材料?？即箢}之答案

1、1、材料科學(xué)與工程的定義及特點(diǎn)。材料科學(xué)與工程就是研究有關(guān)材料組成, 結(jié)構(gòu), 制備工藝流程與材料性能與用途的關(guān)系的知識(shí)。材料科學(xué)與工程的特點(diǎn)： （1）* Q9 I; L! y0 P3 Sp1多學(xué)科交叉材料科學(xué)與工程與物理學(xué),化學(xué),冶金學(xué),金屬學(xué),陶瓷學(xué),計(jì)算數(shù)學(xué)等多學(xué)科交叉和結(jié)合的特點(diǎn). （6 K7 X7 2 ) U; Q4 _2）具有鮮明的工程性材料科學(xué)是面向?qū)嶋H,為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的,是一門應(yīng)用科學(xué). 實(shí)驗(yàn)室里的研究成果必須通過(guò)工程研究開(kāi)發(fā)以確定合理的工藝流程,最后批量生產(chǎn)出符合要求的工程材料. （4 2 m) R i, z3）處于發(fā)展中的學(xué)科材料科學(xué)沒(méi)有象力學(xué),電學(xué)那樣完整的學(xué)科體系,是一門

2、處于不斷發(fā)展之中的學(xué)科. * L7 e$ O& v1 U% D& b2、什么是材料科學(xué)與工程的四要素？材料科學(xué)有哪三個(gè)重要屬性？其四要素為：組成與結(jié)構(gòu),合成與生產(chǎn)過(guò)程, 性能, 使用效能。三屬性為：（1）多學(xué)科交叉材料科學(xué)與工程與物理學(xué),化學(xué),冶金學(xué),金屬學(xué),陶瓷學(xué),計(jì)算數(shù)學(xué)等多學(xué)科交叉和結(jié)合的特點(diǎn). （6 K7 X7 2 ) U; Q4 _2）具有鮮明的工程性材料科學(xué)是面向?qū)嶋H,為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的,是一門應(yīng)用科學(xué). 實(shí)驗(yàn)室里的研究成果必須通過(guò)工程研究開(kāi)發(fā)以確定合理的工藝流程,最后批量生產(chǎn)出符合要求的工程材料. （4 2 m) R i, z3）處于發(fā)展中的學(xué)科材料科學(xué)沒(méi)有象力學(xué),電學(xué)那樣完整的學(xué)

3、科體系,是一門處于不斷發(fā)展之中的學(xué)科.3、何謂材料科學(xué)的六面觀？并敘述一下現(xiàn)代的材料觀？答：材料六面觀包括：組成，結(jié)構(gòu)，性能，加工與合成，使用，環(huán)境這個(gè)題目考你對(duì)材料的各個(gè)相關(guān)因素之間相互影響的理解了，其實(shí)一點(diǎn)就是內(nèi)因?yàn)橹鳎庖驗(yàn)檩o，但是也很重要。4、材料的分類3大材料及其分類，這個(gè)很多材料專業(yè)課本上有講，自己歸納下。5、材料從物理化學(xué)屬性分，可分為金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和不同類型的材料組成的復(fù)合材料。請(qǐng)任選二種材料說(shuō)明其結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和發(fā)展方向？這個(gè)題同第4題，答案在專業(yè)課本上都有6、材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位和作用。這個(gè)可以結(jié)合一些網(wǎng)上資料和專業(yè)課本的前言緒論部分綜合整理

4、7、結(jié)合自己所學(xué)專業(yè)，敘述二個(gè)本專業(yè)的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。答:比如 隱身材料的 吸收一定范圍電磁波的研究(1) 高性能納米結(jié)構(gòu)材料的合成對(duì)納米結(jié)構(gòu)的金屬和合金重點(diǎn)放在大幅度提高材料的強(qiáng)度和硬度,利用納米顆粒小尺寸效應(yīng)所造成的無(wú)位錯(cuò)密度區(qū)域使其達(dá)到高硬度,高強(qiáng)度.納米結(jié)構(gòu)銅或銀的塊體材料的硬度比常規(guī)材料高50倍,屈服強(qiáng)度高12倍;對(duì)納米陶瓷材料,著重提高斷裂韌性,降低脆性,納米結(jié)構(gòu)碳化硅的斷裂韌性比常規(guī)材料提高100倍,n-ZrO2+Al2O3,n-SiO2+Al2O3的復(fù)合材料,斷裂韌性比常規(guī)材料提高4-5倍,原因是這類納米陶瓷龐大體積百分?jǐn)?shù)的界面提供了高擴(kuò)散的通道,擴(kuò)散蠕變大大改善了界面的脆性.(

5、2)納米添加使傳統(tǒng)材料改性高居里點(diǎn),低電阻的PTC陶瓷材料,添加少量納米二氧化銑可以降低燒結(jié)溫度,致密速度快,減少Pb的揮發(fā)量,大大改善了PTC陶瓷的性能;納米材料添加到塑料中使其抗老化能力增強(qiáng),壽命提高.添加到橡膠可以提高介電和耐磨特性;納米材料添加到其它材料中都可以根據(jù)需要,選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾吞砑恿窟_(dá)到材料改性的目的,應(yīng)用前景廣闊.（3）燃料電池 * 4 i5 C4 J! o$ y近二,三十年來(lái),由于一次能源的匱乏和環(huán)境保護(hù)的突出,要求開(kāi)發(fā)利用新的清潔再生能源. (燃料電池由于具有能量轉(zhuǎn)化率高,對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)受到世界各國(guó)的普遍重視) 5 % t4 T% 4 z0 W: W3 y8 E/

6、4 燃料電池是一種將所提供燃料的化學(xué)能直接變換為電能的高效能量轉(zhuǎn)換裝置; 是既水力,火力,核力后的第四類發(fā)電技術(shù). 0 T2 p0 , FT9 b- : M其特點(diǎn)有: 4 P% V5 T, j w/ x$ 3 N1.由于化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,與普通發(fā)電方式相比,避免了能量形式的變化不受卡諾循環(huán)限制, 能量轉(zhuǎn)化效率高. 3 c9 C. O, f8 g7 F2.環(huán)保. 廢氣如SOx,NOx,CO2等的排放量極低. 此外,由于電池中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,工作時(shí)非常安靜. * S$ J% J9 j% N * V2 mG. S3.電池的本題的負(fù)荷反應(yīng)性能好,可靠性高。 2 B. b( r f# T o; ! （4

7、）碳納米管 4 Z3 l/ T; S& E是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料(徑向尺寸為納米級(jí),軸向尺寸為微米級(jí)). 它主要由六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管,層與層之間保持固定的距離. # h! q+ z3 q4 f# t作為一維納米材料,重量輕,六邊形結(jié)構(gòu)連接完美,具有許多異常的力學(xué),電學(xué)性能: 7 j: f. N F; L2 f0 X fy1力學(xué)性能 其密度只有鋼的1/6,結(jié)構(gòu)與高分子材料相似,但抗拉強(qiáng)度極大,彈性模量達(dá)1TPa,用其增強(qiáng)的塑料力學(xué)性能優(yōu)良且抗疲勞,抗蠕變,形變小,滑動(dòng)性能好. 7 d% x/ Y7 p, $ A2 C2電學(xué)性能 利用其結(jié)構(gòu)中空的特點(diǎn),可作為制造

8、某些納米尺度金屬導(dǎo)線的模具. 有些管徑的碳納米管是性能優(yōu)于石墨材料的良好導(dǎo)體,另一些管徑可能是半導(dǎo)體. * L+ D! R- r! B: f- K3導(dǎo)熱性能 其擁有非常大的長(zhǎng)徑比,因而其沿長(zhǎng)度方向的熱交換性能很高,垂直方向熱交換性能較低,故其可制成高各向異性熱傳導(dǎo)材料。8、簡(jiǎn)述你所熟悉的幾種有關(guān)材料的測(cè)試技術(shù)，并寫(xiě)出其中一種測(cè)試技術(shù)的原理及解析方法。一.電子探針 EPMA一般采用兩個(gè)磁透鏡聚焦,使入射電子束的直徑縮小到一微米以下,打到試樣由光學(xué)顯微鏡預(yù)先選好的待測(cè)點(diǎn)線面上,使這里的各種元素激發(fā)產(chǎn)生相應(yīng)的特征x射線譜,經(jīng)晶體展譜后由探測(cè)系統(tǒng)接收,從特征x射線譜的波長(zhǎng)及強(qiáng)度可以測(cè)定待測(cè)點(diǎn)的元素及含

9、量.電子探針對(duì)微區(qū)、微粒和微量的成分具有分析元素范圍廣,靈敏度高,準(zhǔn)確快速和不損耗試樣等特點(diǎn).可以做定性、定量分析.因此,可用于各個(gè)領(lǐng)域.(1)冶金學(xué)在冶煉和熱處理過(guò)程中,材料出現(xiàn)的大量顯微現(xiàn)象,如析出相、晶面偏析、夾雜物等,用電子探針可以對(duì)它們進(jìn)行直接分析，而不必把分析物從基體中取出來(lái).(2)地質(zhì)和礦物學(xué)電子探針在地質(zhì)礦物學(xué)中的應(yīng)用也非常廣泛.可用來(lái)分析顆粒較細(xì)的巖相組成和結(jié)構(gòu).(3)其他方面電子探針常用來(lái)研究半導(dǎo)體以及分析空氣中的微粒物質(zhì).電子探針不損耗樣品,所以在考古中也發(fā)揮很關(guān)鍵的作用.此外,在生物和醫(yī)學(xué)上也得到廣泛應(yīng)用.二.差熱分析差熱分析是在程序控制溫度下,測(cè)量物質(zhì)與參比物之間的溫

10、度差與溫度關(guān)系的一種技術(shù).差熱分析曲線是描述樣品與參比物之間的溫差(T)隨溫度或時(shí)間的變化關(guān)系.在DTA試驗(yàn)中,樣品溫度的變化是由于相轉(zhuǎn)變或反應(yīng)的熱效應(yīng)引起的. 影響差熱分析的主要因素:1.氣氛和壓力的選擇.2.升溫速率的選擇.3.試樣的預(yù)處理及用量:一般盡可能減少用量,最多大至毫克.樣品的顆粒度在100目-200目左右.4.參比物的選擇:常用-三氧化二鋁(Al2O3)或煅燒過(guò)的氧化鎂（MgO）或石英砂作參比物.5.紙速的選擇.差熱分析主要應(yīng)用于高聚物的研究:1.測(cè)定高聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變.2.高聚物在空氣和惰性氣體中的受熱情況.3.研究高聚物中單體含量對(duì)Tg的影響.4.共聚物結(jié)構(gòu)的研究.5.研

11、究纖維的拉伸取向.等等. 測(cè)熔點(diǎn) 測(cè)相變溫度三.XPS（X射線光電子能譜分析） 0 W0 o! O$ h+ U電子能譜是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種研究物質(zhì)表面性質(zhì)和狀態(tài)的新興物理方法，這里的表面指固體最外層的1-10個(gè)原子的表面層，一般為1到幾個(gè)nm。 5 r/ $ F4 x% M/ e* o光電子能譜是用X射線作激發(fā)源，轟出樣品中元素的內(nèi)層電子，并直接測(cè)量二次電子的能量，這能量表現(xiàn)為元素內(nèi)層電子的結(jié)合能Eb，Eb隨元素而不同，且有較高的分辨力，可以得到從價(jià)電子到K殼層的各級(jí)電子電離能，有助于了解離子的幾何構(gòu)型和軌道成鍵特性。 8 E6 K- bI$ M其測(cè)量原理公式由光電效應(yīng)得來(lái)：hv=Eb+E

12、k+。 : V9 w3 ! Y4 J6 S; n/ O應(yīng)用XPS可進(jìn)行：1 化學(xué)分析：包括元素的成分分析和定量分析2 固體表面相研究 3 化合物結(jié)構(gòu)的測(cè)定 / k5 Z D4 U/ Y6 t! |可用來(lái)進(jìn)行水泥熟料中硅酸鈣的水化表面分析分析能譜中O1s峰的寬窄變化和峰移動(dòng)的方向可以判斷水化反應(yīng)的進(jìn)行與否對(duì)其表面ESCA測(cè)定的Ca/Si比值可以分析水化過(guò)程及其產(chǎn)物 # S5 P$ g; I2 V2 j% g四.透射電子顯微分析 6 h0 R2 v6 A4 G) j透射電鏡是用聚焦電子束作為照明源，均勻照射到試樣的某一待觀察微小區(qū)域上，由于使用對(duì)電子束透明的薄膜試樣，故絕大部分電子穿透試樣，其強(qiáng)度

13、分布與所觀察試樣區(qū)的形貌，組織，結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換可以在熒光屏上顯示出與試樣形貌，組織，結(jié)構(gòu)相應(yīng)的圖象。 % N1 H8 A5 W+ q5 X1 其電子圖象的襯度來(lái)源于質(zhì)量襯度，衍射襯度和相位襯度。 4 _( 3 ?5 f! Y( q, x4 _! c透射電子顯微鏡是一種高分辨率（分辨率可達(dá)0。1nm），高放大倍數(shù)（80萬(wàn)倍）的顯微鏡。很適合觀察和分析材料的形貌，結(jié)構(gòu)，晶體中的位錯(cuò)，層錯(cuò)，空位團(tuán)等晶體缺陷。透射電鏡法要求試樣厚度僅為100-200nm，甚至幾十nm的，對(duì)電子束“透明”的試樣。試樣大致有三種：超細(xì)粉末顆粒，用一定方法減薄的材料薄膜，用復(fù)型方法將材料表面形貌復(fù)制下來(lái)的復(fù)型膜。,

14、 D8 8 P+ n2 J. N r9、目前，用于材料的合成與制備有許多新方法，請(qǐng)你列舉二種方法并加以較詳細(xì)說(shuō)明。答:(1)磁控濺射是上世紀(jì)70年代迅速發(fā)展起來(lái)的新型濺射技術(shù),目前已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn).主要用于制備膜.磁控濺射是在陰極靶面上建立了一個(gè)環(huán)狀磁靶以使二次電子跳躍式地沿著環(huán)狀磁場(chǎng)轉(zhuǎn)圈,離子轟擊靶面所產(chǎn)生的二次電子在陰極暗區(qū)被電場(chǎng)加速之后飛向陽(yáng)極.磁控濺射所采用的環(huán)形磁場(chǎng)對(duì)二次電子的控制更加嚴(yán)密.磁控濺射的優(yōu)點(diǎn):與二級(jí)濺射相比,其鍍膜速率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí),且鍍膜時(shí)基片溫度低、損傷小.磁控濺射的主要缺點(diǎn):磁控濺射靶的濺射溝槽一旦穿透靶材,就會(huì)導(dǎo)致整塊靶材報(bào)廢,以致靶材的利用率低,一般低于40

15、%.(2)等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)PECVD是用等離子體技術(shù)使反應(yīng)氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后,在基底上生成固體薄膜的方法.近二三十年來(lái),PECVD法進(jìn)展相當(dāng)快,在半導(dǎo)體工業(yè)中,這種技術(shù)已成為大規(guī)模集成電路干式生產(chǎn)工藝中的重要環(huán)節(jié).PECVD薄膜反應(yīng)室主要有平板電容型和無(wú)極射頻感應(yīng)線圈式兩種.平板型又可分為直流、射頻、微波電源三種.PECVD薄膜的性質(zhì)不僅與沉積方式有關(guān),還取決于沉積工藝參數(shù).這些工藝參數(shù)包括:電源功率、反應(yīng)室?guī)缀涡螤钆c尺寸、負(fù)偏壓、離子能量、基材溫度、真空泵抽氣速率、反應(yīng)室氣體壓力以及工作氣體的比例等.仔細(xì)控制工藝參數(shù),才能得到性能良好的薄膜.與基于熱化學(xué)的CVD相比,P

16、ECVD的優(yōu)點(diǎn):沉積溫度低,從而基板不發(fā)生相變或變形,而且成膜質(zhì)量高.(3)微波燒結(jié)利用微波電磁場(chǎng)中材料的介質(zhì)損耗,使陶瓷材料整體加熱到燒結(jié)溫度而實(shí)現(xiàn)致密化的方法.由于微波加熱利用了陶瓷本身的介電損耗發(fā)熱,所以陶瓷既是熱源,又是被加熱體.整個(gè)微波裝置只有陶瓷制品處于高溫,而其余部分仍處于常溫狀態(tài). 可以通過(guò)改進(jìn)電磁場(chǎng)的均勻性、改善材料的介電性能和導(dǎo)熱性能、以及采用保溫材料保護(hù)燒結(jié)等方法來(lái)保證燒結(jié)溫度的均勻性,以及解決局部過(guò)熱問(wèn)題.微波燒結(jié)的應(yīng)用:已成功制備了ZrO2或Al2O3納米陶瓷.（4）等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD) Q* y9 H8 a5 z9 g PPVCD是借助等離子體內(nèi)的高能

17、電子與反映氣體原子,分子發(fā)生非彈性碰撞使之離解或電離,從而產(chǎn)生大量的沉積組元,如原子,離子或活性基團(tuán)并輸送到基體表面上沉積成膜的. / ko$ b l4 N3 A9 S,非平衡等離子體激活代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加熱激活是PCVD的主要優(yōu)點(diǎn),可使基體的沉積溫度變較低. : J7 Y; E( s3 ) . n由于其沉積溫度低,沉積速率快,繞鍍性好,設(shè)備操作維護(hù)簡(jiǎn)單而廣泛用于沉積各種薄膜和超硬膜. 此法得到的膜純度高,致密,形成的結(jié)晶定向好,電子工業(yè)中廣泛用于高純材料和晶體材料的制備. / q2 n5 k$ 7 - N5 g所涉及的化學(xué)反應(yīng)有:熱解反應(yīng),氧化還原反應(yīng),復(fù)合還原反應(yīng)等. L# 7 y _+ ( S

18、( z: c（5）溶膠-凝膠法(sol-gel) & n4 h$ N( z8 X; + a溶膠-凝膠法是指有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物經(jīng)過(guò)溶液-溶膠-凝膠而固化. 經(jīng)過(guò)熱處理而制得氧化物或其它化合物固體的方法. 由于溶膠凝膠過(guò)程中有著純度高,均勻性強(qiáng),處理溫度低,反應(yīng)條件易控制等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于特殊光學(xué)玻璃,特殊薄膜,超細(xì)粉,復(fù)合材料,光學(xué)纖維,生物材料等領(lǐng)域. 7 r3 G( o2 Y! ) $ T其主要特點(diǎn)有: ( N5 C& O3 H) P1.可低溫合成氧化物,使得制造無(wú)法高溫加熱的制品成為可能; # v1 j n$ N! a/ 8 - o2.提高材料的均勻性,多成分系溶液是分子級(jí),原子級(jí)的混合; - + W2 7 E, W0 P* z- U3.可提高生產(chǎn)效率. * N* s/ t; D5 o) o$ b2 T其可制得的材料主要有: 塊狀材料,纖維材料,涂層和薄膜材料,超細(xì)粉末材料及復(fù)合材料.所涉及的反應(yīng)有: 1.溶劑化; 2.水解反應(yīng); 3.縮聚反應(yīng).7 t$ T t9 p: 5 F$ h10、結(jié)合你擬報(bào)的研究方向，提出一個(gè)研究課題并列出如下主要內(nèi)容：1）課題名稱 2）提出理由（研究背景） 3）研究目標(biāo) 4）研究?jī)?nèi)容5）研究技術(shù)路線答：這個(gè)看你報(bào)的方向 比如金屬材料