功能材料复习题

《功能材料》复习题1、列举新材料的种类一般认为，新材料有晶须材料、非晶材料、超塑性合金、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材料、超导材料、碳纤维、能量转换材料、非晶态合金等。2、功能材料的概念功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。3、功能材料的分类从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下四类。(1)力学功能主要是指强化功能材料和弹性功能材料，如高结晶材料、超高强材料等。(2)化学功能①分离功能材料：如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物；②反应功能材料；如高分子试剂、高分子催化剂；③生物功能材料：如固定化菌，生物反应器等。（3）物理化学功能①电学功能材料：如超导体，导电高分子等；②光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等；③能量转换材料：如压电材料、光电材料。(4)生物化学功能①医用功能材料：人工脏器用材料如人工肾、人工心肺，可降解的医用缝合线、骨钉、骨板等；②功能性药物：如缓释性高分子，药物活性高分子，高分子农药等；③生物降解材料4、二次功能材料概念当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起能量的转换部件作用，材料的这种功能称为二次功能或高次功能。5、按材料种类分，功能材料还可分为：金属功能材料、无机非金属功能材料和有机功能材料。6、材料科学与工程应为五要素，即成分、合成/流程、结构、性能与效能。7、功能陶瓷有以下几方面发展趋向：(1)微电子技术推动下的微型化(薄片化)和高速度化；(2)在安全和环保工作的促进下，发展传感器和多孔瓷；(3)重视材料复合技术；(4)加速智能化。8、溶胶-凝胶法(sol-gel)溶胶-凝胶法是以金属醇盐,其它金属有机化合物或无机化合物为原料进行水解、缩合(生成无机聚合物材料的)反应,使溶液经溶胶-凝胶化,干燥,热处理后制备玻璃膜,玻璃纤维,分子筛膜,特种陶瓷材料的方法。优点：较低合成及烧结温度；高纯和高均匀产物；制造传统固相反应法无法得到的材料。9、化学气相沉积法(CVD，ChemicalVaporDeposition)在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体中某些成分分解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。10、材料的特定的功能与材料的特定结构是相联系的。如对于导电聚合物来说，它一般具有长链共轭双键；金属结构中由于弹性马氏体相变能产生记忆效应，因此出现了形状记忆合金；压电陶瓷晶体必须有极轴等。11、利用超导隧道效应，人们可以制造出世界上最灵敏的电磁信号的探测元件和用于高速运行的计算机元件。用这种探测器制造的超导量子干涉滋强计可以测量地球磁场几十亿分之一的变化.12、具有形状记忆效应的材料，一般是两种以上金属元素组成的合金，称为形状记忆合金（SMA）。形状记忆合金可以分为三种：(1)单程记忆效应；（2）双程记忆效应；（3）全程记忆效应。13、利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。超弹性的应用：如弹簧、接线柱、眼镜架等。14、铁磁性物质具有极高的磁化率，磁化易达到饱和的物质。χm=10-2~106；亚铁磁性物质相邻原子的磁矩反向平行，但彼此的强度不相等，具有高磁化率和居里温度。χm=10-2~106；顺磁性物质存在未成对电子→永久磁矩。χm=10-6~10-5；反磁性物质不存在未成对电子→没有永久磁矩。χm=-10-5~-10-6；反铁磁性物质相邻原子的磁矩反向平行，而且彼此的强度相等，没有磁性。χm=10-2~10-5。15、主要软磁材料材料有Mn-Zn、Li-Zn铁氧体、Ni-Zn、NiCuZn铁氧体、MnFe2O4、NiFe2O4。16、电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。17、在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料；将砷化镓、磷化锢、磷化镓、砷化锢、砷化铝及其合金等称为第二代半导体材料；而将宽禁带(Eg2.3eV)的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三代半导体材料。18、发光（Luminescence）一般用来描述某些固体材料由于吸收能量而随之发生的发射光现象。发光可以以激发光源类型的不同划分为如下发光类型：光致发光（Photoluminescence）：以光子或光为激发光源，常用的有紫外光作激发源。电致发光（Electroluminescence）：以电能作激发源。阴极致发光（Cathodoluminescence）：使用阴极射线或电子束为激发源。19、一般而言，对发光材料的特性有三个要求：（1）发光材料的颜色；（2）发光材料的另一个重要特性是其发光强度；（3）发光材料的一个重要特性是它的发光持续时间。20、光导纤维种类繁多，按化学组成分为：石英玻璃光纤、卤化物光学纤维、硫系玻璃光纤和塑料光纤。按应用分为通信光纤和功能光纤。通信光纤是光导纤维最主要的应用领域，而功能光纤则是有开发前途的领域。在功能光纤中又分为传感光纤、传光光纤和激光光纤。21、液晶的三种结构类型：（1）向列型：分子倾向于沿特定的方向排列，存在长程的方序。分子的质心位置分布却是杂乱无章的，不存在长程的位置序．表现出液体的特征，具有流动性。（2）胆甾型：在胆甾相中，长型分子是扁平的，依靠端基的相互作用，依次平行排列成层状。它们的长轴在平面上，相邻两层间分子长轴的取向规则地扭转在一起，角度的变化呈螺旋型。（3）近晶型：棒状分子相互平行地排列成层状结构，分子的长轴垂直与层面．在层内，分子的排列具有二维有序性，分子的质心位置排列则是无序的，分子只能在本层内活动．在层间具有一维平移序，层间可以相互滑移。22、激光玻璃的各种物理化学性质主要由基础玻璃决定，而它的光谱性质则主要由激话离子决定。23、微波介电陶瓷主要用于制作微波电路元件，在微波滤波器中用作介质谐振器。评价微波介电陶瓷材料的主要参数是介电常数、品质因素和谐振频率温度系数。要求具有以下性能：适当大小的介电常数，且值稳定；介电损耗小；有适当的介电常数温度系数；热膨胀系数小。24、我们把出现可逆的或不可逆的显色、消色现象的物质称为光致变色材料。光色玻璃就是其中的一类光致变色材料。当受紫外线或日光照射时，由于玻璃在可见光区产生光吸收而自动变色；当光照停止时，玻璃能可逆地自动恢复到初始的透明状态。具有这种性质的玻璃称为光致变色玻璃(也称光色玻璃)。25、光色玻璃大致可以分为三类：掺Ce3+或Eu3+的高纯度碱硅酸盐玻璃；含卤化银或卤化铊的玻璃；由于玻璃结构的缺陷而变成色心的还原硅酸盐玻璃。26、常见的气敏陶瓷有：SnO2，γ-Fe2O3，α-Fe2O3，ZnO，WO3复合氧化物系统及ZrO2，TiO2等。制造压敏陶瓷的材料有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等。其中BaTiO3、Fe2O3利用的是电极与烧结体界面的非欧姆特性，而SiC、ZnO、SrTiO3利用的是晶界非欧姆特性。目前，应用最广、性能最好的是氧化锌压敏半导体陶瓷。27、光电效应:物质在受到光照后，往往会引发其某些电性质的变化。这一现象称为光电效应。光电效应主要有光电导效应、光生伏特效应和光电子发射效应三种。28、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。29、超导态的三大特性是：完全抗磁性---迈斯纳效应、完全导电性和通量(flux)量子化。30、贮氢合金材料都服从的经验法则是“贮氢合金是氢的吸收元素和氢的非吸收元素所形成的合金”。目前在研和已投入使用的贮氢合金主要可分成：镁系合金、稀土系合金、钛系和锆系合金这三类。31、已发现的形状记忆合金种类很多，目前已实用化的形状记忆材科只有Ti—Ni合金和铜系形状记忆合金。33、陶瓷和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。34、制备非晶态材料的方法可归纳为三大类：由气相直接凝聚、由液态快速淬火获得、由结晶材料通过辐照、离子注入、冲击被等方法制得。35、具备强磁性的材料称为磁性材料。磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能，是重要的功能材料。表征硬磁材料性能的主要参数是剩余磁感应强度Br、矫顽力Hc和最大磁能积（BH）max．三者愈高，硬磁材料性能越好。目前使用的磁记录介质有磁带、磁盘、磁鼓、磁卡片等。从结构上看可分为磁粉涂布型介质和连续薄膜型介质两大类。36、元素半导体或化合物半导体相互溶解而成的半导体材料称为固溶体半导体。它的一个重要持性是禁带宽度（Eg）随固溶度的成分变化。用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。37、光介质材料主要性能参数有两个：光谱通过率和光学色散，即不同波长下的透过率和折射率。光学介质材料从形态及组成上可分为5类：光学玻璃、光学晶体、光学塑料、光学薄膜和光学纤维。38、在热平衡状态，高能级上的粒子数总是小于低能级上的粒子数，产生激光作用的必要条件是使原子或分子系统的两个能级之间实现粒子数反转。39、光导纤维由纤芯和包层两部分组成。光在光导纤维中传播的基本原理是全反射。40、纯的半导体称为本征半导体，仅由其固有的性质决定。由于外部作用而改变半导体固有性质的半导体称为非本征(杂质)半导体。以电子载流子导电为主的半导体为n型半导体；以空穴载流子为主的半导体为p型半导体。41、在一定温度下，材料突然失去电阻的状态称为超导态。产生超导态的温度称为临界温度。42、材料受光照射着色，停止光照时又可逆地退色，这一特性称为材料的光色现象。43、陶瓷材料的研究和发展已从传统陶瓷阶段跃入到先进陶瓷阶段，先进陶瓷从性能上可分为结构陶瓷(StructuralCeramics)和功能陶瓷(FunctionalCeramics)。44、介电陶瓷的铁电特性表现为本身具有自发极化。在外电场作用下能够随电场改变电偶极子方向的晶体称为铁电晶体。45、湿敏陶瓷目前主要有氧化物涂覆膜型、多孔烧结体型、厚膜型、薄膜型等。湿敏陶瓷与气敏陶瓷的敏感机理相似，都属表面作用过程。湿敏着重于水分子的附着。46、铁氧体是磁性陶瓷的代表，是作为高频用磁性材料而制备的金属氧化物烧结磁性体。它分为软磁铁氧体和硬磁铁氧体两种。47、电阻随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数热敏电阻；电阻随温度呈直线关系的称为线性热敏电阻。48、物质在受到光照后，往往会引发其某些电性质的变化。这一现象称为光电效应。物质的光学特性（折射、散射）受电场影响而发生变化的现象统称为电光效应。49、智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。光致变色玻璃是一种能在光的激发下发生变色反应的玻璃。光致变色玻璃具有随光的波长和强度的变化而自动调节光的透过率的自适应特性，因而被称为光敏型智能玻璃电致变色的原理是在外加电场作用下，材料由于电子、离子的双注入导致结构或价态发生可逆变化，进而调节材料的透过与反射特性，表现为材料颜色的变化。50、某些具有热弹性马氏体相变的合金材料，处于马氏体状态时，进行一定限度的变形或变形诱发马氏体后，在随后的加热过程中，当超过马氏体相消失的温度时，变形材料就能恢复到变形前的形状和体积，这种现象称为“形状记忆效应(ShapeMemoryEffect)”，简称SME。51、敏感陶瓷按其相应的特性，可把这些材料分别称作热敏、湿敏、光敏、压敏、气敏及离子敏感陶瓷。①物理敏感陶瓷：光敏陶瓷，如CdS、CdSe等；热敏陶瓷，如PTC陶瓷、NTC和CTR热敏陶瓷等；磁敏陶瓷，如InSb、InAs、GaAs等；声敏陶瓷，如罗息盐、水晶、BaTiO3、PZT等；压敏陶瓷，如ZnO、SiC等；力敏陶瓷，如PbTiO3、PZT等。②化学敏感陶瓷氧敏陶瓷，如SnO2、ZnO、ZrO2等；湿敏陶瓷，TiO2—MgCr2O4、ZnO-Li2O-V2O5等。52、热敏陶瓷是一类电阻率、磁性、介电性等性质随温度发生明显变化的材料，主要用于制造温度传感器、线路温度补偿及稳频的元件--热敏电阻(thermistor)。