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功能材料内容总结 功能材料的内容总结 一、结构材料、功能材料答? 1、结构材料?传统材料?利用材料的力学和理、化性质?广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输等各个工业部门的材料。 2、功能材料?新材料?具有特殊的电、磁、光、热、声、力、化学性能和生物性能及其互相转化的功能?不是被用于结构目的?而是用以实现对信息和能量的感受、计测、显示、控制和转换为主要目的的高新材料。 二、形状记忆效应?SME?答?在研究Ti-Ni合金时发现?原来弯曲的合金丝被拉直后?当温度升高大一定值时?它又恢复到原来弯曲的形状。 人们把这种现象称为形状记忆效应。 Shape MemoryEffect。 形状记忆原理早期?产生形状记忆效应的条件?1?马氏体相变是热弹性的?2?马氏体点阵的不变切变是孪生?即亚结构为孪晶?3?母相和马氏体均为有序结构。 后来?Fe-Mn-Si合金?马氏体相变半热弹性?母相无序?也有形状记忆?某些陶瓷材料、高分子材料也有形状记忆效应?机理与金属不同。 ?在相变过程中?只有形成单变体马氏体并排除其他阻力?材料经过马氏体相变及其逆相变?就会表现出形状记忆效应。 形状记忆效应的三种形式?单向形状记忆效应?将母相冷区或加应力?使之发生马氏体相变?然后使马氏体发生塑性变形?改变其形状?再加热到As以上?马氏体发生逆转变?温度升至Af点?马氏体完全消失材料完全回复母相形状。 一般?形状记忆效应都是指该种效应。 ?双向形状记忆效应?有些形状记忆合金在加热发生马氏体逆转变时?对母相有记忆效应?当从母相再次冷却为马氏体时?还回复原马氏体的形状?这种现状称为-。 ?全方位形状记忆效应?在冷热循环过程中?形状回复到与母相完全相反的形状?成为-。 如?Ti-Ni合金系。 三、两块超导体组成约瑟夫森结、第二类超导体答?超导体的另外一个重要应用是制造约瑟夫森器件?约瑟夫森器件的原理就是所谓的约瑟夫森效应两块超导体之间点接触?或者通过正常导电膜或绝缘膜接触?形成弱连接?则超导体中的库伯对可以隧道效应穿过。 ?第I类超导体第I类超导体主要包括一些在常温下具有良好导电性的纯金属?如铝锌、镓、镉、锡、铟等?该类超导体的溶点较低、质地较软?亦被称作“软超导体”。 其特征是由正常态过渡到超导态时没有中间态?并且具有完全抗磁性?由于其临界电流密度和临界磁场较低?没有很好的实用价值。 ?第II类超导体除金属元素钒、锝和铌外?第II类超导体主要包括金属化合物及其合金。 与第一类超导体的区别是:?第II类超导体由正常态转变为超导态时有一个中间态?混合态?第II类超导体的混合态中有磁通线存在?而第I类超导体没有?第II类超导体比第I类超导体有更高的临界磁场、更大的临界电流密度和更高的临界温度。 四、半导体微结构材料答?半导体异质结、超晶格和量子阱材料统称为半导体微结构材料。 由两种不同的半导体材料组成的结称为异质结。 两种或两种以上不同材料的薄层周期性地交替生长?构成超晶格。 当两个相同的异质结背对背接起来?构成量子阱。 元素半导体大约有十几种处于AA族金属与非金属的交界处如Ge、Si、Se、Te二元化合物半导体?A-A(AlP)、B-A?CdS?、A-A?SiC?、A-A?GeS?、A-A?AsSe3?多元化合物半导体?B-A-?A?2如?AgGeTe 2、B-VA-?A?2如?AgAsSe 2、?IB?2-B-IVA-?VIA?4. 五、重要软磁材料、稀土永磁合金答?重要软磁材料?电工用纯铁、电工用硅钢片、铁镍合金与铁铝合金、非晶态合金。 稀土永磁材料是稀土元素与过渡族金属Fe、Co、Cu、Zr等或非金属元素B、C、N等组成的金属间化合物。 六、激光材料中的红宝石机制答?受激发射产生的光就是激光。 红宝石激光晶体?Al2O3:Cr3+?它是世界上第一台固体激光器工作物质。 它是由刚玉单晶为基质?掺入Cr3+激活离子所组成的。 刚玉为六方晶系?Cr原子的外层电子为3d54s1?将Cr原子掺杂至刚玉晶格中去后?Cr原子失去3d24s1三个电子只剩下3d3三个外层电子?成为Cr3+。 譬如说用氙光灯的强可见光照射到红宝石晶体上?Cr3+离子的d电子从基态4A2激发到较高的激发态4F 1、4F2能级。 这些能级上的电子通过非辐射过程很快回到稍低一些的能级2E。 2E激发态能级的寿命非常长?约为510-3秒。 这意味着有足够的时间可以将这种激发状况普遍化。 从能级2E回到基态就产生激光。 红宝石的主要优点是晶体的物化性能很好?材料坚硬稳定?导热性好?抗破坏能力高?对泵浦光的吸收特性好。 可在室温获得0.6943um的可见激光振荡?主要缺点是属三能级结构?产生激光的阙值较高。 七、光纤的定义、特点答?是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃纤维。 它不仅具有束缚和传输从红外到可见光区域的光的功能?而且也j具有传感功能。 光纤的导光能力取决于纤芯和包层的性质。 sinQ1/sinQ2=n2/n1光纤的特点? 1、传输安全。 不会产生电磁脉冲?辐射或任何可以探测到的能量。 2、不受外面因素影响?如电磁波、闪电、辐射噪声、相邻电缆。 3、光缆与铜导线相比体积小?重量轻?高带宽?长距离传输?不会报废?故障检测容易 4、安全。 不携带电流?不产生热、火花?在爆炸危险场合十分理想。 八、压电体答?受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。 压电效应的机理是?具有压电性的晶体对称性较低?当受到外力作用发生形变时?晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合?导致晶体发生宏观极化?而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影?所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。 反之?压电材料在电场中发生极化时?会因电荷中心的位移导致材料变形。 ?逆压电效应? 九、光电效应答?物质在受到光照后?往往会引发其某些电性质的变化?这一现象称光电效应。 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。 前两者在物质内部发生。 光电导效应?物质在受到光照射作用时?其导电率产生变化的现象?成为光电导效应。 光生伏特效应?如果光照到半导体的p-n结上?则在p-n结两端会出现电势差?p区为正极?n区为负极?这一电势差可以用高敏电阻的电压表测量出来?这种效应称为光生伏特效应。 十、气敏陶瓷答?气敏陶瓷的电阻值将随其所处环境的气氛而变。 不同类型的气敏陶瓷?将对某一种或者某几种气体特别敏感?其阻值将随该种气体的浓度作有规则的变化。 气敏陶瓷一般都是某种类型的金属氧化物?通过掺杂或非化学计量比的改变而使其半导化。 十一、生物材料答?生物材料是用于与生命系统接触和发生相互作用的?并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特殊功能材料?又称生物医用材料。 对生物材料的要求是?对于人体组织无刺激性?无毒副作用?无致癌性。 接触人体各种体液?唾液、淋巴液、血液?时?应有良好的耐蚀性。 具有必要的强度、耐磨性和耐疲劳性能。 与生物体组织、与血液有相容性 十二、人工皮肤?哪些材料可以做人工皮肤?功能皮肤材料答?皮肤创伤修复材料和损伤皮肤的替代品?可以使皮肤大面积或深度烧伤的患者?在自体皮不够的情况下?进行修复治疗并使之恢复因皮肤创伤丧失的生理功能。 理想的皮肤修复材料?a.无毒、无刺激、不会引起免疫反应?b.具有相容性以及类似天然皮肤的透湿性、柔软性和润湿性?c.能与创面组织紧贴?起到防止创面的水分、体液损失和吸收创面渗出液的作用?d.易于在皮肤愈合后自动脱落、易于消毒的材料。 主要使用的材料?分为合成高分子材料和生物高分子材料?合成高分子材料?尼龙、聚酯、聚丙烯等合成纤维?聚氨酯、聚四氟乙烯等多孔膜生物高分子材料?一类是同种异体或异种组织?如人或动物的羊膜、腹膜和皮肤?另一类是胶原蛋白?促进再生?。 十三、纳米材料?0维、1维、2维略?纳米材料特异效应答?纳米材料是至少在一维上受到纳米尺度调制的各种固体材料。 1、表面效应粒子直径减少到纳米级?不仅引起表面原子数的迅速增加?而且纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。 这主要是因为处于表面的原子数较多?表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同所引起的。 表面原子周围缺少相邻的原子?有许多悬空键?具有不饱和性质?易与其它原子相结合而稳定下来?故具有很大的化学活性?晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多?其表面能大大增加。 2、小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变?在一定条件下会引起颗粒性质的质变。 由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。 对超微颗粒而言?尺寸变小?同时其比表面积亦显著增加?从而产生如下一系列新奇的性质。 3、特殊的磁学效应 4、特殊的力学效应陶瓷材料在通常情况下呈脆性?然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。 因为纳米材料具有大的界面?界面的原子排列是相当混乱的?原子在外力变形的条件下很容易迁移?因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性?使陶瓷材料具有新奇的力学性质 5、量子尺寸效应指纳米粒子尺寸下降到一定值时?费米能级附近的电子能级由连续能级变为分立能级的现象。 这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。 6、宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。 近来年?人们发现一些宏观量?例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应?它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化?故称为宏观的量子隧道效应MQT?Macroscopic QuantumTunneling?。 这一效应与量子尺寸效应一起?确定了微电子器件进一步微型化的极限?也限定了采用磁带磁盘进行信息储存的最短时间。 纳米碳管的主要应用?纳米碳管的特殊结构决定了它在纳米物理学、话足额、量子电子学中有广泛的应用前景。 纳米碳管可形成不同带宽的半导体?也可形成金属?可制作电容器开关电路中的传感器等纳米电子