材料物理性能重點

1、材料物理性能思考題第一章 熱學(xué)性能1.1 概述1、材料的熱學(xué)性能包括 熱容 、熱膨脹、 熱傳導(dǎo) 和 熱穩(wěn)定性 等。2、什么是格波？答：由于晶體中的原子間存在著很強的相互作用，原子的微振動不是孤立的，原子的運動狀態(tài)（或晶格振動）會在晶體中以波的形式傳播，形成“格波”。3、若三維晶體由N個晶胞組成，每個晶胞中含有S個原子，則晶體中格波數(shù)為 3NS 個，格波支數(shù)為 3S 個。4、受熱晶體的溫度升高，實質(zhì)是晶體中熱激發(fā)出的聲子 數(shù)目 的增加。5、舉例說明某一材料熱學(xué)性能的具體應(yīng)用。1.2 熱容1、什么是比熱容和摩爾熱容（區(qū)分：定壓摩爾熱容和定容摩爾熱容）？答：比熱容(c):質(zhì)量為1kg的物質(zhì)在沒有相變

2、和化學(xué)反應(yīng)條件下溫度升高1K所需要的熱量答：摩爾熱容(Cm)：1mol物質(zhì)在沒有相變和化學(xué)反應(yīng)條件下溫度升高1K所需要的熱量3、固體熱容的經(jīng)驗定律和經(jīng)典理論只適用于高溫，對低溫不適用！ 4、由德拜模型可知，溫度很低時，固體的定容摩爾熱容與溫度的三次方成正比（德拜T3定律）。5、金屬熱容由晶格振動和自由電子兩部分貢獻組成6、自由電子對熱容的貢獻在極高溫和極低溫度下不可忽視，在常溫時與晶格振動熱容相比微不足道！7、一級相變對熱容的影響特征是什么？答：在相變溫度下，熱焓發(fā)生突變，熱容不連續(xù)變化。8、影響無機材料熱容的因素有哪些？答：溫度，鍵強，彈性模量，熔點9、對于隔熱材料，需使用低熱容（如輕質(zhì)多孔

3、）隔熱磚，便于爐體迅速升溫，同時降低熱量損耗。10、什么是熱分析法？DTA、DSA和TG分別是哪三種熱分析方法的簡稱？舉例說明熱分析法的應(yīng)用。答：熱分析法：在程序控制溫度下，測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。 DTA：差熱分析 （1.測量系統(tǒng)（示差熱電偶）2. 加熱爐3. 溫度程序控制器4. 記錄儀）1.3 熱膨脹1、什么是線或體膨脹系數(shù)？答：溫度升高1 K時，物體的長度（體積）的相對增加量。2、固體材料的熱膨脹本質(zhì)，歸結(jié)為點陣結(jié)構(gòu)中 質(zhì)點間平均距離 隨溫度升高而增大。3、材料的熱膨脹來自原子的非簡諧振動。4、材料熱膨脹的物理本質(zhì)可用 原子間的作用力 曲線或 勢能曲線 曲線來解釋。5、熔

4、點較高的金屬具有較低的膨脹系數(shù)。6、結(jié)構(gòu)對稱性較低的單晶體，其膨脹系數(shù)具有各向異性，不同的晶向有不同的線膨脹系數(shù)。一般來說，彈性模量高的方向?qū)⒂休^小的膨脹系數(shù)，反之亦然。（如石墨：平行于C軸方向的熱膨脹系數(shù)大于垂直于C軸方向的熱膨脹系數(shù)。）7、舉例說明一級相變對材料膨脹性能的影響。8、鋼的不同組織比容從大到小的順序為：馬氏體、滲碳體、鐵素體、珠光體、奧氏體。9、通常陶瓷制品表面釉層與坯體熱膨脹系數(shù)的大小關(guān)系如何？為什么？1.4 熱傳導(dǎo)1、什么是熱導(dǎo)率？ 2、固體材料熱傳導(dǎo)主要有 、 和 三種微觀機制，不同材料導(dǎo)熱機制有何區(qū)別？3、對于聲子熱導(dǎo)而言，熱阻來源于聲子擴散過程中的各種 （如聲子的碰撞

5、、點缺陷的散射、晶界的散射和位錯的散射等）。4、對于同一種物質(zhì)，多晶體、單晶體和非晶體的熱導(dǎo)率的大小關(guān)系如何？5、請綜合分析非晶體的熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系。6、綜合分析影響無機材料熱導(dǎo)率的因素。1.5 熱穩(wěn)定性1、什么是材料的熱穩(wěn)定性？。2、材料抗熱沖擊損壞的兩大類型為 和 。3、什么是熱應(yīng)力？材料的熱應(yīng)力主要來源于哪三個方面？4、抗熱應(yīng)力損傷性正比于斷裂表面能，反比于應(yīng)變能的釋放率。5、寫出第一、第二和第三熱應(yīng)力斷裂抵抗因子的表達式，并指出其中各參數(shù)的物理意義。6、對于密實性陶瓷、玻璃等脆性材料，提高其抗熱沖擊斷裂性能的措施有哪些？材料物理性能思考題第二章 電學(xué)性能2.1 電導(dǎo)的物理現(xiàn)象1、材料

6、的導(dǎo)電現(xiàn)象，其微觀本質(zhì)是 其微觀本質(zhì)是載流子在電場作用下的定向遷移。2、無機材料與金屬導(dǎo)體中的載流子種類有什么區(qū)別?答：金屬導(dǎo)體中的載流子是自由電子；無機材料中的載流子可以是電子(負電子，空穴)、離 子(正、負離子，空位)。3、什么是電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)?答：離子電導(dǎo)：載流子為離子的電導(dǎo)。 電子電導(dǎo)：載流子為電子的電導(dǎo)。4、電子電導(dǎo)與離子電導(dǎo)的特征有何區(qū)別？答：電子電導(dǎo)的特征是具有霍爾效應(yīng)；離子電導(dǎo)的特征是存在電解效應(yīng)。5、什么是載流子的遷移率？答：載流子在單位電場強度中的遷移速度。6、寫出電導(dǎo)率的基本表達式，并指出其中各參數(shù)分別代表什么意義。答： （單位體積內(nèi)載流子數(shù)為n；每個載流子的荷電量為

7、q） （單位時間內(nèi)通過單位截面S的電荷量（電流密度）為: J=nqv）2.2 離子電導(dǎo)1、離子電導(dǎo)有 本征電導(dǎo) 和 雜質(zhì)電導(dǎo) 兩種類型。2、什么是本征離子電導(dǎo)和雜質(zhì)離子電導(dǎo)?答：本征離子電導(dǎo)-以熱缺陷（空位、離子）作為載流子。 雜質(zhì)離子電導(dǎo)-以雜質(zhì)離子作為載流子。3、雜質(zhì)離子電導(dǎo)載流子的濃度決定于雜質(zhì)的種類和數(shù)量。4、對于本征離子電導(dǎo)而言，電導(dǎo)活化能包括缺陷形成能和遷移能兩部分。5、通常熔點高的晶體，結(jié)合力大，相應(yīng)活化能高，電導(dǎo)率低。6、區(qū)別遷移數(shù)與遷移率。答：遷移數(shù)：指定種類載流子所運載電流與總電流之比。 遷移率：7、固體電解質(zhì)：具有離子電導(dǎo)的固體物質(zhì)稱為固體電解質(zhì)。8、試舉例說明固體電解質(zhì)

8、在儲能和傳感器方面的應(yīng)用。答： 儲能：固體氧化物燃料電池，質(zhì)子交換膜燃料電池，氧敏感元件（氧濃差電池）2.3 電子電導(dǎo)1、電子電導(dǎo)的載流子是 電子 或 空穴 。2、在電子電導(dǎo)的材料中，電子的非彈性碰撞引起 電子波的散射 是電子運動受阻的原因。3、電子載流子兩大主要的散射機制是 晶格散射 和 電離雜質(zhì)散射 。4、在孤立的原子中，電子占據(jù)一定的能級，這些能級由主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)和自旋量子數(shù)等四個量子數(shù)確定。5、電子的共有化，使得單個原子的電子能級分裂成一系列相互之間能量差極微的能級，即形成了 能帶 。6、結(jié)合晶體的能帶理論區(qū)別導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。答：根據(jù)能帶理論，晶體中并非所有電子或價

9、電子都參與導(dǎo)電，只有導(dǎo)帶中的電子或價帶頂部的空穴才能參與導(dǎo)電。因此，在晶體能帶圖上物質(zhì)的導(dǎo)電性反映為它的價帶是否被填滿，是否存在禁帶以及禁帶寬度的大小等因素。7、根據(jù)能帶理論，晶體中并非所有電子或價電子都參與導(dǎo)電，只有 導(dǎo)帶 中的電子或 價帶 頂部的空穴才能參與導(dǎo)電。8、區(qū)別本征電子電導(dǎo)和雜質(zhì)電子電導(dǎo)。答：本征電導(dǎo)：這種空帶中的電子導(dǎo)電和價帶中的空穴導(dǎo)電同時存在9、區(qū)別n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。答：n型半導(dǎo)體的載流子主要為導(dǎo)帶中的電子；p型半導(dǎo)體的載流子主要為空穴。10、分別畫出n型和p型半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)圖，并以Si為例說明n型和p型半導(dǎo)體的形成過程。答： n型半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) p型半導(dǎo)體的能帶

10、結(jié)構(gòu) 12、區(qū)別不同類型的組分缺陷（或非化學(xué)計量）所形成局部能級的類型（施主能級還是受主能級）。2.4 半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)1、哪些效應(yīng)屬于半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)?答：晶界效應(yīng)（壓敏和PTC效應(yīng)）表面效應(yīng)（氣敏效應(yīng)）西貝克效應(yīng)p-n結(jié)（光電效應(yīng)）2、什么是壓敏電阻效應(yīng)?（ZnO壓敏電阻應(yīng)用）答：對電壓變化敏感的非線性電阻效應(yīng) ZnO壓敏電阻已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體和電子儀器的穩(wěn)壓和過壓保護以及設(shè)備的避雷器。3、區(qū)別PTC熱敏電阻效應(yīng)和NTC熱敏電阻效應(yīng)。答：PTC效應(yīng)：具有電阻值隨著溫度升高而增大的特性 。 NTC效應(yīng)：具有電阻值隨著溫度升高而減小的特性。4、什么是光生伏特效應(yīng)？答：半導(dǎo)體受光照時產(chǎn)生

11、電動勢（或電位差）的現(xiàn)象，稱為光生伏特效應(yīng)。第三章 介電性能3.1 介質(zhì)的極化1、什么是電介質(zhì)？答：電介質(zhì)：在電場作用下，能建立極化的一切物質(zhì)。2、什么是電介質(zhì)的極化？答：電極化：在外電場作用下，介質(zhì)內(nèi)的質(zhì)點（原子、分子、離子）正負電荷重心的分離，使其轉(zhuǎn)變成偶極子的過程。3、介質(zhì)的極化有哪六種基本類型？ 答：1、位移極化 2、松弛極化 3、電子極化 4、離子極化 5、偶極子轉(zhuǎn)向極化 6、空間電荷極化3.2 介質(zhì)損耗和介電強度1、什么是介質(zhì)損耗？答：由于導(dǎo)電或交變場中極化弛豫過程在電介質(zhì)中引起的能量損耗，由電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪埽ㄈ鐭?、光能等），統(tǒng)稱為介質(zhì)損耗。2、介質(zhì)損耗主要有 極化損耗 損耗

12、和 電導(dǎo)損耗 損耗兩種基本形式。3、什么是介電強度？答：當(dāng)電場強度超過某一臨界值時，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱介電強度的破壞，或叫介質(zhì)的擊穿。相應(yīng)的臨界電場強度稱為介電強度，或稱為擊穿電場強度。3.3 壓電性及壓電材料1、什么是壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)/答：由機械效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電效應(yīng)的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)（或正壓電效應(yīng)） 由電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成機械效應(yīng)的過程稱為逆壓電效應(yīng)。2、區(qū)分壓電材料的主要性能指標(biāo)（壓電常數(shù)、頻率常數(shù)、機電耦合系數(shù)和機械品質(zhì)因素）。（1）、d壓電常數(shù)（單位C/N），是反映力學(xué)量（應(yīng)力或應(yīng)變）與電學(xué)量（電位移或電場）間相互耦合的線性響應(yīng)系數(shù)。（2）、對某一壓電振子（具有一定形狀、大

13、小和被覆工作電極的壓電陶瓷體），其諧振頻率和振子振動方向長度的乘積為一個常數(shù)，即頻率常數(shù)（3）、機電耦合系數(shù)K是一個綜合反映壓電材料的機械能與電能之間耦合關(guān)系的物理量，是壓電材料進行機電能量轉(zhuǎn)換能力的反映。（4）、壓電振子在諧振時儲存的（機械）能量與在一個周期內(nèi)損耗的（機械）能量之比稱為機械品質(zhì)因數(shù)Qm。它反映了壓電振子在振動時因克服內(nèi)摩擦而消耗能量的大小。機械品質(zhì)因數(shù)越高，損耗的能量越少。3、 機電耦合系數(shù) 是一個綜合反映壓電材料的機械能與電能之間耦合關(guān)系的物理量，是壓電材料進行機電能量轉(zhuǎn)換能力的反映。4、為什么要對壓電陶瓷進行預(yù)極化處理，預(yù)極化有哪三個需要控制的工藝參數(shù)？答：只有經(jīng)過極化工

14、藝處理的陶瓷，才能夠顯示壓電效應(yīng)； 極化電場，極化時間，極化溫度3.4 鐵電性和鐵電體1、什么是自發(fā)極化？答：自發(fā)極化：在沒有外電場作用時，晶體中存在著由于電偶極子的有序排列而產(chǎn)生的極化。2、什么是鐵電性？答：鐵電性：在一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化的方向可因外電場的作用而反向，晶體的這種特性稱為鐵電性。3、什么是鐵電體？鐵電體的兩個特點：一是 具有電滯回線 ，另一個是 具有許多電疇 。 鐵電體：具有鐵電性的晶體稱為鐵電體。4、什么是鐵電居里溫度？答：鐵電居里溫度：鐵電陶瓷只在某一溫度范圍內(nèi)才具有鐵電性，它有一臨界溫度Tc，當(dāng)溫度高于Tc時，鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)轫橂娤啵园l(fā)極化消失。晶體順電相

15、鐵電相的臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc稱為鐵電居里溫度（或居里溫度、居里點）。5、什么是鐵電疇？答：晶體中出現(xiàn)了一個個由許多晶胞組成的自發(fā)極化方向相同的小區(qū)域，晶體中這種自發(fā)極化方向一致的小區(qū)域稱為鐵電疇（或電疇）6、畫出鐵電體典型的電滯回線，解釋什么是飽和極化強度、剩余極化強度和矯頑電場強度？并在圖中標(biāo)出這三個參數(shù)。答：ABCDFGHK(1) 飽和極化強度Ps。是指在指定溫度下，用足夠大的電場強度極化物質(zhì)時，極化曲線達到接近水平時（即不再隨外電場增大而明顯增大）對于的P值。(2) 剩余極化強度Pr。鐵電物質(zhì)極化到飽和后，又將電場強度下降到零時，鐵電物質(zhì)中殘留的極化強度稱為剩余極化強度。(3) 矯頑電場強度

16、Ec。鐵電物質(zhì)極化到飽和后，由于電滯現(xiàn)象，要使電介質(zhì)中極化強度P為零，必須有一定的反向電場強度-E，該電場強度稱為矯頑電場強度Ec。 第四章 磁學(xué)性能1、什么是磁介質(zhì)？答：能夠被磁化的物質(zhì)叫做磁性物質(zhì)或磁介質(zhì)2、 磁化強度（M） 是單位體積的總磁矩，表征物質(zhì)的磁化狀態(tài)（強度和方向）。3、 磁化率（） 是反映材料磁化難易程度的一個物理量。4、原子的磁距主要由電子的磁距組成，而電子的磁距又是其 軌道磁矩 和 自旋磁矩 的矢量和。原子是否具有磁矩，取決于其具體的 電子殼層結(jié)構(gòu) 。5、根據(jù)物質(zhì)磁性的強弱和磁化率的正負性質(zhì)，可將物質(zhì)的磁性分為 抗磁性 、 順磁性 、 鐵磁性、 亞鐵磁性 和 反鐵磁性。6、抗磁性物質(zhì)的原子(離子)磁矩為零。7、順磁體的原子或離子有原子固有磁矩。8、 自發(fā)磁化 是鐵磁物質(zhì)的基本待征，也是鐵磁物質(zhì)和順磁物質(zhì)的區(qū)別所在。9、鐵磁性產(chǎn)生的充分條件：(1) 原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層 ；(2) Rab/r3使A0。10、在居里點以上，鐵磁體表現(xiàn)為順磁性。11、什么是磁疇？答：未加磁場時鐵磁體內(nèi)部已經(jīng)磁化到飽和狀態(tài)的小區(qū)域稱為磁疇12、什么是技術(shù)磁化？答：技術(shù)磁化：在外磁場作用下，鐵磁體從完全退磁狀態(tài)磁化到飽和的內(nèi)部變化過程。13、鐵磁體在外磁場中的磁化過程主要為 疇壁的移動 和磁疇內(nèi) 磁矩的轉(zhuǎn)