材料物理課程復(fù)習(xí)題(終極版)

《材料物理科學(xué)》課程復(fù)習(xí)題1簡述材料的分類和新材料的特點(diǎn)、要求和開展方向。工程上分：金屬材料，無機(jī)非金屬材料，有機(jī)高分子材料及復(fù)合材料按狀態(tài)分：單晶，多晶，非晶，準(zhǔn)晶和液晶按化學(xué)角度分：無機(jī)材料與有機(jī)材料按應(yīng)用分：信息材料，能源材料，生物材料，建筑材料，航空航天材料等按用途分：結(jié)構(gòu)材料和功能材料商品化程度分：傳統(tǒng)材料和先進(jìn)材料新材料的特點(diǎn)要求：結(jié)構(gòu)和性能相結(jié)合,智能化,減少污染,可再生性,節(jié)省能源,長壽命新材料開展方向〔講義4-5頁〕納米材料,先進(jìn)多相復(fù)合材料,高溫超導(dǎo)材料,智能材料,生物醫(yī)學(xué)材料2簡述材料的成分結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。(不全)材料的性質(zhì)取決于材料的結(jié)構(gòu)。材料的結(jié)構(gòu)，是指材料的組元及其排列和運(yùn)動(dòng)方式。它包括形貌，化學(xué)成分，相組成，晶體結(jié)構(gòu)和缺陷等內(nèi)涵3簡述計(jì)算機(jī)模擬在材料物理學(xué)科中的作用。計(jì)算機(jī)模擬是一種根據(jù)實(shí)際體系設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的模型實(shí)驗(yàn)。通常將模擬結(jié)果與實(shí)際體系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比擬?？梢詸z驗(yàn)出模型的準(zhǔn)確性，也可以檢驗(yàn)由模型導(dǎo)出的解析理論所作的近似是否成功。此外，在模型上獲得的微觀信息，常常比在實(shí)際體系上所作的實(shí)驗(yàn)更為詳細(xì)。往往是在通常實(shí)驗(yàn)條件下很難獲得的信息。此外，計(jì)算機(jī)模擬對(duì)于理論的開展也有重要的意義，它能為現(xiàn)實(shí)模型和實(shí)驗(yàn)中無法實(shí)現(xiàn)的探索模型作詳細(xì)的預(yù)測(cè)，并提供方法。如材料在極端壓力或高溫下經(jīng)歷相變的四維體系等計(jì)算機(jī)模擬由于有計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的幫助，不但能使模擬易于觀察和易于理解，而且可進(jìn)一步與計(jì)算機(jī)技術(shù)中剛開創(chuàng)的虛擬現(xiàn)實(shí)的新領(lǐng)域相結(jié)合。在虛擬現(xiàn)實(shí)中，計(jì)算機(jī)模擬的不結(jié)果不僅可用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)表達(dá)，而且也能用五官來感受。用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和模擬的專家系統(tǒng)進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，可以擺脫實(shí)驗(yàn)先行的研究方法，用較少的實(shí)驗(yàn)，較短的研制過程，就能獲得較為理想的材料。材料科學(xué)走計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬之路，從理論和實(shí)際兩個(gè)方面向人們提供了材料研究由必然到自由的可能。4簡述材料物理中各種鍵合的特點(diǎn)。鍵類型相應(yīng)晶體的特點(diǎn)離子鍵具有明顯的空間取向性。形成的晶體高的熔點(diǎn)、強(qiáng)度和硬度，而熱膨脹系數(shù)較低．原子間結(jié)合力很強(qiáng)。離子晶體是絕緣體。但在熔化狀態(tài)，可借助于離子遷移導(dǎo)電共價(jià)鍵具有飽和性和明顯的空間取向。高熔點(diǎn)、硬度和強(qiáng)度。形成晶體是絕緣體，而且在液態(tài)也不能導(dǎo)電。金屬鍵沒有飽和性和方向性。具有導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和可塑性。范德華鍵沒有方向性和飽和性，晶體結(jié)構(gòu)主要取決于幾何因素，因而趨于密堆結(jié)構(gòu)。這種晶體也是絕緣體5魏德曼--弗朗茲定律說明了什么？K／σ＝3(k／e)2T式中k是玻爾茲曼常數(shù),e是電子電荷，T是溫度；解釋了金屬的高電導(dǎo)(σ)和熱導(dǎo)(K)特性；也解釋了金屬的光學(xué)特性。這個(gè)理論的缺乏之處是從電子的總能量過高地估計(jì)了電子的比熱。電導(dǎo)和熱導(dǎo)的兩種輸運(yùn)過程,如果T變化,會(huì)引起兩種輸運(yùn)的變化6簡述電子化合物的特點(diǎn)？如果考慮K空間的電子狀態(tài)(稱做電子結(jié)構(gòu)),那么可以從晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性考察傳導(dǎo)性能等金屬各種性質(zhì)。在最簡單的情形下，合金的電子結(jié)構(gòu)特征用每個(gè)原子的平均價(jià)電了數(shù)(n)的函數(shù)表示。尤其是Cu和Cu合金中，由n產(chǎn)生穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)有規(guī)那么地變化，即n=1的純銅是面心立方相，而Cu—Zn合金中，Zn的濃度增加，當(dāng)n到達(dá)1。38時(shí)，保持面心立方結(jié)構(gòu)(α-黃銅)，n超過1。38那么成為體心立方〔β〕相，即β—黃銅，當(dāng)n在1。58~1。66之間，那么成為稍微復(fù)雜結(jié)構(gòu)的γ—黃銅，n在1。78~1。87之間晶體取密排六方結(jié)構(gòu)，不僅Zn元素如此，參加其他合金元素，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律也成立，稱為休?！埲镆?guī)律。把服從這一規(guī)律的合金稱做電子化合物。7請(qǐng)羅列出材料中缺陷類型和特征。晶體缺陷大致分為兩類：化學(xué)缺陷和點(diǎn)陣缺陷(1)化學(xué)缺餡：置換型固溶洽原子，間隙型固溶原子，析出物(2)點(diǎn)陣缺陷：A點(diǎn)缺陷：原子空位，間隙原子B位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)，螺型位錯(cuò)，混合位錯(cuò)C面缺陷：層錯(cuò)，相界，晶界D體缺陷：空腔，氣泡點(diǎn)缺陷的特征：點(diǎn)缺陷是晶體在熱平衡狀態(tài)下存在的唯一點(diǎn)陣缺陷。能量越小點(diǎn)缺陷存在的越多。位錯(cuò)的特征：位借是晶體中存在的唯一線缺陷，對(duì)晶體塑性變形起重要作用。位錯(cuò)周圍產(chǎn)生長程應(yīng)變場(chǎng)，應(yīng)變能非常大，在晶體內(nèi)部位錯(cuò)位置移動(dòng)，晶體的外形才變化。8就你的理解，給出相變的定義。一定條件下〔溫度，電，磁力等外場(chǎng)〕由一種凝聚態(tài)向另外一種凝聚態(tài)轉(zhuǎn)變的過程9簡述相變的分類。按熱力學(xué)分類分為一級(jí)相變,二級(jí)相變。按相變方式分為成核長大型和連續(xù)型相變。按質(zhì)點(diǎn)遷移特征分為擴(kuò)散型和非擴(kuò)散型。非擴(kuò)散相變中具有代表性的是馬氏體相變，它是原子相互之間不改變其位置關(guān)系，而是由協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)發(fā)生的相變。相反，擴(kuò)散相變是原子被熱激活離開原來的陣點(diǎn)位置，向鄰接的位置移動(dòng)，即把擴(kuò)散過程作媒介發(fā)生的相變。共析反響，磁鐵分解等各種析出反響(相別離過程)和有序無序轉(zhuǎn)變都是這種相變的例子。其它的轉(zhuǎn)變?nèi)缤禺悩?gòu)轉(zhuǎn)變，許多情況下可以是擴(kuò)散轉(zhuǎn)變。10表達(dá)一級(jí)相變與二級(jí)相變?cè)谖锢韴D象特征及差異。一次相變自由能一階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)，有潛熱放出，體積變化，為非連續(xù)相變，新相產(chǎn)生明顯。二次相變自由能一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，二階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)，比熱容，可壓縮性，熱膨脹系數(shù)等發(fā)生變化，為動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，一種趨勢(shì)掩蓋另一種趨勢(shì)。11有序-無序轉(zhuǎn)變與相別離說明了什么？不同原子無規(guī)那么地占有晶格，兩種原子或離子相互間呈隨機(jī)分布，沒有一定秩序，稱為無序;占據(jù)方式有規(guī)那么的，各種原子或離子都有使其周圍為異種原子或離子排列的趨勢(shì)，稱為有序。溫度變化引起有序相轉(zhuǎn)變到無序相(或者與之相反)的相變現(xiàn)象，稱為有序無序轉(zhuǎn)變。而相別離是由單一相分為兩個(gè)或以上相的現(xiàn)象。在公式Tc=-ZV／2k中,如果V>0,說明會(huì)出現(xiàn)相別離傾向,即同類原子作用時(shí)更穩(wěn)定,出現(xiàn)同類相吸,異類相斥現(xiàn)象,而當(dāng)V<0,會(huì)出現(xiàn)有序化傾向,即異類作用時(shí)更穩(wěn)定,出現(xiàn)異類相吸,同類相斥現(xiàn)象。12簡述平均場(chǎng)的實(shí)質(zhì)。所謂平均場(chǎng)理論,就是把所有其他粒子對(duì)一個(gè)粒子所有作用力看作是由一個(gè)平均場(chǎng)所產(chǎn)生的,即把粒子看作在其他粒子形成的平均場(chǎng)運(yùn)動(dòng)。平均場(chǎng)理論本質(zhì)上是熱力學(xué)唯象理論。13什么是非平衡過程，材料制備過程中有哪些獲得非平衡組織的方法？一種材料發(fā)生相變，或者結(jié)構(gòu)變化，需要改變它的溫度或者施加應(yīng)力，外力。如果相變或結(jié)構(gòu)變化在熱力學(xué)上從一種穩(wěn)定狀態(tài)向另一種穩(wěn)定狀態(tài)遷移時(shí)保持熱平衡，那么為平衡過程，否那么稱為非平衡過程。利用液體急冷法，氣相急冷法(真空蒸發(fā)沉積，化學(xué)蒸發(fā)沉積，濺射法)，機(jī)械合金化等方法，可以制備各非晶狀態(tài)等非平衡相，亞穩(wěn)平衡相。14說明晶體、非晶體、液晶和準(zhǔn)晶的特點(diǎn)。晶體:有規(guī)那么的外形,短,長程有序,各向異性,有固定的熔點(diǎn)。非晶體:各向同性,沒有規(guī)那么的外形和固定的熔點(diǎn),長程無序,短程有序。液晶:有流動(dòng)性,具有晶體的某些各向異性,往往具有一維或二維取向有長程有序。準(zhǔn)晶:有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱無平移對(duì)稱,難以塑性變形,硬而脆。15說明組織與結(jié)構(gòu)的差異以及怎樣通過控制它們來改善材料的性能。組織是在顯微鏡下看到的對(duì)象,而結(jié)構(gòu)是指晶體原子組態(tài)的微觀對(duì)象,跟原子排列組態(tài)有關(guān),主要是通過淬火,回火,退火,時(shí)效等熱處理方法來改善材料的性質(zhì)。16簡述回復(fù)與再結(jié)晶的區(qū)別，二次再結(jié)晶有何特點(diǎn)。將加工后的材料加熱，由于位錯(cuò)等晶體缺陷的消失和重新排列產(chǎn)生穩(wěn)定化，稱之為回復(fù)。從消除缺陷意義上說，再結(jié)晶也是一種回復(fù)，但再結(jié)晶是晶界移動(dòng)引起晶體缺陷被急劇吸收的過程。回復(fù)是位錯(cuò)緩慢減少的連續(xù)過程，與此相對(duì)應(yīng)的，再結(jié)晶是由于晶界移動(dòng)，回復(fù)還沒充分進(jìn)行之前，位錯(cuò)被一舉消除的不連續(xù)過程。再結(jié)晶具有和加工組織不同的晶粒位向，而在回復(fù)過程中的加工組織里生成幾乎沒有缺陷的新晶粒。二次再結(jié)晶晶粒組織大，容易觀察。二次再結(jié)晶是—種一次再結(jié)晶后的晶粒長大，它的驅(qū)動(dòng)力是再結(jié)晶組織中存在的晶界能。和晶粒正常長大不同，二次再結(jié)晶指周圍少數(shù)較大晶粒選擇性地急劇增大。17簡述影響材料變形能力的關(guān)鍵因素。滑移系的多少：滑移系多的材料變形能力好，反之變形能力不好。派爾斯勢(shì)的大?。喝鏷/b越小，派爾斯勢(shì)就越大，所以就難滑移，材料很難變形。應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)雜質(zhì)原子析出相18什么是硬球模型?對(duì)于非晶體，表征其特征的微觀分析手段是什么？全稱為無序密堆積硬球模型，把原子看作是具有一定直徑的不可壓縮的剛球，“無序”，在這種堆積中不存在晶格那樣的長程有序，“密堆”那么是指這樣一種排列中不存在足以容納一個(gè)硬球那樣大的空隙?？捎肵射線、電子或中子衍射等方法，來測(cè)定材料的徑向分布函數(shù)(RDF)或原子對(duì)相關(guān)函數(shù)(PCF)。19簡述第一類和第二類超導(dǎo)體的特點(diǎn)和差異。圖中I的情形稱為第1類超導(dǎo)體，像II那種具有下臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc1和上臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc2兩個(gè)臨界磁場(chǎng)的情形稱做第II類超導(dǎo)體。對(duì)于第一類超導(dǎo)體,當(dāng)磁場(chǎng)增強(qiáng)到一定程度，超導(dǎo)將被破壞，變成正常傳導(dǎo)狀態(tài)，即在臨界磁場(chǎng)以上邁斯納效應(yīng)消失，抗磁性完全消失，在臨界磁場(chǎng)Hc時(shí)抗磁性急劇消失變成正常傳導(dǎo)。而對(duì)于第二類超導(dǎo)體,Hc1時(shí)試樣中磁通開始進(jìn)入渦旋線狀態(tài)，超導(dǎo)狀態(tài)開始局部地破壞，因此反磁性開始減少，但仍處于電阻為零的超導(dǎo)狀態(tài)。磁場(chǎng)進(jìn)一步增大變成Hc2，那么整個(gè)試樣完全變成正常傳導(dǎo)狀態(tài)，試樣的電阻變成有限值,Hc1和Hc2之間的磁場(chǎng)是試樣內(nèi)部正常傳導(dǎo)和超導(dǎo)兩種狀態(tài)混合存在，稱為混合狀態(tài)。對(duì)于第一類超導(dǎo)體,臨界磁場(chǎng)Hc的值隨溫度升高而減少;對(duì)于第二類超導(dǎo)體,電流流過引起渦流運(yùn)動(dòng)并發(fā)生能量損失使超導(dǎo)性破壞。20簡述抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性、螺旋鐵磁性的特點(diǎn)。以磁化率χ為磁體分類的基準(zhǔn)，Χ>0的物質(zhì)被磁場(chǎng)吸引，Χ<0的物質(zhì)被磁場(chǎng)排斥。鋁之類的物質(zhì)，Χ>0稱為順磁性，銅之類的物質(zhì)Χ<0，稱為反磁性或者抗磁性。所有原子自旋同向排列的狀態(tài)稱為鐵磁性，與此相反，原子自旋相互反向排列的狀態(tài)稱為反鐵磁性。反鐵磁體中不發(fā)生自發(fā)磁化，而且反向原子自旋的大小不同時(shí)，稱為亞鐵磁性。除此之外，有的物質(zhì)，原子自旋之間有兩個(gè)以上磁的相互作用，呈現(xiàn)相互傾斜成一定角度的自旋排列，稱為螺旋磁性。對(duì)反鐵磁體和亞鐵磁體施加一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，那么有的物質(zhì)顛倒反向自旋，變成鐵磁體，這種現(xiàn)象稱為變磁性。21說明結(jié)構(gòu)有序與磁有序〔或電激化有序〕的區(qū)別。結(jié)構(gòu)有序是指原子的占據(jù)方式是有規(guī)那么的,晶體點(diǎn)陣為有序點(diǎn)陣。磁有序是指磁矩排列的有序，而不是通常意義上的原子排列有序或者無序22簡述軟磁材料與硬磁材料在磁性參量方面的要求和這兩類材料的用途。軟磁材料:在軟磁材料中因磁場(chǎng)小，磁化必須急劇升高，起始磁導(dǎo)率必須大。分為弱電用變壓器、磁頭所要求的高磁導(dǎo)率材料和電力用變壓器電源變壓器，電磁鐵磁極所要求的高磁通密度材料。后者在施加大磁場(chǎng)狀態(tài)下進(jìn)行變電，因此要求剩余磁通密度大，矯頑力小。磁滯回線的面積表示變壓器每個(gè)周期的能量損失(稱為鐵損)。為使鐵損減少，矯頑力必須小。剩磁和矯頑力都很小。用途:硅鋼片,低碳物,制作電機(jī),變壓器,電磁鐵等電器的鐵心。硬磁:Hc具有大值、高矯頑力,除去外場(chǎng)后仍然保持高的的剩余磁化強(qiáng)度。用途:常用來制造各種永磁體,揚(yáng)聲器的磁鋼和電子電路中的記憶元件,硬盤。23什么是局域磁性？什么是巡游磁性？鐵磁性材料根本上都有假設(shè)干未滿的d殼層電子，而且由于d殼層電子比擬局域化，所以每個(gè)原子的磁性就比擬強(qiáng)，所以相鄰原子容易互相感覺到其他原子的磁性，從而取得相同取向形成介觀到宏觀磁疇〔在居里溫度以下〕；在外場(chǎng)下，這些磁疇排列有序，顯示出宏觀強(qiáng)磁性，鐵，鈷，鎳等均屬此類。這就是局域磁性。而其他一些金屬，比方鋁，銅，堿金屬之類，由于沒有局域未成對(duì)電子，這些電子巡游在整個(gè)晶體里。巡游電子的既具有抗磁性，又具有順磁性。計(jì)算說明，巡游電子的順磁性是抗磁性的3倍，所以凈效應(yīng)為順磁性。像鋁，銅，鈉這樣的金屬，是可以被磁鐵吸引的，只是常溫下很弱不容易覺察，但在低溫下這個(gè)效應(yīng)會(huì)大大加強(qiáng)。這就是巡游磁性。24簡述磁疇存在的原因，軟硬磁材料對(duì)磁疇和疇界有何要求？〔不明〕磁疇存在的原因：為了使外部不產(chǎn)生N，S磁極，即降低由于自發(fā)磁化所產(chǎn)生的靜磁能。軟磁要求疇界容易移動(dòng)。硬磁要求疇界很難移動(dòng)。25。比擬fcc,bcc何hcp三種晶體結(jié)構(gòu)的磁各向異性。畫一個(gè)磁滯回線〔包括磁化曲線〕，并標(biāo)出有關(guān)磁性參數(shù)。對(duì)晶體結(jié)構(gòu)為bcc的α-Fe來說，在(100)方向上施加一個(gè)磁場(chǎng)時(shí)最容易被磁化，與此相反，在(111)方向上最難被磁化。晶體結(jié)構(gòu)為fcc的鎳那么和α-Fe相反。它們分別稱為易磁化方向和難磁化方向,室溫下為hcp的鈷，c軸是易磁化方向，c面內(nèi)是難磁化方向。26簡述因瓦合金熱膨脹系數(shù)為零或極小的物理實(shí)質(zhì)。熱膨脹引起的晶格延伸和磁性消失引起的晶格收縮到達(dá)平衡。27簡述吸附的原因和分類。吸附的根本原因是界面處晶體結(jié)構(gòu)有嚴(yán)重畸變或有殘留的未配對(duì)鍵。吸附使這種畸變減小或使鍵飽和降低系統(tǒng)的自由能。吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附兩類。發(fā)生物理吸附時(shí)，襯底外表與被吸附原子之間主要是范德華色散力的作用，它是一種電矩間的相互作用，此時(shí)不發(fā)生原子間的電荷轉(zhuǎn)移?；瘜W(xué)吸附又分為離子吸附和共價(jià)吸附。發(fā)生離子吸附時(shí)，吸附的原子或分子會(huì)捕獲或釋放出載流子或空穴。共價(jià)吸附是外表與吸附物之間產(chǎn)生局部鍵合，電子被局部定域在襯底外表。共價(jià)吸附時(shí)，沒有自由載流子轉(zhuǎn)移，不形成空間電荷區(qū)。28簡述薄膜材料的形成過程，什么是分子束外延？什么是超晶格？薄膜形成過程：一般分為凝結(jié)過程，島形成與結(jié)合生長過程。大多數(shù)薄膜都是以島狀形式形成和長大，即在基體外表上吸附原子凝結(jié)后，在外表上擴(kuò)散遷移形成晶核，晶核再結(jié)合其它吸附原子逐漸長大形成小島，島再結(jié)合其他氣相原子便形成薄膜，因此薄膜形成是由形核開始的。形核首先經(jīng)歷吸附與凝結(jié)過程，原子相互碰撞結(jié)合成原子對(duì)或小原子團(tuán)并凝結(jié)在基體外表上；這種原子團(tuán)和其他吸附原子碰撞結(jié)合或釋放出一個(gè)單原子，這個(gè)過程反復(fù)進(jìn)行，使原子團(tuán)中的原子數(shù)超過某一臨界值，成為臨界核，臨界核繼續(xù)與其他原子碰撞結(jié)合，只向長大方向開展形成穩(wěn)定的原子團(tuán)，稱為穩(wěn)定核；穩(wěn)定核再捕獲其他吸附原子，或者入射原子束中的氣相原子直接碰撞在穩(wěn)定核上被粘附，使穩(wěn)定核進(jìn)一步長大成為小島。通過上述討論可知，薄膜形成經(jīng)歷了吸附，凝結(jié)，臨界核形成與長大，穩(wěn)定核形成長大，最后成為小島的物理過程。實(shí)際上形核長大只是薄膜形成的開始，薄膜形成的過程是指形成穩(wěn)定核之后的過程；同樣，薄膜生長模式是指薄膜形成的宏觀方式。在穩(wěn)定膜形成之后，島狀薄膜的形成過程，分為島狀、聯(lián)并、溝道和連續(xù)膜四個(gè)階段。島狀階段是指在核長大變成小島的過程中，平行基體表而方向的長大速度明顯大于垂直方向的長大速度，說明基體外表上吸附原子的擴(kuò)散遷移碰撞結(jié)合是主要的。聯(lián)并階段是指島在不斷長大過程中，島間距離逐漸縮小，最后相鄰小島相互聯(lián)接合并成一個(gè)大島。溝道階段是在島聯(lián)并后，新島繼續(xù)長大，當(dāng)島的分布到達(dá)臨界值時(shí)，小島相互聚結(jié)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中不規(guī)那么地分布著5—20nm寬的溝渠。連續(xù)膜階段是在溝渠和孔洞消失之后，入射的氣相原子直接吸附在薄膜上，通過聯(lián)并作用形成不同結(jié)構(gòu)的薄膜。分子束外延：是一種在晶體基片上生長高質(zhì)量的晶體薄膜的新技術(shù)。在超高真空條件下，由裝有各種所需組分的爐子加熱而產(chǎn)生的蒸氣，經(jīng)小孔準(zhǔn)直后形成的分子束或原子束，直接噴射到適當(dāng)溫度的單晶基片上，同時(shí)控制分子束對(duì)襯底掃描，就可使分子或原子按晶體排列一層層地“長”在基片上形成薄膜。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：使用的襯底溫度低，膜層生長速率慢，束流強(qiáng)度易于精確控制，膜層組分和摻雜濃度可隨源的變化而迅速調(diào)整。用這種技術(shù)已能制備薄到幾十個(gè)原子層的單晶薄膜，以及交替生長不同組分、不同摻雜的薄膜而形成的超薄層量子阱微結(jié)構(gòu)材料。超晶格：由兩種或以上不同、厚度d極小的薄層材料交替生長在一起而得到的一種多周期結(jié)構(gòu)材料。薄層厚度d遠(yuǎn)大于材料的晶格常數(shù)a，但接近或小于電子的自由程。29簡述熱蒸鍍〔真空蒸發(fā)〕膜與離子濺射膜的區(qū)別和優(yōu)缺點(diǎn)。粒子具有的動(dòng)能不同：蒸鍍膜所沉積的粒子有較低的動(dòng)能，而濺射出來的粒子有很高的動(dòng)能，比蒸發(fā)高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。粒子飛向基體外表的分布規(guī)律不同：對(duì)于小面積蒸發(fā)源，氣相原子飛向基體外表時(shí)按余弦定律分布。對(duì)于陰極濺射，靶是多晶材料且入射氬離子較大時(shí)符合余弦分布規(guī)律，但對(duì)單晶靶材，那么產(chǎn)生擇優(yōu)濺射效應(yīng)，不同晶面的濺射強(qiáng)度不同。粒子電性不同：蒸發(fā)出來的氣相原子幾乎都是不帶電的中性粒子，但濺射出來的粒子，除中性原子或原子團(tuán)外，還可能有正離子、負(fù)離子、二次電子和光子等多種粒子。真空度不同：蒸發(fā)鍍時(shí)，真空度較高，氣體分子平均自由程大于蒸發(fā)源到基體間的距離，氣相原子在飛向基體的過程中，氣相原子間或與剩余氣體分子間碰撞時(shí)機(jī)很少，它們根本上保持原有的能量，能量分布及直線飛行軌跡。陰極濺射時(shí)真空度較低，氣體分子平均自由程小于靶材和基體之間的距離，濺射原子飛行過程中，相互間碰撞，原子及其他剩余氣體分子相互碰撞，改變了濺射原子方向，到達(dá)基體外表的粒子可來自基體正前方整個(gè)半球面空間的所有方向，因此較容易制備厚度均勻的薄膜。粘合力不同：蒸發(fā)鍍所形成的膜容易從基體剝落，而陰極濺射所形成的膜由于形成了過渡層，能很好的跟基體結(jié)合，不易剝落。優(yōu)缺點(diǎn)：蒸鍍膜：薄膜成分與蒸發(fā)合金組分有偏離，薄膜含雜質(zhì)少，基體和薄膜溫度變化不大。濺射膜：薄膜成分與靶材一致，含較多雜質(zhì)，基體和薄膜溫度變化很大。30試舉例說明擴(kuò)散、隨機(jī)行走和自回避隨機(jī)行走現(xiàn)象。擴(kuò)散是一種遷移的過程,有定向遷移和隨機(jī)遷移兩種。隨機(jī)遷移也是隨機(jī)行走的一種。隨機(jī)行走是一種無定向遷移,如布朗運(yùn)動(dòng)。自回避隨機(jī)行走是一種有記憶性的行走,運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)避開以前走過的位置,如高分子聚合物的原子排列。31就有序--無序轉(zhuǎn)變中的位置無序〔化學(xué)無序〕、拓?fù)錈o序、方向無序、電子和核自旋狀態(tài)的無序〔代位無序〕和振動(dòng)無序進(jìn)行一般說明或圖示。無序結(jié)構(gòu)有拓?fù)?幾何)和化學(xué)鍵無序兩種。如圖1。1。1所示的玻璃中原子排列(排布)從幾何(拓?fù)?角度上看，晶格的概念，即周期性與對(duì)稱性是沒有了，但從近鄰范圍來看，最近鄰的原子數(shù)是比擬確定的(配位數(shù)不變)，這是一種拓?fù)錈o序。非晶態(tài)缺乏長程有序，所以原子間的化學(xué)鍵長、鍵角和鍵的極性等不會(huì)一樣，這就是鍵的無序無序系統(tǒng)中還有一種叫代位無序，這主要發(fā)生在晶態(tài)材料中，這時(shí)晶格的概念仍然保存，但等同晶格位置上原子類別或自旋狀態(tài)卻不同。對(duì)于原子磁距(自旋)取向無序(隨機(jī)凍結(jié))的系統(tǒng)稱“自旋”玻璃。一般的所謂非晶態(tài)固體指的大都是結(jié)構(gòu)無序32簡述量子小尺寸效應(yīng)、尺寸效應(yīng)和宏觀隧道效應(yīng)。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)其比外表積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。尺寸效應(yīng):由無數(shù)的原子構(gòu)成固體時(shí)，單獨(dú)原子的能級(jí)就并合成能帶，由于電子數(shù)目很多，能帶中能級(jí)的間距很小，因此可以看作是連續(xù)的，從能帶理論出發(fā)成功地解釋了大塊金屬、半導(dǎo)體、絕緣體之間的聯(lián)系與區(qū)別，對(duì)介于原子、分子與大塊固體之間的超微顆粒而言，大塊材料中連續(xù)的能帶將分裂為分立的能級(jí)；能級(jí)間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當(dāng)熱能、電場(chǎng)能或者磁場(chǎng)能比平均的能級(jí)間距還小時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應(yīng)。宏觀隧道效應(yīng)：是根本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢(shì)壘高度時(shí)，該粒子仍能穿越這一勢(shì)壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁