復(fù)旦大學(xué)身邊的材料科學(xué)期末考試題

1、1、簡(jiǎn)要描述造紙術(shù)涉及的主要步驟。答：古代：蔡倫造紙術(shù)：第一是原料的分離，就是用漚浸或蒸煮的方法讓原料在堿液中脫膠，并分散成纖維狀；第二是打漿，就是用切割和捶搗的方法切斷纖維，并使纖維帚化，而成為紙漿；第三是抄造，即把紙漿滲水制成漿液，然后用撈紙器（篾席）撈漿，使紙漿在撈紙器上交織成薄片狀的濕紙；第四是干燥，即把濕紙曬干或晾干，揭下就成為紙張?，F(xiàn)代：1械制漿法、化學(xué)制漿法和半化學(xué)制漿法等三種。2.調(diào)制：紙料的調(diào)制為造紙的另一重點(diǎn)，紙張完成后的強(qiáng)度、色調(diào)、印刷性的優(yōu)劣、紙張保存期限的長(zhǎng)短直接與它有關(guān)。一般常見的調(diào)制過程大致可分為以下三步驟：a.散漿；b.打漿；c.加膠與充填。3.抄造：抄紙部門的

2、主要工作為將稀的紙料，使其均勻的交織和脫水，再經(jīng)干燥、壓光、卷紙、裁切、選別、包裝，故一般常見之流程如下：a.紙料的篩選；b.網(wǎng)部；c.壓榨部；d.干燥部；e.壓光；f.卷紙；g.裁切、選別、包裝。2、紙的主要成分是什么？答：紙張的主要成分是植物纖維和輔料。植物纖維是指纖維素，半纖維素，輔料是指填料、膠料和染料。植物纖維是紙張的基本組成部分，作為造紙?jiān)系闹参锢w維必須具備在制漿時(shí)易于離解，植物纖維中的纖維素含量高，木質(zhì)索含量少；合乎要求的強(qiáng)度、長(zhǎng)度和寬度；具有足夠的彈性與交織能力；來源豐富和成本低廉，適應(yīng)大量生產(chǎn)等條件。常用的填料有高嶺土、滑石粉、石膏粉、碳酸和硫酸鋇等，一般印刷用紙選用滑石粉

3、，高級(jí)印刷用紙采用高嶺土和硫酸鋇。常用的膠料有松香、硫酸鋁，明礬、淀粉、水玻璃、干酪酸等。造白紙常用的色料為品藍(lán)、群青等，造高級(jí)紙要加入一定的熒光增白劑。在制造有色紙時(shí)，也需要使用色料，大都使用無機(jī)顏料或有機(jī)染料。3、微電子行業(yè)大量使用硅作為原材料的原因有哪些？答：硅的儲(chǔ)量豐富，廣泛的以化合態(tài)存在于地殼的礦物和巖石里，在地殼中，硅的含量居第二位；硅具有優(yōu)良的半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)。禁帶寬度適中，載流子遷移率較高，本征電阻率在室溫(300K)下高達(dá)2.3×105歐·厘米，摻雜后電阻率可控制在10410-4 歐·厘米的寬廣范圍內(nèi)，能滿足制造各種器件的需要。硅單晶的非平衡少數(shù)載

4、流子壽命較長(zhǎng),在幾十微秒至1毫秒之間。熱導(dǎo)率較大?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，又易于形成穩(wěn)定的熱氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜實(shí)現(xiàn)P-N結(jié)表面鈍化和保護(hù)，還可以形成金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),制造MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管和集成電路。上述性質(zhì)使PN結(jié)具有良好特性，使硅器件具有耐高壓、反向漏電流小、效率高、使用壽命長(zhǎng)、可靠性好、熱傳導(dǎo)好，并能在200高溫下運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。4、從能帶角度說明導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體的劃分原理是什么？答：絕緣體：原子中的電子是滿殼層分布的，價(jià)電子剛好填滿了許可的能帶，形成滿帶，導(dǎo)帶和價(jià)帶之間存在一個(gè)很寬的禁帶，在一般情況下，價(jià)帶之上的能帶沒有電子，電子難以借熱運(yùn)動(dòng)等躍過禁帶進(jìn)入空帶，所以

5、在電場(chǎng)的作用下沒有電流產(chǎn)生。導(dǎo)體：一系列能帶中除了電子填充滿的能帶(滿帶)以外，還有只是部分被電子填充的能帶，后者起著導(dǎo)電作用。半導(dǎo)體：從能帶結(jié)構(gòu)來看與絕緣體的相似，但半導(dǎo)體禁帶寬度較絕緣體的窄（一般在1eV左右）。所以依靠熱激發(fā)即可以將滿帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中，因而具有導(dǎo)電能力。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表明：由于熱激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子數(shù)目隨溫度按指數(shù)規(guī)律變化，所以半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨溫度的升高也按指數(shù)形式變大。5、簡(jiǎn)要說明P-N結(jié)的結(jié)構(gòu)和原理。答：在一塊半導(dǎo)體中，摻入施主雜質(zhì)（如磷、砷、銻等），使其中一部分成為N型半導(dǎo)體，其余部分摻入受主雜質(zhì)（如硼、鋁、鎵等）而成為P型半導(dǎo)體。于是在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的

6、交界處就會(huì)形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體“結(jié)合”在一起時(shí)，由于P型半導(dǎo)體的空穴濃度高，自由電子的濃度低；而N型半導(dǎo)體的自由電子濃度高，空穴濃度低，所以交界面兩側(cè)的載流子在濃度上形成了很大的差別。這時(shí)就在交界面附近產(chǎn)生了多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，在P區(qū)和N區(qū)的交界面P區(qū)一側(cè)出現(xiàn)一層帶負(fù)電的粒子區(qū)（這是不能移動(dòng)的電荷）；而在交界面N區(qū)一側(cè)出現(xiàn)一層帶正電的粒子區(qū)。這樣，在交界面的兩側(cè)就形成了一個(gè)空間電荷區(qū)。P型區(qū)一邊帶負(fù)電荷的離子，N型區(qū)一邊帶正電荷的離子，因而在結(jié)中形成了很強(qiáng)的局部電場(chǎng)，方向由N區(qū)指向P區(qū)。當(dāng)P-N結(jié)上加正向電壓時(shí)，電場(chǎng)減弱，N區(qū)中的電子和P區(qū)中的空穴都

7、容易通過，因而電流較大；當(dāng)外加電壓相反時(shí)，則電場(chǎng)增強(qiáng)，只有原N區(qū)中的少數(shù)電子和P區(qū)中的少數(shù)空穴能夠通過，因而電流很小。因此P-N結(jié)具有整流作用。6、介紹一個(gè)與材料學(xué)相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)，并用通俗的語言論述其發(fā)現(xiàn)和意義。 答：前香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高錕因?yàn)槭紫忍岢龉饫w可以用于通訊傳輸?shù)脑O(shè)想，獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，被譽(yù)為“光纖之父”。1966年7月，華裔物理學(xué)家高錕博士在PIEE 質(zhì)纖維表面波導(dǎo)，從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實(shí)現(xiàn)光通信的可能性，并預(yù)言了制造通信用的超低耗光纖的可能性。光纖是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。光纖傳輸有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：頻帶寬。頻

8、帶的寬窄代表傳輸容量的大小。載波的頻率越高，可以傳輸信號(hào)的頻帶寬度就越大。損耗低。光纖每公里損耗比同軸電纜的功率損耗要小一億倍，使其能傳輸?shù)木嚯x要遠(yuǎn)得多。重量輕。光纖是玻璃纖維，比重小，使它具有直徑小、重量輕的特點(diǎn)，安裝十分方便?？垢蓴_能力強(qiáng)。光纖傳輸對(duì)電磁干擾、工業(yè)干擾有很強(qiáng)的抵御能力，不易被竊聽，因而利于保密。保真度高。光纖傳輸一般不需要中繼放大，不會(huì)因?yàn)榉糯笠诵碌姆蔷€性失真。工作性能可靠。光纖系統(tǒng)包含的設(shè)備數(shù)量少，可靠性自然也就高。成本不斷下降。7、描述太陽能電池的機(jī)理和種類，并描述其中一種。答：太陽能電池是一種可以將能量轉(zhuǎn)換的光電元件，其基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成的。太陽

9、光照在半導(dǎo)體P-N結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在P-N結(jié)電場(chǎng)的作用下，光生空穴流向P區(qū)，光生電子流向N區(qū)，接通電路后就形成電流。而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形。太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)太陽能電池、塑料太陽能電池。硅太陽能電池是以硅為基體材料的太陽能電池。按照硅材料的結(jié)晶形態(tài)，可分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。當(dāng)光線照射太陽電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷

10、，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。8、商業(yè)的硅太陽能電池中，用哪些方法來提高太陽光的利用效率？答：減小太陽能電池的厚度，使電子、空穴的移動(dòng)路徑縮短。電池與接線之間的電阻對(duì)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的高低影響十分顯著。因此，可在采用模塊設(shè)計(jì)時(shí)改進(jìn)橫向布線及電池極板等布線結(jié)構(gòu)，以降低電阻。并透過縮小電池單元間隔、加大電池單元的排列密度，提高模塊的轉(zhuǎn)換效率。此外，也可將金屬電極埋入基板中，以減少串聯(lián)電阻。把兩個(gè)或兩個(gè)以上的元件堆棧起來，能夠吸收較高能量光譜的電池放在上層，吸收

11、較低能量光譜的電池放在下層，透過不同材料的電池將光子的能量層層吸收，減少光能的浪費(fèi)并獲得比原來更多的光能。在太陽能電池的表面，會(huì)鍍上一層抗反射層，主要的作用在于讓太陽能吸收的過程當(dāng)中，僅少量的反射造成光能流失。將表面制成金字塔型的組織結(jié)構(gòu)，可增加表面積，吸收更多太陽光。將不透光的金屬電極制作成手指狀或是網(wǎng)狀，經(jīng)過層層反射，可使大部分的入射陽光都能進(jìn)入半導(dǎo)體材料中。設(shè)計(jì)出隨著太陽的方向、角度而轉(zhuǎn)動(dòng)的太陽能光電版，比固定式太陽能光電板更能接收最多的太陽光，達(dá)到最大的發(fā)電效益。10、超級(jí)電容器的實(shí)現(xiàn)原理和應(yīng)用特點(diǎn)是什么？答：原理：超級(jí)電容器是利用雙電層原理的電容器。當(dāng)外加電壓加到超級(jí)電容器的兩個(gè)極板

12、上時(shí)，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲(chǔ)正電荷，負(fù)極板存儲(chǔ)負(fù)電荷，在超級(jí)電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場(chǎng)，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個(gè)電荷分布層叫雙電層。因此電容量非常大。當(dāng)兩極板間電勢(shì)低于電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液界面上電荷不會(huì)脫離電解液，超級(jí)電容器為正常工作狀態(tài)（通常為3V以下），如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。由于隨著超級(jí)電容器放電 ，正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷響應(yīng)減少。由此可以看出

13、：超級(jí)電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。應(yīng)用特點(diǎn)：超級(jí)電容器的技術(shù)特性1. 充電速度快，充電 10 秒 10 分鐘可達(dá)到其額定容量的 95 %以上；超級(jí)電容器的技術(shù)特性2. 循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá) 150 萬次；超級(jí)電容器的技術(shù)特性3. 能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率 90% ；超級(jí)電容器的技術(shù)特性4. 功率密度高，可達(dá) 300W/KG5000W/KG ，相當(dāng)于電池的 510 倍；超級(jí)電容器的技術(shù)特性5. 產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源； 超級(jí)電容器

14、的技術(shù)特性6. 安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù)；超級(jí)電容器的技術(shù)特性7. 超低溫特性好，可工作于攝氏零下 30 的環(huán)境中；超級(jí)電容器的技術(shù)特性8. 檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出。311、什么是電子管和場(chǎng)效應(yīng)管？?jī)烧哂惺裁床顒e？答：電子管，是一種最早期的電信號(hào)放大器件。被封閉在玻璃容器（一般為玻璃管）中的陰極電子發(fā)射部分、控制柵極、加速柵極、陽極（屏極）引線被焊在管座上。利用電場(chǎng)對(duì)真空中的控制柵極注入電子調(diào)制信號(hào)，并在陽極獲得對(duì)信號(hào)放大或反饋振蕩后的不同參數(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管，是一種通過改變半導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電流控制作用的半導(dǎo)體器件。輸入端電流極小，因此它的輸入電阻很大；它是利用多數(shù)

15、載流子導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好；場(chǎng)效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng)；由于不存在雜亂運(yùn)動(dòng)的少子擴(kuò)散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。而電子管負(fù)載能力強(qiáng)，線性性能優(yōu)于晶體管，在高頻大功率領(lǐng)域的工作特性要比晶體管更好。12、簡(jiǎn)述燃料電池的基本原理和種類。答：燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池其原理是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極（負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極）以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化

16、為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。種類：堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池等。13、如何冶煉單晶硅？答：?jiǎn)尉Ч璧闹品ㄍǔＪ窍戎频枚嗑Ч杌驘o定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長(zhǎng)出棒狀單晶硅。多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)主要為改良西門子法和硅烷法。西門子法通過氣相沉積的方式生產(chǎn)柱狀多晶硅，為了提高原料利用率和環(huán)境友好，在前者的基礎(chǔ)上采用了閉環(huán)式生產(chǎn)工藝即改良西門子法。該工藝將工業(yè)硅粉與HCl反應(yīng)，加工成SiHCI3，再讓SiHCl3在H2氣氛的還原爐

17、中還原沉積得到多晶硅。硅烷法是將硅烷通入以多晶硅晶種作為流化顆粒的流化床中，使硅烷裂解并在晶種上沉積，從而得到顆粒狀多晶硅。直拉法即沿著垂直方向從熔體中拉制單晶的方法。懸浮區(qū)熔法，使圓柱形硅棒固定于垂直方向，用高頻感應(yīng)線圈在氬氣氣氛中加熱，使棒的底部和在其下部靠近的同軸固定的單晶籽晶間形成熔滴，這兩個(gè)棒朝相反方向旋轉(zhuǎn)。然后將在多晶棒與籽晶間只靠表面張力形成的熔區(qū)沿棒長(zhǎng)逐步向上移動(dòng)，將其轉(zhuǎn)換成單晶。15、傳統(tǒng)陶瓷中陶與瓷在制作和結(jié)構(gòu)的區(qū)別是什么？答：制作：燒成溫度不同：陶器燒成溫度一般都低于瓷器，最低甚至達(dá)到800以下，最高可達(dá)1100左右；瓷器燒成溫度則比較高，大都在1200以上，甚至有的達(dá)到

18、1400左右。使用原料不同：陶器一般用黏土；瓷器要選擇特定的材料，以高嶺土作坯。釉料不同：陶器有不掛釉和掛釉的兩種，掛釉的陶器釉料在較低的燒成溫度時(shí)即可熔融；瓷器的釉料有兩種，既可在高溫下與胎體一次燒成，也可在高溫素?zé)ド显賿斓蜏赜裕诙蔚蜏責(zé)伞?.陶器胎體硬度較差，有的甚至可以用鋼刀劃出溝痕；瓷器的燒成溫度高，胎體基本燒結(jié)，敲擊時(shí)聲音清脆，胎體表面用一般鋼刀很難劃出溝痕。透明度不同：陶器即使比較薄也不具備半透明的特點(diǎn)；瓷器的胎體無論薄厚，都具有半透明的特點(diǎn)。吸水率不同：大于10%為陶；吸水率小于0.5%為瓷。含鐵量不同：陶器一般在3%以上；瓷胎含鐵量一般在3%以下。16、說明熒光燈（日光

19、燈）的工作原理。答：當(dāng)開關(guān)接通的時(shí)候，電源電壓立即通過鎮(zhèn)流器和燈管燈絲加到啟輝器的兩極。220伏的電壓立即使啟輝器的惰性氣體電離，產(chǎn)生輝光放電。輝光放電的熱量使雙金屬片受熱膨脹，兩極接觸。電流通過鎮(zhèn)流器、啟輝器觸極和兩端燈絲構(gòu)成通路。燈絲很快被電流加熱，發(fā)射出大量電子。這時(shí)，由于啟輝器兩極閉合，兩極間電壓為零，輝光放電消失，管內(nèi)溫度降低；雙金屬片自動(dòng)復(fù)位，兩極斷開。在兩極斷開的瞬間，電路電流突然切斷，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，與電源電壓疊加后作用于管兩端。燈絲受熱時(shí)發(fā)射出來的大量電子，在燈管兩端高電壓作用下，以極大的速度由低電勢(shì)端向高電勢(shì)端運(yùn)動(dòng)。在加速運(yùn)動(dòng)的過程中，碰撞管內(nèi)氬氣分子，使之迅速

20、電離。氬氣電離生熱，熱量使水銀產(chǎn)生蒸氣，隨之水銀蒸氣也被電離，并發(fā)出強(qiáng)烈的紫外線。在紫外線的激發(fā)下，管壁內(nèi)的熒光粉發(fā)出近乎白色的可見光。日光燈正常發(fā)光后。由于交流電不斷通過鎮(zhèn)流器的線圈，線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)阻礙線圈中的電流變化，這時(shí)鎮(zhèn)流器起降壓限流的作用，使電流穩(wěn)定在燈管的額定電流范圍內(nèi)，燈管兩端電壓也穩(wěn)定在額定工作電壓范圍內(nèi)。由于這個(gè)電壓低于啟輝器的電離電壓，所以并聯(lián)在兩端的啟輝器也就不再起作用了。17、激光器的原理和基本組成部分是什么？答：激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件。產(chǎn)生激光的必不可少的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和增益大過損耗，所以裝置中必不可少

21、的組成部分有激勵(lì)（或抽運(yùn)）源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的工作介質(zhì)兩個(gè)部分。激勵(lì)是工作介質(zhì)吸收外來能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。激勵(lì)方式有光學(xué)激勵(lì)、電激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)和核能激勵(lì)等。工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級(jí)是使受激輻射占主導(dǎo)地位，從而實(shí)現(xiàn)光放大?；窘M成部分：激光工作物質(zhì)、激勵(lì)抽運(yùn)系統(tǒng)和光學(xué)共振腔（并非必不可少的組成部分，諧振腔可使腔內(nèi)的光子有一致的頻率、相位和運(yùn)行方向，從而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地縮短工作物質(zhì)的長(zhǎng)度，還能通過改變諧振腔長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)所產(chǎn)生激光的模式（即選模），所以一般激光器都具有諧振腔。）18、常見的燈具有哪些種類？基本原理是什么？答：白熾燈：白熾燈將

22、燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源。熒光燈：傳統(tǒng)型熒光燈即低壓汞燈，是利用低氣壓的汞蒸氣在放電過程中輻射紫外線，從而使熒光粉發(fā)出可見光的原理發(fā)光，因此它屬于低氣壓弧光放電光源；無極熒光燈即無極燈，它取消了對(duì)傳統(tǒng)熒光燈的燈絲和電極，利用電磁耦合的原理，使汞原子從原始狀態(tài)激發(fā)成激發(fā)態(tài)，其發(fā)光原理和原統(tǒng)熒光燈相似。低壓鈉燈：低壓鈉燈是利用低壓鈉蒸氣放電發(fā)光的電光源，在它的玻璃外殼內(nèi)涂以紅外線反射膜，是光衰較小和發(fā)光效率最高的電光源。19、LED為什么可以發(fā)光？白光LED照明的實(shí)現(xiàn)途徑有哪些？答：LED，發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光能。LED的心臟是一

23、個(gè)半導(dǎo)體的晶片。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，另一端是N型半導(dǎo)體，這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。對(duì)于一般照明，在工藝結(jié)構(gòu)上，白光LED通常采用兩種方法形成，第一種是利用“藍(lán)光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光；第二種是多種單色光混合方法。20、常見液晶顯示器的基本原理是什么？答：液晶這一呈液體狀的化學(xué)物質(zhì)，像磁場(chǎng)中的金屬一樣，當(dāng)受到外界電場(chǎng)影響時(shí)，其分子會(huì)產(chǎn)生精確的有序排列。如果對(duì)分子的排列加以適當(dāng)?shù)目刂?，液晶分子將?huì)允許光線穿

24、越。無論是筆記本電腦還是桌面系統(tǒng)，采用的LCD顯示屏都是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。位于最后面的一層是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線的背光層。背光層發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進(jìn)入包含成千上萬水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。當(dāng)LCD中的電極產(chǎn)生電場(chǎng)時(shí)，液晶分子就會(huì)產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。對(duì)于更加復(fù)雜的彩色顯示器來說，還需要有專門處理彩色顯示的色彩過濾層。通常，在彩色LCD面板中，每一個(gè)像素都是由三個(gè)液晶單元格構(gòu)成，其中每一個(gè)單元格前面都分別有紅色，綠色

25、，或藍(lán)色的過濾器。這樣，通過不同單元格的光線就可以在屏幕上顯示出不同的顏色。21、魯伯特水滴“Ruperts drop”是什么？如何得到？有何特點(diǎn)？答：17世紀(jì)，英國(guó)魯伯特王子把熔解的玻璃液滴進(jìn)水內(nèi)造成玻璃珠。這種淚滴形的玻璃非常堅(jiān)硬，就算以槌敲打也不會(huì)破碎。但是只要把玻璃滴尾部弄破，它便會(huì)突然爆碎成粉末。稱為“魯伯特水滴”(Rupert's drop)。魯伯特水滴是一種極為特別的玻璃。燒紅的玻璃滴入水中，瞬間冷卻，由于表面和內(nèi)部在瞬間陳勝極大的溫度差，表面迅速收縮，而內(nèi)部卻還是流動(dòng)的玻璃，從而產(chǎn)生了極大的內(nèi)部應(yīng)力，在這種矛盾的應(yīng)力之中，彌合了一切玻璃表面的縫隙，于是它變得無比堅(jiān)硬，即

26、便用錘子砸都砸不碎。但是魯伯特水滴巨大的應(yīng)力在它纖細(xì)的尾部就成了一個(gè)弱點(diǎn)，當(dāng)尾部纖細(xì)的表面一旦被破壞，矛盾的應(yīng)力就在一瞬間釋放，從而摧毀整個(gè)魯伯特水滴。22、石英、石英玻璃、水晶、水晶玻璃的定義和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的異同是什么？ 答：石英，無機(jī)礦物質(zhì)，主要成分是二氧化硅，常含有少量雜質(zhì)成分如Al2O3、CaO、MgO等，為半透明或不透明的晶體，一般乳白色，只含二氧化硅的玻璃。通常分為透明石英玻璃和不透明石英玻璃兩大類。水晶：一種無色透明的大型石英結(jié)晶體礦物。它的主要化學(xué)成份是二氧化硅，化學(xué)式為SiO2。水晶玻璃：其名為人造水晶，由于天然水晶的稀少和不容易開采，不能滿足人們的需求，人造水晶玻璃就誕生了，是

27、一種玻璃。SiO2，石英是一種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均十分穩(wěn)定的礦產(chǎn)資源，晶體屬三方晶系的氧化物礦物；水晶是一種無色透明的石英結(jié)晶體礦物，當(dāng)二氧化硅結(jié)晶完美時(shí)就是水晶。石英玻璃是只含二氧化硅的玻璃，硬度大可達(dá)莫氏七級(jí)，具有耐高溫、膨脹系數(shù)低、耐熱震性、化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性能良好，并能透過紫外線和紅外線，除氫氟酸、熱磷酸外，對(duì)一般酸有較好的耐酸性；水晶玻璃是由硅和氧化鉛（后續(xù)無鉛水晶采用了其他材料，如氧化鉀、氧化鋇等）一起煮溶而成，含24%鉛或以上者稱全鉛水晶，低于24%者則稱為鉛水晶。加鉛的好處是較重，有質(zhì)感，更通透、清澈和明亮；壞處則較軟，易磨花，所以不一定加越多鉛越好。23、從材料學(xué)角度解釋世

28、貿(mào)大廈倒塌的原因。答：就大樓的倒塌過程而言，恰似于多米諾骨牌效應(yīng)，其連續(xù)破壞過程可劃分為三個(gè)階段：飛機(jī)撞擊形成的巨大水平?jīng)_擊力造成部分梁柱斷裂，形成薄弱層或薄弱部位；飛機(jī)所撞擊的樓層起火燃燒，鋼材軟化，該樓層喪失承載力致使上部樓層塌落；上部塌落的樓層化為一個(gè)巨大的豎向沖擊力，致使下面樓層結(jié)構(gòu)難以承受，于是發(fā)生整體失穩(wěn)或斷裂，層層垂直垮塌。就大樓的倒塌原因而言，可謂是復(fù)合型的。因?yàn)閱我坏乃阶矒艋蛘叽髽前l(fā)生常規(guī)性火災(zāi)都不可能造成整個(gè)結(jié)構(gòu)垮塌。鋼結(jié)構(gòu)作為一種結(jié)構(gòu)體系，尤其在超高層建筑中有無以倫比的優(yōu)勢(shì)。但耐火性能差是自身致命的缺陷。試驗(yàn)表明：低碳鋼在200度以下鋼材性能變化不大；在200度以上，隨

29、溫度升高彈性模量降低，強(qiáng)度下降，變形增大；500度時(shí)彈性模量為常溫的50%.；700度時(shí)基本失去承載能力。撞擊北樓的波音767飛機(jī)裝載51t燃油，撞擊南樓的波音757飛機(jī)裝載35t燃油，引起的是烴類火災(zāi)，烴類火災(zāi)和一般的火災(zāi)有很大的不同，它能在五分鐘之內(nèi)使火場(chǎng)的溫度上升到1000多度，大大超過鋼結(jié)構(gòu)的臨界溫度（540），導(dǎo)致了鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度迅速下降。盡管世貿(mào)中心大樓的鋼結(jié)構(gòu)采用了防火涂料等防護(hù)物，但在如此罕見的熊熊大火面前也無能為力，在爆炸、斷電、消防系統(tǒng)失靈、火勢(shì)無法及時(shí)撲滅的情況下，高溫將使其不得不軟化，最終導(dǎo)致塌落。另外，世貿(mào)中心大樓采用外筒結(jié)構(gòu)體系，該體系存在剪力滯后效應(yīng)，因此，抵抗水平

30、撞擊的能力較差。飛機(jī)撞擊大樓時(shí)過程中產(chǎn)生了巨大的沖力，可能使大樓被撞擊或者附近區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料發(fā)生部分開裂甚至脫落。在鋼結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)火場(chǎng)中鋼結(jié)構(gòu)表面的防火涂料層開裂、空鼓、厚度不均勻時(shí)，其耐火時(shí)間會(huì)受到較大的影響。因此在火場(chǎng)中的鋼結(jié)構(gòu)沒有被完全保護(hù)，也是導(dǎo)致整幢建筑提前化為灰燼的主要原因之一。24.石墨烯特點(diǎn)和可能用途特點(diǎn)：電子運(yùn)輸在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)（如果不是所有的話）物理學(xué)家認(rèn)為，熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚態(tài)物理界。雖然理論和實(shí)驗(yàn)界都認(rèn)為完美的二維結(jié)構(gòu)無法在非絕對(duì)零度穩(wěn)定存在，但是單層石墨烯在實(shí)驗(yàn)中被制備出來。這些可能歸

31、結(jié)于石墨烯在納米級(jí)別上的微觀扭曲。石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行為。其霍爾電導(dǎo)為量子電導(dǎo)的奇數(shù)倍，且可以在室溫下觀測(cè)到。石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。石墨烯最大的特性是其中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超

32、過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。這使得石墨烯中的電子，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為“載荷子”(electric charge carrier)，的性質(zhì)和相對(duì)論性的中微子非常相似。石墨烯有相當(dāng)?shù)牟煌该鞫龋嚎梢晕沾蠹s2.3%的可見光。而這也是石墨烯中載荷子相對(duì)論性的體現(xiàn)。石墨烯是人類已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)，比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。應(yīng)用：1. 納電子器件方面利用 石墨烯加入電池電極材料中可以大大提高充電效率，并且提高電池容量。2. 代替硅生產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)3. 光子傳感器4.基因電子測(cè)序5. 減少噪音6. 隧穿勢(shì)壘材料 石墨烯還可以應(yīng)用于晶體管、觸摸屏、基因測(cè)序等領(lǐng)域，同時(shí)有望幫助物理

33、學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破。中國(guó)科研人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞在石墨烯上無法生長(zhǎng),而人類細(xì)胞卻不會(huì)受損。利用這一點(diǎn)石墨烯可以用來做繃帶,食品包裝甚至抗菌T恤；用石墨烯做的光電化學(xué)電池可以取代基于金屬的有機(jī)發(fā)光二極管,因石墨烯還可以取代燈具的傳統(tǒng)金屬石墨電極,使之更易于回收。這種物質(zhì)不僅可以用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料、制造出超堅(jiān)韌的防彈衣，甚至能讓科學(xué)家夢(mèng)寐以求的2.3萬英里長(zhǎng)太空電梯成為現(xiàn)實(shí)。25. 從材料學(xué)角度，如何應(yīng)對(duì)手機(jī)屏幕的強(qiáng)光眩光問題。就是利用光學(xué)特性，在加工液晶玻璃過程中，利用目前的離子工藝，在玻璃基板上進(jìn)行離子工藝處理，使得玻璃的光學(xué)性能進(jìn)行改變，這就是防眩光處理。一般防眩光處理采用鎳、銀等金屬材料，在真空環(huán)境下使得這些金屬處于高速運(yùn)動(dòng)離子狀態(tài)，進(jìn)行附著在玻璃表面。紫外線膜中包括防反射膜和紫外線吸收膜，防止光線從薄膜上反射到母玻璃基板上。紫外線吸收薄膜覆蓋在紫外線薄膜上，而防反射涂層則覆蓋在紫外線吸收薄膜上。生產(chǎn)過程中需要使用粘合劑將紫外線吸收薄膜和紫外線薄膜粘合起來。這樣防反光薄膜就覆蓋在紫外線薄膜上，而防反射層則在LCD下方。26描述一種電化學(xué)電池的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)Li離子電池：原理：當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中