材料物理性能习题2011.12.8答案

一 填空题 1 电子波通过一个理想晶体 0K 点阵时 它将不受散射 只有晶 体点阵遭到破坏的地方 电子波受到散射 不相干散射 即产生 电阻 2 材料的总电阻包括 基本电阻 与温度有关的电阻 和 溶质 杂质 浓度引起的电阻之和 3 按压力对金属导电性的影响 金属可分为 正常金属 压力增大 电阻率下降 铁 钴 镍 钯 铂 铜 银 金 锆 铱等 和 反常金属 压力增大 电阻率 增大 钙锶锑铋等 4 是组织敏感参量 因此在金属与合金研究中 常用 电阻率变化来研究金属与合金的组织结构变化 5 电流 是电荷的定向移动 电荷的载体成为载流子 载 流子可以是 电子 空穴 离子 6 电导率的一般表达式为 niqi i 该式反映了电导率的微观 本质 即 围观载流子浓度 n 每一种载流子电荷量 q 以及 每一种载流子的迁移率 间的关系 7 介电材料 又称电介质 是电的绝缘材料 主要用于制造 电容器 8 据电介质分子的正负电荷统计重心是否重合 电解质分为 非极 性分子电解质 和 极性分子电解质 9 当电场强度超过某一临界值时 介质由介电状态变为导电状态 该现象称为 介电强度的破坏 或 介质的击穿 10 电介质还可用于传感器 光学 声学 红外探测等领域 电介质 的三种特殊性质 即 压电性 铁电性 热释电性 11 光具有波粒二相性 讨论光与材料相互作用产生的反射 折射 投射现象时 应用的是 粒子性 而讨论光波在介 质中的传播 衍射等现象时 应用的是 波动性 12 光子与固体材料的相互作用 其实质上就是光子与固体材料中的 原子 离子 电子等的相互作用 其中最主要的是 电子极化 和 电子能态转变 10 光线通过介质时 引起介质价电子的跃迁 或加剧原子振动而消 失能量 从而造成光能的衰减 即 材料对光的吸收 11 由辐射或其他形式的能量激发电子从价带进入导带 当起返回到 价带时发射出光子 产生冷发光现象 冷发光一般有两种类型 即 荧光 和 磷光 12 物质磁性的根源是 电荷运动 或者说是 电子 运动 13 Cr13 系列钢之所以常用于制造汽轮机叶片材料 除了其热强度 高外 另外更重要的是 热循环韧性 大 即 消振性好 14 列举三种你所知道的热分析的方法 差热分析 差示扫描量热 法 和 升温曲线测定 二 判断题二 判断题 1 理想金属在 0K 时电阻为零 对 p38 2 金属熔化后电阻率增加 而锑反常 熔化后电阻率反而减小 其 主要原因为材料的键合方式发生了改变 由熔化前的共价键变为熔 化后的金属键 对 p39 3 冷加工可以引起金属电阻率增加 对 p41 4 电介质在外电场作用下 无极性分子的正负电荷重心重合将产生 分离 产生电偶极矩 对 p98 5 正压电效应中 电荷密度大小与所加应力的大小成线性关系 因 此 正压电效应用于传感测力 对 p117 6 压电效应与晶体结构的对称性有关 只有结构上没有对称中心 才有可能产生压电效应 对 p122 7 有热释电效应一定有压电效应 反之 有压电效应却不一定有热 释电性 对 p125 8 具有电滞回线性质的晶体被称为铁电体 铁电体中并不含有铁 对 p126 9 介质的 n 总是大于 1 的正数 对 p146 10 据磁化率的正负不同 磁性材料分为抗磁性材料和顺磁性材料 错 p295 11 任何材料在磁场的作用下都会产生抗磁性 对 p296 12 过渡族金属如铁 钴 镍和某些稀土金属如钇 钐 铕等都具有 铁磁性 错 p297 13 金属的弹性模量愈大 德拜特征温度也愈高 对 p384 14 金属的弹性模量随原子半径增大而减小 同时也随原子间距的增 加而下降 对 p384 15 金属变形速率极快 远远超出试件加载速率 因此加载速率对金 属材料的弹性模量没有影响 对 p385 16 金属的弹性模量主要取决于金属键合强度 对金属组织结构并不 太敏感 应该说热处理对改变弹性模量影响不大 对 三 名词解释三 名词解释 电介质 在电场作用下能够建立极化的物质 感应电荷 是指把电荷移近不带电的导体 可以使导体带电的现象 正压电效应 当晶体受到机械力的作用时 一定方向的表面产生束 缚电荷 其电荷密度大学与所加应力大小呈线性关系 这种机械能 转化成电能的过程 称为正压电效应 热释电性 由于温度作用而使电极化强度变化 折射率 光在真空中与材料中速度之比 散射 分子或原子相互接近时 由于双方具有很强的相互斥力 迫 使它们在接触前就偏离了原来的运动方向而分开 这通常称为散射 热容 没有相变或化学反应时 材料温度升高一 K 所吸收的热量 热膨胀 是指外压强不变的情况下 大多数物质在温度升高时 其 体积增大 温度降低时体积缩小 热稳定性 是指材料承受温度急剧变化而不被破坏的能力 也称热 抗震性 磁化 任何材料在外磁场的作用下都会或多或少显示出磁性 这种 现象称为材料被磁化 磁化强度 为媒质微小体元 V 内的全部分子磁矩矢量和与 V 之 比 磁致伸缩效应 铁磁体在磁场中磁化 其形状和尺寸都会发生变化 这种现象称为磁致伸缩效应 剩余磁感应强度 矫顽力 软磁材料 是指剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料 弹性 物体具有恢复形变前的形状和尺寸的能力 内耗 由于固体内部原因而使机械能消耗的现象 弹性后效 指的是材料在弹性范围内受某一不变载荷作用 其弹性 变形随时间缓缓增长的现象 滞回环 四 综合题四 综合题 1 本征半导体中 从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参与 电导 激发的电子数 n 可近似表示为 2 exp kTENn g 式中 N 为状态密度 k 为波尔兹曼常数 T 为绝对温度 试回 答以下问题 1 设 N 1023cm 3 k 8 6 10 5eV K 1时 Si Eg 1 1eV TiO2 Eg 3 0eV 在室温 20 和 500 时所激发的电子数 cm 3 各是多少 2 半导体的电导率 1 cm 1 可表示为 ne 式中 n 为载流子浓度 cm 3 e 为载流子电荷 电荷 1 6 10 19C 为迁移率 cm2 V 1 s 1 当电子 e 和空穴 h 同时为载 流子时 hhee enen 假定 Si 的迁移率 e 1450 cm2 V 1 s 1 h 500 cm2 V 1 s 1 且不随温度变化 求 Si 在室温 20 和 500 时的电导 率 解 1 Si 20 298 10 6 8 2 1 1exp 10 523 n 1023 e 21 83 3 32 1013cm 3 500 773 10 6 8 2 1 1exp 10 523 n 1023 e 8 2 55 1019 cm 3 TiO2 20 298 10 6 8 2 0 3exp 10 523 n 1 4 10 3 cm 3 500 773 10 6 8 2 0 3exp 10 523 n 1 6 1013 cm 3 2 20 hhee enen 3 32 1013 1 6 10 19 1450 500 1 03 10 2 1 cm 1 500 hhee enen 2 55 1019 1 6 10 19 1450 500 7956 1 cm 1 2 300K 时 锗的本征电阻率为 47 cm 如电子空求本征锗的载流子 浓度分别为 3900和 1900 求本征锗的载流子浓度 sVcm 2 sVcm 2 3 一截面为 0 6cm2 长为 1cm 的 n 型 Ga