新材料概論答案

1、1.簡述什么是材料及其在生產(chǎn)生活中的重要意義。可為人類社會接受的、經(jīng)濟(jì)地制造有用物品的自然界物質(zhì)。廣義：“物品”包括食品、衣物和器件，狹義：“物品”僅包括器件；意義：我們的衣食住行的必備條件，人類一切生活和生產(chǎn)活動的物 質(zhì)基礎(chǔ)，先于人類存在，并且與人類的出現(xiàn)和進(jìn)化有著密切的聯(lián)系。2.簡述材料與原料以及物質(zhì)的關(guān)系。原料一般不是為獲得產(chǎn)品，而是生產(chǎn)材料，往往伴隨化學(xué)變化。材料的特點(diǎn)往往是為獲得產(chǎn)品，一般從材料到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變過程不發(fā)生化學(xué)變化。材料是物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱為材料。材料總是和一定的用途相聯(lián)系，可由一種或若干種物質(zhì)構(gòu)成。同一種物 質(zhì)，由于制備方法或加工方法不同，可成為用途迥異的不同類

2、型和性質(zhì)的材料。3簡述傳統(tǒng)材料與新型材料的關(guān)系。傳統(tǒng)材料：指已經(jīng)成熟且在工業(yè)中批量生產(chǎn)并大量應(yīng)用的材料，如鋼鐵、水泥、塑料等。由于其量大、產(chǎn) 值高、涉及面廣泛，又是很多支柱產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，又稱為基礎(chǔ)材料。新型材料：正在發(fā)展，且具有優(yōu)異性能和應(yīng)用前景的一類材料。傳統(tǒng)材料通過采用新技術(shù)，提高技術(shù)含量，提新材料在經(jīng)過長期生產(chǎn)與應(yīng)用之后也就成為傳而新型材料又往往能推動傳統(tǒng)材料的進(jìn)一新型材料與傳統(tǒng)材料之間并沒有明顯的界限， 高性能，大幅度增加附加值而成為新型材料； 統(tǒng)材料。傳統(tǒng)材料是發(fā)展新材料和高技術(shù)的基礎(chǔ) 步發(fā)展。4.材料科學(xué)與工程研究的主要內(nèi)容是什么。研究材料組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)過程、材料性能與使用效能以及

3、它們之間的關(guān)系。5什么是金屬材料，其基本特點(diǎn)有哪些。以金屬元素為主而構(gòu)成的并具有一般金屬特性的材料，包括純金屬和合金。固體狀態(tài)下具有晶體結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的金屬光澤且不透明，導(dǎo)電導(dǎo)熱性良好，有延展性。6什么是無機(jī)非金屬材料，其基本特點(diǎn)有哪些。無機(jī)非金屬材料：以金屬元素或非金屬元素的化合物或非金屬元素單質(zhì)為組元，原子與原子之間通過離子鍵和共價鍵而鍵合。主要有凝膠材料（玻璃、陶瓷、水泥），傳統(tǒng)材料（混凝土、氧化物），新型材料（氧化、非氧化物陶瓷、復(fù)合陶瓷）。 耐壓強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕、延展性低。7什么是高分子材料，其基本特點(diǎn)有哪些由M較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料和高分子

4、復(fù)合材料等。分子量大，密度小，絕 緣絕熱，力學(xué)性能好。8什么是復(fù)合材料，其基本特點(diǎn)有哪些。由兩種或者兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料，復(fù)合材料中，通常有一相為 連續(xù)相，成為基體；另一相為分散相，稱為增強(qiáng)材料。比強(qiáng)度大、比剛度大，成型工藝性能好，抗震性能 好，高溫性能好，抗蠕變能力好，耐腐蝕性能好。9什么是晶體，其基本特點(diǎn)有哪些。晶體：由原子或分子在空間按一定規(guī)律周期重復(fù)地排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。晶體中原子或分子的排列具有三維空間的周期性，隔一定的距離就重復(fù)出現(xiàn)；固定的熔點(diǎn)；各向異性：不同方向的性能不同；一般有規(guī)則的外形。10.有哪七大晶系，立方晶系的晶胞參數(shù)有什么特點(diǎn)。立

5、方晶系、六方晶系、四方晶系、三方晶系、正交晶系、單斜晶系、三斜晶系。即其晶胞參數(shù)有a=b=c,a = 3 = y =90。的特征。11.什么是材料的力學(xué)強(qiáng)度、塑性、硬度和韌性。強(qiáng)度（stre ngth）:材料在力的作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。分為抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強(qiáng)度等。塑性（plasticity ）:塑性是金屬在外力作用下能穩(wěn)定地改變自己的形狀和尺寸， 而各質(zhì)點(diǎn)間的聯(lián)系不被破壞的性能；硬度（hardness）:材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度；韌性（toughness）：韌性是指金屬在沖斷前吸收變形能量的能力，即抵 抗沖擊破壞的能力。12什么是合金，其基本特

6、點(diǎn)是什么。合金，是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經(jīng)一定方法所合成的具有金屬特性的物質(zhì)。通性：熔點(diǎn)低于其 組分中任一種組成金屬的熔點(diǎn)；硬度大于其任一組分的硬度；導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性低于任一組分的金屬；有的抗 腐蝕能力強(qiáng)。13什么是形狀記憶合金，舉例說明其可能的用途。 合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術(shù)般地變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。記憶合金在臨床醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。例如人造骨骼、傷骨固定加壓器、牙科正畸器、各類腔內(nèi)支架、栓塞器、心臟修補(bǔ)器、血栓過濾 器、介入導(dǎo)絲和手術(shù)縫合線等等。 14什么是陶瓷，其基本優(yōu)缺點(diǎn)是什么？陶瓷是金屬與非金

7、屬的固體化合物，以離子鍵（如MgO、AI2O3）、共價鍵（金剛石、Si3N4、BN）以及離子鍵和共價鍵的混合鍵結(jié)合在一起。優(yōu)點(diǎn)：熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐磨損、耐氧化和腐蝕、比重小、強(qiáng)度和模量高等，可在各種苛刻的環(huán)境下工作；另一方面，陶瓷材料在磁、電、光、熱等方面的性能和用途具有多樣性和可變性；弱點(diǎn)：脆性大、韌性差，常因存在裂紋、空隙、雜質(zhì)等。普通陶瓷的傳統(tǒng)制備技術(shù)包括那幾步？陶瓷原料的處理一一陶瓷原料經(jīng)過配料和加工一一坯料成型一一坯體干燥一一施釉一燒成普通混凝土的組成是什么？普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、細(xì)骨料（砂）和水拌合，經(jīng)硬化而成的一種人造石材。 17什么是壓

8、電陶瓷，舉例說明其可能的應(yīng)用。 壓電陶瓷，一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無機(jī)非金屬材料。這是一種具有壓電效應(yīng)的材料。在打火機(jī)、煤氣灶、燃?xì)鉄崴鞯扔镁呱隙伎梢砸姷剿嫩櫽啊?地質(zhì)探測儀里有壓電陶瓷元件，用它可以判斷地層的地質(zhì)狀況，查明地下礦藏；醫(yī)生將壓電陶瓷探頭放在人體的檢查部位，便能了解人體內(nèi)部狀況。根據(jù)主鏈結(jié)構(gòu)，高分子材料可以分為哪幾類，其基本特點(diǎn)各是什么？可分為碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素有機(jī)高分子、無機(jī)高分子。碳鏈高分子指主鏈完全由碳原子構(gòu)成的大分子。根據(jù)主鏈上碳原子間化學(xué)鍵的類型，又分為飽和鍵和不飽和鍵碳鏈高分子。雜鏈高分子是指大分子主鏈中既有碳原子，又有氧、氮、

9、硫等其它原子。常見的這類高分子材料有 聚醚、聚酯、聚酰腦、聚服、聚磯、聚硫橡膠等。元素有機(jī)高分子是指大分子主鏈上沒有碳原子，而由硅、硼、鋁、氧、氮、硫、磷等原子組成，但側(cè)基卻由有機(jī)基團(tuán)如甲基、乙基、 芳基等組成。典型的例子是有機(jī)硅橡膠。無機(jī)高分子：主鏈及側(cè)基均無碳原子。聚合反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理包括哪兩種，其基本特點(diǎn)是什么？鏈?zhǔn)骄酆希赫麄€聚合過程由鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止等幾步基元反應(yīng)，體系始終由單體、相對分子質(zhì)量高的 高分子和微量引發(fā)劑組成，沒有相對分子質(zhì)量遞增的中間產(chǎn)物。隨聚合時間延長，高分子物質(zhì)的生成量（轉(zhuǎn)化率）逐漸增加，而單體則隨時間而減少。逐步聚合：逐步進(jìn)行。早期大部分單體很快聚合成二聚體、三

10、聚體、四聚體等低聚物，短期內(nèi)轉(zhuǎn)化率很高。隨后低聚物間繼續(xù) 反應(yīng)，直至轉(zhuǎn)化率很高（98%）時，相對分子質(zhì)量才逐漸增加到較高的數(shù)值。簡述聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。鏈結(jié)構(gòu)：1 一級結(jié)構(gòu)（進(jìn)程結(jié)構(gòu)）：直線型鏈狀，存在分子鏈支化、交聯(lián)、互穿網(wǎng)絡(luò)等2二級結(jié)構(gòu)：聯(lián)眾單間可旋轉(zhuǎn)，鍵的空間位置受其鍵角的限制，可看成由多個鏈段組成，形態(tài)有伸直鏈、無規(guī)線 團(tuán)、折疊連、螺旋鏈，柔順性。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（三級結(jié)構(gòu)）：可能呈無規(guī)線團(tuán)構(gòu)象，也可能排列整齊，呈現(xiàn)伸展鏈、折疊連及螺旋鏈等構(gòu)象，有吃形成非晶態(tài)（包括玻璃態(tài)、高彈態(tài)）、結(jié)晶態(tài)（包括不同晶型及液晶態(tài)）和粘流態(tài)等聚集狀態(tài)。簡述高分子材料的分子量及其分子量分布的特點(diǎn)。分子量有兩大特點(diǎn)：

11、一是相對分子質(zhì)量很高，達(dá)幾萬至幾百萬；二是具有多分散性。根據(jù)相對分子質(zhì)量分布 因數(shù)成分布曲線，還可定義相對分子質(zhì)量分布的寬度，用以表征其多分散性的程度。22什么是高分子的數(shù)均和重均分子量，如何計(jì)算。聚合物溶液冰點(diǎn)的下降、沸點(diǎn)的升高、滲透壓等，只決定于溶液中大分子的數(shù)目，這就是聚合物溶液的依數(shù) 性。根據(jù)溶液依數(shù)性測得的聚合物分子量平均值稱為數(shù)均分子量。聚合物溶液的另外一些性質(zhì)，如對光的 散射性、擴(kuò)散性質(zhì)等，不但與溶液中大分子的數(shù)目有關(guān)，還與大分子的尺寸有關(guān)。根據(jù)這些性質(zhì)測得的平均 分子量叫重均分子量。假設(shè)一個高聚物總共有 n分子 質(zhì)量為w數(shù)均分子量A、以數(shù)量為統(tǒng)計(jì)權(quán)重的平均分子量.砂分子量對以虞

12、為統(tǒng)計(jì)權(quán)直的平均分子量.23什么是聚合物分子的多分散系數(shù)及其特點(diǎn)。聚合物多分散系數(shù)d用來表示聚合物分子量分布寬度更加清晰而細(xì)致地表明聚合物分子量的多分散性，便于討論材料性能與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 特點(diǎn)：分子量分布窄，d=1的體系稱單分散體系；d 1或偏離1越遠(yuǎn)的體系，為多分散體系。24簡述高分子材料在生物體內(nèi)的降解吸收過程。.降解：最常見的是水解反應(yīng)，涉及高分子主鏈的斷裂，分子量降低。包括酶催化水解和非 酶催化水解。通過酶專一性反應(yīng)降解稱為酶降解；而通過與水或體液接觸發(fā)生水解稱為非酶降解。吸收是高分子材料在體內(nèi)降解以后，進(jìn)入生物體的代謝循環(huán)而被攝取。要求高分子應(yīng)當(dāng)是正常代謝物或其衍生物通過可水解鍵

13、連接起來的。簡述聚乙快為什么能導(dǎo)電。聚乙快為共軛聚合物，組成主鏈的碳原子有四個價電子，其中三個為b電子（兩個與相鄰的碳原子連接，一個與氫原子鏈合），余下的一個價電子n電子與聚合物鏈所構(gòu)成的平面相垂 直。由于分子中 雙鍵的n電子的非定域性，因此表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。什么是復(fù)合材料的界面，其特點(diǎn)和作用是什么？復(fù)合材料中增強(qiáng)體與基體接觸構(gòu)成的界面。特點(diǎn)：具有一定厚度，在結(jié)構(gòu)和性能上與基體和增強(qiáng)體有明顯差別的界面相?？梢允欠磻?yīng)產(chǎn)物層、擴(kuò)散結(jié)合層、成分過渡層、殘余應(yīng)力層、涂層或間隙。 作用：傳遞作用（將外力傳遞到增強(qiáng)物）、阻斷作用（阻止裂紋擴(kuò)散，分散應(yīng)力）、保護(hù)作用（防腐蝕，保護(hù)增強(qiáng)體）常見的纖維增強(qiáng)材料

14、有哪幾種？玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、晶須（芳綸纖維、氧化鋁纖維、氧化錯纖維、石英纖維）按導(dǎo)電性能，材料可以分為哪幾種？（超導(dǎo)體）、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體按磁學(xué)性質(zhì)，材料可以分為哪幾種？順磁性、抗磁性、鐵磁性。 Eg 02 eV絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)：價帶為滿帶，禁帶較寬 Eg 36 eV簡述半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及其與絕緣體的區(qū)別。 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)：價帶為滿帶，禁帶寬度31. n型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷 磷原子的最外層有五個價電子，37.材料磁性的來源是什么?（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這

15、個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子。32. p型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或錮），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。33-什么是本征半導(dǎo)體？本征半導(dǎo)體：是指不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體；通常由于載流子數(shù)目有限，導(dǎo)電性能不好。34什么是PN節(jié)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體接觸時，在界面附近空

16、穴從P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，電子從N型半導(dǎo)體向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散?？昭ê碗娮酉嘤龆鴱?fù)合，載流子消失。因此在界面附近的結(jié)區(qū)中有一段距離缺少載流子，卻有分布在空間的帶電的固定離子，這樣的空間電荷區(qū)成為PN結(jié)。35.什么是介電現(xiàn)象？材料中束縛的電荷，在電場作用下，將電正負(fù)束縛的電荷重心不再重合，從而引起電極化，如此荷作用傳遞開來。36.簡述鐵電材料電滯曲線的特點(diǎn)。 外電場為零時，晶體中的各電疇互相補(bǔ)充，晶體對外的宏觀極化強(qiáng)度 為零，晶體的狀態(tài)處在圖上的0 點(diǎn)。有外加電場時，介質(zhì)的極化強(qiáng)度隨著電場強(qiáng)度的增加而迅速地增 大（圖中A至B段）。當(dāng)場強(qiáng)E降到0時，極化強(qiáng)度P仍然保留極 化，稱Pr為剩余極化強(qiáng)度

17、。物質(zhì)的磁性來源于原子的磁矩，在未填滿電子的殼層產(chǎn)生的磁矩。簡述磁化強(qiáng)度，磁場強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度三者之間的關(guān)系。磁場強(qiáng)度：描述空間某一點(diǎn)磁場的大小和方向，用 在磁場中某處受力為F，則該處的磁場強(qiáng)度矢量 磁化強(qiáng)度：指磁體內(nèi)部單位體積的磁矩矢量和，用 M=Xh.磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義是：B=g （H+M）強(qiáng)磁性材料磁滯曲線的特點(diǎn)是什么？H表示。 設(shè)試探磁極的點(diǎn)磁荷為m,它H 為：H=F/mM表示，它反映出磁體的磁性強(qiáng)弱程度。，其中是一個系數(shù)，叫做真空磁導(dǎo)率。磁滯回線是磁化磁場變化（H）一周時，磁性材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）或磁化強(qiáng)度（M）隨之而變化的曲 線。由于磁滯，B或M的值，不是沿著原來的磁

18、化路徑改變，而是沿著當(dāng)H作循環(huán)變化時另外的路徑變 化，以至于當(dāng)磁化磁場正反磁化一周所得的磁化曲線，形成一閉合回線。硬磁材料和軟磁材料的特點(diǎn)分別是什么？軟磁材料主要是指那些容易反復(fù)磁化，且在外磁場去掉后，容易退磁的磁性材料。特點(diǎn)：高磁導(dǎo)率：在較弱的外磁場下就能獲得高磁感應(yīng)強(qiáng)度，并隨外磁場的增強(qiáng)很快達(dá)到飽和。低矯頑力：當(dāng)外磁場去除時，其磁性立即基本消失。硬磁材料是指那些難以磁化，且除去外場以后，仍能保留高的剩余磁化強(qiáng)度的材料，又稱永磁材料。（磁鐵）特點(diǎn)：具有高矯頑力。什么是磁性液體，其特點(diǎn)是什么？在磁場作用下，磁性顆粒帶動著被表面活性劑所包裹著的液體一起運(yùn)動，好象整個液體具有磁性，因此，取名為磁性

19、液體。主要特點(diǎn)：場作用下，可以被磁化液體的流動性，可以運(yùn)動磁場作用下，磁性顆粒將沿著外磁場方向形成一定有序排列的團(tuán)鏈簇，從而使得液體變?yōu)楦飨虍愋缘慕橘|(zhì)光波、聲波在其中傳播時會產(chǎn)生光的法拉第旋轉(zhuǎn)、雙折射效應(yīng)、二向色性以及超聲波傳播速度與衰減的各 向異性，此外介電性質(zhì)也會呈現(xiàn)各向異性。本征半導(dǎo)體光吸收的特點(diǎn)是什么？本征半導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體類似，全部電子充填在價帶，且為全滿，而導(dǎo)帶中沒有電子，只是價帶和導(dǎo)帶之間的能隙較小，約為lev。在極低溫度下，電氣全部處在價帶中，不會沿任何方向運(yùn)動，是絕緣體，其光學(xué)性質(zhì)也和前述的絕緣體一樣。當(dāng)溫度升高，一些電子可能獲得充分的能量而跨過能隙，躍遷到原本空的導(dǎo)帶中。這時價帶中出現(xiàn)空能級，導(dǎo)帶中出現(xiàn)電子，如果外加電場就會產(chǎn)生導(dǎo)電