功能材料歷年期末考試題.doc

四川大學(xué)歷年功能材料期末考試題總結(jié)基本概念：功能材料：功能材料是指那些具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)功能，特殊的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)，能完成功能相互轉(zhuǎn)化，主要用來(lái)制造各種功能元器件而被廣泛應(yīng)用于各類高科技領(lǐng)域的高新技術(shù)材料。液晶：液晶是介于晶態(tài)和液態(tài)之間的一種熱力學(xué)穩(wěn)定的過(guò)渡中間相態(tài)，它既具有晶態(tài)的各向異性，又具有液態(tài)的流動(dòng)性阻尼合金：阻尼合金是一種阻尼(內(nèi)耗)大，能使振動(dòng)迅速衰減的特種金屬材料，也稱減振合金、防振合金、消聲合金、啞巴金屬等。彈性反常：一般金屬及合金的彈性模量隨溫度升高而降低，即E0)。這是彈性模量溫度關(guān)系的反常變化，稱為彈性反常。彈性后效：理想的彈性材料在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系服從虎克定律。但在實(shí)際彈性材料發(fā)生彈性變形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變落后于應(yīng)力，且與時(shí)間有關(guān)。這個(gè)現(xiàn)象稱為彈性后效。熱雙金屬：熱雙金屬（thermobimetal）是指由兩個(gè)（或多個(gè)）具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬或合金組元層牢固地結(jié)合在一起的復(fù)合材料。非平衡載流子：在外界作用下（光照、電化學(xué)法），半導(dǎo)體中的自由電子濃度n和空穴濃度p都是偏離平衡值，多出來(lái)的這部分載流子稱為非平衡載流子，即過(guò)剩的載流子。載流子壽命：在熱平衡條件下，電子不斷地由價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，與此同時(shí)，它們又不停地因復(fù)合而消失。平衡時(shí)，電子與空穴的產(chǎn)生率等于復(fù)合率，從而使半導(dǎo)體中載流子的密度維持恒定。載流子間的復(fù)合使載流子逐漸消失，這種載流子平均存在的時(shí)間，就稱之為載流子壽命。漂移遷移率：半導(dǎo)體內(nèi)自由電子或空穴在單位電場(chǎng)作用下漂移的平均速度，簡(jiǎn)稱遷移率。霍爾效應(yīng)：將有電流通過(guò)的固體樣品置于均勻磁場(chǎng)中，如果電流方向與磁場(chǎng)垂直，則在垂直于電流和磁場(chǎng)組成的平面方向會(huì)形成一穩(wěn)定的橫向電場(chǎng)，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 PN的擊穿：當(dāng)反向偏壓升到某一電壓值時(shí)，反向電流急劇增大，稱為擊穿，其電壓為擊穿電壓VB。歐姆接觸：歐姆接觸是指金屬與半導(dǎo)體的接觸，而其接觸面的電阻值遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體本身的電阻，使得組件操作時(shí)，大部分的電壓降在活動(dòng)區(qū)(Active region)而不在接觸面。磁阻效應(yīng)：某些金屬或半導(dǎo)體的電阻值隨外加磁場(chǎng)變化而變化的現(xiàn)象 。壓電效應(yīng)：某些材料在機(jī)械力作用下產(chǎn)生變形，引起表面帶電的現(xiàn)象，而且其表面電荷密度與應(yīng)力成正比，這稱為正壓電效應(yīng)。 反之，在某些材料上施加電場(chǎng)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，而且其應(yīng)變與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，這稱為逆壓電效應(yīng)。 居里溫度：是指材料可以在鐵磁體和順磁體之間改變的溫度，即鐵電體從鐵電相轉(zhuǎn)變成順電相引的相變溫度。自發(fā)極化：在一定溫度范圍內(nèi)、單位晶胞內(nèi)正負(fù)電荷中心不重合，形成偶極矩，呈現(xiàn)象極性。這種在無(wú)外電場(chǎng)作用下存在的極化現(xiàn)象稱為自發(fā)極化電疇：具有自發(fā)極化的晶體中存在一些自發(fā)極化取向一致的微小區(qū)域,稱為電疇。壓敏電壓：壓敏電阻的電流為1mA時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓作為I隨U迅速上升的電壓大小的標(biāo)準(zhǔn)，該電壓用U1mA表示，稱為壓敏電壓。漏電流：應(yīng)用壓敏電阻器的線路、設(shè)備、儀器正常工作時(shí)，所流過(guò)壓敏電阻器的電流，是描寫預(yù)擊穿區(qū)伏安特性的參數(shù)吸附：當(dāng)氣相或液相中的分子(或原子、離子)碰撞在固體表面時(shí)，由于它們之間的相互作用，使一些分子（或原子、離子）停留在固體表面，造成這些分子（或原子、離子）在固體表面上的濃度比在氣相或液相中的濃度大的現(xiàn)象。光吸收系數(shù)：用白光通過(guò)玻璃中每厘米路程內(nèi)的透過(guò)率T的自然對(duì)數(shù)負(fù)值表示。色散：玻璃的折射率隨入射光波長(zhǎng)不同而改變的現(xiàn)象光致變色：光致變色是指一個(gè)化合物A，在適當(dāng)波長(zhǎng)的光輻照下，可進(jìn)行特定的化學(xué)反應(yīng)或物理效應(yīng)，獲得產(chǎn)物B，由于結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致其吸收光譜（顏色）發(fā)生明顯的變化, 而在另一波長(zhǎng)的光照射或熱的作用下，產(chǎn)物B又能恢復(fù)到原來(lái)的形式。受激輻射：處于激發(fā)態(tài)的發(fā)光原子在外來(lái)輻射場(chǎng)的作用下，向低能態(tài)或基態(tài)躍遷時(shí)，輻射光子的現(xiàn)象。思考題：1. 簡(jiǎn)述貯氫合金（儲(chǔ)氫材料）的貯氫原理及其潛在應(yīng)用。答：貯氫材料在室溫和常壓條件下能迅速吸氫(H2)并反應(yīng)生成氫化物，使氫以金屬氫化物的形式貯存起來(lái)，在需要的時(shí)候，適當(dāng)加溫或減小壓力使這些貯存著的氫釋放出來(lái)以供使用。可用于氫的貯存或運(yùn)輸、催化劑、發(fā)展鎳氫電池、靜態(tài)壓縮機(jī)、熱泵、溫度傳感器控制器等。2. 簡(jiǎn)述形狀記憶合金的形狀記憶原理和條件。答：每片馬氏體形成時(shí)都伴有形狀的變化。這種合金在單向外力作用下，其中馬氏體順應(yīng)力方向發(fā)生再取向，即造成馬氏體的擇優(yōu)取向。當(dāng)大部分或全部的馬氏體都采取一個(gè)取向時(shí)，整個(gè)材料在宏觀上表現(xiàn)為形變。將變形馬氏體加熱到As點(diǎn)以上，馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變，因?yàn)轳R氏體晶體的對(duì)稱性低，轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶鄷r(shí)只形成幾個(gè)位向，甚至只有一個(gè)位向母相原來(lái)的位向。尤其當(dāng)母相為長(zhǎng)程有序時(shí)，更是如此。當(dāng)自適應(yīng)馬氏體片群中不同變體存在強(qiáng)的力學(xué)偶時(shí)，形成單一位向的母相傾向更大。逆轉(zhuǎn)變完成后，便完全回復(fù)了原來(lái)母相的晶體，宏觀變形也完全恢復(fù)。一般地說(shuō)，形成有序晶格和熱彈性馬氏體相變是形狀記憶合金的基本條件。3. 簡(jiǎn)述高溫合金提高熱強(qiáng)性途徑答：（1）基體強(qiáng)化（2）第二相沉淀強(qiáng)化（3）晶界強(qiáng)化（4）氧化物彌散強(qiáng)化4. 簡(jiǎn)述高溫合金基體元素選擇的理由。答：化學(xué)穩(wěn)定性較高、相穩(wěn)定性最好、晶體結(jié)構(gòu)單一5. 簡(jiǎn)述非晶合金的性能優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。答：高強(qiáng)度，良好的軟磁性及耐腐蝕性能。其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在兩方面，一是由于采用急冷法制備材料，使其厚度受到限制；二是熱力學(xué)上不穩(wěn)定，受熱有晶化傾向。解決的辦法主要是采取表面非晶化及微晶化。 6. 分類簡(jiǎn)述阻尼合金的實(shí)現(xiàn)阻尼的機(jī)理。答：宏觀上連續(xù)的材料會(huì)在微觀上因應(yīng)力或交變應(yīng)力的作用產(chǎn)生分子或晶界之間的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、塑性滑移等，產(chǎn)生阻尼。7. 獲得恒彈性合金的條件。答：合金必須存在彈性反常以補(bǔ)償彈性模量隨溫度的正常變化8. 從熱力學(xué)和結(jié)晶學(xué)角度，如何提高合金的非晶形成能力。答：（l）組元原子半徑差超過(guò)10（尺寸效應(yīng)），可以構(gòu)成更緊密的無(wú)序堆積，更小的流動(dòng)性。（2）組元元素的電負(fù)性有一定的差異（合金化效應(yīng)），差異過(guò)大易形成穩(wěn)定的化合物，過(guò)小 不易形成非晶體。（3）一般處于相圖上的共晶或包晶點(diǎn)成分附近，因而熔點(diǎn)較低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（4）提高非晶態(tài)的玻璃化溫度Tg，使合金更容易直接過(guò)冷到玻璃化溫度Tg以下而不結(jié)晶。（5）增大熔體的粘度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高原子遷移的激活能，使其難于結(jié)晶。（6）降低非均勻形核率。9. 簡(jiǎn)述PN結(jié)是如何產(chǎn)生電容效應(yīng)？ 答：PN結(jié)區(qū)在正向偏壓下，隨著外加電壓的增加，勢(shì)壘區(qū)的電場(chǎng)減弱，寬度變窄，空間電荷數(shù)量減少；但在反向偏壓下，隨著外加電壓的增加，勢(shì)壘區(qū)的電場(chǎng)加強(qiáng)，寬度變厚，空間電荷數(shù)量增加，這種情況類似于邊界在充、放電。因此，勢(shì)壘區(qū)空間電荷數(shù)量隨外加電壓變化會(huì)產(chǎn)生電容效應(yīng)，這是PN結(jié)區(qū)的勢(shì)壘電容。10. 何謂塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)？?jī)烧哂惺裁搓P(guān)系？ 答：塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect) ：由于兩種不同半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象，又稱作第一熱電效應(yīng) 。 珀?duì)柼?yīng)(Peltier effect) ：電流流過(guò)兩種不同導(dǎo)體的界面時(shí)，將從外界吸收熱量，或向外界放出熱量的現(xiàn)象，又稱作第二熱電效應(yīng) 。珀?duì)柼?yīng)可以視為塞貝克效應(yīng)的反效應(yīng) 11. 何謂電滯回線？畫出鐵電體的電滯回線。答：在較強(qiáng)的交變電場(chǎng)作用下，鐵電體的極化強(qiáng)度P隨外電場(chǎng)E呈非線性變化，而且在一定的溫度范圍內(nèi)，P表現(xiàn)為電場(chǎng)E的雙值函數(shù)，呈現(xiàn)出滯后現(xiàn)象，這個(gè)P-E回線稱為線。12. 具有壓電性的晶體為什么不一定具有熱釋電性？ 答：熱釋電體必須有唯一極軸，而壓電體則不要求；還有熱釋電體的熱釋電效應(yīng)是因溫度變化而引起的13. 簡(jiǎn)述微晶玻璃與玻璃和陶瓷的區(qū)別。答：微晶玻璃是90%-95%的細(xì)小晶體相和少量參與玻璃相組成；陶瓷是主晶相、氣相，和玻璃相，其中主晶相占比例最大；玻璃是則是以玻璃相為主14. 簡(jiǎn)述物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別？答：物理吸附?jīng)]有化學(xué)反應(yīng)，利用活性炭等物質(zhì)由于其疏松多孔的結(jié)構(gòu),表面積很大,因此就會(huì)像吸附灰塵或煙.化學(xué)吸附是利用物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)使吸附劑和被吸附物結(jié)合而達(dá)到純化的作用15. 簡(jiǎn)述軟磁材料的特性。答：高的磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強(qiáng)度；矯頑力和磁滯損耗低；電阻率較高；反復(fù)磁化和退磁時(shí)產(chǎn)生的渦流損耗小16. 簡(jiǎn)述微晶玻璃的形成原理。答：玻璃從液態(tài)冷卻下來(lái)，將通過(guò)一溫度區(qū)間，在該溫度區(qū)玻璃將發(fā)生析晶。在該溫度以下，由于粘性流動(dòng)速度太慢，不允許析晶所需的原子發(fā)生重排，一般玻璃處于非晶態(tài)。通過(guò)將已成形的玻璃，重新加熱到析晶溫度區(qū)，控制結(jié)晶的發(fā)生，使離子以原子級(jí)進(jìn)行混合，在低溫下發(fā)生連續(xù)成核和晶化，獲得微晶玻璃。17. 光色玻璃的變色機(jī)理是什么？答：材料在觸及到光或被光遮斷時(shí)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可視部分的吸收光譜發(fā)生改變，這種可逆或不可逆的顯色、消色的現(xiàn)象。照射時(shí)產(chǎn)生吸收而變暗，照射停止后褪色復(fù)明。18. 超導(dǎo)現(xiàn)象的三大臨界條件答：臨界溫度Tc、臨界電流Ic、臨界磁場(chǎng)Hc19. 永磁材料的結(jié)構(gòu)特征答：其矯頑磁力較大，磁滯回線較寬。20. 阻止陶瓷脆性斷裂時(shí)裂紋擴(kuò)展的方法有哪些？答：1分散裂紋尖端應(yīng)力、2消耗裂紋擴(kuò)展的能量，增大裂紋擴(kuò)展所需克服的能壘、3轉(zhuǎn)換裂紋擴(kuò)展的能量21. 產(chǎn)生材料導(dǎo)電性能差異的原因答：材料導(dǎo)電性能的不同是因?yàn)槠淠軒ЫY(jié)構(gòu)不同。22. 簡(jiǎn)述N型半導(dǎo)體是如何形成的？答：本征半導(dǎo)體摻入五價(jià)元素后，四價(jià)的半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)原子代替，五價(jià)元素最外層有5個(gè)價(jià)電子，其中4個(gè)用來(lái)與周圍原子結(jié)合成共價(jià)鍵，多余的一個(gè)，因不在共價(jià)鍵中，所受束縛很小，常溫下，即可脫離原子束搏成為自由電子。23. 簡(jiǎn)述P型半導(dǎo)體是如何形成的？答：本征半導(dǎo)體摻入三價(jià)元素時(shí)，因?yàn)槿齼r(jià)元素最外層只有三個(gè)價(jià)電子，要結(jié)合成四對(duì)共價(jià)鍵時(shí)，少一個(gè)價(jià)電子，必然出現(xiàn)一個(gè)空位，使半導(dǎo)體具備空穴導(dǎo)電的條件。24. 構(gòu)陶瓷的相變?cè)鲰g機(jī)制有哪些？答：1.應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g、2.微裂紋增韌、3. 表面增韌25. 簡(jiǎn)述彈性反常與彈性后效。答：一般金屬及合金的彈性模量隨溫度升高而降低，即E0)。這是彈性模量溫度關(guān)系的反常變化，稱為彈性反常。理想的彈性材料在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系服從虎克定律。但在實(shí)際彈性材料發(fā)生彈性變形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變落