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材料物理_李志林_期末试题2及答案

材料物理_李志林_期末试题2及答案
材料物理_李志林_期末试题2及答案

北京化工大学

《材料物理》期末考试试卷参考答案

一、解释概念:(20分)

能带:电子可以占据的能量范围为允带,不可以占据的能量范围称为禁带,将允带和禁带统称为能带。

晶体缺陷:晶体中偏离理想的完整结构的区域。

混合型位错:柏氏矢量与位错线既不平行也不垂直的位错。

贝氏体转变:一种半扩散型转变,其特征为相变既有切变共格的机制,表现为表面浮凸和惯习现象等晶体学特征,又伴随着原子的扩散。

玻璃化转变温度:过冷液体冷却过程中体积-温度曲线出现转折的温度。从技术上规定为粘度达到一定值(1012Pas)的温度。

极化:沿电场方向产生电偶极矩或电偶极矩改变,是材料对外电场的响应。或电介质在电场中产生感应电荷的现象。

磁场强度:单位磁极在磁场中所受的力称为磁场强度,用H 表示 蠕变:一定应力下随时间延长而发生的缓慢变形。一般在高温下进行。 杜隆-珀替定律:恒压条件下元素的原子热容为25J/(K.mol)(3R )。

霍尔效应:通电导体在与电流垂直的外磁场内产生一个与电流和外磁场都垂直的电场。 二、简要回答如下问题 (66分)

1、用公式1exp 1

)(F +??

? ??=

kT E-E E f 解释自由电子在0K 和T K 时的能量分布,并说明T 改变时在

大于、小于和等于E F 时该能量分布如何变化。(10分)

答:当T =0K 时,若E >0F E ,则f (E )=0

若E <0

F E ,则f (E )=1

即在0F E 以下的能级满填,0F E 以上的能级不能填充;

当T ≠0K 时,若E =E F ,则f (E )=1/2

若E < E F ,则当E << E F 时,f (E )=1;E F -E ≤kT 时f (E )<1 若E >E F ,则当E >> E F 时,f (E )=0;E -E F

即能量接近E F 的部分电子可以跃升到E F 以上,能量远离E F 的能级仍是满填的。

当温度升高时,跃升的电子增多,且最大能量升高,温度降低时相反。

2、在晶胞中画出下列晶面和晶向:[111], [120];(110); (210)(8分)

3、已知面心立方晶体的原子半径为R ,求其晶胞体积。(6分)

如图:对面心立方晶体,其对角线 4R =2a 所以R R a 222

4

==

晶胞体积333216)22(R R a V ===

4、试述马氏体相变的概念及其特征。(8分)

马氏体相变:由母相通过无扩散的协同切变机制变成新相的相变

方式。

特征:1、切变共格和表面浮凸:由母相到新相是以均匀切变的方式进行的,母相与新相共格,在抛光的表面引起浮凸。2、具有一定的位相关系和惯习面:切变共格的结果。3、无扩散性:相变过程中无原子扩散。4、造成大量的晶体缺陷:如位错和孪晶。5、可逆性:有逆转变,即结构和位向在一定条件下又可恢复母相的状态。6、不完全性:一般不能获得完全的新相,总有母相残留。

5、什么是超导?迈斯纳效应有何现象?(6分)

某些导体当温度降到某一临界温度以下,电阻突然降到零的现象。迈斯纳效应:在超导状态下施加磁场,磁场不能进入超导体中的现象。

6、什么是塞贝克效应?什么是珀尔帕效应?它们各有何应用,试分别举一例加以说明?(6分)

Z

Y

X

Z

Y

X

把具有不同热电功率的金属丝连结形成回路,如果两端接触处有温度差,回路中有电流,端点间有电动势。这种现象称为塞贝克效应。塞贝克效应主要应用于热电偶测温。把相同温度的两种不同导体连接起来并使电流流过,在接合部则产生放热或吸热,称珀尔帕效应。 珀尔帖效应主要应用于电子冷冻技术。

7、简要阐述电子轨道磁矩和自旋磁矩的来源和大小。(8分)

电子轨道磁矩来源于电子的轨道运动。假设电子沿圆形轨道以一定角速度运动时,电子的运动形成一电流回路,同时产生一磁场,根据右手法则可确定磁矩的方向。其大小根据量子力学可推知与角量子数或磁量子数有关,是μB = 9.27?10-24J/T 的整数倍。电子的自旋磁矩来源于电子的自旋,其大小是一个固定值,为μB = 9.27?10-24J/T 。

8、材料的导热有哪些机制?简述对不同材料和温度何种机制起主要作用?(6分) 电子导热,声子导热,光子导热。

金属中有大量的自由电子,导热以电子导热为主。具有较高的导热系数。 陶瓷材料中没有自由电子,主要是声子在低温下导热,在高温下以光子导热。 合金的导热以电子和声子的共同作用。

高分子材料导热主要是声子导热,具有较低的导热系数。

9、介电损耗与哪些因素有关?(8分) 介电损耗由外界条件和材料内部因素共同决定。

材料的内部因素主要是指其损耗角,损耗角取决于复介电常数的实部与虚部的比。 外界条件有其电场频率,温度,湿度等。例如当外加电场频率ω很低,不存在介电损耗。当外加电场频率逐渐升高时,介电损耗随ω升高而增大,当ω很高时,介电损耗趋于零。

三、计算题(14分)

1、已知碳在γ-Fe 中扩散时, D 0=8.4?10-1cm 2/s , Q =140kJ/mol ,求碳在γ-Fe 中927o C 时的扩散系数与1027o C 时的扩散系数之比。(8分)

RT

Q

e

D D -

=0

)

273927(314.81014019273

104.8+??-

-?=e

D ≈6.6?10-7cm 2/s )

2731027(314.810140110273

104.8+??-

-?=e

D ≈19.43?10-7cm 2/s

所以D 1027/D 927≈3

2、试推导线膨胀系数与体膨胀系数之间的关系。(6分) 根据线膨胀系数的定义 T l l l ??=

α0和体膨胀系数的定义T

V V

V ??=α0,有温度升高?T 时的长度

)1(00T l l l l l T ?α+=?+= 体积)1(00T V V V V V T ?α+=?+=

其中l α和V α分别是平均线膨胀系数和体膨胀系数。 对各向同性材料,有

30303

)1()]1([T V T l l V l l T T ?α+=?α+==

由于α很小,可略去二次项以上的高次项,则:

)31(0T V V l T ?α+=即V α=3l α 同理l V α=α3

无机材料物理性能习题库

2、材料的热学性能 2-1 计算室温(298K )及高温(1273K )时莫来石瓷的摩尔热容值,并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。 (1) 当T=298K ,Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96 10-3298-26.68 105/2982 =87.55+4.46-30.04 =61.97 4.18 J/mol K=259.0346 J/mol K (2) 当T=1273K ,Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96 10-31273-26.68 105/12732 =87.55+19.04-1.65 =104.94 4.18 J/mol K=438.65 J/mol K 据杜隆-珀替定律:(3Al 2O 32SiO 4) Cp=21*24.94=523.74 J/mol K 2-2 康宁玻璃(硅酸铝玻璃)具有下列性能参数:λ=0.021J/(cm s ℃); α=4.610?6/℃;σp =7.0Kg/mm 2,E=6700Kg/mm 2,μ=0.25。求其第一及第二热冲击断裂抵抗因子。 第一冲击断裂抵抗因子:E R f αμσ)1(-==666 79.8100.75 4.61067009.810-???????=170℃ 第二冲击断裂抵抗因子:E R f αμλσ) 1(-= '=1700.021=3.57 J/(cm s) 2-3 一陶瓷件由反应烧结氮化硅制成,其热导率λ=0.184J/(cm s ℃),最大厚度=120mm 。如果表面热传递系数h=0.05 J/(cm 2s ℃),假定形状因子S=1,估算可安全应用的热冲击最大允许温差。 h r S R T m m 31.01? '=?=226*0.18405 .0*6*31.01 =447℃ 2-4、系统自由能的增加量TS E F -?=?,又有! ln ln ()!! N N N n n =-,若在肖特基缺 定律所得的计算值。 趋近按,可见,随着温度的升高Petit Dulong C m P -,

材料物理性能期末复习题

期末复习题 一、填空(20) 1.一长30cm的圆杆,直径4mm,承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm,且体积保持不变,在此拉力下名义应力值为,名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3.固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4.格波间相互作用力愈强,也就是声子间碰撞几率愈大,相应的平均自由程愈小,热导率也就愈 介电常数一致,虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 .当磁化强度M为负值时,固体表现为抗磁性。8.电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。 9.无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 10.广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?(1-m)2x。11.设某一玻璃的光反射损失为m,如果连续透过x块平板玻璃,则透过部分应为 I 12.对于中心穿透裂纹的大而薄的板,其几何形状因子。 13.设电介质中带电质点的电荷量q,在电场作用下极化后,正电荷与负电荷的位移矢量为l,则此偶极矩为 ql 。 14.裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 15.Griffith微裂纹理论认为,断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断,而是裂纹扩展的结果。16.考虑散热的影响,材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 17.当温度不太高时,固体材料中的热导形式主要是声子热导。 18.在应力分量的表示方法中,应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向,第二个字母表示应力作用的方向。 19.电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 20.原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 21. 按照格里菲斯微裂纹理论,材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量,而是决定于裂纹的大小,即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 22.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大,产生很大的内应力,使坯体产生微裂纹。 23.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 24.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 25.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释(20) 自发极化:极化并非由外电场所引起,而是由极性晶体内部结构特点所引起,使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩,这种极化机制为自发极化。 断裂能:是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用,不仅取决于组分、结构,在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。

材料物理与化学历年复试笔试题(重要)

华工材物化复试笔试题 2010年 1、一个人海中溺水,救生员离海有一距离,救生员在水中、陆地上的速度不一样,找一最快路线。 2 、列举生活常见的发光显示器,并说明主要特征。 有机发光显示器(OLED,Organic Light Emitting Display)是一种利用有机半导体材料制成的、用直流电压驱动的薄膜发光器件,OLED显示技术与传统的LCD 显示方式不同,无需背光灯,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄,可视角度更大,并且能够显著节省电能。OLED的工作原理十分简单,有机材料ITO 透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极,在一定电压的驱动下,电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层,电子和空穴相遇形成激子,使发光分子激发而发出可见光。根据使用的有机材料不同,OLED又分为高分子OLED和小分子OLED,二者的差异主要表现在器件制备工艺上:小分子器件主要采用真空热蒸发工艺;高分子器件则采用旋转涂覆或喷涂印刷工艺。 特点: 1.薄膜化的全固态器件,无真空腔,无液态成份; 2. 高亮度,可达300 cd/m2以上; 3.宽视角,上下、左右的视角宽度超高170度; 4.快响应特性,响应速度为微秒级,是液晶显示器响应速度的1000倍; 5.易于实现全彩色; 6.直流驱动,10V以下,用电池即可驱动; 7.低功耗; 8.工艺比较简单,低成本; 9.分辨率;10.温度特性,在-40℃~70℃范围内都可正常工作。 3 、发光二极管原理,光电二极管的原理 (1)发光二极管(LED)由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。 它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片,在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层,称为PN结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关 (2)光电二极管(Photo-Diode,PD)是将光信号变成电信号的半导体器件,由

材料物理性能心得

学材料物理性能心得 本学期我们学了材料物理性能,对材料的微观结构有了更充分的了解,全书一共有六章.第一章为材料的热学性能,包括热容、热膨胀、热传导、热稳定性等;第二章为材料的电学性能,包括材料的导电性、超导电性、介电性、磁电性、热电性、接触电性、热释电性和压电性、光学性等;第三章为材料的磁学性能,介绍有关的磁学理论、磁性的测量和磁性分析法在材料研究中的主要应用;第四章为材料的光学性质,介绍光传播电磁理论、光的折射与反射、光的吸收与色散、晶体的双折射和二向色性、介质的光散射、发光材料等;第五章为材料的弹性及内耗、内耗产生的物理本质、影响弹性模量的因素、弹性模量的测量及应用、滞弹性与内耗、内耗产生的机制、内耗的测量方法和度量、内耗分析的应用等;第六章为核物理检测方法及应用,主要介绍穆斯堡尔、核磁共振、正电子湮没和中子散射等现代物理方法。 在学习过程中对材料的磁学性能印象最深刻,物质的磁学性能在研究中非常重要,这是因为磁性是一切物质的基本属性之一,它存在的范围很广,小至微观粒子大到宇宙天体几乎丢存在着磁现象。磁性不只是一个宏观的物理量,而且与物质的微观结构密切相关;它不仅取决于物质的原子结构,还取决于原子间的相互作用,即键合情况和晶体结构等。因此,研究磁性是研究物质内部微观结构的重要方法之一。 随着现代科学技术和工业的发展,磁性材料的应用越来越广泛,特别是电子技术的发展,对磁性材料又提出了心得要求。因此,研究

有关磁性的理论、发现新型的磁性材料是材料科学的一个重要方向。下面主要介绍磁性材料的内容。 磁性材料是一种新兴的基础功能材料。虽然我们人类早在几千年前就发现了磁石相吸和磁石吸铁的现象,但我们对于磁性材料的开发研究还不足100年。经过不断的发现研究,磁性材料已经成为一个庞大的家族。早在公元前四世纪、人们就发现了天然的磁石,我国古代人民最早用磁石和钢针制成了指南针、并将它用于军事和航海。对物质磁性的研究具有悠久的历史、是在十七世纪末期和十九世纪开始发展起来的。近代物理学大发展,电流的磁效应、电磁感应等相继被发现和研究,同时磁性材料的理论出现,涌现了像法拉第等大批电磁学大师。20世纪,法国的外斯提出了著名的磁性物质的分子场假说,奠定了现代磁学的基础。 磁性材料具有磁有序的强磁性物质,广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。磁性是物质的一种基本属性。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质,抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性质分为金属和非金属两类,前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等,后者主要是铁氧体材料。按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料,旋磁材料以及磁性薄膜材料等,反应磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。

无机材料物理性能题库(2)综述

名词解释 1.应变:用来描述物体内部各质点之间的相对位移。 2.弹性模量:表征材料抵抗变形的能力。 3.剪切应变:物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角变化。 4.滑移:晶体受力时,晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动,就叫滑移. 5.屈服应力:当外力超过物理弹性极限,达到某一点后,在外力几乎不增加的情况下,变形骤然加快,此点为屈服点,达到屈服点的应力叫屈服应力。 6.塑性:使固体产生变形的力,在超过该固体的屈服应力后,出现能使该固体长期保持其变形后的形状或尺寸,即非可逆性。 7.塑性形变:在超过材料的屈服应力作用下,产生变形,外力移去后不能恢复的形变。 8.粘弹性:一些非晶体和多晶体在比较小的应力时,可以同时变现出弹性和粘性,称为粘弹性. 9.滞弹性:弹性行为与时间有关,表征材料的形变在应力移去后能够恢复但不能立即恢复的能力。 10.弛豫:施加恒定应变,则应力将随时间而减小,弹性模量也随时间而降低。 11.蠕变——当对粘弹性体施加恒定应力,其应变随时间而增加,弹性模量也随时间而减小。 12.应力场强度因子:反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量称为应力强度因子。它和裂纹尺寸、构件几何特征以及载荷有关。 13.断裂韧性:反映材料抗断性能的参数。 14.冲击韧性:指材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。 15.亚临界裂纹扩展:在低于材料断裂韧性的外加应力场强度作用下所发生的裂纹缓慢扩展称为亚临界裂纹扩展。 16.裂纹偏转增韧:在扩展裂纹剪短应力场中的增强体会导致裂纹发生偏转,从而干扰应力场,导致机体的应力强度降低,起到阻碍裂纹扩展的作用。 17.弥散增韧:在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料达到增韧的效果,称为弥散增韧。 18.相变增韧:利用多晶多相陶瓷中某些相成份在不同温度的相变,从而达到增韧的效果,称为相变增韧。 19.热容:分子热运动的能量随着温度而变化的一个物理量,定义为物体温度升高1K所需要的能量。 20.比热容:将1g质量的物体温度升高1K所需要增加的热量,简称比热。 21.热膨胀:物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。 热传导:当固体材料一端的温度笔另一端高时,热量会从热端自动地传向冷端。22.热导率:在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米,面积为1平方米的平行平面,若两个平面的温度相差1K,则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率。 23.热稳定性:指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力,又称为抗热震性。 24.抗热冲击断裂性:材料抵抗温度急剧变化时瞬时断裂的性能。 25.抗热冲击损伤性:材料抵抗热冲击循环作用下缓慢破坏的性能。 26.热应力:材料热膨胀或收缩引起的内应力。 27.声频支振动:振动的质点中包含频率甚低的格波时,质点彼此间的位相差不

材料物理与化学专业博士研究生培养方案

材料物理与化学专业博士研究生培养方案 一、培养目标及学习年限: 本专业培养德、智、体全面发展的材料物理与化学方面的高级专门人才。要求学生遵守中华人民共和国宪法和法律,具有为科学事业献身的精神、良好的品德和科学修养、健康的身体和良好的心理素质;在本学科掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专业知识,掌握一至两门外国语,具有独立从事科学研究、教学或独立负担专业技术工作的能力,在材料物理与化学或相关科学领域的研究或应用上做出创造性成果,成为为社会主义建设服务的高级科学专门人才。 学习年限按中山大学《学位与研究生教育工作手册》有关规定执行。 二、研究方向: 1、光电薄膜材料与器件; 2、光电纳米材料与技术; 3、一维纳米材料与纳米结构研究; 4、功能纳米材料的合成与物性表征; 5、纳米材料与技术在生物医学中的应用; 6、高分子材料物理与化学; 7、无机材料物理与化学; 8、功能高分子材料; 9、低维材料与量子器件;10、光子学与光电子材料;11、有机光电功能材料;12、燃料电池及关键材料研究;13、新型电池材料;14、材料微观结构表征理论与方法。 三、课程设置及学分要求 (二)、硕博连读生、直博生:必修课21学分,指选课不少于7学分,总学分不少于40学

四、培养必修环节要求 按《中山大学学位与研究生教育工作手册》和《物理科学与工程技术学院研究生培养管理条例》有关规定执行。 五、学位论文工作及发表论文要求 按《物理科学与工程技术学院研究生培养管理条例》有关规定执行。 六、必读和选读书目

七、培养质量要求和保障措施 培养材料物理与化学专业高素质的专业人才,要求学生掌握本学科坚实宽广的基础理论和系统深入的专业知识,具有独立从事科学研究、教学或独立负担专业技术工作的能力,在材料物理与化学或相关科学领域的研究或应用上做出创造性成果,成为为社会主义建设服务的高级科学专门人才。 优秀的导师团队是培养博士研究生的基本保障,可以给博士研究生悉心指导,帮助其选择合理的研究方向和学位论文课题;本专业良好的科研背景可为博士研究生提供良好的学习、研究条件;此外,学院鼓励、支持博士研究生参与国内外的学术交流活动,提供良好的学术氛围。

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材料物理性能 第一章 考点1. 电子理论的发展经历了三个阶段,即古典电子理论、量子自由电子理论和能带理论。古典电子理论假设金属中的价电子完全自由,并且服从经典力学规律; 量子自由电子理论也认为金属中的价电子是自由的,但认为它们服从量子力学规律;能带理论则考虑到点阵周期场的作用。 考点2. 费米电子 在T = 0K时,大块金属中的自由电子从低能级排起,直到全部价电子均占据了相应的能级为止。具有能量为EF(0)以下的所有能级都被占满,而在EF(0)之上的能级都空着,EF(0)称为费米能,是由费米提出的,相应的能级称为费米能级。 考点3. 四个量子数 1、主量子数n 2、角量子数l 3、磁量子数m 4、自旋量子数ms 考点4. 思考题 1、过渡族金属物理性能的特殊性与电子能带结构有何联系? 过渡族金属的 d 带不满,且能级低而密,可容纳较多的电子,夺取较高的 s 带中的电子,降低费米能级。 第二章 考点5. 载流子 载流子可以是电子、空穴,也可以是离子、离子空位。材料所具有的载流子种类不同,其导电性能也有较大的差异,金属与合金的载流子为电子,半导体的载流子为电子和空穴,离子类导电的载流子为离子、离子空位。而超导体的导电性能则来自于库柏电子对的贡献。 考点6. 杂质可以分为两类 一种是作为电子供体提供导带电子的发射杂质,称为“施主”;另一种是作为电子受体提供价带空穴的收集杂质,称为“受主”。 掺入施主杂质后在热激发下半导体中电子浓度增加(n>p),电子为多数载流子,简称“多子”,空穴为少数载流子,简称“少子”。这时以电子导电为主,故称为n型半导体。施主杂质有时也就称为n型杂质。 在掺入受主的半导体中由于受主电离(p>n),空穴为多子,电子为少子,因而以空穴导电为主,故称为p型半导体。受主杂质也称为p型杂质。 考点7. 我们把只有本征激发过程的半导体称为本征半导体。 考点8. 在同一种半导体材料中往往同时存在两种类型的杂质,这时半导体的导电类型主要取决于掺 杂浓度高的杂质。 随着温度的升高本征载流子的浓度将迅速增加,而杂质提供的载流子浓度却不随温度而改变。因此,在高温时即使是杂质半导体也是本征激发占主导地位,呈现出本征半导体的特征(n≈p)。一般半导体在常温下靠本征激发提供的载流子甚少

材料无机材料物理性能考试及答案

材料无机材料物理性能考试及答案

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无机材料物理性能试卷 一.填空(1×20=20分) 1.CsCl结构中,Cs+与Cl-分别构成____格子。 2.影响黏度的因素有____、____、____. 3.影响蠕变的因素有温度、____、____、____. 4.在____、____的情况下,室温时绝缘体转化为半导体。 5.一般材料的____远大于____。 6.裂纹尖端出高度的____导致了较大的裂纹扩展力。 7.多组分玻璃中的介质损耗主要包括三个部分:____、________、____。 8.介电常数显著变化是在____处。 9.裂纹有三种扩展方式:____、____、____。 10.电子电导的特征是具有____。 二.名词解释(4×4分=16分) 1.电解效应 2.热膨胀 3.塑性形变 4.磁畴 三.问答题(3×8分=24分) 1.简述晶体的结合类型和主要特征: 2.什么叫晶体的热缺陷?有几种类型?写出其浓度表达式?晶体中离子电导分为哪几类? 3.无机材料的蠕变曲线分为哪几个阶段,分析各阶段的特点。 4.下图为氧化铝单晶的热导率与温度的关系图,试解释图像先增后减的原因。 四,计算题(共20分) 1.求熔融石英的结合强度,设估计的表面能为1.75J/m2;Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm,弹性模量值从60 到75GPa。(10分) 2.康宁1273玻璃(硅酸铝玻璃)具有下列性能参数: =0.021J/(cm ·s ·℃);a=4.6×10-6℃-1;σp=7.0kg/mm2,

材料物理性能

材料物理性能 第一章、材料的热学性能 一、基本概念 1.热容:物体温度升高1K 所需要增加的能量。(热容是分子热运动的能量随温度变化的一个物理量)T Q c ??= 2.比热容:质量为1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。[ 与 物质的本性有关,用c 表示,单位J/(kg ·K)]T Q m c ??=1 3.摩尔热容:1mol 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。用Cm 表示。 4.定容热容:加热过程中,体积不变,则所供给的热量只需满足升高1K 时物体内能的增加,不必再以做功的形式传输,该条件下的热容: 5.定压热容:假定在加热过程中保持压力不变,而体积则自由向外膨胀,这时升高1K 时供 给 物体的能量,除满足内能的增加,还必须补充对外做功的损耗。 6.热膨胀:物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。 7.线膨胀系数αl :温度升高1K 时,物体的相对伸长。t l l l ?=?α0 8.体膨胀系数αv :温度升高1K 时,物体体积相对增长值。t V V t t V ??= 1α 9.热导率(导热系数)λ:在 单位温度梯度下,单位时间内通过单位截面积的热量。(标志 材 料热传导能力,适用于稳态各点温度不随时间变化。)q=-λ△T/△X 。 10.热扩散率(导温系数)α:单位面积上,温度随时间的变化率。α=λ/ρc 。α表示温度变化的速率(材料内部温度趋于一致的能力。α越大的材料各处的温度差越小。适用于非稳态不稳定的热传导过程。本质仍是材料传热能力。)。 二、基本理论

1.德拜理论及热容和温度变化关系。 答:⑴爱因斯坦没有考虑低频振动对热容的贡献。 ⑵模型假设:①固体中的原子振动频率不同;处于不同频率的振子数有确定的分布函数; ②固体可看做连续介质,能传播弹性振动波; ③固体中传播的弹性波分为纵波和横波两类; ④假定弹性波的振动能级量子化,振动能量只能是最小能量单位hν的整数倍。 ⑶结论:①当T》θD时,Cv,m=3R;在高温区,德拜理论的结果与杜隆-珀蒂定律相符。 ②当T《θD时,Cv,m∝3T。 ③当T→0时,Cv,m→0,与实验大体相符。 ⑷不足:①由于德拜把晶体看成连续介质,对于原子振动频率较高的部分不适用; ②晶体不是连续介质,德拜理论在低温下也不符; ③金属类的晶体,没有考虑自由电子的贡献。 2.热容的物理本质。 答:温度一定时,原子虽然振动,但它的平衡位置不变,物体体积就没变化。物体温度升高了,原子的振动激烈了,但如果每个原子的平均距离保持不变,物体也就不会因为温度升高而发生膨胀。 【⑴反映晶体受热后激发出的晶格波和温度的关系; ⑵对于N个原子构成的晶体,在热振动时形成3N个振子,各个振子的频率不同,激发出的声子能力也不同; ⑶温度升高,晶格的振幅增大,该频率的声子数目也增大; ⑷温度升高,在宏观上表现为吸热或放热,实质上是各个频率声子数发生变化。材料物理的解释】 3.热膨胀的物理本质。 答:由于原子之间存在着相互作用力,吸引力与斥力。力大小和原子之间的距离有关(是非线性关系,引力、斥力的变化是非对称的),两原子相互作用是不对称变化,当温度上升,势能增高,由于势能曲线的不对称性必然导致振动中心右移。即原子间距增大。 ⑴T↑原子间的平均距离↑r>r0吸引合力变化较慢 ⑵T↑晶体中热缺陷密度↑r<r0排斥合力变化较快 【材料质点间的平均距离随温度的升高而增大(微观),宏观表现为体积、线长的增大】 4.固体材料的导热机制。 答:⑴固体的导热包括:电子导热、声子导热和光子导热。 ①纯金属:电子导热是主要机制; ②合金:声子导热的作用增强; ③半金属或半导体:声子导热、电子导热; ④绝缘体:几乎只有声子导热一种形式,只有在极高温度下才可能有光子导热存在。 ⑵气体:分子间碰撞,可忽略彼此之间的相互作用力。 固体:质点间有很强的相互作用。 5.焓和热容与加热温度的关系。P11。图1.8 ⑴①有潜热,热容趋于无穷大;⑵①无潜热,热容有突变

无机材料物理性能课后习题答案

《材料物理性能》 第一章材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力,若直径拉细至 2.4mm ,且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变,并比较讨论这些计算结果。 解: 由计算结果可知:真应力大于名义应力,真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa),试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔,再估算其上限和下限弹性模量。 解:令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=,V 2=。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时,将P=代入经验计算公式E=E 0+可得,其上、下限弹性模量分别变为 GPa 和 GPa 。 1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ,若其临界抗剪强度 τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值,并求滑移面的法向应力。 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量

无机材料物理性能期末复习题

期末复习题参考答案 一、填空 1.一长30cm的圆杆,直径4mm,承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm,且体积保持不变,在此拉力下名义应力值为,名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3.固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4.格波间相互作用力愈强,也就是声子间碰撞几率愈大,相应的平均自由程愈小,热导率也就愈低。 5.电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。 6.复介电常数由实部和虚部这两部分组成,实部与通常应用的介电常数一致,虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 7.无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 8.广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?(1-m)2x。9.设某一玻璃的光反射损失为m,如果连续透过x块平板玻璃,则透过部分应为 I 10.对于中心穿透裂纹的大而薄的板,其几何形状因子Y= 。 11.设电介质中带电质点的电荷量q,在电场作用下极化后,正电荷与负电荷的位移矢量为l,则此偶极矩为 ql 。 12.裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 13.Griffith微裂纹理论认为,断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断,而是裂纹扩展的结果。14.考虑散热的影响,材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 15.当温度不太高时,固体材料中的热导形式主要是声子热导。 16.在应力分量的表示方法中,应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向,第二个字母表示应力作用的方向。 17.电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 18.原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 19. 按照格里菲斯微裂纹理论,材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量,而是决定于裂纹的大小,即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 20.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大,产生很大的内应力,使坯体产生微裂纹。 21.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 22.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 23.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释 自发极化:极化并非由外电场所引起,而是由极性晶体内部结构特点所引起,使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩,这种极化机制为自发极化。 断裂能:是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用,不仅取决于组分、结构,在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。 滞弹性:当应力作用于实际固体时,固体形变的产生与消除需要一定的时间,这种与时间有关的弹性称为滞弹性。 格波:处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果,这种波称为格波,格波的一个

材料物理性能.

※ 材料的导电性能 1、 霍尔效应 电子电导的特征是具有霍尔效应。 置于磁场中的静止载流导体,当它的电流方向与磁场方向不一致时,载流导体上平行于电流和磁场方向上的两 个面之间产生电动势差,这种现象称霍尔效应。 形成的电场E H ,称为霍尔场。表征霍尔场的物理参数称为霍尔系数,定义为: 霍尔系数R H 有如下表达式:e n R i H 1 ± = 表示霍尔效应的强弱。霍尔系数只与金属中自由电子密度有关 2、 金属的导电机制 只有在费密面附近能级的电子才能对导电做出贡献。 利用能带理论严格导出电导率表达式: 式中: nef 表示单位体积内实际参加传导过程的电子数; m *为电子的有效质量,它是考虑晶体点阵对电场作用的结果。 此式不仅适用于金属,也适用于非金属。能完整地反映晶体导电的物理本质。 量子力学可以证明,当电子波在绝对零度下通过一个完整的晶体点阵时,它将不受散射而无阻碍的传播,这时 电阻为零。只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方,电子波才受到散射(不相干散射),这就会产生电阻——金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示),以及晶体中异类原子、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样,电子波在这些地方发生散射而产生电阻,降低导电性。 3、 马西森定律 (P94题11) 试说明用电阻法研究金属的晶体缺陷(冷加工或高温淬火)时威慑年电阻测量要在低温下进行。 马西森(Matthissen )和沃格特(V ogt )早期根据对金属固溶体中的溶质原子的浓度较小,以致于可以略去它们 之间的相互影响,把金属的电阻看成由金属的基本电阻ρL(T)和残余电阻ρ?组成,这就是马西森定律( Matthissen Rule ),用下式表示: ρ?是与杂质的浓度、电缺陷和位错有关的电阻率。 ρL(T)是与温度有关的电阻率。 4、 电阻率与温度的关系 金属的温度愈高,电阻也愈大。 若以ρ0和ρt 表示金属在0 ℃和T ℃温度下的电阻率,则电阻与温度关系为: 在t 温度下金属的电阻温度系数: 5、 电阻率与压力的关系 在流体静压压缩时,大多数金属的电阻率降低。 在流体静压下金属的电阻率可用下式计算 式中:ρ0表示在真空条件下的电阻率;p 表示压力;φ是压力系数(负值10-5~10-6 )。 正常金属(铁、钴、镍、钯、铂等),压力增大,金属电阻率下降;反常金属(碱土金属和稀土金属的大部分) 6、 缺陷对电阻率的影响:不同类型的缺陷对电阻率的影响程度不同,空位和间隙原子对剩余电阻率的影响和金属 杂质原子的影响相似。点缺陷所引起的剩余电阻率变化远比线缺陷的影响大。

最新无机材料物理性能考试试题及答案

无机材料物理性能考试试题及答案 一、填空(18) 1. 声子的准粒子性表现在声子的动量不确定、系统中声子的数目不守恒。 2. 在外加电场E的作用下,一个具有电偶极矩为p的点电偶极子的位能U=-p·E,该式表明当电偶极矩的取向与外电场同向时,能量为最低而反向时能量为最高。 3. TC为正的温度补偿材料具有敞旷结构,并且内部结构单位能发生较大的转动。 4. 钙钛矿型结构由 5 个简立方格子套购而成,它们分别是1个Ti 、1个Ca 和3个氧简立方格子 5. 弹性系数ks的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。 6. 按照格里菲斯微裂纹理论,材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量,而是决定于裂纹的大小,即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 7. 制备微晶、高密度与高纯度材料的依据是材料脆性断裂的影响因素有晶粒尺寸、气孔率、杂质等。 8. 粒子强化材料的机理在于粒子可以防止基体内的位错运动,或通过粒子的塑性形变而吸收一部分能量,达从而到强化的目的。 9. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大,产生很大的内应力,使坯体产生微裂纹。 10.裂纹有三种扩展方式:张开型、滑开型、撕开型 11. 格波:晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波,或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形成的波 二、名词解释(12) 自发极化:极化并非由外电场所引起,而是由极性晶体内部结构特点所引起,使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩,这种极化机制为自发极化。 断裂能:是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用,不仅取决于组分、结构,在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。 电子的共有化运动:原子组成晶体后,由于电子壳层的交叠,电子不再完全局限在某一个原子上,可以由一个原子的某一电子壳层转移到相邻原子的相似壳层上去,因而电子可以在整个晶体中运动。这种运动称为电子的共有化运动。 平衡载流子和非平衡载流子:在一定温度下,半导体中由于热激发产生的载流子成为平衡载流子。由于施加外界条件(外加电压、光照),人为地增加载流子数目,比热平衡载流子数目多的载流子称为非平衡载流子。 三、简答题(13) 1. 玻璃是无序网络结构,不可能有滑移系统,呈脆性,但在高温时又能变形,为什么? 答:正是因为非长程有序,许多原子并不在势能曲线低谷;在高温下,有一些原子键比较弱,只需较小的应力就能使这些原子间的键断裂;原子跃迁附近的空隙位置,引起原子位移和重排。不需初始的屈服应力就能变形-----粘性流动。因此玻璃在高温时能变形。 2. 有关介质损耗描述的方法有哪些?其本质是否一致? 答:损耗角正切、损耗因子、损耗角正切倒数、损耗功率、等效电导率、复介电常数的复项。多种方法对材料来说都涉及同一现象。即实际电介质的电流位相滞后理想电介质的电流位相。因此它们的本质是一致的。 3. 简述提高陶瓷材料抗热冲击断裂性能的措施。 答:(1) 提高材料的强度 f,减小弹性模量E。(2) 提高材料的热导率c。(3) 减小材料的热膨胀系数a。(4) 减小表面热传递系数h。(5) 减小产品的有效厚度rm。

材料物理性能期末复习重点-田莳

1.微观粒子的波粒二象性 在量子力学里,微观粒子在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。这种量子行为称为波粒二象性。 2.波函数及其物理意义 微观粒子具有波动性,是一种具有统计规律的几率波,它决定电子在空间某处出现的几率,在t 时刻,几率波应是空间位置(x,y,z,t)的函数。此函数 称波函数。其模的平方代表粒子在该处出现的概率。 表示t 时刻、 (x 、y 、z )处、单位体积内发现粒子的几率。 3.自由电子的能级密度 能级密度即状态密度。 dN 为E 到E+dE 范围内总的状态数。代表单位能量范围内所能容纳的电子数。 4.费米能级 在0K 时,能量小于或等于费米能的能级全部被电子占满,能量大于费米能级的全部为空。故费米能是0K 时金属基态系统电子所占有的能级最高的能量。 5.晶体能带理论 假定固体中原子核不动,并设想每个电子是在固定的原子核的势场及其他电子的平均势场中运动,称单电子近似。用单电子近似法处理晶体中电子能谱的理论,称能带理论。 6.导体,绝缘体,半导体的能带结构 根据能带理论,晶体中并非所有电子,也并非所有的价电子都参与导电,只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。从下图可以看出,导体中导带和价带之间没有禁区,电子进入导带不需要能量,因而导电电子的浓度很 大。在绝缘体中价带和导期隔着一个宽的禁带E g ,电子由价带到导带需要外界供给能量,使电子激发,实现电子由价带到导带的跃迁,因而通常导带中导电电子浓度很小。半导体和绝缘体有相类似的能带结构,只是半导体的禁带较窄(E g 小) ,电子跃迁比较容易 1.电导率 是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值。当施加电压于导体的两 端 时,其电荷载子会呈现朝某方向流动的行为,因而产生电流。电导率 是以欧姆定律定义为电流密度 和电场强度 的比率: κ=1/ρ 2.金属—电阻率与温度的关系 金属材料随温度升高,离子热振动的振幅增大,电子就愈易受到散射,当电子波通过一个理想品体点阵时(0K),它将不受散射;只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方,电子被才受到散射(不相干散射),这就是金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示),以及晶体中异类原于、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样,电子波在这些地方发生散射而产生电阻,降低导电性。 金属电阻率在不同温度范围与温度变化关系不同。一般认为纯金属在整个温度区间产生电阻机制是电子-声子(离子)散射。在极低温度下,电子-电子散射构成了电阻产生的主要机制。金属融化,金属原子规则阵列被破坏,从而增强了对电子的散射,电阻增加。 3.离子电导理论 离子电导是带有电荷的离子载流子在电场作用下的定向移动。一类是晶体点阵的基本离子,因热振动而离开晶格,形成热缺陷,离子或空位在电场作用下成为导电载流子,参加导电,即本征导电。另一类参加导电的载流子主要是杂质。 离子尺寸,质量都远大于电子,其运动方式是从一个平衡位置跳跃到另一个平衡位置。离子导电是离子在电场作用下的扩散。其扩散路径畅通,离子扩散系数就高,故导电率高。 4.快离子导体(最佳离子导体,超离子导体) 具有离子导电的固体物质称固体电解质。有些

材料科学与工程一级学科.doc

学院概况 西安建筑科技大学材料与矿资学院,其前身可追溯到1956年在建筑工艺系开设的“混凝土及建筑制品工艺”专业。学院师资力量雄厚,目前共有教职工147人,其中中国工程院院士1人,教授及教授级高级工程师16人,副教授及高级工程师34人,设有陕西省“三秦学者”岗位,此外还聘有一大批国内外材料学科的专家学者为学院兼职教授。 学院目前拥有材料科学与工程、矿业工程和安全科学与工程三个一级学科,拥有材料科学与工程一级学科博士点,材料物理与化学、材料学、建筑材料、资源循环科学与工程4个二级博士点,硕士学位授予权覆盖学院全部专业。学院设有材料科学与工程博士后科研流动站。 学院下设粉体工程研究所、高温陶瓷研究所、建筑工程材料研究所、材料科学研究所、劳动安全卫生研究所和矿物资源工程研究所6个具有教学、科研和技术服务等职能的实体研究所。拥有国家干法水泥回转窑预热预分解技术研究推广中心、教育部生态水泥工程中心、国家与地方联合生态建筑材料工程技术中心、陕西省(13115)生态水泥、混凝土工程技术研究中心、陕西省新型干法水泥工程研究中心、陕西省水泥新技术推广中心、国家建材设计甲级资质、矿山设计乙级资质和陕西省建筑工程材料质量检测中心。莱钢集团、陕西尧柏集团、陕西声威集团、河南海格尔集团、济南新峨嵋、北京新奥混凝土集团有限公司等企业在我院设立了工程技术研究中心。 近年来,学院在科学研究方面取得了丰硕的成果,形成了新型干法水泥工艺理论与技术、粉体工程、新型超细粉磨技术、工业废弃物资源化、高强与高性能混凝土、陶瓷基复合材料制备技术和新型功能耐火材料研制等研究方向。发表高水平学术论文960余篇,其中三大检索收录330篇,出版专著7部,教材35部。先后获得国家科技进步二等奖1项、国家发明四等奖1项、省部级奖20余项,获国家发明专利180项,年均科研经费3000万元。与德国亚琛工业大学、澳大利亚新南威尔士大学、挪威科技大学等国外知名大学建立了友好合作关系。 学院以独特的地理条件、行业渊源,立足西部,面向全国,为国家培养了一大批新型水泥工艺及装备、耐火材料、工业废弃物资源化、高强与高性能混凝土方面的专门人才,解决了大量的工程技术关键问题,为国家经济建设和陕西地方

材料物理与化学.

材料物理与化学 080501 (一级学科:材料科学与工程) 本学科1998年获得硕士学位授予权,以研究材料中的物理化学过程为主,注重基础理论的培养,并与应用研究相结合,培养学生的独立工作能力为主。主要研究方向有: 1.低维材料合成化学:主要从事零维,一维和二维纳米材料的新方法、新材料合成的研究,特别是材料合成过程中的化学问题。二维材料开展液相电化学沉积技术的基础及应用研究。一维纳米材料的研究着重于半导体化合物纳米管纳米带的制备及应用的研究,如III-V和II-VI化合物半导体纳米管及纳米带的制备方法及器件应用的研究。零维纳米材料的研究则在化合物半导体纳米粉末的制备及与高分子复合材料制备技术及其应用方面开展研究,特别是一些新型制备方法的研究。 2.生物医用材料的物理与化学:生物医用材料是指对人体进行诊断、治疗和置换损坏的组织或器官以及增强其功能的材料,其作用不能为药物所替代。主要采用高分子合成化学的方法来制备新型可降解高分子材料,以获得在功能上与天然大分子接近,在力学与加工性能上又具有合成高分子材料特性的生物医用材料,并研究作为人体组织修复和替代材料、美容整形填充材料、药物控释载体材料等的使用。 3.材料界面物理与化学及高分子材料合成技术:主要研究自由基活性/可控聚合反应,新型光学活性高分子,高分子自组装与性能研究。 4.材料微结构与材料物理:针对国防先进材料,研究材料形成过程、结构演变规律及其物理与化学机理。通过对材料的微结构研究,揭示材料的形成热力学与动力学机制,研究材料微结构与性能的关系,建立典型材料(隐身材料、热透波材料、防热材料及其他特殊电磁功能材料)的结构与性能表征的研究新方法与测试技术。 一、培养目标 掌握坚实的材料物理化学基础理论和系统的材料物理化学专门知识,具有从事科学研究或担负专门技术的能力,能够胜任材料物理化学相关的教学科研工作。 二、课程设置

材料物理与性能配套课后题答案精选

材料物理与性能配套课后题答案精 选 第一章:试阐述经典热容理论、爱因斯坦量子热容理论及德拜热容理论,并说出它们的不同之处。答:经典热容理论:杜隆-珀替把气体分子的热容理论直接应用于固体,并用统计力学处理热容。晶体摩尔热容为常数。爱因斯坦量子热容理论:爱因斯坦把晶体中原子看成是具有相同频率、并在空间自振动的独立振子。引用了晶格振动能量量子化即声子的概念。德拜量子热容理论:格波的频率有一定分布,即不为常数。德拜考虑到低温下只有频率较低的长声学波对热容才有重要的贡献,可用连续介质中的弹性波来描述。阐述金属热容与合金热容的特点。LeccVV答:包括点阵振动引起的热容和电子热容。一般情况下,常温时点阵振动贡献的热容远

大于电子热容,只有在温度极低或极高时,电子热容才不能被忽略。金属及合金发生相变时,会产生附加的热效应,并因此使热容发生异常变化。按照变化特征主要可分为一级相变、二级相变、亚稳态组织转变等情况。证明理想固体线膨胀系数和体膨胀系数间的关系。答:见文中~。简述影响膨胀系数的因素。答:膨胀系数与温度、热容、质点间的结合能、熔点以及物质的结构都有关系。为什么导电性好的材料一般其导热性也好?答:固体中的导热主要是晶格振动的格波和自运动来实现的。导电性好的材料有大量的自电子,而且电子的质量很轻,能够迅速地实现热量的传递。因此,导电性好的材料一般导热性也好。一级相变、二级相变对热容有什么影响?答:一级相变伴随相变潜热发生,若为恒温转变,在相变时伴随有焓的突变,同时热容趋于无穷大,但是二级相变则没有相变潜热,但热容有

突变。何谓热应力?它是如何产生的?请以平面陶瓷薄板为例说明热应力的计算。答:不改变外力作用状态,材料仅因热冲击在温度作用下产生的内应力叫热应力。其产生和计算见文中节。何谓差热分析法?差热分析法与普通热分析法有何不同?在DTA基础上发展起来的差示扫描量热法与DTA有何不同?答:DTA是在程序控制温度下,测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。差热分析反映的是物质在受热或冷却过程中发生的物理变化和化学变化伴随着吸热和放热现象。如晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化,以及氧化还原、分解、脱水和离解等等化学变化均伴随一定的热效应变化。。简述纳米材料在热学性能上与常规材料的不同,并请解释其原因。答:于纳米材料与常规粉体材料相比,纳米粒子的表面能高,表面原子数多,这些表面原子近邻配位不全,活性大,因此,其

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