功能材料复习题.docx

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功能材料复习题

功能材料复习题

（试卷）周根柱功能材料

一、名词解释（共21分，每个3分）

1.电导率：

电阻率的倒数或它是表征材料导电能力大小的特征参数）。

2.铁电性：

某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化（其极化方向可以因外电场的反向而反向）晶体的这种性质称为铁电性。

3.居里温度：

铁电体失去自发极化使电畴结构消失的最低温度（或晶体由顺电相到铁电相的转变温度）。

4•介电常数：

介电常数是衡量电介质储存电荷能力的特征参数。

5.功能材料：

是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。

6.超导体临界磁场He:

超导电性可以被外加磁场所破坏。

对于温度为T（TvTe）的超导体，当外磁场超过某一数值He（T）的时候，超导电性就被破坏了，Hc（T）称为临界磁场。

7.正压电效应：

压电效应（piezoelectricefect）是指对材料施加压力，张力或切向力时，发生与应力成比例的介质极化以及在晶体的两端出现正负电荷的现象•这种由于应力诱导而极化，称正压电效应•

8•气敏陶瓷：

气敏陶瓷对某一种或某几种气体特别敏感，其阻值将随该种气体的浓度（分压力）作有规则的变化，检测灵敏度通常为百万分之一的量级，个别可达十亿分之一的量级，故有“电子鼻”之称。

9.纳米量子尺寸效应：

当纳米粒子的尺寸下降到某一值时,金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应。

10.逆压电效应：

在晶体上施加电场而引起介质极化时，如果产生了与电场强度成比例的变形或机械应力时，称其为负压电效应.

11.高温超导：

具有高临界转变温度（Tc）能

在液氮温度条件下工作的超导材料。

12.快淬技术：

它是将熔化的液态合金急速冷却至室温，制得非晶态或纳米晶态合金。

13.燃烧电池：

是一种将燃料和氧化剂之间的化学能持续地转变为电能而电极、电解质体系基本保持不变的系统。

14•光生伏特效应：

当光量子的能量大于半导体禁带宽度的光照射到结区时，光照产生的电子-空穴对在结电场作用下，电子推向n区，空

穴推向p区；电子在n区积累和空穴在p区积累使P-n结两边的电位发生变化，p-n结两端出现一个因光照而产生的电动势，这一现象称为光生伏特效应。

（二）填空（共30个空）

（1）世界上第一块气敏陶瓷是用二氧化锡和氯化钯混合再研得极细，在高温炉中烧结而成的它颗粒极细，吸附气体能力很强，此外，它又能显半导体性质，随吸附气体多寡，可改变导电率，所以，气敏陶瓷又被称作“电子鼻”。

（2）将超导体冷却到某一临界温度（TC）以下时电阻突然降为零的现象称为超导体的零电阻现象。

3.这种由干形变而产牛的电效应，称为压电效应。

材料的压电效应取决于晶体结构的不对称性，晶体必须有极轴，才有压电效应。

4.制造透明陶瓷的关键是消除气孔和控制晶粒异常长大。

5.常见的功能材料制备方法有溶胶-凝胶法，快淬火快凝技术，复合与杂化

6•功能材料的表征方法有材料组成表征、材料结构表征、材料性能表征。

7•电热材料的种类繁多，根据用途主要分为金属型和非金属性两种。

8.电热材料就是电流通过导体将放热，利用电流热效应的材料。

9.热敏电阻按其基本性能的不同可分为负温度系数NTC型热敏电阻、正温度系数PTC型热敏电阻、临界温度CTR型热敏电阻三类。

10.热释电系数除与温度有关外，还与晶体所处状态有关。

11.气敏元件有多种形式，但广泛使用的是半导体式和接触燃烧式。

12.超导体有3个基本的临界参数分别是临界温度Tc、临界磁场Hc、临界电流lc。

13.超导材料的基本物理性质有零电阻现象、完全抗磁性。

14.在超导应用中，一般分为低温超导材料和高

温超导材料应用两大方面。

15.物资的磁性来源于原子的磁性，原子的磁性

来源于电子的轨道运动及自旋运动，它们都可以产生磁矩。

16.在原子系统中，在外磁场作用下，感生出与磁场方向相反的磁矩现象称为抗磁性。

17•铁氧体是将铁的氧化物与其他某些金属氧化物用制造陶瓷的方法制成的非金属磁性材料。

18.从铁氧体的性质和用途来看，可将其分为软磁、永磁、旋磁、矩磁和压磁铁氧体等五大类。

19.有机磁性材料可分为结构型和复合型两大类。

20.黏接磁材的制备通常采用压延、注塑、挤压、压缩成形这四种工艺，其中前三种工艺采用热塑性混炼物，压缩成形则主要采用热固性黏接剂。

21.太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。

22.硅基材料太阳能电池按结晶状态可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三类。

23.按化学电源的工作性质及储存方式，可将化学电池分为：

原电池、蓄电池、储备电池和燃料

电池。

24.热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料。

25.一般情况下智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。

26.光功能材料包括光学、光电子学、光子学材料。

（三）判断题

（1）光学材料主要是指光介质材料，还有光功能材料，光纤材料是光介质材料，而激光材料是光功能材料。

（正确）

（2）按致晶单元与高分子的连接方式，可分为主链型液晶和侧链型液晶。

主链型液晶大多数为咼强度、高模量的材料，侧链型液晶则大多数为功能性材料。

（正确）

（3）光化学反应的可表示为光化学反应中起反应的分子数与吸收的光量子数之比，在光化学反应中，量子收率0值的变化范围极大，大可至上百万，小可到很小的分数1时是直接反应；0>1时是连锁反应。

（正确）

（4）根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。

（正确）

（5）激光材料是光介质材料，光纤材料而是光

功能材料。

（错误）两者互换

（6）在一个原子体系中，在光和原子体系的相互作用中，自发辐射、受激辐射和受激吸收总是同时存在的。

是否能得到光的放大就取决于高、低能级的原子数量之比。

（正确）

（7）与超导合金材料相比，元素超导体具有塑性好、易于大量生产、成本低等优点。

（错误）

（8）与实用高温超导材料相比，低温超导材料的最大优势在于它可能应用于液氮温区。

（错误）

（9）铁氧体主要应用于高频技术，例如无线电、电视、自动控制等很多方面。

（正确）

（10）硬磁铁氧体是铁氧体中发展最早的材料。

（错误）

（11）永磁铁氧体是六角晶系铁氧体，又称M型铁氧体。

（正确）

（12）光生伏特效应是光照引起P-N结两端产生电动势的效应。

（正确）

（13）化学电源是将物质化学反应所产生的能量直接转化成电能的一种装置。

（正确）

（14）储氢合金不仅具有安全可靠、储氢能耗低、单位体积储氢密度高等优点，还有将氢气纯化、压缩的功能，是目前最常用的储氢材料。

（正确）

1、常用的红外探测器材料有哪些？

红外探测器材料主要指热电材料，可依其运作温度分为三类：

（1）碲化铋及其合金，是目前被广为使用于热电致冷器的材料。

（2）碲化铅及其合金，是目前被广为使用于热电产生器的材料；（3）硅锗合金，以硅、锗为衬底，制备的大规格碲镉汞薄膜材料，此类材料亦常应用于热电产生器；

（4）多色碲镉汞材料，即分子束外延生长的掺杂型多层异质外延薄膜材料；（5）量子阱红外探测器材料，是以GaAs作为量子阱材料，GaAlAs作为量子势垒材料，选择合适的量子阱厚度和势垒材料组分。

2、怎样理解物质分子中无不成对电子时呈抗磁

由于原子核外电子环流的作用使物质具有的磁特性。

当所产生的磁性作用在与外加磁场相反的方向时产生屏蔽，则称为抗磁性。

如物质中存在不配对电子时，则出现顺磁性，而且可超过任何的抗磁性。

所以，分子中无不成对电子时，物质呈抗磁性。

3.金属贮氢材料有哪些主要系列，各有哪些特点和应用。

①镁系贮氢合金。

主要有镁镍、镁铜、镁铁、镁钛等合金。

具有贮氢能力大（可达材料自重的5.1%-5.8%、价廉等优点，缺点是易腐蚀所以寿命短，放氢时需要250°C以上高温。

②稀土系贮氢合金。

主要是镧镍合金，其吸氢性好，容易活化，在40C以上放氢速度好，但成本高。

③钛系贮氢合金。

有钛锰、钛铬、钛镍、钛铁、钛铌、钛锆、钛铜及钛锰氮、钛锰铬、钛锆铬锰等合金。

其成本低，吸氢量大，室温下易活化，适于大量应用。

④锆系贮氢合金。

有锆铬、锆锰等二元合金和锆铬铁锰、锆铬铁镍等多元合金。

在高温下（100C以上）具有很好的贮氢特性，能大量、快速和高效率地吸收和释放氢气，同时具有较低的热含量，适于在高温下使用。

⑤铁系贮氢合金。

主要有铁钛和铁钛锰等合金。

其贮氢性能优良、价格低廉。

4•在介电陶瓷多晶体中，为什么说压电体也是铁电体，热释电体也是压电体。

介电材料，它们是绝缘体，并不存在其中载流子在电场作用下的长程迁移，但仍然有电现象。

这种电现象的产生，是因为材料中也存在荷电粒子，尽管这些荷电粒子被束缚在固定的位置上，但可以发生微小移动。

这种微小移动起因于材料中束缚的电荷，在电场作用下，正负束缚的电荷重心不再重合，从而引起电极化，如此将电荷作用传递开来。

介电材料的电学性质是通过外界作用，其中包括电场、应力、温度等来实现的，相应形成介电晶体、压电晶体、热释电晶体和铁电晶体，并且依次后者属于前者的大类，其共性是在外力作用下产生极化。

5、什么是功能陶瓷，功能陶瓷的分类主要有哪些？

答：

功能陶瓷是指具有电、光、磁以及部分化学功能的多晶无机固体材料。

其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物适应性等。

主要有，电子陶瓷，超导陶瓷，磁性陶瓷，敏感陶瓷，生物陶瓷，光学陶瓷等。

6、什么是超导材料？

超导材料的两个基本特征？

答：

超导材料：

在一定温度以下，材料电阻为零，物体内部失去磁通成为完全抗磁性的物质。

超导材料的两个基本特征：

零电阻效应、迈斯纳效应。

7、什么是纳米材料？

简述纳米材料的主要制备方法和工艺。

答：

纳米材料：

通常定义为材料的显微结构中，包括颗粒直径、晶粒大小、晶界、厚度等特征尺寸都处于纳米尺寸水平的材料。

（指材料块体中的颗粒、粉体粒度在10-10Onm之间，使其某些性质发生突变的材料）主要制备方法和工艺：

气相冷凝法、球磨法、

非晶晶化法、溶胶-凝胶法

8、什么是正温度系数热电材料、负温度系数热电材料？

答：

正温度系数热电材料：

温度升高，材料的电导率增加。

这类材料多半时具有半导性的金属氧化物和过渡金属的复合氧化物。

负温度系数热电材料：

温度升高，材料的电导率下降。

这类材料主要是掺杂半导体陶瓷如镧掺杂钛酸钡，钛酸锶陶瓷等。

9、什么是生物陶瓷材料？

它应具有哪些要求？

答：

生物陶瓷材料：

用于人体器官替换、修补以及外科矫形的陶瓷材料。

要求：

具有良好的力学性能，在体内难于溶解，不易氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，耐磨且有一定的润滑性，和人体组织的亲和性好，组成范围宽，易于成形等。

10.简述什么是正压电效应？

什么是逆压电效应？

答：

当对压电陶瓷施加应力时，压电陶瓷收缩变形，压电陶瓷内部的剩余极化强度减小，瓷体内表面束缚电荷变少，从而在瓷体两个端面产生多余的自由电荷，就会产生放电现象这种由"压”产生“电”的效应叫正压电效应。

当对压电陶瓷施加一个沿极化方向的电场时，压电陶瓷的剩余极化强度发生变化，使压电陶瓷发生伸缩变形，这种由

“电”产生“伸缩”的效应叫逆压电效应。

11.烧结型SnO2气敏陶瓷按加热方式不同可分为哪两种类型？

各有什么特点？

答：

可分为直热式和旁热式两种类型。

直热式的特点是制备工艺简单，功耗小，但热容量小，易受环境影响，；旁热式的特点是元件热容量大同时避免了测量回路和加热回路之间的相互影响。

12•分析铁电体与反铁电体二者有何区别；为什么反铁电体可用来制作大功率储能电容器？

答：

二者区别：

铁电体是单电滞回线，反铁电体是双电滞回线。

当施加电场撤除即E=0时，铁电体还保持较大的剩余极化，而反电体当E=0时极化同时消失。

（5分）由于铁电体存在剩余极化，大部分输入的能量被储存在材料中，只有很小一部分释放出来，非铁电体不存在剩余极化，输入能量的绝大部分以电能形式释放出来。

13、什么是梯度功能材料？

其主要特征是什么？

答：

梯度功能材料是两种或多种材料复合成结构和组分呈连续梯度变化的一种新型复合材料。

主要特征：

（1）材料的结构和组分呈连续梯度变化；

（2）材料的内部没有明显的界面；（3）材料的性质也相应呈连续梯度变化

14、简述形状记忆过程。

1马氏体的自适应形成

由母相中形成马氏体时，不同取向的马氏体变体的应变在母相中的方向不同。

当某一变体在母相中形成时，产生某一方向的应变场，随变体的长大，应变能不断增加，变体的长大越来越困难。

为降低应变能，在已形成的变体周围会形成新的变体，新变体的应变方向与已形成的变体的应变场互相抵消或部分抵消。

有均匀体积变化，无明显形状改变。

2马氏体的再取向

对组织为自适应马氏体的样品施加外力时，在较小的应力作用下，马氏体变体以其应变方向与外加应力相适应而再取向。

即变体的应变方向与外加应力方向最接近的变体通过吞并其它应变方向与外加应力不相适应的变体而长大，直至整个样品内的各个不同取向的变体最终转变成一个变体。

这时，由母相转变为马氏体所产生的相变应变不再互相抵消，而是沿外加应力方向累积起来，样品显示出宏观形状的变化。

卸去应力后，变形保持下来。

3马氏体的逆转变

将变形马氏体加热到As点以上，马氏体将发生逆转变，因为马氏体的对称性低，转变为奥氏体时只形成几个位向，甚至只有一个位向一一母相原来的位相。

逆转变完成后，便完全恢复了原来母相的晶体，宏观变形也完全恢复。