功能材料概论真题精选.docx
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功能材料概论真题精选.docx
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功能材料概论真题精选
功能材料概论真题精选
[填空题]
1简述砷化镓单晶的主要制备方法。
参考答案:
一种是在石英管密封系统中装有砷源,通过调节砷源温度来控制系统中的砷压。
这种方法包括水平舟区熔法、定向结晶法、温度梯度法、磁拉法和浮区熔炼法等。
另一种是将熔体用某种液体覆盖,并在压力大于砷化镓离解压的气氛中合成拉晶,称为液体封闭直拉法。
[填空题]
2复合材料设计的基本思想是什么?
举一例说明。
参考答案:
达到功能复合,能保留原组成原料的特性,并通过复合效应得到原来所不具有的更为优越的新性能。
碳纤维复合材料制造大飞机;轮胎是由橡胶、碳黑、帘子线等材料构成的。
[填空题]
3()、()和()材料统称为半导体微结构材料。
参考答案:
半导体异质结;超晶格;量子阱
[填空题]
4超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体,称为()。
参考答案:
第一类超导体
[填空题]
5结晶形锗硅合金的制备方法有()、水平法、热分解法和()。
参考答案:
直拉法;热压法
[填空题]
6在处理与热振动能量相关的一类问题时,往往把晶格点阵的集体振动,等效成若干个不同频率的互相独立的简正振动的叠加。
而每一种频率的简正振动的能量都是量子化的,其能量量子
(q)就称为()。
参考答案:
声子
[填空题]
7砷化镓膜材料主要通过外延技术制备。
主要外延方法有()外延、液相外延和()外延
参考答案:
气相;气束
[填空题]
8对处于超导态的超导体施加一个磁场,当磁场强度高于HC时,磁力线将穿人超导体,超导态被破坏。
一般把可以破坏超导态的最小磁场强度称为()。
参考答案:
临界磁场
[填空题]
9有机半导体分为()、()和高分子聚合物。
参考答案:
有机分子晶体;有机分子络合物
[填空题]
10请简述第一类超导体与第二类超导体的区别
参考答案:
H.C0为0K时的临界磁场。
当T=TC时,=0;随温度的降低,HC增加,至0K时达到最大值HC0。
HC与材料性质也有关系,上述在临界磁场以下显示超导性,超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体,称为第一类超导体。
与第一类超导体相反,第二类超导体有两个临界磁场。
一个是下临界磁场(HC1)另一个是上临界磁场(Hc2)。
下临界磁场值较小,上临界磁场比下临界磁场高一个数最级,而且,大部分第二类超导体的上临界磁场比第一类超导体的临界磁场要高得多。
在温度低于Hc条件下,外磁场小于HC时,第二类超导体与第一类超导体相同,处于完全抗磁性状态。
当外磁场介于Hc1与Hc2之间时,第二类超导体处于超导态与正常态的混合状态,磁场部分进入超导体内部。
[填空题]
11非晶态硅薄膜的主要用途是作(),即直接将太阳能转换为电能的器件。
参考答案:
太阳能电池
[填空题]
12氢能源开发中的难题是()和()。
参考答案:
制氢工艺;氢的贮存
[填空题]
13硅和锗都具有()结构,化学键为()。
参考答案:
金刚石;共价键
[填空题]
14作为贮氢材料,滞后越()越好。
参考答案:
小
[填空题]
15简述半导体材料的概念。
参考答案:
1.由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物并具有确定的禁带宽度和能带
结构等半导体性质的化合物称为化合物半导体材料。
2.半导体异质结、超晶格和量子阱材料统称为半导体微结构材料。
3.由两种不同半导体材料所组成的结,称为异质结。
4.两种或两种以上不同材料的薄层周期性地交替生长,构成超晶格。
5.当两个同样的异质结背对背接起来,构成一个量子阱。
6.在超晶格结构中,如果超晶格的重复单元是由不同半导体材料的薄膜堆垛而成,则称为
组分超晶格。
7.掺杂超晶格是在同一种半导体中,用交替地改变掺杂类型的方法做成的新型人造周期性
半导体结构的材料。
8.势垒足够厚,足够高时,相邻阱中的电子波函数不发生交叠,这种结构材料中的电子行
为如同单个阱中电子行为的简单总和,这种材料称为多量子阱材料。
9.分子束外延是指组成化合物的各元素通过加热方式,以原子束或分子束形式喷射在加热
的衬底表面经表面扩散和物理化学反应,形成化合物晶体薄膜的过程。
10.光电子材料是应用于光电子技术的材料总称,是指具有光子和电子的产生、转换和传输功能的材料。
11.半导体陶瓷是指导电性能介于导电陶瓷和绝像介质陶瓷之间的一类材料。
[填空题]
16简述机械合金化技术应用于贮氢合金的制备的优缺点
参考答案:
机械合金化技术应用于贮氢合金的制备,是改善贮氢合金性能的有效途径。
该技术成本低、工艺简单、生产周期短;制备的贮氢合金具有贮氢量大、活化容易、吸释氢速度快、电催化活性好等优点。
美中不足的是用MA制备贮氢合金尚处于实验室研究阶段,理论模型,工艺参数,工艺条件还有待于进一步优化。
[填空题]
17对制做记录介质的磁性材料(磁粉及磁性薄膜)要求?
参考答案:
(1)剩余磁感应强度Br高;
(2)矫顽力Hc适当的高;
(3)磁滞回线接近矩形,Hc附近的磁导率尽量高;
(4)磁层均匀,厚度适当,记录密度越高,磁层愈薄;
(5)磁性粒子的尺寸均匀,呈单畴状态;
(6)磁致伸缩小,不产生明显的加压退磁效应;
(7)基本磁特性的温度系数小,不产生明显的加热退磁效应;
(8)磁粉粒子易分散,在磁场作用下容易取向排列,不形成磁路闭合的粒子集团。
[填空题]
18简述形状记忆合金。
参考答案:
1.有些形状记忆合金在加热发生马氏体逆转变时,对母相有记忆效应;当从相再次冷却为马氏体时,还回复原马氏体的形状,这种现象称为双向形状记忆效应,又称可逆形状记忆效应。
2.具有马氏体逆转变,且Ms与As相差很小的合金,将其冷却到Ms点以下,马氏体晶核随温度下降逐渐长大,温度回升时马氏体片又反过来同步地随温度上升而缩小,这种马氏体叫热弹性马氏体。
3.在Ms以上某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变,形成的马氏体叫应力诱发马氏体。
4.有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体,应力增加时马氏体长大,反之马氏体缩小,应力消除后马氏体消失,这种马氏体叫应力弹性马氏体。
5.应力弹性马氏体形成时会使合金产生附加应变,当除去应力时,这种附加应变也随之消失,这种现象称为超弹性(伪弹性)。
[填空题]
19简述对磁头材料的基本性能要求?
参考答案:
(1)高的磁导率 希望铁芯材料有较大的起始磁导串和最大磁导率μm,以便提高写入和读出信号的质量。
(2)高的饱和磁感应强度Bs 为了提高记录密度,减少录音失真,要求材料具有高的Bs。
(3)低的Br和Hc 磁记录过程中,Br高会使记录的可靠性降低。
(4)高的电阻率和耐磨性 提高材料的电阻可以减小磁头损耗,改善铁芯频率响应特性。
高的耐磨性可以增加磁头的寿命和工作的稳定性。
[填空题]
20每片马氏体形成时都伴有形状的变化。
这种合金在单向外力作用下,其中马氏体顺应力方向发生再取向,即造成马氏体的()。
参考答案:
择优取向
[填空题]
21铁铝合金同其它金属软磁合金相比,具有什么特点?
参考答案:
(1)电阻率高;
(2)高的硬度和耐磨性;
(3)比重小,可减轻铁芯自重;
(4)对应力不敏感,从环境对软磁合金影响的角度来看,软磁合金对应力最为敏感,铁铝合金是例外;
(5)时效,材料在使用时,随时间及环境温度的变化,磁性能发生变化;
(6)温度稳定性,可采用低温退火后淬火处理、也可以在50-150℃下保温10-20h——人工时效来改善其温度稳定性。
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[填空题]
22母相()奥氏体为()结构,ε马氏体为密排六方结构。
参考答案:
γ;面心立方
[填空题]
23磁记录方式可分为()和()记录两大类。
参考答案:
模拟;数字
[填空题]
24简述形状记忆合金作紧固件、连接件较其他材料的许多优势。
参考答案:
(1)夹紧力大,接触密封可靠.避免了由于焊接而产生的冶金缺陷;
(2)适于不易焊接的接头;
(3)金属与塑料等不同材料可以通过这种连接件连成一体;
(4)安装时不需要熟练的技术。
[填空题]
25目前磁记录的模式可分为()磁记录,()及()三种。
参考答案:
水平(纵向);垂直磁记录;杂化磁记录
[填空题]
26非晶态在结构上与液体相似,原子排列是()的。
参考答案:
短程有序
[填空题]
27评价永磁材料性能好的几个重要指标是:
()、()()、以及()。
参考答案:
剩余磁感应强度Br;矫顽力Hc;最大磁能积(BH)max;凸起系数η
[填空题]
28通常在理论上把非晶态材料中原子的排列情况模型化,其模型归纳起来可分两大类。
一类是(),如微晶模型,聚集团模型;另一类是()型,如连续无规网络模型,硬球无规密堆模型等。
参考答案:
不连续模型;连续模
[填空题]
29软磁材料的种类很多,大致可分为()及()。
参考答案:
金属软磁材料;软磁铁氧体
[填空题]
30列举非晶材料的制备方法。
参考答案:
(1)真空蒸发法
(2)溅射法
(3)化学气相沉积法(CVD)
(4)液体急冷法
[填空题]
31从应用方面考虑,磁性材料可分为()、()、()及一些特殊用途的磁性材料等。
参考答案:
软磁材料;硬磁材料;磁记录材料
[填空题]
32简述非晶态形成的判据
参考答案:
目前的判据主要有结构判据和动力学判据。
结构判据是根据原子的几何排列,原子间的键合状态,及原子尺寸等参数来预测玻璃态是否易于形成;动力学判据考虑冷却速度和结晶动力学之间的关系,即需要多高的冷却速度才能阻止形核及核长大。
[填空题]
33简述磁性材料的概念。
参考答案:
1.硬磁材料:
也称为永磁材料,是指材料被外磁场磁化以后,去掉外磁场仍然保持着较强
剩磁的材料。
2.铁磁性材料在磁场中被磁化时,沿外磁场方向其尺寸会发生微小变化,这种现象叫做磁
致伸缩。
3.由磁场引起材料电阻发生变化的现象称为磁电阻(MR)效应。
4.巨磁化强度材料也称为高磁化强度材料,是指饱和磁化强度高于传统的Fe和Fe-Co软
磁合金的材料。
[填空题]
34简述非晶态的结构特点
参考答案:
非晶态在结构上与液体相似,原子排列是短程有序的;从总体结构上看是长程无序的,宏观上可将其看作均匀、各向同性的。
非晶态结构的另一个基本特征是热力学的不稳定性,存在向晶态转化的趋势,即原子趋于规则排列。
[填空题]
35影响纯铁磁性能的因素有多种,包括晶粒的结晶轴对磁化方向的取向关系,(),晶粒大小,金属的塑性变形,加工过程中的()等等。
参考答案:
纯铁中的杂质;内应力
[填空题]
36简述溅射法及此方法制备非晶态材料的优缺点。
参考答案:
溅射法是在真空中,通过在电场中加速的氩离子轰击阴极(合金材料制成),使被激发的物质脱离母材而沉积在用液氮冷却的基板表面上形成非晶态薄膜。
这种方法的优点是制得的薄膜较蒸发膜致密,与基扳的粘附性也较好。
缺点是由于真空度较低(1.33-0.133Pa),因此容易混入气体杂质,而且基体温度在溅射过程中可能升高,适于制备晶化温度较高的非晶态材料。
溅射法在非晶态半导体、非晶态磁性材料的制备中应用较多,近年发展的等离子溅射及磁控溅射,沉积速率大大提高,可制备厚膜。
[填空题]
37简述软磁材料的特点及应用
参考答案:
软磁材料的磁滞回线细长,磁导率高,矫顽力低,铁芯损耗低,容易磁化,也容易去磁;在通讯技术与电力技术中应用广泛,可用来制造电感元件,如变压器、继电器、电磁铁、电机的铁心等等。
[填空题]
38金属玻璃在磁性材料方面的应用主要是作为变压器材料、()、磁屏蔽材料、()及磁泡材料等。
参考答案:
磁头材料;磁致伸缩材料
[填空题]
39论述磁记录原理
参考答案:
目前磁记录的模式可分为水平(纵向)磁记录,垂直磁记录及杂化磁记录三种。
不管哪种模式,磁记录系统包括以下几个基本单元:
换能器、存贮介质、传送介质装臵以及相匹配的电子线路。
磁头是电磁转换器件,即上面所说的换能器。
其基本功能是与磁记录介质构成磁性回路,对信息进行加工,包括记录、重放和消磁。
信号的磁记录是以铁磁物质的磁滞现象为基础,电信号使磁头的缝隙产生磁场,磁记录介质(如磁带)以恒定的速度相对磁头运动,磁头的缝隙对着介质,见图。
记录信号时,磁头线圈中通人信号电流,就会在缝隙产生磁场溢出,如果磁带与磁头的相对速度保持不变,则剩磁沿着介质长度方向上的变化规律完全反应信号的变化规律。
换句话说,磁头缝隙的磁场使磁记录介质不同的位臵产生不同方向和大小的剩余磁化强度,记录了被记录的电信号。
如果已记录信号的磁带重新接近一重放磁头,通过拾波线圈感生出磁通,则磁通大小与磁带中磁化强度成比例。
[填空题]
40拓扑无序模型有多种形式,主要有()模型和()模型。
参考答案:
无序密堆硬球;随机网络
[填空题]
41原子排列()的半导体成为非晶态半导体。
参考答案:
短程有序、长程无序
[填空题]
42拓扑无序模型认为非晶态结构的主要特征是原子排列的()。
参考答案:
混乱和随机性
[填空题]
43锗硅合金有()、()和超晶格三种。
参考答案:
无定形;结晶形
[填空题]
44非晶态结构的另一个基本特征是热力学的不稳定性,存在向晶态转化的趋势,即()。
参考答案:
原子趋于规则排列
[填空题]
45简述超晶格的种类。
参考答案:
组分超晶格;掺杂超晶格;多维超晶格;应变超晶格
[填空题]
46非晶态合金俗称“()”。
以极高速度使熔融状态的合金冷却,凝固后的合金结构呈()。
参考答案:
金属玻璃;玻璃态
[填空题]
47简述光学材料的概念。
参考答案:
1.激光:
受激发射产生的光就是激光。
2.光纤:
是用高透明电介质材料制成的非常细(外径约为125-200μm)的低损耗导光纤维,它不仅具有束缚和传输从红外到可见光区域内的光的功能,而且也具有传感功能。
3.发光是一种物体把吸收的能量,不经过热的阶段,直接转换为特征辐射的现象。
4.半导体材料在外电场作用下,出现发光现象,称为场致发光。
5.材料受光照射着色,停止光照时,又可逆地退色,这一特性称为材料的光色现象。
6.非线性光学材料是在强光或其他外场(电场、磁场、应变场等)作用下能产生非线性光学效应的材料,强光或其他外场对晶体作用时,能引起材料的非线性极化响应,导致光的频率、强度、偏振态及传播方向的改变。
7.把这种具有光学各向异性、流动性的液体称为液晶。
[填空题]
48简述非晶态合金的概念。
参考答案:
1.非晶态合金俗称“金属玻璃”。
以极高速度使熔融状态的合金冷却,凝固后的合金结构
呈玻璃态。
2.拓扑无序模型认为非晶态结构的主要特征是原子排列的混乱和随机性,强调结构的无序
性,而把短程有序看作是无规堆积时附带产生的结果。
3.溅射法是在真空中,通过在电场中加速的氩离子轰击阴极(合金材料制成),使被激发的
物质脱离母材而沉积在用液氮冷却的基板表面上形成非晶态薄膜。
4. 将液体金属或合金急冷获得非晶态的方法统称为液体急冷法。
1. 非晶态合金俗称“金属玻璃”。
以极高速度使熔融状态的合金冷却,凝固后的合金结构呈玻璃态。
2. 拓扑无序模型认为非晶态结构的主要特征是原子排列的混乱和随机性,强调结构的无序性,而把短程有序看作是无规堆积时附带产生的结果。
3. 溅射法是在真空中,通过在电场中加速的氩离子轰击阴极(合金材料制成),使被激发的物质脱离母材而沉积在用液氮冷却的基板表面上形成非晶态薄膜。
4. 将液体金属或合金急冷获得非晶态的方法统称为液体急冷法。
[填空题]
49产生激光作用的必要条件是使原子或分子系统的两个能级之间实现()。
参考答案:
粒子数反转
[填空题]
50多模光纤的传输频率主要受到()的限制,所以传输的信息量不可能很高。
参考答案:
模式色散
[填空题]
51简述形状记忆原理。
参考答案:
一些学者曾根据早期的形状记忆材料的特征,提出产生形状记忆效应的条件是:
(1)马氏体相变是热弹性的;
(2)马氏体点阵的不变切变为孪生,即亚结构为孪晶;
(3)母相和马氏体均为有序结构。
但随着对形状记忆材料研究的不断深入,发现不完全具备上述三个条件的合金(如Fe-Mn-Si合金,其马氏体相变时半热弹性的,且母相无序)也可以显示形状记忆效应。
后来又发现不仅某些合金,陶瓷材料、高分子材料中也存在形状记忆效应,其机理亦与金属材料不同。
所以许多学者强调,根据马氏体相变的定义,在相变过程中,只要形成单变体马氏体并排除其他阻力,材料经过马氏体相变及其逆相变,就会表现出形状记忆效应。
我们知道,马氏体相变是一种非扩散型转变,母相向马氏体转变,可理解为原子排列面的切应变。
由于剪切形变方向不同,而产生结构相同,位向不同的马氏体—马氏体变体。
每片马氏体形成时都伴有形状的变化。
这种合金在单向外力作用下,其中马氏体顺应力方向发生再取向,即造成马氏体的择优取向。
当大部分或全部的马氏体都采取一个取向时,整个材料在宏观上表现为形变。
对于应力诱发马氏体,生成的马氏体沿外力方向择优取向,在相变同时,材料发生明显变形,上述的24个马氏体变体可以变成同一取向的单晶马氏体。
将变形马氏体加热到As点以上,马氏体发生逆转变,因为马氏体晶体的对称性低。
转变为母相时只形成几个位向,甚至只有一个位向——母相原来的位向。
尤其当母相为长程有序时,更是如此。
当自适应马氏体片群中不同变体存在强的力学偶时,形成单一位向的母相倾向更大。
逆转变完成后,便完全回复了原来母相的晶体,宏观变形也完全恢复。
[填空题]
52液晶的结构按分子排列方式的不同,可以分为三种类型()、()、()。
参考答案:
近晶型;向列型;胆甾型
[填空题]
53简述形状记忆合金的应用。
参考答案:
1)工程上的应用:
作各种结构件,加紧固件、连接件、密封垫等。
另外,也可以用于一些控制元件,如一些与温度有关的传感及自动控制。
2)医学上使用:
移植材料、在生物体内部作固定折断骨架的销、进行内固定接骨的接骨板、假肢的连接、矫正脊柱弯曲的矫正板、人工心脏。
3)智能应用:
自调节和控制装臵,如各种智能、仿生机械、牙齿矫正线、眼镜片固定丝、汽车的保险杠和易撞伤部位。
[填空题]
54简述红外线与可见光不同之处。
参考答案:
(1)红外线对人的肉眼是不可见的;
(2)在大气层中,对红外波段存在着一系列吸收很低的“透明窗”。
这些特点导致了红外线在军事、工程技术和生物医学上的许多实际应用。
[填空题]
55简述铁基形状记忆合金具有良好的记忆效应的前提条件是什么。
参考答案:
(1)合金母相为单一奥氏体,并存在一定数量的层错;
(2)尽可能低的层错能,使Schockley不全位错容易扩展及收缩,以减少应力诱发马氏体相变时的阻力;
(3)相当的母相强度,以抑制应力诱发相变时产生永久位移;
(4)较低的铁磁-反铁磁转变温度(TN)以消除奥氏体稳定化对应力诱发γ→ε相变时的阻碍。
[填空题]
56简述形状记忆的三种形式。
参考答案:
形状记忆效应有三种形式。
第一种称为单向形状记忆效应,即将母相冷却或加应力,使之发生马氏体相变,然后使马氏体发生塑性变形,改变其形状,再重新加热到As以上,马氏体发生逆转变,温度升至Af点,马氏体完全消失,材料完全恢复母相形状。
一般没有特殊说明,形状记忆效应都是指这种单向形状记忆效应。
有些形状记忆合金在加热发生马氏体逆转变时,对母相有记忆效应;当从相再次冷却为马氏体时,还回复原马氏体的形状,这种现象称为双向形状记忆效应,又称可逆形状记忆效应。
第三种情况是在Ti-Ni合金系中发现的,在冷热循环过程中,形状回复到与母体完全相反的形状,称为全方位形状记忆效应。
[填空题]
57简述液晶的应用。
参考答案:
由于液晶在光学特性上显示出明显的各向异性,可以改变光的偏振方向,可以制成光导液晶光阀,光调制器、光通信用光路转换开关等液晶器件。
另外,液晶作为存储元件、光控器件与激光器结合,可控制激光的振幅、相位、频率和激光辐射的偏振态,可传输能量。
液晶在电子学方面可用于液晶电子光快门、微温传感器、压力传感器等方面。
液晶显示器是液晶在电子学方面的重要应用,已用于各种计量仪器,家用电器、电子计算器、手表、计算机等方面。
液晶在生命科学方面也有重要应用,有关生物液晶的研究工作已取得了丰硕的成果。
用液晶的结构和原理,解释包括人、动物、植物和微生物在内的广泛的生命现象,也取得成功。
各种各样的假说、推论不断出现,他们都把生物膜所特有的功能与液晶特性相结合,来探索生命科学的奥秘及生物液晶的特殊功能。
[填空题]
58精细陶瓷按其使用性能可分为()和()两大类。
参考答案:
精细结构陶瓷;精细功能陶瓷
[填空题]
59形状记忆合金材料的应用主要体现在()、()和()三个方面
参考答案:
工程应用;医学应用;智能应用
[填空题]
60带电粒子在电场下作微小位移的性质称为()。
参考答案:
介电性
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