功能材料考試題---試卷答案

1、題 號一二三四五六七八九總 分得 分一、 名詞解釋（每題3，共計(jì)15分）1、 高溫超導(dǎo)材料具有高臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc）能在液氮溫度條件下工作的超導(dǎo)材料。2、 形狀記憶效應(yīng) 形狀記憶效應(yīng)是指具有一定形狀的固體材料，在某一低溫狀態(tài)下(處于馬氏體狀態(tài))進(jìn)行一定限度的塑性變形后，通過加熱到某一溫度時，材料完全恢復(fù)到變形前的初始形狀的效應(yīng)。3、 光生伏特效應(yīng) 當(dāng)光量子的能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光照射到結(jié)區(qū)時，光照產(chǎn)生的電子-空穴對在結(jié)電場作用下，電子推向n區(qū)，空穴推向p區(qū)；電子在n區(qū)積累和空穴在p區(qū)積累使P-n結(jié)兩邊的電位發(fā)生變化，p-n結(jié)兩端出現(xiàn)一個因光照而產(chǎn)生的電動勢，這一現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。4、氣

2、敏陶瓷：氣敏陶瓷對某一種或某幾種氣體特別敏感，其阻值將隨該種氣體的濃度(分壓力)作有規(guī)則的變化，檢測靈敏度通常為百萬分之一的量級，個別可達(dá)十億分之一的量級，故有“電子鼻”之稱。5、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)為了形成足夠的激發(fā)輻射，得到激光，就必須用一定的方法去激發(fā)電子群體，使亞穩(wěn)態(tài)上的電子數(shù)目超過基態(tài)上的。該過程稱為粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。二、判斷題（每題1，共計(jì)10分）1、光學(xué)材料主要是指光介質(zhì)材料，還有光功能材料，光纖材料是光介質(zhì)材料，而激光材料是光功能材料。（）2、在一個原子體系中，在光和原子體系的相互作用中，自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收總是同時存在的。是否能得到光的放大就取決于高、低能級的原子數(shù)量之比。（

3、15;）3、二能級的系統(tǒng)來做激活媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是不可能的。要想獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須使用多能級系統(tǒng)。在現(xiàn)代的激光器中，第一臺激光器紅寶石激光器是四能級系統(tǒng)（×）4、與超導(dǎo)合金材料相比，元素超導(dǎo)體具有塑性好、易于大量生產(chǎn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。（×）5、儲氫合金不僅具有安全可靠、儲氫能耗低、單位體積儲氫密度高等優(yōu)點(diǎn)，還有將氫氣純化、壓縮的功能，是目前最常用的儲氫材料。（）6、非晶合金具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性。(×)7、只有平均粒徑在100nm以下的材料才稱為納米材料。(×)8、超導(dǎo)材料必須把磁場線完全排斥在體外才具有超導(dǎo)效應(yīng)。(×)9.鐵氧體主要應(yīng)用于高頻技

4、術(shù)，例如無線電、電視、自動控制等很多方面。（）10. 壓電晶體不一定具備熱釋電效應(yīng)，但熱釋電晶體一定存在壓電效應(yīng)。()三、填空題（每空1分，共計(jì)20分）1、介電陶瓷材料在電場下產(chǎn)生極化分為四種，即電子極化 、離子極化 、 偶極子極化 和 空間電荷極化 。2、精細(xì)陶瓷又稱高性能陶瓷、高技術(shù)陶瓷，按其用途可分成精細(xì)結(jié)構(gòu)陶瓷_ 和_精細(xì)功能陶瓷_兩大類。3、當(dāng)今世界上流行使用的新型電光源大都與 稀土 金屬有關(guān)，其中使用最多的電光源是稀土三基色熒光燈。4、發(fā)光材料的發(fā)光原理是 輻射躍遷 和非輻射躍遷。5、導(dǎo)電陶瓷按導(dǎo)電原理分為 電子導(dǎo)電陶瓷 和 離子導(dǎo)電陶瓷 。6、最早的人工納米材料是 碳黑。7、PT

5、C熱敏半導(dǎo)體是一類具有正溫度系數(shù)的半導(dǎo)體陶瓷，CTR半導(dǎo)體陶瓷是具有負(fù)溫度系數(shù)臨界電阻 的半導(dǎo)體陶瓷。學(xué)院 系 專業(yè)班級 姓名 學(xué)號(密封線外不要寫姓名、學(xué)號、班級、密封線內(nèi)不準(zhǔn)答題，違者按零分計(jì))密封線8、物資的磁性來源于原子的磁性，原子的磁性來源于電子的軌道運(yùn)動及自旋運(yùn)動，它們都可以產(chǎn)生磁矩。9、非晶合金的結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)上是 亞穩(wěn) 的，在一定溫度下加熱會向 晶態(tài) 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。10、制造透明陶瓷的關(guān)鍵是 消除氣孔 和 控制晶粒異常長大 。四、 簡答題（每小題6分，共計(jì)36分）1、超導(dǎo)現(xiàn)象與超導(dǎo)材料的基本特性？約束超導(dǎo)現(xiàn)象的臨界條件是什么？ 答：超導(dǎo)電現(xiàn)象：材料在一定溫度以下，其電阻為零的現(xiàn)象?；?/p>

6、本特性：1）完全導(dǎo)電性，超導(dǎo)體進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時，其電阻率實(shí)際上等于零。2）完全抗磁性，不論開始時有無外磁場，超導(dǎo)體變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)后，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，即超導(dǎo)體能把磁力線全部排斥到體外。 臨界參數(shù)：1）臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc：超導(dǎo)體必須冷卻到臨界溫度以下才能保持其超導(dǎo)性。2）臨界磁場強(qiáng)度Hc：施加給超導(dǎo)體的磁場必須小于某一臨界磁場才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。3）臨界電流密度Jc：通過超導(dǎo)體內(nèi)的電流密度必須小于某一臨界電流密度才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。2、試說明形狀記憶效應(yīng)有哪幾種形式？并簡要分析（畫圖說明）答：單程記憶效應(yīng)：將母相在高溫下制成某種形狀，再將母相冷卻或加應(yīng)力，使之發(fā)生馬氏體相變，然后對馬氏體任意

7、變形，再重新加熱至As點(diǎn)以上，馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變。當(dāng)溫度升至Af點(diǎn)，馬氏體完全消失，材料恢復(fù)母相形狀，而重新冷卻時卻不能恢復(fù)低溫相時的形狀。雙程記憶效應(yīng)：若加熱時，恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時恢復(fù)低溫相形狀，即通過溫度升降自發(fā)可逆地反復(fù)恢復(fù)高低溫相形狀的現(xiàn)象稱為雙程記憶效應(yīng)，又稱可逆記憶效應(yīng)。全程形狀記憶效應(yīng)：這是一種加熱時恢復(fù)高溫形狀，冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹母邷叵嗟默F(xiàn)象。3、試說明軟磁材料、硬磁材料的區(qū)別與應(yīng)用？ 答：軟磁與硬磁材料的最大區(qū)別是，硬磁材料在去掉外磁場之后可以在較長時間內(nèi)保持其強(qiáng)磁性，且有較高的矯頑力和較大面積的磁滯回線面積。而軟磁材料一旦撤去外磁場則失去大部分或全部磁性，矯頑

8、力小，可以反復(fù)磁化。軟磁材料，包括純鐵，電工鋼，合金及非晶態(tài)合金等，在通訊技術(shù)和電力技術(shù)中應(yīng)用廣泛，可用于制造電感元件，如變壓器，繼電器，電磁鐵，電機(jī)鐵芯等。硬磁材料應(yīng)用較為普遍的有：鋁鎳鈷系永磁合金，稀土永磁材料，可加工的水磁合金，永磁鐵氧體材料，復(fù)合(粘結(jié))永磁材料，單疇微粉永磁合金及塑料永磁材料。4、非晶態(tài)合金的形成條件與制備方法？ 答：原則上，冷卻速度足夠快，使熔體中原子來不及作規(guī)則排列就完成凝固過程，就可形成非晶態(tài)金屬。實(shí)際上，還要考慮材料的成分和各組元的化學(xué)性質(zhì)。組元間的電負(fù)性及原子尺寸相差越大越容易形成非晶態(tài)合金。 制備方法：1）由氣相直接凝聚成非晶態(tài)固體，如真空蒸發(fā)、濺射、氣相

9、沉積等；2）由液態(tài)快速淬火獲得非晶態(tài)固體，是目前應(yīng)用最廣泛的非晶態(tài)合金的制備方法；3）由結(jié)晶材料通過輻照、離子注入、沖擊波等方法制的非晶態(tài)材料，可在金屬表面產(chǎn)生非晶層。5、壓電陶瓷的基本原理和應(yīng)用？答：晶體壓電性產(chǎn)生原因：正壓電效應(yīng)的表現(xiàn)是晶體受力后在特定表面上產(chǎn)生束縛電荷，但直接作用是力使晶體形變，即改變了原子相對位置，產(chǎn)生束縛電荷的現(xiàn)象表明出現(xiàn)了凈電偶極矩。當(dāng)晶體具有對稱中心時，只要作用力沒有破壞其對稱中心的結(jié)構(gòu)，此時由學(xué)院 系 專業(yè)班級 姓名 學(xué)號(密封線外不要寫姓名、學(xué)號、班級、密封線內(nèi)不準(zhǔn)答題，違者按零分計(jì))密封線于正、負(fù)電荷呈對稱排列，即使受到應(yīng)力作用產(chǎn)生形變，也不會產(chǎn)生凈電偶極矩

10、。因此，具有對稱中心的晶體總電矩為零。若取一不存在對稱中心的晶體，加上外力后，正負(fù)電荷中心不再重合，結(jié)果產(chǎn)生凈偶極矩，這就產(chǎn)生了壓電效應(yīng)。 壓電材料的應(yīng)用 水聲換能器是壓電材料的一項(xiàng)重要應(yīng)用。壓電材料在超聲技術(shù)中的應(yīng)用十分廣泛。高電壓發(fā)生器：其他應(yīng)用：壓電材料以其優(yōu)良的機(jī)電性能、高的化學(xué)穩(wěn)定性制成電聲器件，如拾音器、揚(yáng)聲器、鳴器等。另外，壓電材料還可應(yīng)用在壓力計(jì)、流量計(jì)、計(jì)數(shù)器等儀表中。6、梯度功能材料及主要特征？答：梯度功能材料是兩種或多種材料復(fù)合成結(jié)構(gòu)和組分呈連續(xù)梯度變化的一種新型復(fù)合材料。主要特征：（1）材料的結(jié)構(gòu)和組分呈連續(xù)梯度變化；（2）材料的內(nèi)部沒有明顯的界面；（3）材料的性質(zhì)也相

11、應(yīng)呈連續(xù)梯度變化。三、 論述題（第1小題9分，第2小題10分，共19分）1. 激光產(chǎn)生的機(jī)理及激光器的基本結(jié)構(gòu)？ 答: 激光產(chǎn)生的機(jī)理: 當(dāng)光入射到由大量粒子所組成的系統(tǒng)時，光的吸收、自發(fā)輻射和受激輻射三個基本過程是同時存在的。而激光是受激輻射的結(jié)果，為創(chuàng)造受激輻射的條件，必須使處于高能級激發(fā)態(tài)的粒子數(shù)多于處于低能級的粒子致，即“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，因?yàn)榱Ｗ訑?shù)在平衡態(tài)下總是低能態(tài)粒子數(shù)多于高能態(tài)的粒子數(shù)。為此，必須輸入能量使處于低能態(tài)的粒子足夠多地躍遷到高能級，這個“激勵”過程為“光泵”或者“抽運(yùn)”。但是抽運(yùn)到高能級的粒子能否有較長的壽命，這就決定于激光工作物質(zhì)的能態(tài)結(jié)構(gòu)，即是否有亞穩(wěn)態(tài)能級，讓粒子

12、“停留”、“等待”受激輻射。實(shí)現(xiàn)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”后，當(dāng)激發(fā)態(tài)的粒子受到入射光子作用并發(fā)生受激輻射時，產(chǎn)生激光。 激光器的基本結(jié)構(gòu) 激光是受激輻射的結(jié)果，要求受激輻射在激光介質(zhì)中必須反復(fù)地發(fā)生，并約束在一個方向上，才能得到強(qiáng)的激光束。這要求激光器必須由三個基本部分組成：產(chǎn)生激光的物質(zhì)，稱為激光工作物質(zhì)，是激光工作系統(tǒng)中最重要的部分；激光產(chǎn)生的激勵裝置(如紅寶石激光器的激勵裝置是氖閃光燈)；供激光放大的諧振腔（反饋系統(tǒng)）。2. 在不可再生的能源如石油、天然氣和煤炭等儲量不斷減少甚至即將枯竭的今天，為什么人們要大力研究儲氫合金?答：氫能熱值高、資源豐富、干凈清潔，不產(chǎn)生二次污染、應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)，可作為燃料電池發(fā)電，也可用于氫能汽車、化學(xué)熱泵等。因此，氫能的開發(fā)和利用成為人們特別關(guān)注的科技領(lǐng)域。氫能利用的關(guān)鍵是氫的制備技術(shù)和高密度安全儲存。目前市售的氫氣一般都是在150個大氣壓下儲存在鋼瓶內(nèi)，氫氣重量不到鋼瓶重量的1/100。而且儲存的氫有爆炸的危險(xiǎn)，很不方便。為了解決氫的儲存和運(yùn)輸問題，人們研發(fā)了相應(yīng)的儲氫材料，主要包括活性炭、合金化合物、無機(jī)化合物以及有機(jī)化合物四大類儲氫材料，其中以儲氫合金研究最為廣泛。儲氫合金吸放氫時伴隨有巨大的熱效應(yīng)，發(fā)生熱能化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換，反應(yīng)的可逆性好，反應(yīng)速度快，是一種特別有效的蓄熱和熱泵介質(zhì)。儲氫合