論 74 4.5.3 反鐵磁性交換作用 75 4.5.4 亞鐵磁性 75 4.6 磁疇與技術磁化 78 4.6.1 磁疇的形成 78 4.6.2 磁晶各向異性能 78 4.6.3 技術磁化 79 本章小結 80 思考題 81 第5章 導電物理 82 5.1 載流子及其遷移 82 5.2 金屬導電 84 5.2.1 金屬導電理論 84 5.2.2 金屬電導率和溫度的關系 86 5.3 半導體的電導 87 5.3.1 本征半導體的能帶結構 88 5.3.2 典型半導體的能帶結構 88 5.3.3 半導體的本征光吸收 90 5.3.4 電子的有效質量和空穴 90 5.3.5 雜質（摻雜）半導體 92 5.3.6 本征半導體熱平衡載流子的統(tǒng)計分布 94 5.3.7 雜質半導體的熱平衡載流子 97 5.3.8 溫度對載流子濃度的影響 98 5.3.9 半導體的電導率 98 5.4 p-n結 100 5.4.1 p-n結的平衡勢壘 100 5.4.2 p-n結的整流特性和應用 101 5.4.3 p-n結的光生伏特效應 102 5.4.4 p-n結的光發(fā)射 103 5.5 材料的離子電導 103 5.5.1 離子導電理論 103 5.5.2 離子電導與擴散 105 5.5.3 離子導電的影響因素 106 5.6 快離子導體 106 5.6.1 快離子導體簡介 106 5.6.2 立方穩(wěn)定氧化鋯 107 本章小結 108 思考題 109 第6章 電介質物理 110 6.1 靜電場中的電介質行為 110 6.1.1 電容和介電常數 110 6.1.2 電介質極化機制 113 6.1.3 宏觀極化強度和微觀極化率的關系 116 6.2 交變電場中電介質行為及介質損耗 117 6.2.1 復介電常數與介質損耗 117 6.2.2 電介質弛豫和頻率響應 119 6.2.3 介電損耗分析 120 6.3 固體電介質的電導與擊穿 121 6.3.1 介電強度 121 6.3.2 介電強度影響因素 122 本章小結 123 思考題 123 第7章 鐵電物理 125 7.1 壓電性能 125 7.1.1 壓電效應與壓電材料 125 7.1.2 壓電效應產生機制 127 7.1.3 常見的壓電材料及應用 128 7.2 熱釋電性能 129 7.2.1 熱釋電效應 129 7.2.2 熱釋電效應產生機制 130 7.3 鐵電相變與晶體的結構變化 130 7.3.1 鐵電效應與鐵電體 130 7.3.2 鐵電效應微觀機制 132 本章小結 133 思考題 134 第8章 納米物理 135 8.1 納米顆粒的基本效應 135 8.1.1 量子尺寸效應 135 8.1.2 小尺寸效應 137 8.1.3 表面效應 137 8.1.4 宏觀量子隧道效應 138 8.1.5 庫侖堵塞效應與量子隧穿效應 138 8.1.6 介電限域效應 139 8.1.7 量子限域效應 139 8.2 納米顆粒的物理特性 140 8.2.1 納米微粒的熱學性能 140 8.2.2 納米微粒的光學性能 143 8.2.3 納米微粒的電學性能 145 8.2.4 納米微粒的磁學性能 148 8.3 納米微粒的力學特性 151 8.3.1 彈性模量 151 8.3.2 納米金屬的強度 152 8.3.3 納米金屬的塑性 152 8.3.4 超塑性 152 本章小結 153 思考題 154 參考文獻 155