材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)作業(yè)講評1

4-62知碲化鋅的Eg=2.26eV，它對哪一部分可見光透明？第十四次作業(yè)

中文λ=hc/Eg=0.55μmh=6.62*10-34J.s/1.6*10-19=4.13*10-15eV.sc=3*108m.s-1對波長0.55~0.7μm的可見光透明4-63、當(dāng)可見光垂直入射并透過20mm厚的某種透明資料時(shí)，透射率為0.85，當(dāng)該種透明資料的厚度添加到40mm時(shí)，透射率為多少？知折射率為1.6。R=〔n1-1〕2/〔n1+1〕2=0.053T=〔1-R〕2e-βl；0.85=〔1-0.053〕2e-β*0.02；β=2.6T=〔1-R〕2e-βl=0.80819.9Computethevelocityoflightincalciumfluoride(CaF2),whichhasadielectricconstantrof2.056(atfrequencieswithinthevisiblerange)andamagneticsusceptibilityof-1.4310-5.μr=1+χm=1-0.0000143=0.9999757n=〔εrμr〕1/2=1.43v=c/n=2.10×108m/s另解：μr=μ/μ0,μ=μ0μrr=/0,μ=0r19.19Thefractionofnonreflectedradiationthatistransmittedthrougha10-mmthicknessofatransparentmaterialis0.90.Ifthethicknessisincreasedto20mm,whatfractionoflightwillbetransmitted?IT=I0〔1-R〕2e-βl=I0e-βl0.9=e-βl=e〔-β×0.01〕β=10.54IT=I0e〔-β×0.02〕=0.81I019.22Brieflyexplainwhatdeterminesthecharacteristiccolorof(a)ametaland(b)atransparentnonmetal.金屬：吸收和再發(fā)射透明非金屬：透射、部分吸收〔選擇性吸收〕。19.24Theindexofrefractionofquartzisanisotropic.Supposethatvisiblelightispassingfromonegraintoanotherofdifferentcrystallographicorientationandatnormalincidencetothegrainboundary.Calculatethereflectivityattheboundaryiftheindicesofrefractionforthetwograinsare1.544and1.553.R=〔n2-n1〕2/〔n2+n1〕2=〔1.553-1.544〕2/〔1.553+1.544〕2=8.427×10-619.25Brieflyexplainwhyamorphouspolymersaretransparent,whilepredominantlycrystallinepolymersappearopaqueor,atbest,translucent.半晶聚合物，結(jié)晶與非晶區(qū)密度差別呵斥折射指數(shù)差別，當(dāng)晶區(qū)尺寸大于可見光波長，呵斥光散射，呵斥不透明或半透明。4-59表達(dá)以下概念：〔1〕反射、透射和吸收：〔2〕旋光性：〔3〕非線性光學(xué)性質(zhì)：〔4〕光澤：〔5〕發(fā)光：〔6〕光敏性吸收：光穿過介質(zhì)時(shí)，引起介質(zhì)的價(jià)電子躍遷，或使原子振動(dòng)而耗費(fèi)能量，或因電子能量轉(zhuǎn)變成分子的動(dòng)能即熱能，從而構(gòu)成光能衰減。反射：光在兩相交界面上前往入射相中透射：光在兩相交界面上進(jìn)入透射相中旋光性：偏振光的偏振面轉(zhuǎn)過一定角度非線性光學(xué)性質(zhì)：分子在強(qiáng)光場的作用會(huì)產(chǎn)生極化光澤：資料外表某一方向反射光較強(qiáng)發(fā)光：資料吸收高能輻射，然后發(fā)射可見光4-66為什么有些透明資料是帶色的，有些是無色的？選擇性吸收；內(nèi)部折光指數(shù)不均勻4-70有哪些方法可以改善資料的透明性。添加聚合物資料透明性的方法加速成核或由熔體急劇冷卻——減少球晶大?。焕臁蚓мD(zhuǎn)變?yōu)槿∠蛭⒔z19.4Distinguishbetweenmaterialsthatareopaque,translucent,andtransparentintermsoftheirappearanceandlighttransmittance.不透明，透過率接近0半透明透明，透過率接近119.7(a)Brieflyexplainwhymetalsareopaquetoelectromagneticradiationhavingphotonenergieswithinthevisibleregionofthespectrum.(b)Whyaremetalstransparenttohigh-frequencyx-rayandγ-rayradiation?高能級(價(jià)帶〕只部分填充電子，具有可見光頻率的輻射，會(huì)激發(fā)電子到費(fèi)米能級以上的空能級〔吸收再發(fā)射光子〕。對高頻輻射無吸收(不會(huì)產(chǎn)生電子躍遷，由于沒有適宜的空軌道)19.13Itisdesiredthatthereflectivityoflightatnormalincidencetothesurfaceofatransparentmediumbelessthan5.0%.WhichofthefollowingmaterialsinTable19.1arelikelycandidates:soda–lime〔石灰鈉〕glass,Pyrexglass,periclase〔方鎂石〕,spinel〔尖晶石〕,polystyrene,andpolypropylene?Justifyyourselections.R=〔ns-1〕2/〔ns+1〕2soda-limeglass：R=〔ns-1〕2/〔ns+1〕2=〔1.458-1〕2/〔1.458+1〕2=0.0347Pyrexglass：R=〔ns-1〕2/〔ns+1〕2=(1.47-1)2/(1.47+1)2=0.03615periclase：R=〔ns-1〕2/〔ns+1〕2=(1.74-1)2/(1.74+1)2=0.0729spinol：R=〔ns-1〕2/〔ns+1〕2=(1.72-1)2/(1.72+1)2=0.07PS：R=〔ns-1〕2/〔ns+1〕2=〔1.60-1〕2/〔1.60+1〕2=0.05325PP：R=〔ns-1〕2/〔ns+1〕2=(1.49-1)2/(1.49+1)2=0.03873soda-limeglass、Pyrexglass、PParelikelycandidates19.26(a)Inyourownwordsdescribebrieflythephenomenonofluminescence.(b)Whatisthedistinctionbetweenfluorescenceandphosphorescence?〔a〕吸收能量后發(fā)出可見光叫發(fā)光〔b〕延遲發(fā)射10-8s，熒光延遲發(fā)射10-2s~10s，磷光4-71化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕有哪些區(qū)別？試舉例闡明。化學(xué)腐蝕：資料〔包括金屬資料、無機(jī)非金屬資料和高分子資料〕在接觸酸、堿、鹽、大氣、有機(jī)溶劑等環(huán)境介質(zhì)時(shí)，遭到環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)侵蝕作用，引起資料不可逆的化學(xué)變化，導(dǎo)致資料的破壞。例如某些金屬在酸性條件下，置換酸中的氫離子而發(fā)生腐蝕。電化學(xué)腐蝕：金屬資料在發(fā)生化學(xué)腐蝕的同時(shí)，伴隨有電子的遷移，同時(shí)金屬以離子的方式溶解而發(fā)生的腐蝕破壞類型。例如工業(yè)純的鋅放入稀硫酸中,在雜質(zhì)和鋅晶粒之間有電流流動(dòng)，而鋅以離子方式溶解的腐蝕。物理腐蝕：是資料在環(huán)境介質(zhì)作用下，沒有化學(xué)變化，而是以物理變化發(fā)生破壞的腐蝕類型。主要是高分子資料。例如溶劑分子滲入到體型高聚物發(fā)生溶脹、軟化，是強(qiáng)度降低。4-74在一塊單向玻纖加強(qiáng)不飽和聚酯單面板中，假設(shè)纖維直徑是20μm，纖維體積分?jǐn)?shù)是0.45，Ef=4Gp，Em=80MPa。求〔a〕單位體積界面的面積；〔b〕當(dāng)該復(fù)合資料沿纖維方向遭到200MPa拉應(yīng)力時(shí)，玻纖和基體各接受的拉應(yīng)力是多少？解〔a〕設(shè)該單向板為1cm×1cm×1cm=1cm3正立方體單根纖維的體積V1=π×〔0.002cm/2〕2×1cm=3.14×10-6cm3單根纖維的界面面積S1=π×0.002cm×1cm=0.00628cm2那么該1cm3正立方體單向板復(fù)合資料界面面積：Sc=(1cm3×0.45×S1)/V1=900cm2b〕Ff/Fm=VfEf/[(1-Vf)Em]=0.45×4000MPa/(0.55×80MPa)=40.90σ=F/A〔假定Ac=1m2) F=200×106NFc=Ff+Fm=40.90Fm+Fm=200×106NFm=4.77×106NFf=200-4.77=195.23×106Nσm=4.77×106N/0.55m2=8.68MPaσf=195.23×106N/0.45m2=433MPa4-78一邊長為25mm的立方體用薄鋁板和硫化橡膠〔厚度分別為0.5mm和0.75mm〕交替層壓制成。問該復(fù)合板的熱導(dǎo)率為多少？〔a〕平行板方向〔b〕垂直板的方向〔λAl=0.22λR=0.00012單位J·s-1m-1K-1〕解〔a〕model:

鋁板和橡膠板分別都為25mm/〔1.25mm〕=20層

T2T1qAlqRQQVA1=10/25=0.4VR=15/25=0.6λl=VA1λA1+VRλR=0.4*0.22+0.6*0.00012=0.088+0.000072=0.088(J·s-1m-1K-1)

(b)Solution:由于：1/λt=VA1/λA1+Vr/λr=0.4/0.22+0.6/0.0012=1.82+5000=5001.82λt=1/5001.82=2.0*10-4(J·s-1m-1K-1)qT130.5mm30.75mmT2T3T4115.11Acontinuousandalignedfiber-reinforcedcompositeistobeproducedconsistingof30vol%aramidfibersand70vol%ofapolycarbonatematrix;mechanicalcharacteristicsofthesetwomaterialsareasfollows:Also,thestressonthepolycarbonatematrixwhenthearamidfibersfailis45Mpa.Forthiscomposite,compute(a)thelongitudinaltensilestrength,and(b)thelongitudinalmodulusofelasticity.(a〕

thelongitudinaltensilestrength

σcl=45*0.7+3600*0.3=31.5+1080=1111.5(Mpa)(b)intermsofEquation:Ecl=Em(1-Vf)+Ef*VfEcl=2.4*0.7+131*0.3=1.68+39.3=40.98GPa(15.17)?15.15(a)VerifythatEquation15.11,theexpressionforthefiberload–matrixloadratio(Ff/Fm),isvalid.(a)εm=εfσm/Em=σf/EfFm/Am/Em=Fm/(Am*Em)=Ff/Af/Ef)=Ff/(Af*Ef)Ff/Fm=(Af*Ef)/(Am*Em)=(Ef*Vf)/(Em*Vm)=(Ef*Vf)/[Em(1-Vf)]Vf=Af*l,Vm=Am*l15.20Itisdesiredtoproduceanalignedcarbonfiber-epoxymatrixcomposit