功能材料复习题.doc

0909273出品 版权所有，翻版必究功能材料概论复习题一、简答题：1.功能材料的定义、分类。定义：具有优良的声、热、光、电、磁、化学及生物学等功能及其相互转换的功能的材料,用于非承载部位。分类：按物质属性(组成)分为：金属功能材料、无机非金属功能材料、有机高分子功能材料、复合功能材料基于功能特性分为：声学功能材料、热学功能材料、光学功能材料、电学功能材料、磁学功能材料、化学功能材料、生物医药功能材料等。2.7大晶系、14种布拉菲格子和相应参数关系三斜晶系简单三斜 单斜晶系简单单斜、底心单斜 正交晶系简单正交、底心正交、体心正交、面心正交 六方晶系简单立方 三方晶系简单菱形 四方晶系简单正方、体心正方 等轴晶系/立方晶系简单立方、体心立方、面心立方 3.形状记忆合金的两个条件相变可逆性、晶体学上的回复4.硬磁、软磁的特征硬磁：剩余磁化强度高，矫顽力大。软磁：磁滞回线细长，矫顽力小。5.形状记忆效应的实质及其机理实质：在温度和应力的作用下，合金内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程的宏观表现。机理：热弹性马氏体相变：把具有初始形状L的母相冷却到马氏体相变终了温度Tmf以下，实现马氏体相变，变成由24种惯习面变体所构成的马氏体，加外力后产生塑性变形成为具有另一种形状L+的马氏体单晶，去掉外力后塑性变形保留而形状L+不变；再加温到马氏体逆相变终了温度TAf以上时发生马氏体相变的反转即逆相变，变回初始形状L的母相，其结构和取向与初始母相也完全一样。(图解略)应力诱发马氏体相变：在终了温度以上某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变。有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体，应力增加时马氏体长大，反之马氏体缩小，应力消除后马氏体消失。 应力弹性马氏体可导致超弹性：即这种弹性变形的应变量远超出通常意义上的弹性变形，是由应力诱发马氏体相变导致。三种形式：单向形状记忆效应、双相形状记忆效应（可逆形状记忆效应）、全方位形状记忆效应。6.光电效应光电效应：物质在受到光照后，往往会引发其某些电性质的变化。光电效应主要有光电导效应、光生伏特效应和光电子发射效应三种。前两种效应在物体内部发生，统称为内光电效应，光电子发射效应产生于物体表面，又称外光电效应。7.金属氧化物（1）离子型氢化物，指H与A、A族金属反应的离子键化合物，如LiH,MgH2等；（2）金属型氢化物，指H与过渡族金属反应形成的金属键化合物，如TiH4；(3) 共价型氢化物，指氢与硼及附近元素反应形成的共价键化合物，如B2H6,AlH3；(4) 分子型氢化物，指氢与非金属元素形成的分子型氢化物，如NH3,H2O等。主要的几类储氢合金：通常储氢合金由氢化物生成热分别为负和正的金属组成（分别称为A,B组元），按合金中A，B组元的配比可将储氢合金分为AB5,AB2,AB等体系。也常按合金中的主要元素将储氢合金分为稀土金属系、TiFe系储氢合金、TiMn系储氢合金、ZrNi系储氢合金、Mg系系储氢合金、V系固溶体、Nb系固溶体等其他储氢合金。近来又发展了碳系储氢材料。8.超导体必须具备两个典型特征？超导体与理想导体的显著区别。零电阻性、完全抗磁性。二、名词解释:1.压电效应：是指某些晶体材料上施加机械应力时，晶体的某些表面会产生电荷，这种现象通常称为正压电效应；反之在晶体的某些方向施加电场时，晶体会产生几何形状的变化，这种现象通常称为逆压电效应。正逆压电效应统称为压电效应。2.抗磁体：当原子或离子的电子结构为密层时，即次电子层(s、p、d、f、)填满了电子的原子磁矩为零，是没有净磁矩的原子，总的结果是物质内部的磁场较外磁场的强度变小了。具有上述电子层结构的物质为抗磁性体。铁磁体：即使不加磁场，物质中的磁矩也向同一方向整齐地排列，即磁化或产生了自发磁化。3.光学材料：根据光同材料的相互作用时产生的不同物理效应可将光学材料分为光介质材料和光功能材料。光介质材料：用以输送光线的材料，以折射、反射和透射方式，改变光线的方向、强度和位相，使光线按预定的要求传输，也可以吸收或透过一定波长的光线而改变光线的光谱成分。光功能材料：在电、声、热、磁、压力等外场作用下，其光学性质能发生变化或在光的作用下其结构和性能能发生变化的材料。4.纳米陶瓷：纳米陶瓷是指显微结构具有纳米数量级水平的陶瓷材料，包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都是纳米量级。纳米材料：三维尺度至少有一个维度处于纳米级水平(1-100nm)的材料或由其作为基本单元所构成的材料。5.形状记忆材料：是指具有一定初始形状的材料经形变并固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料。三、计算题：1. 在硒晶片中，均匀掺杂浓度为1016 cm-3的As，计算：a)掺杂原子和硒原子的比例是多少？b)在室温时，电子和空穴的浓度各为多少？c)载流子浓度和未掺杂的硒的载流子浓度之比是多少？(已知硒：ni= 1.451010cm-3，原子浓度4.991022 cm-22)2.计算典型结构（A1、A3）密堆积系数。A1：A3：四、论述：1.掺杂半导体和本征半导体的导电机理。本征半导体： 通过本征激发，半导体价带中的电子从满价带跃到空导带中，跃迁电子可在导带中自由运动，传导电子的负电荷。同时，在满价带中留下空穴，空穴带正电荷，在价带中空穴可按电子运动相反的方向运动而传导正电荷。因此，半导体的导电来源于电子和空穴的运动，电子和空穴都是半导体中导电的载流子。它的导电载流子是由本征激发所形成的导带中的电子和价带中的空穴。通过载流子的运动来实现导电。因此，它的电导率应由电子运动和空穴运动两部分引起的电导率所构成掺杂半导体（杂质半导体）：利用将杂质元素掺入纯元素中把电子从杂质能级激发到导带上或把电子从价带激发到杂质能级上，从而在导带中产生电子或在价带中产生空穴的激发叫非本征激发或杂质激发。满足该激发方式的半导体叫杂质半导体。它既有杂质激发又有本征激发。2.马氏体的自协作形成及晶体学机制。热弹性马氏体的自协作形成：由母相中形成马氏体时，产生一定的应变。不同取向的马氏体变体的应变在母相中的方向不同。当某一变体在母相中形成时，产生某一方向的应变场，随变体的长大，应变能不断增加，变体的长大越来越困难。为降低应变能，在已形成的变体周围会形成新的变体，新变体的应变方向与已形成的变体的应变场互相抵消或部分抵消。这称为热弹性马氏体的自协作形成。冷却形成马氏体时，马氏体变体按自协作的方式形成，以达到总的应变能最低的状态，同时也保持了宏观形状不变。形状记忆效应的晶体学机制：对组织为自适应马氏体的样品施加外力时，在较小的应力下马氏体变体发生再取向，马氏体变体的应变方向与外应力方向最为接近的变体通过吞并其它应变方向与外应力方向不相适应的变体而长大，直至整个样