什么是金屬玻璃

關(guān)于什么是金屬玻璃1.什么是金屬玻璃？分析金屬玻璃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能特點(diǎn)。答：將熔融的合金噴射到冷的銅板上，降溫速度在一百萬(wàn)攝氏度每秒以上，由于冷凝速度極高，液態(tài)合金來(lái)不及形成結(jié)晶就凝固了，結(jié)果獲得了如同玻璃一樣的非晶態(tài)合金。用X射線衍射法進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)這種急冷的合金與平常的金屬不同，它不是晶體而是玻璃體，故非晶態(tài)合金又稱為金屬玻璃。第2頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天非晶態(tài)金屬材料內(nèi)部原子作不規(guī)則排列，這樣的結(jié)構(gòu)特征使它具有許多晶態(tài)材料所沒有的性能。主要包括：(1)原子排列長(zhǎng)程無(wú)序?qū)е陆饘俨ＡУ腦射線衍射不會(huì)出現(xiàn)晶態(tài)衍射線，也不存在亞微觀(即微米數(shù)量級(jí))的各向異性(如磁疇結(jié)構(gòu)等性質(zhì))。(2)短程有序，即金屬原子的周圍配位情況彼此相似，也和晶態(tài)中原子的情況相近。(3)無(wú)晶界，晶態(tài)金屬一般由微米量級(jí)的小晶粒組成，晶粒間存在晶界。而從亞微觀來(lái)看金屬玻璃是均勻的固體，不存在晶粒和晶界，這一特點(diǎn)大大提高了金屬玻璃的力學(xué)性能和電磁性能，使它具有很高的強(qiáng)度，例如抗拉強(qiáng)度、硬度、斷裂強(qiáng)度和彈性模量等都比晶態(tài)合金強(qiáng)得多。金屬玻璃為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，顯微組織均勻，不含晶界、位錯(cuò)等缺陷，使腐蝕金屬的液體“無(wú)縫可鉆”，具有高度抗腐蝕性。第3頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天(4)不穩(wěn)定性，金屬玻璃在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，它有向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。(5)卓越的硬度和機(jī)械度，拉絲后纖維化的非晶態(tài)鐵鉭硅硼合金線材，拉伸強(qiáng)度高達(dá)400公斤每平方毫米，為鋼琴絲的1.4倍，為一般鋼絲的10倍。(6)優(yōu)越的磁學(xué)性能。答：按照硅氧四面體在空間的組合情況，硅酸鹽結(jié)構(gòu)可以分成島狀硅酸鹽、組群狀硅酸鹽、鏈狀硅酸鹽、層狀硅酸鹽和架狀硅酸鹽。2.按照硅氧四面體在空間的組合情況，硅酸鹽結(jié)構(gòu)可以分成哪幾類？第4頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.什么是紅外輻射材料？什么是透紅外材料？它們各自有什么特點(diǎn)？

答：理論上，在0K以上時(shí)，任何物體均可輻射紅外線，故紅外線是一種熱輻射，有時(shí)也叫熱紅外。但工程上，紅外輻射材料只指能吸收熱物體輻射而發(fā)射大量紅外線的材料。紅外輻射材料的輻射特性決定于材料的溫度和發(fā)射率。而發(fā)射率是紅外輻射材料的重要特征值，它是相對(duì)于熱平衡輻射體的概念。熱平衡輻射體是指當(dāng)一個(gè)物體向周圍發(fā)射輻射時(shí)，同時(shí)也吸收周圍物體所發(fā)射的輻射能，當(dāng)物體與外界進(jìn)行能量交換慢到使物體在任何短時(shí)間內(nèi)仍保持確定溫度時(shí)，該過(guò)程可以看作是平衡的。透紅外材料指的是對(duì)紅外線透過(guò)率高的材料。對(duì)透紅外材料的要求，首先是紅外光譜透過(guò)率要高，透過(guò)的短波限要低，透過(guò)的頻帶要寬。透過(guò)率定義與可見光透過(guò)率相同，一般透過(guò)率要求在50％以上，同時(shí)要求透過(guò)率的頻率范圍要寬，透紅外材料的透射短波限，對(duì)于純晶體，決定于其電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶的吸收，即其禁帶寬度。透射長(zhǎng)波限決定于其聲子吸收，和其晶格結(jié)構(gòu)及平均原子量有關(guān)。第5頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.什么是發(fā)光材料？它的發(fā)光機(jī)理是什么？發(fā)光特征有哪些？答：發(fā)光是一種物體把吸收的能量，不經(jīng)過(guò)熱的階段，直接轉(zhuǎn)換為特征輻射的現(xiàn)象。發(fā)光現(xiàn)象廣泛存在于各種材料中，因此，發(fā)光材料品種很多，按激發(fā)方式可分為：光致發(fā)光材料、電致發(fā)光材料、陰極射線致發(fā)光材料、熱致發(fā)光材料、等離子發(fā)光材料。發(fā)光材料的發(fā)光中心受激后，激發(fā)和發(fā)射過(guò)程發(fā)生在彼此獨(dú)立的、個(gè)別的發(fā)光中心內(nèi)部的發(fā)光就叫做分立中心發(fā)光。它是單分子過(guò)程，有自發(fā)發(fā)光和受迫發(fā)光兩種情況。第6頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天發(fā)光特征主要包括顏色特征、強(qiáng)度特征和持續(xù)時(shí)間特征。發(fā)光材料的發(fā)光顏色彼此不同，有各自的特征。已有發(fā)光材料的種類很多，它們發(fā)光的顏色也足可覆蓋整個(gè)可見光的范圍。一個(gè)材料的發(fā)光光譜屬于哪一類，既與基質(zhì)有關(guān)，又與雜質(zhì)有關(guān)。隨著基質(zhì)的改變，發(fā)光的顏色也可改變。發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)強(qiáng)度而變，通常我們用發(fā)光效率來(lái)表征材料的發(fā)光本領(lǐng)。發(fā)光效率有三種表示方法：量子效率指發(fā)光的量子數(shù)與激發(fā)源輸入的量子數(shù)的比值；能量效率是指發(fā)光的能量與激發(fā)源輸入的能量的比值；光度效率指發(fā)光的光度與激發(fā)源輸入的能量的比值。第7頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天5.何為光電效應(yīng)？主要有哪些光電效應(yīng)？發(fā)光分類：熒光是指在激發(fā)時(shí)發(fā)出的光，發(fā)光時(shí)間小于10-8s。磷光是指在激發(fā)停止后發(fā)出的光，發(fā)光時(shí)間大于10-8s。當(dāng)時(shí)對(duì)發(fā)光持續(xù)時(shí)間很短的發(fā)光無(wú)法測(cè)量，才有這種說(shuō)法?，F(xiàn)在瞬態(tài)光譜技術(shù)已經(jīng)把測(cè)量的范圍縮小到10-12s以下，最快的脈沖光輸出可短到8fs（1fs=10-15s）。所以，熒光、磷光的時(shí)間界限已不清楚。但發(fā)光總是延遲于激發(fā)的。答：物質(zhì)由于受到光照而引發(fā)其某些電性質(zhì)變化的這一現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)主要有光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電子發(fā)射效應(yīng)三種。前兩種效應(yīng)在物體內(nèi)部發(fā)生，統(tǒng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)，它一般發(fā)生于半導(dǎo)體中。光電子發(fā)射產(chǎn)生于物體表面，又稱外光電效應(yīng)。它主要發(fā)生于金屬中。第8頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.半導(dǎo)體有幾種分類方法，它們大致的分類結(jié)果是什么？答：按成分可將半導(dǎo)體分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體又可分為本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體。化合物半導(dǎo)體又可分為合金、化合物、陶瓷和有機(jī)高分子四種半導(dǎo)體。在此，我們順便談一下什么是本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體。半導(dǎo)體中價(jià)帶上的電子借助于熱、電、磁等方式激發(fā)到導(dǎo)帶叫做本征激發(fā)。本征半導(dǎo)體就是指滿足本征激發(fā)的半導(dǎo)體。利用雜質(zhì)元素?fù)饺爰冊(cè)刂?，把電子從雜質(zhì)能級(jí)激發(fā)到導(dǎo)帶上或者把電子從價(jià)帶激發(fā)到雜質(zhì)能級(jí)上，從而在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴的激發(fā)叫做非本征激發(fā)或雜質(zhì)激發(fā)。滿足這種激發(fā)的半導(dǎo)體就稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。按摻雜原子的價(jià)電子數(shù)半導(dǎo)體可分為施主型和受主型，前者摻雜原子的價(jià)電子多于純?cè)氐膬r(jià)電子，后者正好相反。還可按晶態(tài)把半導(dǎo)體分為結(jié)晶、微晶和非晶半導(dǎo)體。此外，還有按能帶結(jié)構(gòu)和電子躍遷狀態(tài)將半導(dǎo)體進(jìn)行分類。第9頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天7.簡(jiǎn)單解釋超導(dǎo)現(xiàn)象。介紹一下目前主要研究的超導(dǎo)材料。答：1911年荷蘭物理學(xué)家翁奈在研究水銀低溫電阻時(shí)首先發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象。后來(lái)又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些金屬、合金和化合物在低溫時(shí)電阻也變?yōu)榱?，即具有超?dǎo)現(xiàn)象。物質(zhì)在超低溫下，失去電阻的性質(zhì)稱為超導(dǎo)電性；相應(yīng)的具有這種性質(zhì)的物質(zhì)就稱為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體在電阻消失前的狀態(tài)稱為常導(dǎo)狀態(tài)；電阻消失后的狀態(tài)稱為超導(dǎo)狀態(tài)。

按成分可將超導(dǎo)材料分為元素超導(dǎo)體、合金和化合物超導(dǎo)體，有機(jī)高分子超導(dǎo)體三類?，F(xiàn)在已知的有24種元素具有超導(dǎo)性。除堿金屬、堿土金屬、鐵磁金屬、貴金屬外幾乎全部金屬元素都具有超導(dǎo)性。合金和化合物超導(dǎo)體包括二元、三元和多元的合金及化合物。組成可以是全為超導(dǎo)元素，也可以部分為超導(dǎo)元素、部分為非超導(dǎo)元素。有機(jī)高分子超導(dǎo)體主要是非碳高分子(SN)X。第10頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天8.解釋什么是能源轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)單介紹人類對(duì)能源的使用歷史。答：能源轉(zhuǎn)換是改變能源物理形態(tài)的能源生產(chǎn)。一般指化石燃料、水能等一次能源直接或間接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、熱能、汽油、煤油、柴油、煤氣等二次能源。例如，水的?shì)能使水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；煤通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)換為熱能，熱能產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。轉(zhuǎn)換后的二次能源比一次能源具有更高的終端利用效率，使用時(shí)更方便、更清潔。在有熱轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，不可避免地會(huì)伴有轉(zhuǎn)換損失。第11頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天例如，用一定量的煤來(lái)發(fā)電時(shí)，煤的有些能量將殘存在未燃盡的煤粒中，有些將以熱的形式從煙囪中損失掉或成為鍋爐或蒸汽管道的輻射熱而散發(fā)掉，有些以廢熱的形態(tài)失去，有些成為摩擦損失，剩下的部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。所有這些能量加在一起等于煤完全燃燒所應(yīng)釋放的能量。在研究能源轉(zhuǎn)換的問(wèn)題時(shí)，不僅要注意能量的數(shù)量，還應(yīng)注意能量的質(zhì)量。人類對(duì)能源的利用主要有三次大轉(zhuǎn)換：第一次是煤炭取代木材等成為主要能源；第二次是石油取代煤炭而居主導(dǎo)地位；第三次是20世紀(jì)后半葉開始出現(xiàn)的向多能源結(jié)構(gòu)的過(guò)渡轉(zhuǎn)換。人類利用能源的歷史可分為五大階段：火的發(fā)現(xiàn)和利用；畜力、風(fēng)力、水力等自然動(dòng)力的利用；化石燃料的開發(fā)和熱的利用；電的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用；原子核能的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用。第12頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天9.什么是磁光效應(yīng)？磁光材料可分為哪幾種，它們有什么應(yīng)用？答：置于磁場(chǎng)中的物體，受磁場(chǎng)影響后其光學(xué)特性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁光效應(yīng)。磁光效應(yīng)有磁光法拉第效應(yīng)、磁光克爾效應(yīng)等。與電光材料相比，磁光材料的種類要少得多，在應(yīng)用上也遠(yuǎn)不如電光材料那樣普遍。磁光材料按其狀態(tài)可分為磁光晶體材料、磁光玻璃材料和磁光液體材料三種。磁光晶體材料是指在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化的晶體。一類是具有磁致旋光效應(yīng)的晶體，另一類是具有磁致雙折射效應(yīng)的晶體。磁光晶體的典型代表為亞鐵磁性石榴石。還有很多磁性材料，具有突出的磁光效應(yīng)，它們是尖晶石鐵氧體、正鐵氧體、鋇鐵氧體、二價(jià)銪的化合物、鉻的三鹵化物和一些金屬。第13頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天磁光玻璃是具有較強(qiáng)磁光效應(yīng)的玻璃，由基質(zhì)玻璃中摻入一定量的稀土旋光離子所制成。因此，其結(jié)構(gòu)上常由未成對(duì)成鍵電子的重原子或有大的自旋和軌道磁矩的磁性分子組成。它具有大的原子磁性或分子磁性，從而具有較大的磁光效應(yīng)。有少數(shù)液體具有較為顯著的磁致雙折射效應(yīng)，如水、丙酮、氯仿、苯等。由于這些液體的科頓-蒙頓常數(shù)比其他電光克爾常數(shù)小得多，故實(shí)際很少作為磁光介質(zhì)來(lái)使用。第14頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天10.什么是聲光效應(yīng)？聲光材料如何分類？答：當(dāng)聲波在介質(zhì)中通過(guò)時(shí)，由于光彈效應(yīng)，介質(zhì)的密度隨聲波振幅的強(qiáng)弱而產(chǎn)生相應(yīng)的周期性的疏密變化，它對(duì)光的作用猶如條紋光柵。此時(shí)光束若以適當(dāng)角度射入晶體內(nèi)即產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。這種聲致光衍射現(xiàn)象稱聲光效應(yīng)。第15頁(yè),共17頁(yè)，2024年2月25日，星期天常用的聲光材料有聲光晶體，聲光玻璃和聲光液體三大類。聲光晶體是指具有聲光效應(yīng)的晶體。除滿足光學(xué)晶體的一般要求外，聲光晶體還應(yīng)具備品質(zhì)因素大、聲吸收系數(shù)低、聲速及其對(duì)溫度的變化小等特點(diǎn)。聲光玻璃是指能產(chǎn)生強(qiáng)的聲光相互作用的玻璃。其性能要求是具有大的聲光相互作用品質(zhì)因素，并有