2026年新材料制备与性能研究材料科学专业竞赛参考题目

2026年新材料制备与性能研究材料科学专业竞赛参考题目一、选择题（每题2分，共20题）说明：本部分主要考察考生对新材料制备基础理论、性能测试方法及行业前沿技术的掌握程度。1.下列哪种材料属于金属基复合材料？A.玻璃纤维增强塑料（GFRP）B.碳纤维增强钛合金C.聚酰亚胺薄膜D.石墨烯气凝胶2.制备高性能陶瓷材料时，以下哪种工艺能有效降低烧结温度并提高致密度？A.气相沉积法B.等离子喷雾熔融法C.溶胶-凝胶法D.冷压成型法3.在半导体材料硅的制备过程中，以下哪种掺杂方法能显著提高其导电性？A.离子注入B.氧化工艺C.化学气相沉积D.高温退火4.以下哪种材料常用于制备耐高温轴承？A.铝合金6061B.高碳钢GCr15C.二元镁合金AZ91D.碳化钨硬质合金5.制备纳米材料时，以下哪种方法属于物理法？A.溶胶-凝胶法B.水热合成法C.机械研磨法D.原位聚合法6.下列哪种测试方法主要用于评估材料的疲劳性能？A.X射线衍射（XRD）B.扫描电子显微镜（SEM）C.疲劳试验机D.压力传感器校准7.制备锂离子电池正极材料时，以下哪种元素能显著提高其容量和循环寿命？A.镁（Mg）B.铝（Al）C.钴（Co）D.钛（Ti）8.以下哪种材料制备技术属于3D打印中的选择性激光熔融（SLM）技术？A.熔融沉积成型（FDM）B.电子束熔炼（EBM）C.光固化成型（SLA）D.冷压成型（PIM）9.在评估材料的热稳定性时，以下哪种测试方法最常用？A.拉伸试验机B.热重分析（TGA）C.压力传感器校准D.傅里叶变换红外光谱（FTIR）10.制备高熵合金时，以下哪种元素比例设计能显著提高其综合性能？A.镍（Ni）：50%，铬（Cr）：25%，钼（Mo）：15%，钨（W）：10%B.铁（Fe）：60%，钴（Co）：20%，镍（Ni）：20%C.钛（Ti）：70%，铝（Al）：30%D.锰（Mn）：40%，硅（Si）：30%，铜（Cu）：30%二、填空题（每空1分，共10空）说明：本部分考察考生对新材料制备工艺、性能测试原理及行业应用的理解。1.制备石墨烯材料时，常用的机械剥离法是由______教授团队首次成功实现的。2.高温合金的制备通常需要采用______等工艺以降低脆性并提高高温性能。3.制备纳米晶材料时，通过______可以细化晶粒并提高材料的强度。4.评估材料抗氧化性能时，常用的测试方法包括______和______。5.二元镁合金AZ91的制备过程中，添加稀土元素______能有效改善其腐蚀性能。6.制备锂离子电池负极材料时，硅基材料因其______而备受关注。7.3D打印技术中，选择性激光烧结（SLM）主要用于制备______材料。8.评估材料力学性能时，______是衡量其韧性的重要指标。9.制备高性能陶瓷材料时，常采用______工艺以减少烧结缺陷。10.高熵合金的制备需要精确控制______和______，以确保成分均匀性。三、简答题（每题5分，共6题）说明：本部分考察考生对新材料制备原理、性能测试方法及行业应用的综合分析能力。1.简述溶胶-凝胶法制备陶瓷材料的原理及其优缺点。2.解释机械研磨法制备纳米材料的基本原理及适用范围。3.比较锂离子电池正极材料磷酸铁锂（LiFePO4）和三元锂（LiNiCoMnO2）的优缺点。4.阐述3D打印技术中选择性激光熔融（SLM）的工艺流程及其关键技术。5.分析高温合金在航空航天领域的应用优势及制备难点。6.解释高熵合金的“无序”成分设计对其性能的影响。四、论述题（每题10分，共2题）说明：本部分考察考生对新材料制备与性能研究的深入理解及行业发展趋势的把握。1.结合我国新能源材料产业的发展现状，论述锂离子电池正极材料的研发方向及挑战。2.分析高熵合金在轻量化、耐腐蚀等领域的应用前景，并探讨其制备工艺的优化路径。五、计算题（每题10分，共2题）说明：本部分考察考生对材料性能测试数据的处理及计算能力。1.某材料在拉伸试验中的应力-应变曲线如下：当应变为0.02时，应力为300MPa。请计算该材料的弹性模量（假设在弹性范围内，应力-应变呈线性关系）。2.某陶瓷材料的热重分析（TGA）数据显示，在500℃时质量损失率为10%。假设该材料初始质量为100g，请计算其在此温度下的分解速率（质量损失率/℃）。答案与解析一、选择题答案1.B2.B3.A4.D5.C6.C7.C8.B9.B10.A解析：1.碳纤维增强钛合金属于金属基复合材料，其他选项均为聚合物基或非金属基材料。2.等离子喷雾熔融法能有效降低烧结温度并提高致密度，适用于制备高性能陶瓷材料。3.离子注入能显著提高硅的导电性，其他方法主要改变表面形貌或化学性质。4.碳化钨硬质合金耐高温、耐磨损，常用于制备轴承。5.机械研磨法属于物理法，其他方法均为湿化学或化学合成方法。6.疲劳试验机用于评估材料的疲劳性能，其他方法主要用于结构表征或成分分析。7.钴（Co）能显著提高锂离子电池正极材料的容量和循环寿命。8.选择性激光熔融（SLM）属于3D打印技术中的增材制造方法，其他选项为不同工艺类型。9.热重分析（TGA）用于评估材料的热稳定性，其他方法主要用于力学或电学性能测试。10.高熵合金的成分设计以“无序”为特点，选项A的元素比例更符合高熵合金的制备原则。二、填空题答案1.谢赫特曼（AlexZettl）2.真空电弧熔炼、电子束熔炼3.高能球磨4.高温氧化实验、差示扫描量热法（DSC）5.镍（Ni）6.高比表面积、高锂离子嵌入容量7.金属或合金8.屈服强度9.等离子溅射沉积10.成分比例、制备温度解析：1.石墨烯的机械剥离法由美国科学家AlexZettl团队首次实现。2.高温合金常采用真空电弧熔炼或电子束熔炼以避免氧化。3.高能球磨能细化晶粒，提高材料的强度和韧性。4.高温氧化实验和DSC可用于评估材料的抗氧化性能。5.添加镍（Ni）能有效改善镁合金的腐蚀性能。6.硅基材料因高比表面积和高锂离子嵌入容量而备受关注。7.SLM主要用于制备金属或合金材料。8.屈服强度是衡量材料韧性的重要指标。9.等离子溅射沉积能减少烧结缺陷，提高陶瓷材料的致密度。10.高熵合金的制备需要精确控制成分比例和制备温度，以确保性能稳定。三、简答题答案1.溶胶-凝胶法制备陶瓷材料的原理及其优缺点：原理：通过金属醇盐或无机盐的水解和缩聚反应，形成溶胶（胶体状），再经过干燥和烧结得到陶瓷材料。优点：低温合成、均匀性好、成分可控、适用范围广。缺点：反应时间长、易产生挥发物、烧结温度较高。2.机械研磨法制备纳米材料的原理及适用范围：原理：通过高能球磨将块状材料破碎成纳米级颗粒，再通过热处理或化学处理进一步细化。适用范围：适用于脆性材料、难熔金属或合金的纳米化制备。3.磷酸铁锂（LiFePO4）和三元锂（LiNiCoMnO2）的优缺点：LiFePO4：成本低、安全性高、循环寿命长，但容量较低（170-200mAh/g）。LiNiCoMnO2：容量高（250-300mAh/g），但成本较高、安全性较差、循环寿命较短。4.选择性激光熔融（SLM）的工艺流程及关键技术：工艺流程：粉末铺层→激光扫描熔融→成型→后处理。关键技术：激光功率控制、扫描速度、粉末质量、冷却系统。5.高温合金的应用优势及制备难点：优势：耐高温、耐腐蚀、抗蠕变，适用于航空航天发动机。难点：成分复杂、制备工艺要求高、成本昂贵。6.高熵合金的“无序”成分设计对其性能的影响：无序成分设计能抑制脆性相的形成，提高材料的强度、韧性、耐磨性及抗腐蚀性。四、论述题答案1.锂离子电池正极材料的研发方向及挑战：研发方向：高能量密度、长循环寿命、高安全性、低成本。挑战：材料稳定性、锂离子脱嵌动力学、成本控制。2.高熵合金的应用前景及制备工艺优化路径：应用前景：轻量化、耐腐蚀、耐磨损，适用于航空航天、汽车等领域。优化路径：优化成分比例、改进制备工艺（如激光熔覆、等