安徽大学2025年材料科学(功能材料)专业综合能力综合素质试题及答案

安徽大学2025年材料科学(功能材料)专业综合能力综合素质试题及答案1.单项选择（每题2分，共20分）1.1下列哪一种缺陷对功能陶瓷的介电损耗贡献最大A.位错  B.空位  C.晶界  D.孪晶答案：C1.2在钙钛矿型氧化物ABO₃中，若A位离子半径增大而B位不变，则容忍因子t的变化趋势为A.增大  B.减小  C.不变  D.先增后减答案：A1.3用于制备柔性显示器的透明导电薄膜，其最优方块电阻Rs与可见光透过率T550的一般工业门槛为A.Rs<10Ω/□,T550>95%  B.Rs<100Ω/□,T550>85%C.Rs<300Ω/□,T550>80%  D.Rs<1kΩ/□,T550>70%答案：B1.4下列哪种表征手段可直接获得铁电薄膜的翻转电流密度JE回线A.PE回线仪  B.压电力显微镜  C.电化学阻抗谱  D.脉冲极化法答案：D1.5对于VO₂薄膜，其金属绝缘体相变伴随的主要光学变化是A.可见区透过率突变  B.红外区透过率突变  C.紫外吸收边移动  D.荧光强度突变答案：B1.6在LiFePO₄正极材料中，提高电子导电率最常用的体相掺杂元素是A.Mg  B.Ti  C.Nb  D.C答案：C1.7下列哪种高分子最适合用作固态锂金属电池的柔性电解质骨架A.PVDFHFP  B.PEO  C.PAN  D.PTFE答案：B1.8对于二维材料MoS₂，从1T到2H相的转变属于A.金属半导体转变  B.磁性相变  C.铁电相变  D.拓扑相变答案：A1.9在热电优值ZT的表达式ZT=S²σT/κ中，κ包含A.电子热导  B.晶格热导  C.电子+晶格热导  D.辐射热导答案：C1.10下列哪种工艺可在低温下实现Al₂O₃薄膜的原子层沉积并保证<2nm粗糙度A.热ALD（TMA/H₂O,250°C）  B.PEALD（TMA/O₂plasma,120°C）C.LPCVD（AlCl₃/H₂O,500°C）  D.Solgelspincoating,300°C答案：B2.多项选择（每题3分，共15分；多选少选均不得分）2.1下列哪些因素会同时提高压电陶瓷的机械品质因数Qm并降低介电损耗tanδA.晶粒长大  B.氧空位减少  C.晶界玻璃相减少  D.畴壁钉扎增强答案：B、C、D2.2关于钙钛矿太阳能电池湿度稳定性，以下说法正确的有A.甲脒阳离子比甲胺阳离子疏水性强  B.二维RuddlesdenPopper结构可阻挡水分子C.添加PCBM层可抑制离子迁移  D.采用SpiroOMeTAD空穴传输层需添加LiTFSI吸湿答案：A、B、C2.3下列哪些表征手段可在原位条件下同时获得应力应变与电输运信息A.微拉伸台+四探针  B.纳米压痕+CSAFM  C.同步辐射XRD+源表  D.Raman+源表答案：A、C2.4对于Fe₃O₄纳米颗粒的超顺磁性，以下描述正确的有A.无矫顽场  B.饱和磁化强度随粒径减小线性下降C.阻塞温度TB与粒径V成正比  D.可用NeelArrhenius方程描述弛豫时间答案：A、C、D2.5下列哪些策略可同时提升聚合物电解质室温离子电导率与锂迁移数A.引入单离子导体磺化嵌段共聚物  B.添加LLZO纳米线形成连续通道C.增塑剂丁二腈过量>50wt%  D.紫外光交联降低结晶度答案：A、B、D3.填空题（每空1分，共20分）3.1在尖晶石型LiMn₂O₄中，Mn³⁺:Mn⁴⁺=________时理论容量达148mAhg⁻¹。答案：1:13.2对于Ba₀.₆Sr₀.₄TiO₃薄膜，其居里温度Tc随厚度减小而________（升高/降低）。答案：降低3.3二维材料WSe₂的间接带隙约为________eV。答案：1.23.4采用DebyeScherer公式估算晶粒尺寸时，若CuKα₁波长λ=0.15406nm，衍射峰半高宽β=0.5°，则晶粒尺寸D≈________nm。答案：163.5在电化学阻抗谱中，Warburg阻抗斜率为________。答案：45°3.6对于VO₂薄膜，其相变潜热约为________Jg⁻¹。答案：453.7热电材料Bi₂Te₃的晶体结构属于________晶系。答案：三方3.8钙钛矿太阳能电池中，常用________作为电子传输层，其导带边约为4.0eV。答案：TiO₂3.9在柔性电子中，聚酰亚胺的玻璃化转变温度Tg约为________°C。答案：3603.10对于FeCo基软磁薄膜，其饱和磁致伸缩系数λs约为________ppm。答案：703.11采用溶胶凝胶法制备SiO₂薄膜时，常用前驱体为________。答案：TEOS3.12在PLD生长过程中，激光能量密度>________Jcm⁻²时易出现液滴。答案：33.13对于GaN基LED，常用________作为缓冲层减小晶格失配。答案：AlN3.14在固态核磁中，⁷Li的拉莫尔频率（400MHz谱仪）约为________MHz。答案：155.53.15用于OER的IrO₂催化剂，其过电位在10mAcm⁻²时约为________mV。答案：2803.16对于PMNPT单晶，其压电常数d₃₃最高可达________pCN⁻¹。答案：28003.17在ALD工艺中，一个完整的TMA/H₂O循环通常需要________s。答案：23.18用于柔性传感器的CNT薄膜，其最大拉伸应变可达________%。答案：1003.19在量子点LED中，CdSe/ZnS核壳结构的荧光半高宽约为________nm。答案：203.20对于LiS电池，常用________添加剂抑制多硫化物穿梭。答案：LiNO₃4.简答题（每题8分，共40分）4.1简述压电陶瓷中“硬性掺杂”与“软性掺杂”对畴壁运动的影响机制，并各举一例元素。答案：硬性掺杂指高价离子（如Nb⁵⁺取代Ti⁴⁺）引入A位或B位后产生正电中心，捕获电子，形成缺陷偶极子，钉扎畴壁，使Qm升高，tanδ降低。软性掺杂指低价离子（如La³⁺取代Ba²⁺）引入负电中心，捕获空穴，削弱畴壁钉扎，使介电常数增大，Qm降低。4.2说明钙钛矿太阳能电池中离子迁移的两种主要路径及其对JV滞后的影响。答案：路径1：沿晶界迁移的I⁻/MA⁺空位，形成离子电流；路径2：穿过晶格的I⁻间隙，激活能<0.6eV。迁移离子在界面处积累，改变内建电场，导致正反扫JV曲线错位，表现为滞后。4.3给出提高聚合物电解质室温离子电导率的三种结构设计方案，并说明原理。方案1：嵌段共聚物PEObPST，微相分离形成连续无定型区，降低Tg；方案2：引入磺化侧链实现单离子传导，提高t⁺；方案3：添加LLZO纳米线构建3D连续快离子通道，界面空间电荷层降低迁移势垒。4.4解释VO₂薄膜中金属绝缘体相变的光学开关原理，并给出一种降低相变阈值的应力调控方法。答案：相变时d//轨道电子离域化，等离子频率ωp从0.5eV跃至2eV，红外透过率骤降。通过在c蓝宝石上外延生长VO₂，利用面内压应力1.5%，使d//轨道重叠增加，相变温度降低~8°C。4.5比较热电材料中纳米化与全尺度分级结构两种策略对κ和σ的影响差异。答案：纳米化（<100nm）强烈散射中长波声子，κ下降30%，但晶界散射电子使σ下降20%；全尺度分级（0.110µm）在宽频散射声子同时保持高迁移率，σ仅降5%，κ降40%，ZT提升更显著。5.计算/分析题（共55分）5.1（10分）已知某BaTiO₃陶瓷的介电常数εr=1600，损耗tanδ=0.02，工作电场E=1kVcm⁻¹，频率f=1kHz，求单位体积发热功率P（Wcm⁻³）。答案：P=2πfε₀εrtanδE²=2π×10³×8.85×10⁻¹²×1600×0.02×(10⁵)²=1.78×10⁻²Wcm⁻³。5.2（15分）LiFePO₄正极的锂扩散系数测定：薄膜厚度L=50nm，电流阶跃I=100µAcm⁻²，平台电压ΔE=25mV，延迟时间τ=25s，利用GalvanostaticIntermittentTitration求DLi。答案：DLi=(IL²)/(ΔE·τ·F·c)，其中c=0.022molcm⁻³，F=96485Cmol⁻¹，代入得DLi=1.2×10⁻¹²cm²s⁻¹。5.3（15分）热电腿设计：Bi₂Te₃腿长h=2mm，截面积A=1mm²，热端Th=400K，冷端Tc=300K，ZT=1.0，求最大输出功率Pmax及对应电流Iopt。答案：Pmax=(S²ΔT²)/(4R)，S=200µVK⁻¹，R=ρh/A，ρ=1×10⁻⁵Ωm，得R=0.02Ω，Pmax=12.5mW；Iopt=SΔT/(2R)=0.5A。5.4（15分）柔性OLED封装：要求水蒸气透过率WVTR<10⁻⁶gm⁻²day⁻¹，现有100nmAl₂O₃/50nmZnO纳米层压膜，已知Al₂O₃单层WVTR=5×10⁻³gm⁻²day⁻¹，ZnO=1×10⁻²gm⁻²day⁻¹，求需叠层周期数n。答案：1/WVTRtotal=n(1/WAl₂O₃+1/WZnO)，解得n≥200，即400层Al₂O₃+200层ZnO，总厚600nm。6.综合设计题（30分）6设计一种可在40°C至80°C循环工作的柔性自供电应变传感器，要求：1）拉伸>50%；2）输出电压>1V@1%应变；3）弯曲半径<5mm无性能衰减。给出材料体系、结构示意图、制备流程、性能验证方案。答案：材料体系：1）压电层：0.5µmPVDFTrFE（75/25）静电纺丝纳米纤维，经135°C退火提高β相含量至85%；2）电极：AgNWs（直径50nm，长度20µm）喷涂成网络，方阻<20Ω/□；3）封装：paryleneC2µm，WVTR<0.1gm⁻²day⁻¹；4）基底：3µmPI，Tg>350°C。结构：三明治“AgNWs/PVDFTrFE/AgNWs”波纹褶皱结构，预拉伸50%后释放形成波长200µm、振幅50µm的褶皱，实现<5mm弯曲。制备流程：1）在硅片上旋涂PI前驱体，亚胺化；2）转移AgNWs，80°C热压；3）静电纺丝PVDF