材料科学导论答案

1、1.（i）光波E及其在晶体中感生电极化强度P分别满足如下两式：E=E0cost P=E+E2写出其基频和倍频成分。P=E+E2=E0cost+12 E021+cos2t=12 E02+E0cost+12 E02cos2t频率为零的是直流成分，频率为的是基频成分和频率为2的是倍频成分（二次谐波信号）。（ii）非线性光学有哪些用途？1. 激光的强光控制(全光开关、光限幅)；2. 脉冲压缩(调Q与锁模)；3. 频率转换(倍频、和频、四波混频)；4. 激光光谱(超精细结构分析)；5. 消畸变传输(光学位相共轭)；6. 光孤子通信；7. 数字光计算；8. 非线性光存储(光折变光存储、双光子光存储)。2.

2、写出频率转换、电光、光折变、压电和热释电晶体各2种（用化合物名称，简称或分子式表示均可）。频率转换晶体：偏硼酸钡（BBO）晶体、三硼酸锂（LBO）晶体、三硼酸铯（CBO）晶体；电光晶体：磷酸二氢钾（KDP）晶体、磷酸钛氧钾（KTP）晶体、铌酸锂（LN）晶体；光折变晶体：铌酸锂（LN）晶体、铌酸钾（KN）晶体、钛酸钡（BaTiO3）晶体；压电晶体：磷酸二氢钾（KDP）晶体、磷酸二氢铵（ADP）、铌酸锂（LN）晶体；热释电晶体：硫酸三甘钛（TGS）晶体、钽酸锂（LT）晶体、铌酸锶钡（SBN）晶体。3.（i）目前比较认可的半导体分类是什么？目前比较认可的半导体分类是：1.元素半导体；2.二元化合物半

3、导体；3.三元化合物半导体；4.固熔体半导体；5.非晶态半导体；6.有机半导体。（ii）探索激光自倍频晶体，已有的激活离子大致可归纳为哪几类？激活离子：1. 三价稀土激活离子；2. 二价稀土激活离子；3. 过渡金属激活离子；4. 锕系元素激活离子。4.在可能具有二阶非线性光学效应的点群中，分别有几种单轴晶、双轴晶和光学均质体晶类？并依次写出其对应的点群。11种单轴晶晶类(只有一个高次轴)：3、4、4、6、6、32、3m、42m、4mm、6m2、6mm；5种双轴晶晶类(无高次轴)：1、2、m、222、mm2；2种光学均质体(多于一个高次轴)：23、43m。5.晶体的宏观对称性只有32种点群，其中

4、无对称中心的点群只有21种，有20种压电晶类。写出这20种压电晶类所对应的点群。20种压电晶类所对应的点群分别为：3、4、4、6、6、32、3m、42m、4mm、6m2、6mm、1/2、m、222、mm2、23、43m、422、622（除去432）。6提拉法生长晶体需要满足的基本条件提拉法生长晶体满足的条件：1. 晶体（晶体加掺质）要到融化而不分解；2. 晶体不得与坩埚或存在气氛起化学反应；3. 晶体的熔点必须低于坩埚熔点；4. 必须使单晶的提拉速度与炉内的温度梯度相匹配。7固相反应通常包含的步骤固相反应通常包含以下步骤：1固体界面如原子或离子的跨过界面的扩散；2原子规模的化学反应；3新相成核

5、；4通过固体的输运及新相的长大。决定固相反应性的两个重要因素是成核和扩散速度。8. 透明陶瓷对粉料的基本要求透明陶瓷的粉料有四个要求：1. 具有较高的纯度和分散性；2. 具有较高的烧结活性；3. 颗粒比较均匀并呈球形；4. 不能凝聚，随时间的推移也不会出现新相。原因：最终结构有继承最初结构现象，如果初始粉末结构不均匀，最终结构也不均匀，影响陶瓷透光性和物理、电学、光学等性质。9.（1）描述有机分子受光激发后的几种电子跃迁过程。1. 吸收：分子吸收光能，电子由基态向激发态跃迁；2. 振动弛豫：激发态分子与其他分子碰撞，将能量传递给其他分子，使电子从同一激发态的较高振动能级下降至最低振动能级；3.

6、 内部能量转换：激发态分子以无辐射方式从较高电子能级的较低振动能级转移至较低电子能级的较高振动能级；4. 荧光产生：激发态分子经过振动弛豫后，再以辐射方式发射光量子的方式而返回基态，发射的光量子即为荧光产生过程；5. 体系间跨越：处于激发单重态较低振动能级的分子，发生电子自旋反转，分子跃迁至三重态的较高振动能级；6. 磷光产生：激发态分子经体系间跨越后，很快发生振动弛豫，然后以辐射方式发射光量子而返回至基态，发射光量子即为磷光产生过程；7. 淬灭：激发态分子通过碰撞将能量转移给其他分子，而直接回到基态。这一过程有可能使荧光和磷光强度减弱甚至消失。（2）有机化合物的荧光光谱有什么特性？1. 斯托

7、克斯位移；2. 镜像对称；3. 发射波长与激发波长无关10.什么是电致发光？掌握评价电致发光器件的几个基本参数。电致发光：发光材料在电场的作用下，受到电流和电场的激发而发光的现象。它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。几个基本参数：1. 光通量（lm)：单位时间内发射的能量与标准比视感度相乘后的积分值；2. 发光强度（cd, lm/sr）：单位立体角通过的光通量；3. 发光亮度（cd/m2)：单位面积的发光强度；4. 光照度（lm/m2）：单位面积的光通量；5. 发光色度：通过测量物体颜色的色品坐标（x,y,z）来确定颜色。x和红色有关，y和绿色有关，z和蓝色有关；6. 发光寿命：为亮度

8、降低到初始亮度的50所需的时间；7. 发光效率。11.双光子吸收的概念。它对光源有什么要求？双光子吸收有什么特点？双光子吸收有哪些应用方向？双光子吸收的概念：双光子吸收是指物质的一个分子同时吸收两个光子的过程。对光源的要求：强激光光源，且要求光源在时间空间上紧密聚焦。双光子吸收特点：1. 长波吸收，短波发射；2. 双光子吸收的跃迁几率与入射光强的平方成正比；3. 双光子激发具有高度的空间选择性。双光子吸收的应用方向：1. 荧光显微技术；2. 光子晶体的制作；3. 三维信息存储；4. 三维微加工；5. 激光上转换材料；6. 光动力学治疗。12、离子液体的定义。为什么它具有低熔点？它有哪些物理化学特性？离子液体的定义：离子液体即完全由正负离子组成的, 在室温或接近室温（低于100 ）下呈液体状态的物质。通常也称为室温离子液体（Room Temperature Ionic Liquids)。熔点决定于离子结构的不对称性和阴阳离子之间的静电势。离子液体阴阳离子体积差异大、结构对称性低，阴阳离子无法有序且有效地互相吸引，降低了阴阳离子间的静电势，导致了其低熔点。离子液体的物理化学特性：1. 离子液体阴阳离子存在较强的静电互相作用，几乎没有蒸汽压、不挥发，可减少挥发带来的环境污染问