工程材料应用题库最新版本.docx

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工程材料应用题库最新版本

1试列举储氢材料应用的条件（>5条）

答案：

①易活化，氢的吸储量大；

　　②金属氢化物生成热适当，过于稳定，不利释放；

③在一个很宽的组成范围内，应具有稳定合适的平衡分解压（室温分解压2~3atm）；

　④吸放氢快，氢吸收和分解过程中的滞后（平衡压差）小；

　⑤传热性能好，不易粉化；

　⑥金属氢化物在储藏、运输时性能可靠、安全；

⑦储氢合金化学性质稳定，经久耐用，反复吸放氢后衰减小；

　⑧对不纯物如氧、氮、CO、CO2、水分等的耐中毒能力强；

　⑨价格便宜，环境友好。

2储氢材料存在的问题（选择）

在贮氢材料的实际应用中尚存在以下问题：

（1）贮氢材料的粉化。

由于贮氢材料在吸氢时晶格膨胀，放氢时晶格收缩、如反复吸收氢，则材料可因反复形变而逐渐变成粉末。

细粉末状态的贮氢材料在放氢时，不仅将导致氢气流动受阻，而且还可能随氢气流排到外部而引起公害。

（2）贮氢材料的传热问题。

从贮氢材料中放出氢气或进行氢化，其速度比较快，温升较高但由于贮氢材料的导热性很差，不容易使热效应有效地传递出来，因此有必要从技术上给予解决。

（3）在氢吸收与放出时存在滞后作用，有时p-c曲线的水平段不平直，这些都是有效率下降的原因。

3影响储氢材料能力的因素

有以下几个因素：

（1）活化处理制造储氢材料时，表面被氧化物覆盖及吸附着水和气体等会影响氢化反应，采用加热减压脱气或高压加氢处理。

（2）耐久性和中毒耐久性是指储氢材料反复吸储的性质。

向储氢材料供给新的氢气时带入的不纯物使吸储氢的能力下降称为“中毒”。

（3）粉末化在吸储和释放氢的过程中，储氢材料反复膨胀和收缩，从而导致出现粉末现象。

（4）储氢材料的导热性在反复吸储和释放氢的过程中，形成微粉层使导热性能很差，氢的可逆反应的热效应要求将其及时导出。

（5）滞后现象和坪域用于热泵系统的储氢材料，滞后现象应小，坪域宜宽。

（6）安全性储氢材料安全性要好无爆炸等危险。

4非晶态合金

组成金属的原子呈现不规则排列,使之处于非结晶状态的固态合金。

5非晶态合金结构特点（判断）

1.

（1）主要特点：

内部原子排列短程有序而长程无序

（2）显著特点：

均匀性（结构均匀、各向同性；成分均匀性）（3）热力学不稳定性

6.非晶态合金的性能特点

1、力学性能（高强度、高硬度和高韧性）

　特点：

强度和韧性兼具，一般的金属这两者是相互矛盾的，即强度高而韧性低，或与此相反。

同时耐磨性也明显地高于钢铁材料。

　2.软磁特性

　特点：

所谓“软磁特性”，就是指磁导率和饱和磁感应强度高，矫顽力和损耗低。

非晶态中没有晶粒，不存在磁各向异性，易磁化。

目前比较成熟的非晶态软磁合金主要有铁基、铁-镍基和钴基三大类。

　3.耐蚀性能

　特点：

耐蚀性远优于不锈钢，因为其表面易形成薄而致密的钝化膜；同时其结构均匀，没有金属晶体中经常存在的晶粒、晶界、缺陷且不易产生引起电化学腐蚀的阴、阳两极。

目前研究较多的是铁基、镍基、钴基非晶合金。

7微晶玻璃

微晶玻璃：

一种由适当组成的玻璃颗粒经烧结与晶化，制成的由结晶相和玻璃相组成的质地坚硬、密实均匀的复相材料。

或者可以说微晶玻璃是指通过玻璃热处理来控制晶体的生长发育而获得的一种多晶材料。

8生产微晶玻璃工艺条件（5条）

①玻璃易熔制且不被污染；②熔制及成型过程中不析晶；③成型后的玻璃有良好的加工性能；④微晶化处理时能迅速实现整体析晶；⑤产品能满足设计的理化性能要求。

9列举微晶玻璃性质特征

微晶玻璃比高炭钢硬、比铝轻；机械强度比普通玻璃大6倍多；热稳定性好（加热900℃骤然投入5℃冷水而不炸裂）；电绝缘性能与高频瓷接近；化学稳定性与硼硅酸玻璃相同，不怕酸碱侵蚀。

10光导纤维玻璃光学参数要求（3条）

1）折射率:

芯和皮玻璃的折射率要满足数值孔径的要求，如通讯纤维、激光纤维和光电仪器等，对光导纤维要求数值孔径位于0.01~3.0之间。

（2）光透过率:

对制造纤维的芯、皮玻璃的透明性有特别高的要求，其光吸收系数应远小于0.001cm-1cm。

（3）玻璃缺陷:

不允许有气泡、条纹和任何夹杂物等存在。

11光导纤维玻璃的定义应用

光导纤维：

把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维。

⑴作为光源的激光方向性强﹑频率高，是进行光通信的理想光源；光波频带宽，与电波通信相比，能提供更多的通信通路，可满足大容量通信系统的要求。

因此，光纤通信与卫星通信一并成为通信领域里最活跃的两种通信方式。

⑵利用光导纤维短距离可以实现一个光源多点照明，光缆照明。

使其应用于照明和光能传送领域。

⑶因为光纤保密性好、不受干扰且无法窃听，这一优点使其广泛应用于军事领域。

在工业上，可传输激光进行机械加工；制成各种传感器用于测量压力、温度、流量等。

12激光玻璃

激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料，由基质玻璃和激活离子两部分组成。

激光玻璃各种物理性质和化学性质主要由基质玻璃决定，而它的光谱性质则主要由激活离子决定。

它广泛应用于各类型固体激光光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。

13光致变色原理

光致变色是指一个化合物A，在适当波长的光辐照下，可进行特定的化学反应或物理效应，获得产物B，由于结构的改变导致其吸收光谱（颜色）发生明显的变化,而在另一波长的光照射或热的作用下，产物B又能恢复到原来的形式。

如下式所示：

14激光玻璃的要求（5点）

（1）激活离子的发光机构必须有亚稳态，能形成三能级或四能级机构；并要求亚稳状态有较长寿命，使粒子数易子积累达到反转。

（2）激光玻璃必须有合适的光谱性质。

吸收光谱要与光泵的辐射光谱尽量重叠，吸收系数越高，激活能量越高。

（3）基质玻璃要有良好的透明度，对激光波长的吸收尽可能小，从而能使光激发的能量充分被激活离子吸收转化为激光。

（4）必须有良好的光均匀性，以免光线通过玻璃后波面变形并产生误差，使阀值升高，效率降低。

也应有良好的化学稳定性和一定的机械强度，失透性小。

（5）必须有良好的热光稳定性。

若光激发的一部分光能转化为热能，就有可能损坏玻璃

15功能陶瓷

功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷。

16导电陶瓷

定义：

在一定条件（温度、压力等）下具有电子（或空穴）电导或离子电导的陶瓷叫做导电陶瓷。

湿敏陶瓷：

按照工艺过程可将湿敏半导体陶瓷分为瓷粉膜型、烧结型和厚膜型。

17AlN应用及机理

AlN陶瓷基片

应用：

氮化铝陶瓷是新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热和封装材料。

机理：

具有高绝缘、高热导的特点，而且热膨胀系数与单晶硅匹配得相当好。

（补充：

氮化铝AlN是一种综合性能优良新型陶瓷材料,被认为是新一代高集程度半导体基片和电子器件封装的理想材料。

具体应用：

1、制造高性能陶瓷器件：

集成电路基板，电子器件，光学器件，散热器，高温坩埚

2、制备金属基及高分子基复合材料：

特别是在高温密封胶粘剂和电子封装材料中有极好的应用前景。

机理（特点）：

具有优良的热传导性,可靠的电绝缘性,较宽的电绝缘性使用温度（工作温度-60℃--200℃），化学稳定性好，低的介电常数和介电损耗,无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数（约为25×10ˉ6/℃）等一系列优良特性。

AlN的热导率是传统基片材料氧化铝热导率的5倍-10倍,接近于氧化铍的热导率,但由于氧化铍有剧毒,在工业生产中逐渐被停止使用。

另外，禁带宽度为62ｅＶ,故有良好的绝缘性，体积电阻率在1016Ω•cm以上。

）

18多孔陶瓷的应用

用于过滤净化技术

用作为催化剂载体

作为生物医学材料

作为敏感元件

作为吸音材料

19多孔陶瓷的制备方法及其优缺点

机械挤出成孔是靠设计好的多孔金属模具来成孔。

优点：

在于可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计

缺点：

不能成形复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料。

添加造孔剂工艺是在陶瓷配料中添加造孔剂,利用造孔剂在坯体中占据一定的空间,然后经过烧结,造孔剂离开基体而成气孔来制备多孔陶瓷。

优点：

可精确设计气孔的形状、尺寸和气孔率

缺点：

气孔分布均匀性差、孔隙率低。

发泡工艺是在陶瓷组分中添加有机或无机化学物质,在处理期间形成挥发性气体,产生泡沫,经干燥和烧成制成多孔陶瓷。

优点：

容易控制制品的形状、成分和密度；

缺点：

对原料要求高，工艺条件不易控制。

20SnO2的应用及机理

答：

在一定的温度下物理吸附的O2转化为化学吸附的O2–和O–等，氧化物表面氧吸附态的相对含量与工作温度有关，且随温度的升高有如下趋势：

，当元件遇到还原性气体时，还原性气体在半导体材料表面发生吸附并与吸附氧发生反应，并放出电子。

这些电子重新进入半导体导带中，使材料的电导增加，实现对气体的检测。

（1）利用SnO2烧结体吸附还原气体时电阻减少的特性来检测还原气体，广泛应用于液化气的漏气报警、探测报警器；

（2）SnO2系气敏元件对酒精和CO特别敏感，广泛用于CO报警和工作环境的空气监测等。

21气敏陶瓷

答：

气敏陶瓷是一种对气体敏感的陶瓷材料。

气敏陶瓷的电阻值将随其环境的气氛而变，不同类型的气敏陶瓷，将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（压力）作有规则的变化。

22列举半导体的应用

集成电路；光电子器件：

太阳能电池、光电阴极材料、激光器材料。

微波器件：

UHF电视调谐器、卫星通讯和电子对抗系统中的放大器、振荡器。

电生耦合器：

GaAs声电耦合器。

传感器：

力敏、磁敏、热敏、光敏传感器。

23极化

极化：

指在电荷束缚系统中正、负电荷重心分离的现象。

24电畴

电畴：

铁电体内自发极化相同的小区域称为电畴。

铁电体中一般包含着多个电畴。

25本征导电机理与P-N结导电机理：

本征导电机理：

价电子在温升或受光照后获得一定能量，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电）,同时共价键中留下一个空位,称为空穴（带正电）。

这一现象称为本征激发。

温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。

自由电子和空穴成对的产生,同时又不断的复合,在一定的温度下达到动态平衡。

半导体中是本征激发下的自由电子和复合运动形成的空穴两种载流子同时参与导电。

两种载流子电量相等、符号相反，即自由电子载流子和空穴载流子的运动方向相反。

P-N结导电机理：

在一块n型（或p型）半导体上再制成一层p型（或n型）半导体，于是在p型半导体和n型半导体的交界处就会形成一个p-n结。

当具有p－n结的半导体受到光照时，其中电子和空穴的数目增多，在结的局部电场作用下，p区的电子移到n区，n区的空穴移到p区，这样在结的两端就有电荷积累，形成电势差。

这现象称为p－n结的光生伏特效应

26铁电材料的特点

铁电材料的特点：

其特点是不仅具有自发极化，且自发极化能随外加电场方向转向的一类材料。

具有电滞回线，其介电常数在居里温度附近有很大的数值。

27压电效应

压电效应：

某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。

当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。

当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。

相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。

28热电效应三个效应

塞贝克（Seebeck）效应

当两种不同的导体联接构成闭合回路,且接点两端处于不同温度时,在接点两端出现电压降,在回路中产生电流的现象。

帕尔帖（Peltier）效应

当电流通过两种不同导体联结构成的闭合回路时两个接点处将产生温度差。

汤姆逊（Thomson）效应

电流通过金属上的温度梯度场时出现的吸热和放热的现象。

29光电材料分类及它们的定义

（1）光电子发射材料又称之为外光电效应材料。

当光照射到材料上，光被材料吸收产生发射电子的现象称为光电子发射现象。

具有这种现象的材料称为光电子发射材料。

（2）受光照射电导急剧上升的现象被称为光电导现象。

具有此现象的材料叫光电导材料。

（3）在光照下，半导体p-n结的两端产生电位差的现象称为光生伏特效应。

具有此效应的材料叫光生伏特材料又称光电动势材料。

光电材料特征值及应用：

光电子发射材料

（1）临阀频率v0，当v

（2）积分灵敏度S，S=IΦ/Φ，一般S=10%-20%，其他的损失掉，包括光反射、光吸收变为热能，光波长λ>λ0部分的光能损失。

（3）光谱灵敏度

（4）灵敏阀-接受光辐射的装置能够发现的最小光辐射称为该装置的灵敏阀，单位是流明。

光电导材料

（1）积分灵敏度S，代表光电导产生的灵敏度，单位光入射通量产生的电导率的附加值的大小。

S=σ/Φ。

（2）红限或长波限，规定光电导数值降到最大值一半的波长，代表产生光电导的波长上限。

（3）光谱灵敏度S-λ光谱图。

（4）灵敏阀，表示能够材料光电导的最小光辐射量。

光电动势材料

（1）开路电压V0，是光电池在开路时的电压,即最大输出电压。

（2）短路电流I0,是光电池在外电路短路时的电流,即最大电流。

（3）转换效率η

η=光电池最大输出功率/入射到结面上的辐射功率

=（IE）/（ΦS）

（4）光谱响应曲线，是表示的v0-λ，I0-λ,η-λ关系曲线，可表示某波长下的开路电压，短路电压以及转换效率，故这些曲线也是表示光电池特征值的曲线

应用

光电子发射材料

利用光电子发射原理，可以把光电子发射材料做成光电阴极，这种光电子发射阴极通过电场并配以荧光屏成像就可以做成光电转换器，微光管，光电倍增管，高灵敏度电视摄像管，图像倍增器等。

半导体负电子亲和势光阴极广泛地用于仪器，工业，军事等方面，与过去的多碱光阴极相比有很大的优越性。

光电导材料

光电导材料主要是应用光生载流子产生光导效应的原理，它常用作光探测的光敏感器件的材料。

如作可见光、红外光的半导体光电导型光敏元件的材料以及半导体光电二极管的材料。

光电动势材料

最活跃的领域是太阳能电池

30激光材料

激光材料：

　把各种泵浦（电、光、射线）能量转换成激光的材料。

31光纤的结构及作用

光纤的结构及作用：

纤芯，作用是传导光，使光信号在芯层内部沿轴向向前传输。

包层，作用是光波在芯包界面上发生全反射，使大部分光能量被阻止在芯层中。

涂敷层，作用是保护裸光纤，提高光纤机械强度和抗微弯强度并降低衰减而涂覆的高分子材料层。

32功能材料

功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。

33功能材料按其功能的显示过程又可分为一次功能材料和二次功能材料。

34迈斯纳效应

完全抗磁性（迈斯纳效应）：

不论开始时有无外磁场，只要T＜Tc，超导体变为超导态后，体内的磁感应强度恒为零，即超导体能把磁力线全部排斥到体外，这种现象称为迈斯纳效应。

35硬磁材料（永磁材料）

硬磁材料（永磁材料）定义：

指材料被外磁场磁化以后，去掉外磁场仍然保持着较强剩磁的材料.

36光致变色（材料）的定义与原理

定义：

光致变色材料，是指受到光源激发后能够发生颜色变化的一类材料。

原理：

光致变色指的是某些化合物在一定的波长和强度的光作用下分子结构会发生变化，从而导致其对光的吸收峰值即颜色的相应改变，且这种改变一般是可逆的。

37液晶的定义与分类：

一些物质的结晶结构熔融或溶解之后虽然变为了具有流动性的液态物质，但结构上仍保存一维或二维有序排列，在物理性质上呈现各向异性，形成兼有部分晶体和液体性质的过渡状态，称为液晶态，而这种状态下的物质称为液晶。

分为：

溶致液晶和热致液晶

38智能材料的定义与特征

定义：

智能材料是指具有感知环境（包括内环境和外环境）的刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征性的材料。

特征：

①传感功能：

能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。

②反馈功能：

可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。

③信息识别与积累功能：

能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。

④响应功能：

能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。

⑤自诊断能力：

能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。

⑥自修复功能：

能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。

⑦自调节能力：

对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。

39智能材料的构成

一般来说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。

①基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料。

一般基体材料首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征。

其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。

②敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、电磁场、pH值等）。

常用敏感材料:

如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。

③因为在一定条件下，驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务。

常用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。

④其它功能材料：

包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。

40石墨稀的定义

碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学特性。