功能材料概論復(fù)習(xí)要點(diǎn)及試題教材

1、功能材料概論復(fù)習(xí)資料第三章超導(dǎo)材料一. 概念1. 超過臨界磁場(chǎng)便立即轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)的超導(dǎo)體，稱為第一類超導(dǎo)體。2. 在絕對(duì)零度下，處于能隙下邊緣以下的各能態(tài)全被占據(jù)，而能隙上邊緣以上的各能態(tài)全空著。這種狀態(tài)就是超導(dǎo)基態(tài)。3. 引進(jìn)聲子的概念后，可將聲子看成一種準(zhǔn)粒子， 它像真實(shí)粒子一樣和電子發(fā)生相互作用。通常把電子與晶格點(diǎn)陣的相互作用，稱為電子-聲子相互作用。4. 產(chǎn)生臨界磁場(chǎng)的電流，即超導(dǎo)態(tài)允許流動(dòng)的最大電流，稱為臨界電流。5. 在處理與熱振動(dòng)能量相關(guān)的一類問題時(shí)，往往把晶格點(diǎn)陣的集體振動(dòng)，等效成若干個(gè)不同頻率的互相獨(dú)立的簡(jiǎn)正振動(dòng)的疊加。而每一種頻率的簡(jiǎn)正振動(dòng)的能量都是量子化的，其能量量子A

2、W （q）就稱為聲子。6. 只要兩個(gè)電子之間有凈的吸引作用，不管這種作用多么微弱，它們都能形成束縛態(tài)，兩個(gè)電子的總能量將低于 2Ef。此時(shí)，這種吸引作用有可能超過電子之間的庫侖排斥作用， 而表現(xiàn)為凈的相互吸引作用，這樣的兩個(gè)電子被稱為庫柏電子對(duì)。7. 庫柏對(duì)有一定的尺寸，反映了組成庫柏對(duì)的兩個(gè)電子，不像兩個(gè)正常電于那樣， 完全互不相關(guān)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，而是存在著一種關(guān)聯(lián)性.庫柏對(duì)的尺寸正是這種關(guān)聯(lián)效應(yīng)的空間尺度稱為BCS相于長(zhǎng)度。8. 對(duì)處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體施加一個(gè)磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度高于HC時(shí)，磁力線將穿人超導(dǎo)體，超導(dǎo)態(tài)被破壞。一般把可以破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為臨界磁場(chǎng)。二. 填空1. （電子）與（

3、晶格點(diǎn)陣之間）的相互作用，可能是導(dǎo)致超導(dǎo)電性產(chǎn)生的根源。2. 超導(dǎo)體的三個(gè)臨界參數(shù)為：（臨界溫度）、（臨界磁場(chǎng)）（臨界電流）。3. 超導(dǎo)材料按其化學(xué)組成可分為：（元素超導(dǎo)體）、（合金超導(dǎo)體）、（化合物超導(dǎo)體）。三. 簡(jiǎn)答1. 請(qǐng)簡(jiǎn)述第一類超導(dǎo)體與第二類超導(dǎo)體的區(qū)別HCo為0K時(shí)的臨界磁場(chǎng)。當(dāng) T= Tc時(shí)，=0;隨溫度的降低，HC增加，至0K時(shí)達(dá)到最大值 HC。 HC與材料性質(zhì)也有關(guān)系， 上述在臨界磁場(chǎng)以下顯示超導(dǎo)性，超過臨界磁場(chǎng)便立即轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)的超導(dǎo)體，稱為第一類超導(dǎo)體。與第一類超導(dǎo)體相反，第二類超導(dǎo)體有兩個(gè)臨界磁場(chǎng)。一個(gè)是下臨界磁場(chǎng)（He）另一個(gè)是上臨界磁場(chǎng)（Hc2）。下臨界磁場(chǎng)值較小，

4、 上臨界磁場(chǎng)比下臨界磁場(chǎng)高一個(gè)數(shù)最級(jí)，而且，大部分第二類超導(dǎo)體的上臨界磁場(chǎng)比第一類超導(dǎo)體的臨界磁場(chǎng)要高得多。在溫度低于H條件下，外 磁場(chǎng)小于 He時(shí)，第二類超導(dǎo)體與第一類超導(dǎo)體相同，處于完全抗磁性狀態(tài)。當(dāng)外磁場(chǎng)介于 巴與 出之間時(shí)，第二類超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)與正常態(tài)的混合狀態(tài)，磁場(chǎng)部分進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部2. 請(qǐng)列舉超導(dǎo)材料的應(yīng)用。（一）開發(fā)新能源1 .超導(dǎo)受控?zé)岷朔磻?yīng)堆2超導(dǎo)磁流體發(fā)電（二）節(jié)能方面I. 超導(dǎo)輸電2 .超導(dǎo)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)3超導(dǎo)變壓器（三）超導(dǎo)磁懸浮列車（四）超導(dǎo)貯能（五）研究領(lǐng)域（六）其他應(yīng)用第四章貯氫合金一. 概念滯后：金屬氫化物在吸氫與釋氫時(shí)，雖在同一溫度，但壓力不同，這種現(xiàn)象稱為

5、滯后。二. 填空1. 氫化物氫貯運(yùn)裝置分兩類：（固定式）和（移動(dòng)式）。2. 氫能源開發(fā)中的難題是（制氫工藝）和（氫的貯存）。3. 金屬與氫的反應(yīng)，是一個(gè)可逆過程。正向反應(yīng)，（吸氫、放熱）;逆向反應(yīng)，（釋氫、吸熱）。4. 改變（溫度）與（壓力）條件可使反應(yīng)按正向、逆向反復(fù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)材料的吸釋氫功能。5. 作為貯氫材料，滯后越（?。┰胶?。6. （機(jī)械合金化技術(shù)）應(yīng)用于貯氫合金的制備，是改善貯氫合金性能的有效途徑。三. 簡(jiǎn)答1. 請(qǐng)簡(jiǎn)述金屬的貯氫原理，并寫出簡(jiǎn)單的反應(yīng)式。許多金屬（或合金）可固溶氫氣形成含氫的固溶體 （MH），固溶體的溶解度Hm與其平衡氫 壓PH2的平方根成正比。在一定溫度和壓力條件

6、下，固溶相（MH）與氫反應(yīng)生成金屬氫化物.反應(yīng)式如下2 2二一MHx卡耳丄一兩旳十z1 -工v亠;式中MH是金屬氫化物，為生成熱。貯 氫合金正是靠其與氫起化學(xué)反應(yīng)生成金屬氫化物來貯氫的。2. 非晶態(tài)貯氫合金的優(yōu)點(diǎn)非晶態(tài)貯氨合金比同組份的晶態(tài)合金在相同的溫度和氫壓下有更大的貯氫量；具有較高的耐磨性；即使經(jīng)過幾百次吸、放氫循環(huán)也不致破碎；吸氫后體積膨脹小。但非晶態(tài)貯氫合金 往往由于吸氫過程中的放熱而晶化。3. 機(jī)械合金化技術(shù)應(yīng)用于貯氫合金的制備的優(yōu)缺點(diǎn)機(jī)械合金化技術(shù)應(yīng)用于貯氫合金的制備，是改善貯氫合金性能的有效途徑。該技術(shù)成本低、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短；制備的貯氫合金具有貯氫量大、活化容易、吸釋氫速

7、度快、電催化 活性好等優(yōu)點(diǎn)。美中不足的是用MA制備貯氫合金尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，理論模型，工藝參數(shù)，工藝條件還有待于進(jìn)一步優(yōu)化。4作為氫化物電極的貯氫合金必須滿足的基本要求：（1）在堿性電解質(zhì)溶液中良好的化學(xué)穩(wěn)定性；（2）高的陰極貯氫容量；（3）合適的室溫平臺(tái)壓力；（4）良好的電催化活性和抗陰極氧化能力；（5）良好的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性。5. 貯氫合金在應(yīng)用時(shí)存在的主要問題：貯氫能力低；對(duì)氣體雜質(zhì)的高度敏感性；初始活化困難；氫化物在空氣中自燃；反復(fù)吸釋氫時(shí)氫化物產(chǎn)生岐化。6. 簡(jiǎn)述貯氫合金的應(yīng)用1）作為貯運(yùn)氫氣的容器2）氫能汽車3）分離、回收氫4）制取高純度氫氣5）氫氣靜壓機(jī)6）氫化物電極第五章

8、形狀記憶合金一. 概念1. 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)象稱為 雙向形狀記憶效應(yīng)，又稱可逆形狀記憶效應(yīng)。2. 具有馬氏體逆轉(zhuǎn)變，且 M與As相差很小的合金，將其冷卻到 M點(diǎn)以下，馬氏體晶核隨溫度下降逐漸長(zhǎng)大，溫度回升時(shí)馬氏體片又反過來同步地隨溫度上升而縮小，這種馬氏體叫熱彈性馬氏體。3. 在M以上某一溫度對(duì)合金施加外力也可引起馬氏體轉(zhuǎn)變，形成的馬氏體叫應(yīng)力誘發(fā)馬氏體。4. 有些應(yīng)力誘發(fā)馬氏體也屬彈性馬氏體，應(yīng)力增加時(shí)馬氏體長(zhǎng)大，反之馬氏體縮小，應(yīng)力消除后馬氏體消失，這種馬氏體叫應(yīng)力彈性馬氏體。5. 應(yīng)力彈性馬

9、氏體形成時(shí)會(huì)使合金產(chǎn)生附加應(yīng)變，當(dāng)除去應(yīng)力時(shí)，這種附加應(yīng)變也隨之消失，這種現(xiàn)象稱為 超彈性（偽彈性）。二. 填空1. 根據(jù)馬氏體相變的定義， 在相變過程中，只要形成單變體馬氏體并排除其他阻力，材料經(jīng)過（馬氏體相變）及其逆相變，就會(huì)表現(xiàn)出（ 形狀記憶效應(yīng)）。2. 己發(fā)現(xiàn)的形狀記憶舍金種類很多，可以分為（ 鎳-鈦系）、（銅系）、（鐵系）合金三大類。3. 每片馬氏體形成時(shí)都伴有形狀的變化。這種合金在單向外力作用下，其中馬氏體順應(yīng)力方向發(fā)生再取向，即造成馬氏體的（擇優(yōu)取向）。4. （ Shockley不全位錯(cuò)）的可逆移動(dòng)是形狀恢復(fù)的關(guān)鍵。5. 通常的形狀記憶合金根據(jù)馬氏體與母相的晶體學(xué)關(guān)系，共有（ 六

10、）個(gè)這樣的片群，形成（24）種馬氏體變體6. 應(yīng)力彈性馬氏體形成時(shí)會(huì)使合金產(chǎn)生附加應(yīng)變，去除應(yīng)力后，馬氏體消失，應(yīng)變也隨之回復(fù)，這種現(xiàn)象稱為（偽彈性）或超彈性。7. 母相（丫）奧氏體為（面心立方）結(jié)構(gòu)，馬氏體為密排六方結(jié)構(gòu)。8. 形狀記憶合金材料的應(yīng)用主要體現(xiàn)在（工程應(yīng)用）、（醫(yī)學(xué)應(yīng)用）和（智能應(yīng)用）三個(gè)方面三. 簡(jiǎn)答1. 簡(jiǎn)述形狀記憶的三種形式形狀記憶效應(yīng)有三種形式。第一種稱為單向形狀記憶效應(yīng)，即將母相冷卻或加應(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，再重新加熱到As以上，馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變，溫度升至A點(diǎn)，馬氏體完全消失，材料完全恢復(fù)母相形狀。一般沒有特殊說明，形狀記憶效

11、應(yīng)都是指這種單 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)象稱為雙向形狀記憶效應(yīng)，又稱可逆形狀記憶效應(yīng)。第三種情況是在 Ti-Ni合金系中發(fā)現(xiàn)的，在冷熱循環(huán)過程中，形狀回復(fù)到與母體完全相反的 形狀，稱為全方位形狀記憶效應(yīng)。2鐵基形狀記憶合金具有良好的記憶效應(yīng)的前提條件是：（1）合金母相為單一奧氏體， 并存在一定數(shù)量的層錯(cuò)；（2）盡可能低的層錯(cuò)能，使Schockley 不全位錯(cuò)容易擴(kuò)展及收縮，以減少應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變時(shí)的阻力；（3）相當(dāng)?shù)哪赶鄰?qiáng)度，以抑制應(yīng)力誘發(fā)相變時(shí)產(chǎn)生永久位移；（4）較低的鐵磁-反鐵磁轉(zhuǎn)

12、變溫度（TN以消除奧氏體穩(wěn)定化對(duì)應(yīng)力誘發(fā)丫相變時(shí)的阻礙。3. 形狀記憶合金作緊固件、連接件較其他材料有許多優(yōu)勢(shì)（1）夾緊力大，接觸密封可靠.避免了由于焊接而產(chǎn)生的冶金缺陷；（2）適于不易焊接的接頭；（3）金屬與塑料等不同材料可以通過這種連接件連成一體；（4）安裝時(shí)不需要熟練的技術(shù)。4. 簡(jiǎn)述形狀記憶合金的應(yīng)用1）工程上的應(yīng)用：作各種結(jié)構(gòu)件，加緊固件、連接件、密封墊等。另外，也可以用于一些控制元件，如一些與溫度有關(guān)的傳感及自動(dòng)控制2）醫(yī)學(xué)上使用：移植材料、在生物體內(nèi)部作固定折斷骨架的銷、進(jìn)行內(nèi)固定接骨的接骨板、 假肢的連接、矯正脊柱彎曲的矯正板、人工心臟3）智能應(yīng)用：自調(diào)節(jié)和控制裝置，如各種智能

13、、仿生機(jī)械、牙齒矯正線、眼鏡片固定絲、 汽車的保險(xiǎn)杠和易撞傷部位四. 論述1形狀記憶原理一些學(xué)者曾根據(jù)早期的形狀記憶材料的特征，提出產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)的條件是：（1）馬氏體相變是熱彈性的；（2）馬氏體點(diǎn)陣的不變切變?yōu)閷\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)。但隨著對(duì)形狀記憶材料研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)不完全具備上述三個(gè)條件的合金（如Fe-Mn-Si合金，其馬氏體相變時(shí)半熱彈性的，且母相無序）也可以顯示形狀記憶 效應(yīng)。后來又發(fā)現(xiàn)不僅某些合金，陶瓷材料、高分子材料中也存在形狀記憶效應(yīng)，其機(jī)理亦與金屬材料不同。所以許多學(xué)者強(qiáng)調(diào)，根據(jù)馬氏體相變的定義，在相變過程中，只要形成單 變體馬氏體并排除其

14、他阻力，材料經(jīng)過馬氏體相變及其逆相變，就會(huì)表現(xiàn)出形狀記憶效應(yīng)。 我們知道，馬氏體相變是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，母相向馬氏體轉(zhuǎn)變， 可理解為原子排列面的切應(yīng)變。由于剪切形變方向不同，而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相同，位向不同的馬氏體一馬氏體變體。每片馬氏體形成時(shí)都伴有形狀的變化。這種合金在單向外力作用下，其中馬氏體順應(yīng) 力方向發(fā)生再取向，即造成馬氏體的擇優(yōu)取向。 當(dāng)大部分或全部的馬氏體都采取一個(gè)取向時(shí)， 整個(gè)材料在宏觀上表現(xiàn)為形變。對(duì)于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體，生成的馬氏體沿外力方向擇優(yōu)取向， 在相變同時(shí)，材料發(fā)生明顯變形，上述的24個(gè)馬氏體變體可以變成同一取向的單晶馬氏體。 將變形馬氏體加熱到As點(diǎn)以上，馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變，因?yàn)?/p>

15、馬氏體晶體的對(duì)稱性低。轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶鄷r(shí)只形成幾個(gè)位向，甚至只有一個(gè)位向一一母相原來的位向。尤其當(dāng)母相為長(zhǎng)程有序時(shí)，更是如此。當(dāng)自適應(yīng)馬氏體片群中不同變體存在強(qiáng)的力學(xué)偶時(shí)，形成單一位向的母相傾向更大。逆轉(zhuǎn)變完成后，便完全回復(fù)了原來母相的晶體，宏觀變形也完全恢復(fù)。第六章非晶態(tài)合金概念1. 非晶態(tài)合金 俗稱“金屬玻璃”。以極高速度使熔融狀態(tài)的合金冷卻，凝固后的合金結(jié)構(gòu)呈玻璃態(tài)。2. 拓?fù)錈o序模型認(rèn)為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的主要特征是原子排列的混亂和隨機(jī)性，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的無序性，而把短程有序看作是無規(guī)堆積時(shí)附帶產(chǎn)生的結(jié)果。3. 濺射法是在真空中，通過在電場(chǎng)中加速的氬離子轟擊陰極（合金材料制成），使被激發(fā)的物質(zhì)脫離母材而沉

16、積在用液氮冷卻的基板表面上形成非晶態(tài)薄膜。4. 將液體金屬或合金急冷獲得非晶態(tài)的方法統(tǒng)稱為液體急冷法。二. 填空5. 非晶態(tài)在結(jié)構(gòu)上與液體相似，原子排列是（短程有序）的。6. 非晶態(tài)合金俗稱“（金屬玻璃）”。以極高速度使熔融狀態(tài)的合金冷卻，凝固后的合金結(jié)構(gòu)呈（玻璃態(tài)）。7. 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)基本特征是熱力學(xué)的不穩(wěn)定性，存在向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，即（原子趨于規(guī)則排列）。8. 通常在理論上把非晶態(tài)材料中原子的排列情況模型化，其模型歸納起來可分兩大類。一類是（不連續(xù)模型），如微晶模型，聚集團(tuán)模型；另一類是（連續(xù)模）型，如連續(xù)無規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型，硬球無規(guī)密堆模型等。9. 拓?fù)錈o序模型認(rèn)為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的主要特征是

17、原子排列的（ 混亂和隨機(jī)性）。10. 拓?fù)錈o序模型有多種形式，主要有（無序密堆硬球）模型和（隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)）模 型。11. 金屬玻璃在磁性材料方面的應(yīng)用主要是作為變壓器材料、（磁頭材料）、磁屏 蔽材料、（磁致伸縮材料）及磁泡材料等。三. 簡(jiǎn)答1. 列舉非晶材料的制備方法（1）真空蒸發(fā)法（2）濺射法（3 ）化學(xué)氣相沉積法（CVD）（ 4）液體急冷法2. 簡(jiǎn)述濺射法及此方法制備非晶態(tài)材料的優(yōu)缺點(diǎn)。濺射法是在真空中，通過在電場(chǎng)中加速的氬離子轟擊陰極（合金材料制成），使被激發(fā)的物質(zhì)脫離母材而沉積在用液氮冷卻的基板表面上形成非晶態(tài)薄膜。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是制得的薄膜較蒸發(fā)膜致密， 與基扳的粘附性也較好。缺點(diǎn)是由于

18、真空度較低（1.33-0.133Pa），因此容易混入氣體雜質(zhì)，而且基體溫度在濺射過程中可能升高，適于制備晶化溫度較高的非晶態(tài)材料。濺射法在非晶態(tài)半導(dǎo)體、非晶態(tài)磁性材料的制備中應(yīng)用較多，近年發(fā)展的等離子濺射及磁控濺射，沉積速率大大提高，可制備厚膜。3. 簡(jiǎn)述非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)非晶態(tài)在結(jié)構(gòu)上與液體相似， 原子排列是短程有序的； 從總體結(jié)構(gòu)上看是長(zhǎng)程無序的， 宏觀 上可將其看作均勻、 各向同性的。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)基本特征是熱力學(xué)的不穩(wěn)定性，存在向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，即原子趨于規(guī)則排列。4. 簡(jiǎn)述非晶態(tài)形成的判據(jù)目前的判據(jù)主要有結(jié)構(gòu)判據(jù)和動(dòng)力學(xué)判據(jù)。結(jié)構(gòu)判據(jù)是根據(jù)原子的幾何排列，原子間 的鍵合狀態(tài)，及原子

19、尺寸等參數(shù)來預(yù)測(cè)玻璃態(tài)是否易于形成；動(dòng)力學(xué)判據(jù)考慮冷卻速度和結(jié)晶動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系，即需要多高的冷卻速度才能阻止形核及核長(zhǎng)大。四. 論述1. 非晶態(tài)合金的主要特性及應(yīng)用(表狀或文字描述)主要特征實(shí)際應(yīng)用材料高強(qiáng)度、高韌性結(jié)構(gòu)加強(qiáng)材料高電阻率、低溫度系數(shù)高電阻材料、精密電阻合金材料高導(dǎo)磁率、低矯頑力磁分離、磁屏敝、磁頭、磁芯材料高磁感、低損耗功率變壓器、磁芯材料咼耐蝕性刀具材料、電極材料、表面保持材料恒體積、恒彈性不脹鋼材料、恒彈性合金材料超導(dǎo)電性超導(dǎo)材料高磁致伸縮應(yīng)變儀、延遲線、磁致伸縮振子材料高磁能積永磁薄膜材料低居里點(diǎn)磁溫敏感、磁熱貯存、復(fù)寫材料低熔點(diǎn)、柔軟性釬焊材料大的霍爾效應(yīng)霍爾元件垂直

20、各向異性泡疇器件材料(1).力學(xué)性能表6-4列出了幾種非晶態(tài)材料的機(jī)械性能指標(biāo)。由表中可以看出，非晶態(tài)材料具有極高的強(qiáng)度和硬度，其強(qiáng)度遠(yuǎn)超過晶態(tài)的高強(qiáng)度鋼。表中bf/E的值是衡量一種材料達(dá)到理論強(qiáng)度的程度，一般金屬晶體材料，bf/E疋1/500，而非晶態(tài)合金約為 1/50,材料的強(qiáng)度利用率大大高于晶態(tài)金屬：此外，非晶態(tài)材料的疲勞強(qiáng)度亦很高，鈷基非晶態(tài)合金可達(dá) 121200MPa非晶態(tài)合金的延伸率一般較低，如表6-4，但其韌性很好，壓縮變形時(shí).壓縮率可達(dá)40%,軋制率可達(dá)50%以上而不產(chǎn)生裂紋； 彎曲時(shí)可以彎至很小曲率半徑而不折斷。 非晶態(tài)合金變形和斷裂的主要特征是不均勻變形，變形集中在局部的滑

21、移帶內(nèi)，使得在拉伸時(shí)由于局部變形量過大而斷裂，所以延伸率很低，但同時(shí)其他區(qū)域幾乎沒有發(fā)生變形。在改變應(yīng)力狀態(tài)的情況下，可以達(dá)到高的變形率(如壓縮)。非晶態(tài)合金的高強(qiáng)度、高硬度和高韌性可以被利用制做輪胎、傳送帶、水泥制品及高 壓管道的增強(qiáng)纖維；用非晶態(tài)合金制成的刀具，如保安刀片，已投入市場(chǎng)。另一方面，利用 非晶態(tài)合金的機(jī)械性能隨電學(xué)量或磁學(xué)量的變化，可制做各種元器件，如用鐵基或鎳基晶態(tài)合金可制做壓力傳感器的敏感元件。從總體上看，非晶態(tài)合金制備簡(jiǎn)單，由液相一次成型，避免了普通金屬材料生產(chǎn)過程 中的鑄、鍛、壓、拉等復(fù)雜工序，且原材料本身并不昂貴，生產(chǎn)過程中的邊角廢料也可全部 收回，所以生產(chǎn)成本可望大

22、大降低。但非晶態(tài)合金的比強(qiáng)度及彈性模量與其他材料比還不夠 理想，就目前生產(chǎn)情況看，產(chǎn)品形狀的局限性也較大，這些都限制了它的應(yīng)用。(2) 軟磁特性非晶態(tài)合金由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)無序結(jié)構(gòu)，不存在磁晶各向異性，因而易于磁化； 而且沒有位錯(cuò)、晶界等晶體缺陷，故磁導(dǎo)率、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高；矯頑力低、損耗小，是理 想的軟磁材料。目前比較成熟非晶態(tài)軟磁合金主要有鐵基，鐵-鎳基和鈷基三大類，表6-6列出其成分及性能，同時(shí)，可與晶態(tài)軟磁合金的相關(guān)性能數(shù)據(jù)作比較。金屬玻璃在磁性材料方面的應(yīng)用主要是作為變壓器材料、磁頭材料、磁屏蔽材料、磁 致伸縮材料及磁泡材料等。(3) 耐蝕性能晶態(tài)金屬材料中，耐蝕性較好的是不銹鋼。但

23、不銹鋼在含有侵蝕性離子(如鹵素離子)的溶液中，一般要發(fā)生點(diǎn)腐蝕和晶間腐蝕。非晶態(tài)合金在中性鹽溶液和酸性溶液中的耐蝕性要比不銹鋼好得多。如表 6-7，在FeCb溶液中非晶態(tài)合金的耐蝕性明顯好于不銹鋼。非晶態(tài)合金的耐蝕性主要是由于生產(chǎn)過程中的快冷，導(dǎo)致擴(kuò)散來不及進(jìn)行，所以不存 在第二相，組織均勻；其無序結(jié)構(gòu)中不存在晶界，位錯(cuò)等缺陷；非晶態(tài)合金本身活性很高， 能夠在表面迅速形成均勻的鈍化膜，阻止內(nèi)部進(jìn)一步腐蝕。 目前對(duì)耐蝕性能研究較多的是鐵基、鎳基、鈷基非晶態(tài)合金，其中大都含有鉻。如FezoCrioPisCz, Ni-Cr-P 13G等。禾U用非晶態(tài)合金的耐蝕性，用其制造耐腐蝕管道、電池的電極、海底

24、電纜屏蔽、磁分離介質(zhì)及化工用的 催化劑、污水處理系統(tǒng)中的零件等都已達(dá)到實(shí)用階段。(4) 其它性能及應(yīng)用非晶態(tài)材料在室溫電阻率較高，比一般晶態(tài)合金高2-3倍，而且電阻率與溫度之間的關(guān)系也與晶態(tài)合金不同， 變化比較復(fù)雜，多數(shù)非晶態(tài)合金具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，如圖6-12。非晶態(tài)合金還具有良好的催化特性，如用FezoNieobo作為CO氫化反應(yīng)的催化劑。從50年代開始，人們就發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)金屬及合金具有超導(dǎo)電性。1975年以后，用液體急冷法制備了多種具有超導(dǎo)電性的非晶態(tài)合金，為超導(dǎo)材料的研究開辟了新的領(lǐng)域。從發(fā)展上看， 非晶態(tài)超導(dǎo)材料良好的韌性及加工性能應(yīng)引起人們足夠的重視。第七章磁性材料一. 概念1.

25、硬磁材料：也稱為永磁材料，是指材料被外磁場(chǎng)磁化以后，去掉外磁場(chǎng)仍然保持著較強(qiáng)剩磁的材料。2. 鐵磁性材料在磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，沿外磁場(chǎng)方向其尺寸會(huì)發(fā)生微小變化，這種現(xiàn)象叫做磁致伸縮。3. 由磁場(chǎng)引起材料電阻發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁電阻(MR效應(yīng)。4. 巨磁化強(qiáng)度材料 也稱為高磁化強(qiáng)度材料，是指飽和磁化強(qiáng)度高于傳統(tǒng)的Fe和Fe-Co軟磁合金的材料。二. 填空1. 從應(yīng)用方面考慮，磁性材料可分為（軟磁材料）、（硬磁材料）、（磁記錄材料）及一些特殊用途的磁性材料等2. 軟磁材料的種類很多，大致可分為（金屬軟磁材料）及（軟磁鐵氧體）。3. 影響純鐵磁性能的因素有多種，包括晶粒的結(jié)晶軸對(duì)磁化方向的取向關(guān)系，（純

26、鐵中的雜質(zhì)），晶粒大小，金屬的塑性變形，加工過程中的（內(nèi)應(yīng)力）等等。4. 評(píng)價(jià)永磁材料性能好的幾個(gè)重要指標(biāo)是：（剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br）、（矯頑力HC）（最大磁能積（BH）max）、以及（凸起系數(shù)耳）。5. 目前磁記錄的模式可分為（ 水平（縱向）磁記錄，（垂直磁記錄）及（雜化磁記錄）三 種。6. 磁記錄方式可分為（模擬）和（數(shù)字）記錄兩大類三簡(jiǎn)答1. 簡(jiǎn)述軟磁材料的特點(diǎn)及應(yīng)用軟磁材料的磁滯回線細(xì)長(zhǎng)，磁導(dǎo)率高，矯頑力低，鐵芯損耗低，容易磁化，也容易去磁；在 通訊技術(shù)與電力技術(shù)中應(yīng)用廣泛，可用來制造電感元件，如變壓器、繼電器、電磁鐵、電機(jī) 的鐵心等等2. 鐵鋁合金同其它金屬軟磁合金相比，具有什么特點(diǎn)

27、？（1）電阻率高；（2）高的硬度和耐磨性；（3）比重小，可減輕鐵芯自重；（4）對(duì)應(yīng)力不敏感，從 環(huán)境對(duì)軟磁合金影響的角度來看，軟磁合金對(duì)應(yīng)力最為敏感，鐵鋁合金是例外；（5）時(shí)效，材料在使用時(shí)，隨時(shí)間及環(huán)境溫度的變化，磁性能發(fā)生變化；（6）溫度穩(wěn)定性，可采用低溫退火后淬火處理、也可以在 50-150 C下保溫10-20h 人工時(shí)效來改善其溫度穩(wěn)定性。3. 對(duì)磁頭材料的基本性能要求？（1）高的磁導(dǎo)率希望鐵芯材料有較大的起始磁導(dǎo)串和最大磁導(dǎo)率卩m,以便提高寫入和讀出信號(hào)的質(zhì)量。（2）高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs為了提高記錄密度，減少錄音失真，要求材料具有高的Bs。（3）低的B和H=磁記錄過程中，B高會(huì)使

28、記錄的可靠性降低。 高的電阻率和耐磨性提高材料的電阻可以減小磁頭損耗，改善鐵芯頻率響應(yīng)特性。高的耐磨性可以增加磁頭的壽命和工作的穩(wěn)定性。4. 對(duì)制做記錄介質(zhì)的磁性材料 （磁粉及磁性薄膜）要求？（1）剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br高；（2）矯頑力H=適當(dāng)?shù)母撸唬?）磁滯回線接近矩形，汪附近的磁導(dǎo)率 盡量高；（4）磁層均勻，厚度適當(dāng)，記錄密度越高，磁層愈??；（5）磁性粒子的尺寸均勻，呈單疇狀態(tài)；（6）磁致伸縮小，不產(chǎn)生明顯的加壓退磁效應(yīng)；（7）基本磁特性的溫度系數(shù)小，不產(chǎn)生明顯的加熱退磁效應(yīng)；（8）磁粉粒子易分散，在磁場(chǎng)作用下容易取向排列，不形成磁路閉合的粒子集團(tuán)。四. 論述1. 論述磁記錄原理目前磁記錄的

29、模式可分為水平（縱向）磁記錄，垂直磁記錄及雜化磁記錄三種。不管哪種模式，磁記錄系統(tǒng)包括以下幾個(gè)基本單元：換能器、存貯介質(zhì)、傳送介質(zhì)裝置以及相匹配的電子線路。磁頭是電磁轉(zhuǎn)換器件，即上面所說的換能器。其基本功能是與磁記錄介質(zhì)構(gòu)成磁性回 路，對(duì)信息進(jìn)行加工，包括記錄、重放和消磁。信號(hào)的磁記錄是以鐵磁物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象為基 礎(chǔ)，電信號(hào)使磁頭的縫隙產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁記錄介質(zhì)（如磁帶）以恒定的速度相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)，磁頭的縫隙對(duì)著介質(zhì)，見圖 7-8。記錄信號(hào)時(shí)，磁頭線圈中通人信號(hào)電流，就會(huì)在縫隙產(chǎn)生磁場(chǎng) 溢出，如果磁帶與磁頭的相對(duì)速度保持不變，則剩磁沿著介質(zhì)長(zhǎng)度方向上的變化規(guī)律完全反 應(yīng)信號(hào)的變化規(guī)律。 換句話說，磁頭縫

30、隙的磁場(chǎng)使磁記錄介質(zhì)不同的位置產(chǎn)生不同方向和大 小的剩余磁化強(qiáng)度，記錄了被記錄的電信號(hào)。如果已記錄信號(hào)的磁帶重新接近一重放磁頭， 通過拾波線圈感生出磁通，則磁通大小與磁帶中磁化強(qiáng)度成比例。信號(hào)輸人/舫A信號(hào)輸出圖7-9縱向記錄示意圖第八章半導(dǎo)體材料一. 概念1. 由兩種或兩種以上元素以確定的原子配比形成的化合物并具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體性質(zhì)的化合物稱為化合物半導(dǎo)體材料。2. 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。3. 由兩種不同半導(dǎo)體材料所組成的結(jié)，稱為異質(zhì)結(jié)。4. 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。5. 當(dāng)兩個(gè)同樣的異質(zhì)結(jié)背對(duì)背接起來，構(gòu)

31、成一個(gè)量子阱。6. 在超晶格結(jié)構(gòu)中，如果超晶格的重復(fù)單元是由不同半導(dǎo)體材料的薄膜堆垛而成，則稱為組分超晶格。7. 摻雜超晶格 是在同一種半導(dǎo)體中，用交替地改變摻雜類型的方法做成的新型人造周期性 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的材料8. 勢(shì)壘足夠厚，足夠高時(shí)，相鄰阱中的電子波函數(shù)不發(fā)生交疊，這種結(jié)構(gòu)材料中的電子行為如同單個(gè)阱中電子行為的簡(jiǎn)單總和，這種材料稱為多量子阱材料。9. 分子束外延是指組成化合物的各元素通過加熱方式，以原子束或分子束形式噴射在加熱的襯底表面經(jīng)表面擴(kuò)散和物理化學(xué)反應(yīng)，形成化合物晶體薄膜的過程。10. 光電子材料是應(yīng)用于光電子技術(shù)的材料總稱，是指具有光子和電子的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換和傳輸功能的材料。11.

32、半導(dǎo)體陶瓷 是指導(dǎo)電性能介于導(dǎo)電陶瓷和絕像介質(zhì)陶瓷之間的一類材料二. 填空1. 硅和鍺都具有（金剛石）結(jié)構(gòu)，化學(xué)鍵為（共價(jià)鍵）。2. 原子排列（短程有序、長(zhǎng)程無序）的半導(dǎo)體成為非晶態(tài)半導(dǎo)體3. 非晶態(tài)硅薄膜的主要用途是作（太陽能電池），即直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的器件。4. 有機(jī)半導(dǎo)體分為（有機(jī)分子晶體）、（有機(jī)分子絡(luò)合物）和高分子聚合物5. 砷化鎵膜材料主要通過外延技術(shù)制備。主要外延方法有（ 氣相）外延、液相外延和（氣 束）外延。6. 鍺硅合金有（無定形）、（結(jié)晶形）和超晶格三種。7. 結(jié)晶形鍺硅合金的制備方法有（直拉法）、水平法、熱分解法和（熱壓法）8. （半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)）、（超晶格）和（量子

33、阱）材料統(tǒng)稱為半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料三. 簡(jiǎn)答1砷化鎵單晶的主要制備方法一種是在石英管密封系統(tǒng)中裝有砷源，通過調(diào)節(jié)砷源溫度來控制系統(tǒng)中的砷壓。 這種方法包括水平舟區(qū)熔法、定向結(jié)晶法、 溫度梯度法、磁拉法和浮區(qū)熔煉法等。 另一種是將熔體用某 種液體覆蓋，并在壓力大于砷化鎵離解壓的氣氛中合成拉晶，稱為液體封閉直拉法。2. 簡(jiǎn)述超晶格的種類組分超晶格 摻雜超晶格 多維超晶格 應(yīng)變超晶格3簡(jiǎn)述非晶硅的特性（1）在可見光譜區(qū)域內(nèi)具有高的光吸收系數(shù)和光電導(dǎo)特性；（2）非晶硅薄膜的沉積生長(zhǎng)溫度低（180-250 C），能耗低，成本少；（3）非晶硅可形成禁帶寬度各不相同的多種非晶合金，而且 每種非晶合金的禁帶寬度還

34、可用調(diào)節(jié)成分的方法，在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足各種器件的需要；（4）非晶硅及其合金可用摻雜的方法使之成為n型或P型，有利于器件的制造。4. 請(qǐng)從能帶角度區(qū)分量子阱和超晶格當(dāng)勢(shì)壘足夠厚，足夠高時(shí)，相鄰阱中的電子波函數(shù)不發(fā)生交疊，這種結(jié)構(gòu)材料中的電子行為如同單個(gè)阱中電子行為的簡(jiǎn)單總和，這種材料稱為多量子阱材料。如勢(shì)壘比較薄，高度比較低時(shí)，由于隧道共振效應(yīng)，使阱中的電子隧道穿越勢(shì)壘，勢(shì)阱中的分立電子能級(jí)形成具有一定寬度的子能帶，這種材料稱為超晶格。四. 論述1. 論述非晶態(tài)半導(dǎo)體的能帶模型。（1）電子在周期性勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的本征波函數(shù)是布洛赫波：（4,r）= u（ ft, r）波函數(shù)是布洛赫波.這意味

35、著電子在晶體各個(gè)原胞中出現(xiàn)的幾率是相同的，即電子可以在整個(gè)晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，稱為共有化運(yùn)動(dòng)。晶體中電子態(tài)的能量本征值分成一系列能帶，對(duì)晶態(tài)半導(dǎo)體最重要的是導(dǎo)帶和價(jià)帶，導(dǎo)帶和價(jià)帶之間存在著禁帶。在能帶中電子能級(jí)是非常密集的，形成準(zhǔn)連續(xù)分布。 晶態(tài)半導(dǎo)體中的缺陷，如雜質(zhì)、空位、位錯(cuò)等，往往在禁帶中引入缺陷能級(jí)，它們表示電子的束縛態(tài)。第十章光學(xué)材料一. 概念1. 激光：受激發(fā)射產(chǎn)生的光就是激光。2. 光纖：是用高透明電介質(zhì)材料制成的非常細(xì)（外徑約為125-200卩m）的低損耗導(dǎo)光纖維，它不僅具有束縛和傳輸從紅外到可見光區(qū)域內(nèi)的光的功能，而且也具有傳感功能3. 發(fā)光是一種物體把吸收的能量，不經(jīng)過熱的階段，直

36、接轉(zhuǎn)換為特征輻射的現(xiàn)象。4. 半導(dǎo)體材料在外電場(chǎng)作用下，出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象，稱為場(chǎng)致發(fā)光。5. 材料受光照射著色，停止光照時(shí)，又可逆地退色，這一特性稱為材料的光色現(xiàn)象。6. 非線性光學(xué)材料是在強(qiáng)光或其他外場(chǎng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)等）作用下能產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)的材料，強(qiáng)光或其他外場(chǎng)對(duì)晶體作用時(shí)，能引起材料的非線性極化響應(yīng)，導(dǎo)致光的頻率、強(qiáng)度、偏振態(tài)及傳播方向的改變。7. 把這種具有光學(xué)各向異性、流動(dòng)性的液體稱為液晶。二. 填空1. 光學(xué)材料主要是（光介質(zhì)材料）,是傳輸光線的材料2. 能量發(fā)射可以有兩種途徑：一是原子無規(guī)則地轉(zhuǎn)變到低能態(tài)，稱為（自發(fā)發(fā)射）；二是一個(gè)具有能量等于兩能級(jí)間能量差的光子與處于高能

37、態(tài)的原子作用，使原子轉(zhuǎn)變到低能態(tài)同時(shí)產(chǎn)生第二個(gè)光子，這一過程稱為（受激發(fā)射）,受激發(fā)射產(chǎn)生的光就是（ 激光）。3. 產(chǎn)生激光作用的必要條件是使原子或分子系統(tǒng)的兩個(gè)能級(jí)之間實(shí)現(xiàn)（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）。4. 光纖本身由（纖芯）和（包層）構(gòu)成5. 按光纖芯折射率分布不同可分為：（階躍型）光纖和（梯度型）光纖兩大類6. 按光纖傳播光波的模數(shù)來分，則有（多模光纖）、單模光纖兩大類。從傳感的角度來分，可以分為（傳輸光纖）和功能光纖。7. 多模光纖的傳輸頻率主要受到（模式色散）的限制，所以傳輸?shù)男畔⒘坎豢赡芎芨摺?. 晶體光纖可分為單晶與多晶兩類。單晶光纖的制造方法主要有（導(dǎo)模法）和（浮區(qū)溶融法）。9. 發(fā)光的三個(gè)

38、特征是（顏色）、（強(qiáng)度）和（發(fā)光持續(xù)時(shí)間）。10. 在高速電子的轟擊下，發(fā)光屏的溫度將要上升，而當(dāng)溫度上升到一定值后發(fā)光的亮度將下降，這種現(xiàn)象為(溫度淬滅)。11. 液晶的結(jié)構(gòu)按分子排列方式的不同，可以分為三種類型(近晶型)、(向列型)、膽甾型)。12. 在顯示應(yīng)用中，液晶材料主要物理參數(shù)有(相變溫度)、(粘度)、介電常數(shù)、折射率和彈性常數(shù)等。三簡(jiǎn)答1. 簡(jiǎn)述引起激光振蕩的三個(gè)條件(1) 利用電流注入的少數(shù)載流子復(fù)合時(shí)放出的能量必須以高效率變換為光。(2) 在引起反轉(zhuǎn)分布時(shí)要注入足夠濃度的載流子。有諧振器(空腔)。2. 簡(jiǎn)述紅外線與可見光不同之處(1) 紅外線對(duì)人的肉眼是不可見的；(2) 在大

39、氣層中，對(duì)紅外波段存在著一系列吸收很低的“透明窗”。這些特點(diǎn)導(dǎo)致了紅外線在軍事、工程技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)上的許多實(shí)際應(yīng)用。3. 光色材料用于全息存儲(chǔ)具有哪些特點(diǎn)？(1)存儲(chǔ)信息可方便地擦除，并能重復(fù)進(jìn)行信息的擦寫；(2)具有體積存儲(chǔ)功能，利用參考光束的入射角度選擇性，可在一個(gè)晶體中存儲(chǔ)多個(gè)全息固；(3)可以實(shí)現(xiàn)無損讀出，只要讀出時(shí)的溫度低于存儲(chǔ)時(shí)的使用溫度。4. 非線性光學(xué)晶體應(yīng)具有哪些性質(zhì)？(1) 晶體的非線性光學(xué)系數(shù)大；(2) 透光波段寬，透明度高；(3) 晶體內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)相位匹配，具有高的光轉(zhuǎn)換效率；(4) 晶體具有較高的抗光損傷闕值；晶體的物理化學(xué)性能好，硬度大、不潮解；(6)可生長(zhǎng)光學(xué)質(zhì)量均

40、勻的、大尺寸晶體；易加工、成本低。5. 簡(jiǎn)述液晶的效應(yīng)(1)溫度效應(yīng)(2、電光效應(yīng)(3、光生伏特效應(yīng)(4、超聲效應(yīng)(5、理化效應(yīng)6. 簡(jiǎn)述液晶的應(yīng)用由于液晶在光學(xué)特性上顯示出明顯的各向異性，可以改變光的偏振方向，可以制成光 導(dǎo)液晶光閥，光調(diào)制器、光通信用光路轉(zhuǎn)換開關(guān)等液晶器件。另外，液晶作為存儲(chǔ)元件、光 控器件與激光器結(jié)合，可控制激光的振幅、相位、頻率和激光輻射的偏振態(tài)，可傳輸能量。液晶在電子學(xué)方面可用于液晶電子光快門、微溫傳感器、壓力傳感器等方面。液晶顯 示器是液晶在電子學(xué)方面的重要應(yīng)用，已用于各種計(jì)量?jī)x器， 家用電器、電子計(jì)算器、手表、計(jì)算機(jī)等方面。液晶在生命科學(xué)方面也有重要應(yīng)用，有關(guān)生物

41、液晶的研究工作已取得了豐碩的成果。用液晶 的結(jié)構(gòu)和原理，解釋包括人、動(dòng)物、植物和微生物在內(nèi)的廣泛的生命現(xiàn)象，也取得成功。各14種各樣的假說、推論不斷出現(xiàn)，他們都把生物膜所特有的功能與液晶特性相結(jié)合，來探索生命科學(xué)的奧秘及生物液晶的特殊功能。四.論述1. 論述光在光纖中的傳輸原理如果有一束光投射到折射率分別為ni和n2的兩種媒質(zhì)界面上時(shí)，（設(shè)ni他），入射光將分為反射光和折射光。入射角Bi與折射角B 2之間服從光的折射定律Al 1L|事此工sin 6*21* nt j由上式可知，當(dāng)入射角B i逐漸增大時(shí)，折射角B 2也相應(yīng)增大。當(dāng)B i=sin -1 n 2 / n i時(shí)，折 射角B =n /2

42、，這時(shí)入射光線全部返回到原來的介質(zhì)中去，這種現(xiàn)象叫光的全反射。此時(shí)的 入射角B i=sin-i n2 / n i叫做臨界角。在光纖中，光的傳送就是利用光的全反射原理，當(dāng)入 射進(jìn)光纖芯子今的光與光纖軸線的交角小于一定值時(shí)，光線在界面上發(fā)生全反射。這時(shí)，光將在光纖的芯子中沿鋸齒狀路徑曲折前進(jìn)，但不會(huì)穿出包層，這樣就完全避免了光在傳輸過程中的折射損耗2. 液晶材料物理性能液晶分子幾何形狀、極性官能團(tuán)位置和極性大小、苯環(huán)面向及分子之間相互作用等因素決定了液晶物理性能和各向異性，區(qū)域內(nèi)液晶分子平均取向用指向矢表示。在顯示應(yīng)用中，液晶材料主要物理參數(shù)有相變溫度、粘度、介電常數(shù)、折射率和彈性常數(shù)等。（i）相

43、變溫度對(duì)熱致性液晶，相變溫度確定液晶態(tài)存在的溫度范圍和各相存在的范圍，用差熱分析和偏光顯微鏡方法測(cè)量液晶相變溫度。單體液晶很難滿足顯示需要的很寬溫度范圍，常采用多組分液晶混合配方實(shí)現(xiàn)寬溫度液晶。粘度粘度與液晶響應(yīng)速度關(guān)系密切，粘度大小與溫度有關(guān)。粘度具有各向異性，向列液晶粘度在指向矢方向小，近晶液晶粘度在分子層平行方向小。介電常數(shù)介電常數(shù)是液晶材料的主要電學(xué)性能參數(shù)。液晶介電各向異性參數(shù)分別為：分子長(zhǎng)軸方向介電常數(shù) ,垂直方向介電常數(shù)丄，各向異性值=- 丄。當(dāng)/丄時(shí)，為正 向液晶，反之，為負(fù)向液晶。（4）折射率在光頻率作用下液晶分子電極化引起的介電常數(shù)和折射率n之間的關(guān)系為=n。折射率同樣各向

44、異性。液晶具有折射率的各向異性，從而得到許多有價(jià)值的光學(xué)特性：（i）使入射光前進(jìn)方向的偏振狀態(tài)向分子長(zhǎng)軸的方向偏轉(zhuǎn)；（2）能改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)（線偏振、橢圓偏振、圓偏振）或改變偏振光的振動(dòng)方向；（3）使入射的左旋、右旋偏振光產(chǎn)生相應(yīng)得反射或透射。（5）彈性常數(shù)在向列液晶情況下，分子沿著指向矢方向平移，不產(chǎn)生形變恢復(fù)力。但破壞分子取向 有序時(shí)，出現(xiàn)指向矢空間不均勻性，使體系自由能增加， 產(chǎn)生指向矢形變恢復(fù)能。用液晶彈性理論描述液晶宏觀物理現(xiàn)象，需要引入液晶彈性變形參數(shù)。彈性形變分為展曲形變、扭曲形變及彎曲形變。向列液晶彈性形變能低，在外場(chǎng)作用下液晶容易形變，液晶顯示功耗小。第十一章精細(xì)功能陶瓷

45、一. 概念1. 相對(duì)于這種用天然無機(jī)物燒結(jié)的傳統(tǒng)陶瓷，以精制的高純天然無機(jī)物或人工合成無機(jī)化合物為原料，采用精密控制的制造加工工藝燒結(jié)，具有遠(yuǎn)勝過以往獨(dú)特性能的高功能陶瓷稱為新型陶瓷或精細(xì)陶瓷。2. 帶電粒子在電場(chǎng)下作微小位移的性質(zhì)稱為介電性。3. 晶格上為非極性原子或分子，在電性上完全中性的，稱為各向同性介電體。4. 用于人體組織和器官的修復(fù)并代行其功能的人造材料稱為生物材料或生物醫(yī)學(xué)材料。二. 填空1. 精細(xì)陶瓷按其使用性能可分為（精細(xì)結(jié)構(gòu)陶瓷）和（精細(xì)功能陶瓷）兩大類2. 離子在晶體中擴(kuò)散是通過（ 取代晶格空位）的方式進(jìn)行的。3. 在晶體的32種對(duì)稱點(diǎn)群中，有（11）種具有對(duì)稱中心4.

46、帶電粒子在電場(chǎng)下作微小位移的性質(zhì)稱為（ 介電性）5. 一般介電陶瓷材料在電場(chǎng)下產(chǎn)生的極化可分為四種，即（電子極化）、離子極化、（偶極子趨向極化）和空間電荷極化。6. 鐵氧體分為（軟磁鐵氧體）和（硬磁鐵氧體）兩種。三. 簡(jiǎn)答1. 氣敏陶瓷與濕敏陶瓷的差別與氣敏陶瓷的敏感機(jī)理相比，濕敏陶瓷有其相似之處，但也存在明顯的差別。首先，兩者都屬表面作用過程，這是相同的；其次，氣敏要研究多種氣體的作用，而濕敏則著重于水分子的附著，似乎比較簡(jiǎn)單，其實(shí)未必其然。因?yàn)闅饷舸蠖嗍潜砻娣磻?yīng)過程，屬于化學(xué)吸附，只用電子電導(dǎo)便足以說明問題。但在感濕過程中，既有化學(xué)吸附，又有物理吸附；既要考慮電子過程，也不能忽視離子電導(dǎo)，

47、在某些場(chǎng)合下，離子電導(dǎo)還可能起主導(dǎo)作用。2. 高溫超導(dǎo)體在結(jié)構(gòu)和物性方面具有哪些特征？（1）晶體結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的低維特點(diǎn)，三個(gè)晶格常數(shù)往往相差3-4倍；（2）輸運(yùn)系數(shù)（電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等）具有明顯的各向異性；（3）磁場(chǎng)穿透深度遠(yuǎn)大于相干長(zhǎng)度，是第二類超導(dǎo)體；（4）載流子濃度低，且多為空穴型導(dǎo)電；（5）同位素效應(yīng)不顯著；（6）邁斯納效應(yīng)不完全；（7）隧道實(shí)驗(yàn)表明能隙存在，且為庫柏型配對(duì)。四. 論述1. 生物材料的必要條件生物學(xué)條件：（1）生物相容性好，對(duì)機(jī)體無免疫排異反應(yīng)，種植體不致引起周圍組織產(chǎn)生局部或全身性反應(yīng)，最好能與骨形成化學(xué)結(jié)合，具有生物活性；（2）對(duì)人體無毒、無刺激、無致畸、致敏、致突變

48、和致病作用；（3）無溶血、凝血反應(yīng)?；瘜W(xué)條件：（1）在體內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定，不分解、不變質(zhì)；（2）耐侵蝕，不產(chǎn)生有害降解產(chǎn)物：3）不產(chǎn)生吸水膨潤(rùn)、軟化變質(zhì)等變化。力學(xué)條件：（1）具有足夠的靜態(tài)強(qiáng)度，如抗彎、抗壓、拉伸、剪切等；（2）具有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢陀捕龋唬?）耐疲勞、摩擦、有潤(rùn)滑性能。其他：（1）具有良好的孔隙度、 體液及軟硬組織易于長(zhǎng)入；（2）易加工成型，使用操作方便；（3）熱穩(wěn)定性好，高溫消毒不變質(zhì)。2. 生物陶瓷的特點(diǎn)首先，由于它是在高溫下燒結(jié)而成，其結(jié)構(gòu)含著鍵強(qiáng)很大的離子鍵和共價(jià)鍵，所以它不僅具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、 硬度，而且在體內(nèi)難溶解，不易腐蝕變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好，便于加熱消毒， 耐磨性能好

49、，不易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，滿足種植學(xué)的要求。其次，陶瓷的組成范圍比較寬，可用 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求設(shè)計(jì)組成，控制性能變化。第三，陶瓷成型容易，可用根據(jù)使用要求， 制成各種形態(tài)和尺寸，如顆粒型、柱形、管形；致密型或多孔型，也可以制成骨螺釘、骨夾 板；制成牙根、關(guān)節(jié)、長(zhǎng)骨、頜骨、顱骨等。第四，通常認(rèn)為陶瓷燒結(jié)后很難加工，但是隨 著加工裝備及技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在陶瓷的切削、研磨、拋光等已是成熟的工藝。近年來又發(fā)現(xiàn)了可以用普通金屬加工機(jī)床進(jìn)行車、銃、刨、鉆孔等的“可切削性生物陶瓷”，利用玻璃陶瓷結(jié)晶化之前的高溫流動(dòng)性，制成了鑄造玻璃陶瓷。 用這種陶瓷制作的人工牙冠，不僅強(qiáng)度好，而且色澤與天然牙相似。第十二章納米材

50、料一. 概念1. 小尺寸效應(yīng)當(dāng)超微粒子的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件特技破壞，聲、光、電磁、熱力學(xué)等特 性均會(huì)呈現(xiàn)新的尺寸效應(yīng)，稱為 小尺寸效應(yīng)。2. 當(dāng)微粒尺寸下降到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)出現(xiàn)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散的現(xiàn)象。當(dāng)能級(jí)間距大于熱能、磁能、電能或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時(shí)，納米微粒會(huì)呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反差特性，稱之為量子尺寸效應(yīng)。二. 填空1當(dāng)小顆粒尺寸進(jìn)入納米量級(jí)時(shí)，其本身和由它構(gòu)成的納米固體主要具有以下三個(gè)方面的效應(yīng)：（小尺寸效應(yīng)）、表面與界面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)。三. 簡(jiǎn)答1納米材料結(jié)構(gòu)大致可以分

51、為幾類？（1）零維的原子團(tuán)簇和納米微粒；（2） 維調(diào)制的納米單層或多層薄膜；二維調(diào)制的納米纖維結(jié)構(gòu)；（4）三維調(diào)制得納米相材料。2簡(jiǎn)述溶膠-凝膠工藝路線及優(yōu)點(diǎn)（1）溶解和前驅(qū)體反應(yīng)；（2）凝膠成型；（3）干燥；（4）燒結(jié)得到致密物質(zhì)。溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、所得物質(zhì)純度高，通過燒結(jié)可以得到致密陶瓷。溶膠 -凝膠法能夠制備氣孔相連接的多孔納米材料，在復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制備方面發(fā)揮重要作用。四. 論述1. 論述納米材料的特性（一）小尺寸效應(yīng)當(dāng)超微粒子的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件特技破壞，聲、光、電磁、熱力學(xué)等特性均會(huì)呈

52、 現(xiàn)新的尺寸效應(yīng)，稱為小尺寸效應(yīng)。 力學(xué)性質(zhì) 陶瓷材料在通常情況下呈現(xiàn)脆性，而由納米微粒制成的納米陶瓷材料卻具有 良好的韌性。納米微粒制成的固體材料具有大的界面，界面原子排列相當(dāng)混亂。原子在外力變形條件下容易遷移，從而表現(xiàn)出優(yōu)良的韌性和延展性。熱學(xué)性質(zhì) 固體物質(zhì)在粗晶粒尺寸時(shí)，有固定的熔點(diǎn)，超微化后，熔點(diǎn)降低。如塊狀金 的熔點(diǎn)為1064;當(dāng)顆粒尺寸減到 10nm時(shí)，降低為1037C； 2nm時(shí)，變?yōu)?27C。銀的熔點(diǎn) 為690C，超細(xì)銀熔點(diǎn)變?yōu)?100C，銀超細(xì)粉制成的導(dǎo)電漿料可在低溫下燒結(jié)。（3）光學(xué)性質(zhì) 所有金屬納米微粒均為黑色，尺寸越小，色彩越黑。銀白色的鉑變?yōu)殂K黑，鉻變?yōu)殒嚭诘?。這表明

53、金屬納米微粒對(duì)光的反射率很低，一般低于1%大約幾納米厚度即可消光，禾U用此特性可制作高效光熱、光電轉(zhuǎn)換材料，將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能和電能，也可作為紅外敏感材料和隱身材料。（4）磁性 納米微粒的磁性與體材料不同，見表12-1。納米材料具有很高的磁化率和矯頑力，具有低飽和磁化磁矩和低磁滯損耗。20nm純鐵納米微粒的矯頑力是大塊鐵的1000倍，但當(dāng)尺寸再減小時(shí)（6nm）,其矯頑力反而下降到零，表現(xiàn)出超順磁性。（二）表面和界面效應(yīng)納米微粒尺寸小，表面大，位于表面的原子占相當(dāng)大的比例。隨著粒徑減小，表面急 劇變大，引起表面原子數(shù)迅速增加。例如，粒徑為10nm時(shí)，比表面積為 90mf/g;粒徑為5nm時(shí)，比表

54、面積為180ni/g ;粒徑小到2nm時(shí)，比表面積猛增到 459m2/g。這樣高的比表 面積，使處于表面的原子數(shù)越來越多，大大增強(qiáng)了納米微粒的活性。例如，金屬的納米微粒在空氣中會(huì)燃燒，無機(jī)材料的納米微粒暴露在大氣中會(huì)吸附氣體，并與氣體進(jìn)行反應(yīng)。表面微粒的活性不僅引起微粒表面原子輸運(yùn)和構(gòu)型的變化，而且也引起表面電子自旋 構(gòu)象和電子能譜的變化。（三）量子尺寸效應(yīng)當(dāng)微粒尺寸下降到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)出現(xiàn)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散的 現(xiàn)象。當(dāng)能級(jí)間距大于熱能、磁能、電能或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時(shí)，納米微粒會(huì)呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反差特性，稱之為量子尺寸效應(yīng)。 如導(dǎo)電的金屬在制成超微粒時(shí)可以變成半

55、導(dǎo)體或絕緣體，磁矩的大小與微粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān)，比熱會(huì)發(fā)生反差變化， 光譜線會(huì)產(chǎn)生向短波長(zhǎng)方向的移動(dòng)，催化活性與原子數(shù)目有奇妙的關(guān)系，多一個(gè)原子活性很高，少一個(gè)原子活性很低，這些是量子尺寸效應(yīng)的客觀表現(xiàn)。2. 論述納米材料制備方法（1）惰性氣體淀積法當(dāng)金屬晶粒尺寸為納米量級(jí)時(shí)，由于具有很高的表面能，極容易氧化，所以制備技術(shù)中必須采取惰性氣體（如He, Ar）保護(hù)。在蒸發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)行制備，將原始材料在約1KPa的惰性氣氛中蒸發(fā)， 蒸發(fā)出來的原子與 He原子相互碰撞，降低了動(dòng)能，在溫 度處于77K的冷阱上淀積下來，形成尺寸為數(shù)納米的疏松粉末。（2）還原法用金屬元素的酸溶液，以檸檬酸鈉為還原劑迅速混合溶液，并還原成具有納米尺寸的金屬顆粒，形成懸浮液，為了防止納米微粒的長(zhǎng)大，加入分散劑，最后去除水分，就得到含有超微細(xì)金屬顆粒構(gòu)成的納米薄膜材料。 化學(xué)氣相淀積法射頻等離子體技術(shù)采用頻率為10-20MHZ的射頻場(chǎng)，以H2稀釋的SiH4為氣源，在射頻電磁