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功能材料內(nèi)容總結(jié) 功能材料的內(nèi)容總結(jié) 一、結(jié)構(gòu)材料、功能材料答? 1、結(jié)構(gòu)材料?傳統(tǒng)材料?利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì)?廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門的材料。 2、功能材料?新材料?具有特殊的電、磁、光、熱、聲、力、化學(xué)性能和生物性能及其互相轉(zhuǎn)化的功能?不是被用于結(jié)構(gòu)目的?而是用以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息和能量的感受、計(jì)測(cè)、顯示、控制和轉(zhuǎn)換為主要目的的高新材料。 二、形狀記憶效應(yīng)?SME?答?在研究Ti-Ni合金時(shí)發(fā)現(xiàn)?原來(lái)彎曲的合金絲被拉直后?當(dāng)溫度升高大一定值時(shí)?它又恢復(fù)到原來(lái)彎曲的形狀。 人們把這種現(xiàn)象稱為形狀記憶效應(yīng)。 Shape MemoryEffect。 形狀記憶原理早期?產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)的條件?1?馬氏體相變是熱彈性的?2?馬氏體點(diǎn)陣的不變切變是孿生?即亞結(jié)構(gòu)為孿晶?3?母相和馬氏體均為有序結(jié)構(gòu)。 后來(lái)?Fe-Mn-Si合金?馬氏體相變半熱彈性?母相無(wú)序?也有形狀記憶?某些陶瓷材料、高分子材料也有形狀記憶效應(yīng)?機(jī)理與金屬不同。 ?在相變過(guò)程中?只有形成單變體馬氏體并排除其他阻力?材料經(jīng)過(guò)馬氏體相變及其逆相變?就會(huì)表現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)。 形狀記憶效應(yīng)的三種形式?單向形狀記憶效應(yīng)?將母相冷區(qū)或加應(yīng)力?使之發(fā)生馬氏體相變?然后使馬氏體發(fā)生塑性變形?改變其形狀?再加熱到As以上?馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變?溫度升至Af點(diǎn)?馬氏體完全消失材料完全回復(fù)母相形狀。 一般?形狀記憶效應(yīng)都是指該種效應(yīng)。 ?雙向形狀記憶效應(yīng)?有些形狀記憶合金在加熱發(fā)生馬氏體逆轉(zhuǎn)變時(shí)?對(duì)母相有記憶效應(yīng)?當(dāng)從母相再次冷卻為馬氏體時(shí)?還回復(fù)原馬氏體的形狀?這種現(xiàn)狀稱為-。 ?全方位形狀記憶效應(yīng)?在冷熱循環(huán)過(guò)程中?形狀回復(fù)到與母相完全相反的形狀?成為-。 如?Ti-Ni合金系。 三、兩塊超導(dǎo)體組成約瑟夫森結(jié)、第二類超導(dǎo)體答?超導(dǎo)體的另外一個(gè)重要應(yīng)用是制造約瑟夫森器件?約瑟夫森器件的原理就是所謂的約瑟夫森效應(yīng)兩塊超導(dǎo)體之間點(diǎn)接觸?或者通過(guò)正常導(dǎo)電膜或絕緣膜接觸?形成弱連接?則超導(dǎo)體中的庫(kù)伯對(duì)可以隧道效應(yīng)穿過(guò)。 ?第I類超導(dǎo)體第I類超導(dǎo)體主要包括一些在常溫下具有良好導(dǎo)電性的純金屬?如鋁鋅、鎵、鎘、錫、銦等?該類超導(dǎo)體的溶點(diǎn)較低、質(zhì)地較軟?亦被稱作“軟超導(dǎo)體”。 其特征是由正常態(tài)過(guò)渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)沒(méi)有中間態(tài)?并且具有完全抗磁性?由于其臨界電流密度和臨界磁場(chǎng)較低?沒(méi)有很好的實(shí)用價(jià)值。 ?第II類超導(dǎo)體除金屬元素釩、锝和鈮外?第II類超導(dǎo)體主要包括金屬化合物及其合金。 與第一類超導(dǎo)體的區(qū)別是:?第II類超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)有一個(gè)中間態(tài)?混合態(tài)?第II類超導(dǎo)體的混合態(tài)中有磁通線存在?而第I類超導(dǎo)體沒(méi)有?第II類超導(dǎo)體比第I類超導(dǎo)體有更高的臨界磁場(chǎng)、更大的臨界電流密度和更高的臨界溫度。 四、半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料答?半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)、超晶格和量子阱材料統(tǒng)稱為半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料。 由兩種不同的半導(dǎo)體材料組成的結(jié)稱為異質(zhì)結(jié)。 兩種或兩種以上不同材料的薄層周期性地交替生長(zhǎng)?構(gòu)成超晶格。 當(dāng)兩個(gè)相同的異質(zhì)結(jié)背對(duì)背接起來(lái)?構(gòu)成量子阱。 元素半導(dǎo)體大約有十幾種處于AA族金屬與非金屬的交界處如Ge、Si、Se、Te二元化合物半導(dǎo)體?A-A(AlP)、B-A?CdS?、A-A?SiC?、A-A?GeS?、A-A?AsSe3?多元化合物半導(dǎo)體?B-A-?A?2如?AgGeTe 2、B-VA-?A?2如?AgAsSe 2、?IB?2-B-IVA-?VIA?4. 五、重要軟磁材料、稀土永磁合金答?重要軟磁材料?電工用純鐵、電工用硅鋼片、鐵鎳合金與鐵鋁合金、非晶態(tài)合金。 稀土永磁材料是稀土元素與過(guò)渡族金屬Fe、Co、Cu、Zr等或非金屬元素B、C、N等組成的金屬間化合物。 六、激光材料中的紅寶石機(jī)制答?受激發(fā)射產(chǎn)生的光就是激光。 紅寶石激光晶體?Al2O3:Cr3+?它是世界上第一臺(tái)固體激光器工作物質(zhì)。 它是由剛玉單晶為基質(zhì)?摻入Cr3+激活離子所組成的。 剛玉為六方晶系?Cr原子的外層電子為3d54s1?將Cr原子摻雜至剛玉晶格中去后?Cr原子失去3d24s1三個(gè)電子只剩下3d3三個(gè)外層電子?成為Cr3+。 譬如說(shuō)用氙光燈的強(qiáng)可見(jiàn)光照射到紅寶石晶體上?Cr3+離子的d電子從基態(tài)4A2激發(fā)到較高的激發(fā)態(tài)4F 1、4F2能級(jí)。 這些能級(jí)上的電子通過(guò)非輻射過(guò)程很快回到稍低一些的能級(jí)2E。 2E激發(fā)態(tài)能級(jí)的壽命非常長(zhǎng)?約為510-3秒。 這意味著有足夠的時(shí)間可以將這種激發(fā)狀況普遍化。 從能級(jí)2E回到基態(tài)就產(chǎn)生激光。 紅寶石的主要優(yōu)點(diǎn)是晶體的物化性能很好?材料堅(jiān)硬穩(wěn)定?導(dǎo)熱性好?抗破壞能力高?對(duì)泵浦光的吸收特性好。 可在室溫獲得0.6943um的可見(jiàn)激光振蕩?主要缺點(diǎn)是屬三能級(jí)結(jié)構(gòu)?產(chǎn)生激光的闕值較高。 七、光纖的定義、特點(diǎn)答?是一種能利用光的全反射作用來(lái)傳導(dǎo)光線的透明度極高的玻璃纖維。 它不僅具有束縛和傳輸從紅外到可見(jiàn)光區(qū)域的光的功能?而且也j具有傳感功能。 光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)。 sinQ1/sinQ2=n2/n1光纖的特點(diǎn)? 1、傳輸安全。 不會(huì)產(chǎn)生電磁脈沖?輻射或任何可以探測(cè)到的能量。 2、不受外面因素影響?如電磁波、閃電、輻射噪聲、相鄰電纜。 3、光纜與銅導(dǎo)線相比體積小?重量輕?高帶寬?長(zhǎng)距離傳輸?不會(huì)報(bào)廢?故障檢測(cè)容易 4、安全。 不攜帶電流?不產(chǎn)生熱、火花?在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)合十分理想。 八、壓電體答?受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。 壓電效應(yīng)的機(jī)理是?具有壓電性的晶體對(duì)稱性較低?當(dāng)受到外力作用發(fā)生形變時(shí)?晶胞中正負(fù)離子的相對(duì)位移使正負(fù)電荷中心不再重合?導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化?而晶體表面電荷面密度等于極化強(qiáng)度在表面法向上的投影?所以壓電材料受壓力作用形變時(shí)兩端面會(huì)出現(xiàn)異號(hào)電荷。 反之?壓電材料在電場(chǎng)中發(fā)生極化時(shí)?會(huì)因電荷中心的位移導(dǎo)致材料變形。 ?逆壓電效應(yīng)? 九、光電效應(yīng)答?物質(zhì)在受到光照后?往往會(huì)引發(fā)其某些電性質(zhì)的變化?這一現(xiàn)象稱光電效應(yīng)。 光電效應(yīng)主要有光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電子發(fā)射效應(yīng)三種。 前兩者在物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生。 光電導(dǎo)效應(yīng)?物質(zhì)在受到光照射作用時(shí)?其導(dǎo)電率產(chǎn)生變化的現(xiàn)象?成為光電導(dǎo)效應(yīng)。 光生伏特效應(yīng)?如果光照到半導(dǎo)體的p-n結(jié)上?則在p-n結(jié)兩端會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差?p區(qū)為正極?n區(qū)為負(fù)極?這一電勢(shì)差可以用高敏電阻的電壓表測(cè)量出來(lái)?這種效應(yīng)稱為光生伏特效應(yīng)。 十、氣敏陶瓷答?氣敏陶瓷的電阻值將隨其所處環(huán)境的氣氛而變。 不同類型的氣敏陶瓷?將對(duì)某一種或者某幾種氣體特別敏感?其阻值將隨該種氣體的濃度作有規(guī)則的變化。 氣敏陶瓷一般都是某種類型的金屬氧化物?通過(guò)摻雜或非化學(xué)計(jì)量比的改變而使其半導(dǎo)化。 十一、生物材料答?生物材料是用于與生命系統(tǒng)接觸和發(fā)生相互作用的?并能對(duì)其細(xì)胞、組織和器官進(jìn)行診斷治療、替換修復(fù)或誘導(dǎo)再生的一類天然或人工合成的特殊功能材料?又稱生物醫(yī)用材料。 對(duì)生物材料的要求是?對(duì)于人體組織無(wú)刺激性?無(wú)毒副作用?無(wú)致癌性。 接觸人體各種體液?唾液、淋巴液、血液?時(shí)?應(yīng)有良好的耐蝕性。 具有必要的強(qiáng)度、耐磨性和耐疲勞性能。 與生物體組織、與血液有相容性 十二、人工皮膚?哪些材料可以做人工皮膚?功能皮膚材料答?皮膚創(chuàng)傷修復(fù)材料和損傷皮膚的替代品?可以使皮膚大面積或深度燒傷的患者?在自體皮不夠的情況下?進(jìn)行修復(fù)治療并使之恢復(fù)因皮膚創(chuàng)傷喪失的生理功能。 理想的皮膚修復(fù)材料?a.無(wú)毒、無(wú)刺激、不會(huì)引起免疫反應(yīng)?b.具有相容性以及類似天然皮膚的透濕性、柔軟性和潤(rùn)濕性?c.能與創(chuàng)面組織緊貼?起到防止創(chuàng)面的水分、體液損失和吸收創(chuàng)面滲出液的作用?d.易于在皮膚愈合后自動(dòng)脫落、易于消毒的材料。 主要使用的材料?分為合成高分子材料和生物高分子材料?合成高分子材料?尼龍、聚酯、聚丙烯等合成纖維?聚氨酯、聚四氟乙烯等多孔膜生物高分子材料?一類是同種異體或異種組織?如人或動(dòng)物的羊膜、腹膜和皮膚?另一類是膠原蛋白?促進(jìn)再生?。 十三、納米材料?0維、1維、2維略?納米材料特異效應(yīng)答?納米材料是至少在一維上受到納米尺度調(diào)制的各種固體材料。 1、表面效應(yīng)粒子直徑減少到納米級(jí)?不僅引起表面原子數(shù)的迅速增加?而且納米粒子的表面積、表面能都會(huì)迅速增加。 這主要是因?yàn)樘幱诒砻娴脑訑?shù)較多?表面原子的晶場(chǎng)環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同所引起的。 表面原子周圍缺少相鄰的原子?有許多懸空鍵?具有不飽和性質(zhì)?易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來(lái)?故具有很大的化學(xué)活性?晶體微?；橛羞@種活性表面原子的增多?其表面能大大增加。 2、小尺寸效應(yīng)隨著顆粒尺寸的量變?在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。 由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。 對(duì)超微顆粒而言?尺寸變小?同時(shí)其比表面積亦顯著增加?從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。 3、特殊的磁學(xué)效應(yīng) 4、特殊的力學(xué)效應(yīng)陶瓷材料在通常情況下呈脆性?然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。 因?yàn)榧{米材料具有大的界面?界面的原子排列是相當(dāng)混亂的?原子在外力變形的條件下很容易遷移?因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性?使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性質(zhì) 5、量子尺寸效應(yīng)指納米粒子尺寸下降到一定值時(shí)?費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由連續(xù)能級(jí)變?yōu)榉至⒛芗?jí)的現(xiàn)象。 這一效應(yīng)可使納米粒子具有高的光學(xué)非線性、特異催化性和光催化性質(zhì)等。 6、宏觀量子隧道效應(yīng)微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。 近來(lái)年?人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量?例如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應(yīng)?它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化?故稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)MQT?Macroscopic QuantumTunneling?。 這一效應(yīng)與量子尺寸效應(yīng)一起?確定了微電子器件進(jìn)一步微型化的極限?也限定了采用磁帶磁盤進(jìn)行信息儲(chǔ)存的最短時(shí)間。 納米碳管的主要應(yīng)用?納米碳管的特殊結(jié)構(gòu)決定了它在納米物理學(xué)、話足額、量子電子學(xué)中有廣泛的應(yīng)用前景。 納米碳管可形成不同帶寬的半導(dǎo)體?也可形成金屬?可制作電容器開(kāi)關(guān)電路中的傳感器等納米電子