材料科學與實驗問答題

材料科學與實驗問答題

實驗1思考題1、如何根據(jù)聚合物材料的應力一應變曲線來判斷材料的性能？（1）材料硬而脆：在較大應力作用下，材料僅發(fā)生較小的應變，并在屈服點之前發(fā)生斷裂，具有高的模量和抗張強度，但受力呈脆性斷裂，沖擊強度較差。

（2）材料硬而強：在較大應力作用下，材料發(fā)生較小的應變，在屈服點附近斷裂，具高模量和抗張強度。

（4）材料軟而韌：模量低，屈服強度低，斷裂伸長率大，斷裂強度較高，可用于要求形變較大的材料。

（3）材料硬而韌：具高模量和抗張強度，斷裂伸長率較大，材料受力時，屬韌性斷裂。

以上三種聚合物由于強度較大，適于用做工程塑料。

（5）材料軟而弱：模量低，屈服強度低，中等斷裂伸長率。如未硫化的天然橡膠。

（6）材料弱而脆：一般為低聚物，不能直接用做材料。2、在拉伸實驗中，如何測定模量？彈性模量就是應力與應變的比值，也就是拉伸實驗得到的曲線中彈性部分直線的斜率3、拉伸強度與斷裂伸長率會隨拉伸速度的改變而變化嗎？為什么？拉伸速度越快，斷裂伸長率越小，拉伸強度越大。數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，測試時間短，實驗誤差大拉伸速度越慢，斷裂伸長率越大，拉伸強度越小。數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定，測試時間長，實驗誤差小因為拉伸速度越快，高分子材料內(nèi)部分子還來不及改變自己分子鏈結(jié)構(gòu)來適用拉伸就已經(jīng)超過了整個材料的屈服，所以容易被拉斷伸長率變小，但是這個時候同時被拉斷的分子有很多，所以強度大。而速度慢的時候內(nèi)部分子有時間通過改變分子鍵價結(jié)構(gòu)來適用這個拉力，所以伸長率變大；整個過程屈服的作用就不那么明顯，所以強度變小。4、結(jié)晶聚合物（如POM)與無定形聚合物（如PS)的應力一應變曲線有何不同？塑料與橡膠呢？晶態(tài)聚合物拉伸時，經(jīng)歷了五個階段。除了E和σt都較大外，其主要特點是細頸化和冷拉。所謂“細頸化”是指試樣在一處或幾處薄弱環(huán)節(jié)首先變細，此后細頸部分不斷擴展，非細頸部分逐漸縮短，直至整個試樣變細為止。這一階段應力不變，應變可達500％以上。由于是在較低溫度下出現(xiàn)的不均勻拉伸（注：玻璃態(tài)聚合物試樣在拉伸時橫截面是均勻收縮的），所以又稱為“冷拉”。

細頸化和冷拉的產(chǎn)生原因是結(jié)晶形態(tài)的變化，在彈性形變階段球晶只是發(fā)生仿射形變（即球晶的伸長率與試樣伸長率相同）成為橢球形，繼而在球晶的薄弱環(huán)節(jié)處發(fā)生破壞，組成球晶的晶片被拉出來，分子鏈發(fā)生重排，取向和再結(jié)晶成纖維狀晶。這一階段如同毛線從線團中不斷被抽出，無需多少力，所以應力維持不變。2.影響介電常數(shù)的因素有哪些？測試過程中應注意哪些事項？（實驗三電容器陶瓷制備、介電特性測試與分析周昌榮）元件的電容C,電極面積A和電極間的距離t;測試過程中應注意測試片的正負極，極化電壓，極化時間，及測量時的安全性，測量完每一片后要將高壓直流電源關(guān)閉后方可拿出來，LCRmeter測量儀的示數(shù)注意單位。3、濺射法制備導電氧化物薄膜及性能評價（1）沉積薄膜之前，基片為什么要進行清洗？①、光學鍍膜一般都要求外觀良好，比如說1mm，0.5mm，甚至0.1mm的膜下臟污，脫膜，都會被判定為次品。②、薄膜與玻璃結(jié)合力強弱直接與玻璃表面的干凈程度有關(guān)系。③、如不加清洗，在鍍膜前看不到的臟污，會在鍍膜后成為顏色不均勻現(xiàn)象。在很多情況下都是不合格的。(2)ITO薄膜沉積過程為什么要通入氧氣？

1、氧氣是ITO薄膜制備反應的反應物2、在薄膜制備過程中氧分壓高低會影響ITO薄膜的導電率。3、無氧條件下薄膜以非晶態(tài)結(jié)構(gòu)為主，通入氧氣后出現(xiàn)晶化。4、濺射過程通入適量的氧氣可以減少ITO薄膜中氧空位等缺陷，薄膜密度提高，介電常數(shù)增大，電學性能提高。(3)濺射氣壓對ITO薄膜的導電性和可見光透過性有何影響？1、當氧分壓過低時生成氧化物InO和SnO薄膜結(jié)晶較差，微觀結(jié)構(gòu)無序，且存在iang位錯和缺陷，從而使薄膜的電阻率增大；2、當氧分壓較大（＞15%）時，ITO薄膜的透過性顯著增大，因為In和Sn原子能充分氧化生成透明氧化物In2O3和SnO2；3、但是太大的氧流量會使Sn形成高價不透明氧化物Sn3O4，4、磁控濺射制備ITO薄膜的過程中，會產(chǎn)生大量的氧負離子，氧負離子在電場的作用下以一定的粒子能量會轟擊到所沉積的ITO薄膜表面，使ITO薄膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和晶體狀態(tài)造成結(jié)構(gòu)缺陷。濺射的電壓越大，氧負離子轟擊膜層表面的能量也越大，那么造成這種結(jié)構(gòu)缺陷的幾率就越大，產(chǎn)生晶體結(jié)構(gòu)缺陷也越嚴重，從而導致了ITO薄膜的電阻率上升。5當濺射氣壓較高時(達1.2Pa),薄膜的導電性和透光率均很差,因這時Ar+濺射出的靶原子動能較小,且靶原子飛向基底時遭到氣體分子和等離子體散射的幾率大,使沉積到基底上的原子能量較小,降低了高價銦錫氧化物的反應活性,并影響了薄膜的結(jié)晶程度。隨著P的逐漸降低,至0.45Pa時薄膜電阻率達到最低值,至0.35Pa時透光率增到最大值。這是因為在此過程中,Ar+受到的散射較小,從靶上濺射出的原子動能較大,同時,由于氣體稀薄,飛向基底的原子平均自由程和反應活性均較大,氧離子能夠和濺射到基底的金屬原子進行充分反應,易形成高價銦錫氧化物,并形成帶有氧空位和摻雜錫的ITO膜,使薄膜導電性達到最好;隨之結(jié)晶性也達最好,導致薄膜具有較高的透光率。再繼續(xù)降低P,電阻率將迅速增大,因這時有更充分的氧化反應,將造成氧空位的急劇下降和摻雜錫的氧化,使電阻率迅速增大。在P降至0.35Pa以下時,因ITO膜層結(jié)晶性很好,致使透光率很高,透光率僅在很小范圍內(nèi)有一點波動。（4）基片加熱溫度與ITO薄膜晶型的關(guān)系。隨著基片溫度的上升,N逐漸增加,Θ不斷降低,而Λ則先增加后減小,在基片溫度為200℃時為極大值.所有樣品在可見光區(qū)的平均光學透過率都大于80%,薄膜的折射率和消光系數(shù)從擬合透射光譜數(shù)據(jù)獲得;在1500nm光學波長處,折射率隨載流子濃度的增加而減小,較好符合線性關(guān)系;消光系數(shù)隨載流子濃度的增大而增加。（接近該問題）（5）`ITO薄膜光電性能與應用的關(guān)系。ITO薄膜良好的透明性和導電性的利用。將ITO薄膜鍍在玻璃上制成的ITO膜透明導電玻璃是液晶顯示器(LCD)的主要材料,目前已廣泛使用于電子表、游戲機、計算器、通訊設(shè)備、檢測儀器,辦公室自動化設(shè)備,便攜個人電腦、電子記事本、翻譯機、錄相機、壁掛電視等等,因為它具有薄輕如紙,畫面精美、低電壓、低功耗的特點。LCD將超過RCT(電子顯象管)成為顯示器的主流產(chǎn)品。其用于平面顯示還有電致發(fā)光顯示、電致彩色顯示。IT0膜作為太陽能電池一個重要組成部分,已得到應用,不論ITO-nip型、ITO-pin型,肖特基型或異質(zhì)結(jié)構(gòu)型,均鍍有一層IT0膜作為減反射層和透明電極。制作透明指觸式控制板,顯示和操作鍵重合,可進行人機對話輸入。ITO薄膜對光波的選擇性和發(fā)熱性的利用。ITO薄膜用于寒冷地區(qū)和高層建筑的視窗,將使熱量保存在一封閉的空間里而起到熱屏蔽作用,也可以用于熱的季節(jié),使外界熱量難以輻射入室內(nèi),同時從陽光中得到最大的好處。使建筑物內(nèi)暖氣、冷氣和照明等能耗減少50%以上,日本、美國和西歐都投入大量人力、財力開發(fā)這種玻璃(EC玻璃)。ITO薄膜作為透明發(fā)熱體用在汽車、火車、飛機風檔玻璃,飛船眩窗,坦克激光測距儀、機載光學偵察儀,潛望鏡觀察窗等,不僅起隔熱降溫作用,而且通電后可除冰霜,因此多年來得到了廣泛地應用。近年來,冷凍冷藏陳列柜市場迅速發(fā)展,其門均采用了ITO膜,具有防結(jié)露和反紅外功能(可節(jié)能40%左右),可代替雙層隔熱玻璃。還可以用作烹調(diào)用加熱板的發(fā)熱體、喉鏡、低壓鈉燈等。4、（1）懸浮熔煉冷坩堝的最大特點在于熔料的懸浮，因此要求金屬在熔化時已有足夠的懸浮力，那麼對于要熔煉的金屬有什麼要求？保證金屬液的化學成分和材質(zhì)性能;②保證金屬液有足夠的溫度(過熱)③保證金屬液的數(shù)量(質(zhì)量);④保證低能耗、低成本;⑤保證低噪聲、低污染

（2）原料什麼形狀最好？熔煉時如何放置？對于粉狀原料煉制前應如何處理？原料最好是球形；在熔煉時放置樣品要避免觸碰實驗儀器壁，放在真空罩下，確保真空狀態(tài)，同時保護氣體確保充上，壓力適應就可以了；如果是粉末狀原料首先可以通過必要的物理處理或者化學處理固定，其次可以把粉末狀原料放在特殊的裝置中進行試驗，最后以上方法不行可以直接放在試驗儀器上實驗。5、實驗7XRD測試晶體結(jié)構(gòu)與精修姚青榮：

（1）如何對多相樣品的定量分析。X射線衍射物相定量分析有內(nèi)標法、外標法、絕熱法、增量法、無標樣法、基體沖洗法和全譜擬合法等常規(guī)分析方法。內(nèi)標法、絕熱法和增量法等都需要在待測樣品中加入?yún)⒖紭讼嗖⒗L制工作曲線,如果樣品含有的物相較多,譜線復雜,再加入?yún)⒖紭讼鄷r會進一步增加譜線的重疊機會,給定量分析帶來困難。以內(nèi)標法為例：設(shè)樣品由N個物相組成，采用衍射儀測定時，由Alexander和HIug導出的N相中第J相的衍射強度公式為:（1）式中:IJ—試樣中J相衍射峰的積分強度;KJ—強度表達式中與試樣的種類、數(shù)量均無關(guān)的常數(shù)項;VJ—試樣中J相所占的體積百分數(shù);u—試樣的平均吸收系數(shù)。（1）式就是x射線衍射物相定量分析的基本方程。該式說明試樣中J相的衍射強度IJ和J相所占體積百分數(shù)VJ，成正比，和樣品的平均吸收系數(shù)u成反。（2）晶體結(jié)構(gòu)精修好壞與那些因數(shù)有關(guān)及如何改善。晶體結(jié)構(gòu)精修的步驟是對Fo-Fc圖的精密檢驗有助于提出新原子，除去“問題”原子。只要找到了所有的非氫原子，原子就可以進行各項異性精修。只要模型各向異性化了，氫原子的位置就能確定或計算得出。影響因數(shù)電子密度圖各向異性位移參數(shù)特殊位置強制模型參數(shù)限制幾何限制等。要改善這些問題，首先是樣品要按照要求制備，最好制備成晶體，這樣所確定的結(jié)構(gòu)是整個晶體范圍內(nèi)空間上的平均效果以及整個數(shù)據(jù)采集時段）范圍內(nèi)時間上的平均效果；其次晶體內(nèi)的熱運動也可能引起很大的ADP，室溫下樣品中的離子巨大的橢球既可解釋為無序，又可解釋為劇烈的原子運動，最好恒定在一個溫度；然后溫度越高，鍵長表現(xiàn)得越短，即使晶胞同向是增大。這種現(xiàn)象的原因就是振動。特別是端基原子，它們甚至表現(xiàn)出環(huán)形的運動。在各向異性精修中，這種運動被擬合成中心在環(huán)內(nèi)而原子處于其外圍的橢球。維持在一個很定狀態(tài)；最后勁量避免氫原子的影響。實驗6思考題1、為什么要進行化學鍍鎳？化學鍍鎳具有鍍層均勻，結(jié)合力強，鍍層硬度高，耐磨性能及耐腐蝕性能好，鍍液較穩(wěn)定，維護方便等許多優(yōu)點。目前已在航天航空、汽車、化工、石油、天然氣、機械、紡織、食品、軍事、電子和計算機等行業(yè)得到廣泛應用。2、化學鍍鎳工藝主要包含哪些內(nèi)容？合理地選擇添加劑，包括光亮劑、鍍液穩(wěn)定劑、增速劑、潤濕劑等，適宜的施鍍工藝，如pH值、沉積速度、施鍍溫度和裝載量等條件，可以使鍍層更加致密，耐蝕性提高。6材料電光轉(zhuǎn)換效率以及發(fā)光性能的表征與評價張小文分析影響亮度、色度和發(fā)光光譜測試的因素主要有哪些？其外觀、操作方法及價格也跟密度計相近，由于儀器自身器件及原理方面存在一定的誤差，使顏色測量值的絕對精度不夠理想，另外就是工作環(huán)境的溫度。亮度、色度、發(fā)光光譜測量在生活中有哪些實際應用？LED,光學儀器，手機和電視機的顯示屏等。舉例：實際生活中亮度為1cd/m2和300cd/m2的實例。亮度1cd/m2生活中用的手電筒；亮度300cd/m2有液晶的電視機顯示屏。彩電的RGB三基色的色坐標值一般為多少？RGB