功能材料

第一章绪论（2'选择）1.问题：下列哪种材料属于二次功能材料？功能材料按显示分为：一次功能材料：能量传输二次功能材料：能量转换(压电陶瓷)第二章超导材料1.同位素效应：同位素效应是指超导体的临界温度依赖于同位素质量的现象。2.超导能隙：超导态时，费米能EF叫做超导能隙。3.超导临界参数：①超导临界温度Tc②超导临界电流Ic③超导临界磁场Hc4.超导体根据临界磁场不同还可以分为：I类超导体和II超导体在临界磁场以下显示超导性，超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体，称为第一类超导体。第二类类超导体有两个临界磁场。一个是下临界磁场(Hc1),另一是上临界磁场(Hc2)，当外加磁场＜较低的一个(Hc1)时，处于完全抗磁性状态，当介于HC1和HC2之间时处于超导态与正常态的混合状态，当＞HC2时，为正常态。5.低温超导材料分为元素超导体(Nb)、合金超导体(Nb-Ti系合金)、化合物超导体（Nb3Sn和V3Ga）6.超导材料应用：交流超导发电机、磁流体发电机、超导磁悬浮。第三章贮氢材料1.绘画p-c-T平衡图，并能够根据图解释吸氢放氢过程，并且每个点的含义都要说明从O点开始，金属形成含氢固溶体，A点为固溶体溶解度极限。从A点氢化反应开始，金属中氢浓度显著增加，氢压几乎不变，至B点，氢化反应结束，B点对应氢浓度为氢化物中氢的极限溶解度。图中AB段为氢气、固溶体、金属氢化物三相共存区，其对应的压力位氢的平衡压力，氢浓度（H╱M）为金属氢化物在相应温度的有效氢容量。显然，高温生成的氢化物具有高的平衡压力，同时，有效氢容量减少，由图中还可以看出，金属氢化物在吸氢与释氢时，虽在同一温度，但压力不同，这种现象叫滞后。作为贮氢材料，滞后越小越好。2.贮氢合金的经验法则和重要条件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(IA—IVA族金属)和氢的非吸收元素(VIA-VIII族金属)所形成的合金。重要条件：①易活化，氢的吸贮能力大；②用于贮氢时生成热尽量小，而用于蓄热时生成热尽量大；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氢吸收和分解过程中的平衡压差(滞后)小；⑤氢的俘获和释放速度快；⑥金属氢化物传热性好，有效热导率要大；⑦在反复吸、放氢的循环过程中，合金的粉化小，同时，化学性能稳定性好，经久耐用；⑧对不纯物如氧、氮、CO、CO2、水分等的耐中毒能力强；⑨贮氢材料价廉，用时安全、可靠、无害。3.记住贮氢合金每一种系的例子镁系合金－Mg2Ni可以形成氢化物Mg2NiH4稀土系合金－LaNi5钛系合金－铁钛金属间化合物（Ti和Fe可以形成TiFe2和TiFe，TiFe2基本上不与氢反应，TiFe与氢反应可在室温下与氢反应）第四章磁性材料1.绘画软磁材料和硬磁材料的磁滞回线（图形中心对称）2.软磁材料和硬磁材料的特点：软磁材料：磁滞回线细长、磁导率高、矫顽力低、铁芯损耗低、容易磁化、也容易去磁硬磁材料：剩余磁感应强度高、矫顽力高、最大磁能积高3.软磁材料硅钢片的四个种类：①热轧非织构（无取向）②冷轧非织构（无取向）③冷轧高斯织构（单取向）④冷轧立方织构（双取向)4.磁记录原理：在记录信息过程中，输入信息先转变为相应的电信号输送到磁头线圈中，使记录磁头中产生与输入电信号相应的变化磁场；此时紧靠近气隙并以恒定速度移动的磁带上的磁记录介质受到变化磁场的作用，从原来的退磁状态转变为磁化状态，即将随时间变化的磁场转变为按空间变化的磁化强度分布；磁带通过磁头后转变到相应的剩磁状态，从而记录下与气隙磁场、磁头电流和输入信号相应的信息。当需要输出信息时，正好与上述记录过程相反。5.Nd-Fe-B系合金是迄今为止磁性能最高的永磁材料，被誉为“磁王”6.常用的合金磁头材料Fe-Ni合金是坡莫合金，常用的非晶态磁头材料是Co基第五章半导体材料1.半导体能带结构（晶态和非晶态密度函数比较）及特点特点：能态密度存在着尾部：在导带中，EEc是扩展态，EAEEC为定域态；在价带中，EEV是扩展态，EVEEB为定域态。EC和EV分别表示导带和价带中扩展态和定域态的分界。2.第一代半导体：硅锗能带结构类型是间接，硅的禁带宽度是1.12ev，锗的禁带宽度0.66ev第二代半导体：GaAs能带结构类型是直接，禁带宽度1.43ev第三代半导体：GaN能带结构类型是直接，禁带宽度3.4ev3.半导体微结构材料定义：半导体异质结、量子阱和超晶格材料统称为半导体微结构材料。4.四种类型的超晶格：组分超晶格、掺杂超晶格、多维超晶格、应变超晶格5.半导体光电子材料定义：光电子材料是应用于光电子技术的材料的总称，是指具有光子和电子的产生、转换和传输功能的材料。6.PTC半导体陶瓷BaTiO3机理：BaTiO3半导体陶瓷存在PTC效应是材料的铁电性和陶瓷的多晶性共同作用所产生的现象。其机理是BaTiO3在室温下是铁电体，存在着自发极化，对晶界层势垒起屏蔽作用，石垒高度越低，PTC材料的室温电阻率主要由晶粒的电阻率决定，为低阻的n型半导体。当温度达到居里温度附近时，自发极化迅速减小，并在材料由铁电体转变为顺电体时完全消失，晶界势垒阻碍晶粒中电子的流通，材料的电阻率由晶界电阻率所决定，呈现高电阻特性。所以在材料的温度由室温向高温连续变化过程中，将在居里温度附近出现低电阻到高电阻的突变，即PTC效应。第六章：1.受激辐射定义：处于高能级的原子不仅可以自发发射，而且可以在入射频率为ν21的光子感应下受激发射，跃迁到E1能级上。2.粒子数反转分布定义：正常状态下低能级上的粒子密度N1＞高能级上的N2，要想使受激辐射占优势或者说占主导地位，就必须使高能级上的粒子密度N2低能级上的粒子密度N1。如果借助于外界的激励，破坏粒子的热平衡分布，就可能使高能级E2的粒子数N2大于低能级E1的粒子数N1。由于它同正常分布相反，所以叫粒子数反转分布。4.固体激光器的构成：①工作物质②激励源③谐振腔5.红宝石激光器是由掺少量Cr的蓝宝石单晶（基质是Al2O3）组成，红宝石激光器的工作物质是含铬离子（Cr3+）的红宝石。钕钇铝石榴石激光晶体(YAG:Nd3+)激光工作物质是Y3Al5O12作为基质，Nd3+作为激活离子。6.光在光纤中传输的基本原理是：全反射7.光纤结构：纤芯、包层、涂敷层8.红外光纤使用的晶体主要有：①碱卤化合物晶体②碱土－卤族化合物晶体③氧化物晶体④无机盐晶体⑤半导体晶体9.发光材料的特征：①颜色②强度③发光持续时间10.发光二极管：GaAs11.液晶材料定义：具有光学各向异性、流动性的液体称为液晶，这类材料成为液晶材料。12.非线性光学材料定义：非线性光学材料是在强光或其他外场（电场、磁场、应变场等）作用下能产生非线性光学效应的材料。13光色材料定义：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，这类材料称为光色材料。第七章精细功能陶瓷1.电子导电陶瓷的典型代表是：碳化硅、二硅化钼。离子导电陶瓷分为阴离子导电陶瓷和阳离子导电陶瓷。阴离子导电陶瓷代表是立方稳定氧化锆，因为阳离子导电；阳离子导电陶瓷代表是β-Al2O3陶瓷，只让钠离子通过的导电陶瓷。2.透明导电陶瓷最典型的代表是PLZT，化学式Pb1-xLax(ZryTi1-y)1-x/4O3，光学性质随外电场和组成的变化呈现出电光记忆效应、一次电光效应、二次电光效应。3.气敏陶瓷的定义及机理（用SnO2解释）及应用气敏陶瓷是一种对气体敏感的陶瓷材料，一般都是某种类型的金属氧化物，通过参杂和化学计量比偏移实现半导化。吸附原理为：当SnO2N型半导体陶瓷表面吸附还原性气体时，此还原性气体就把其电子给予半导体，而以正电荷与半导体相吸附着。进入到n型半导体内的电子，束缚少数载流子空穴，使空穴与电子的复合率降低。这实际上是加强了自由电子形成电流的能力，因而元件的电阻值减小。与此相反，若n型半导体元件吸附氧化性气体，气体将以负离子形式吸附着，而将其空穴给予半导体，结果是使导电电子数目减少，而使元件电阻值增加。SnO2系气敏陶瓷的应用：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，已广泛应用于家用石油液化气的漏气报警、生产用探测报警器和自动排风扇等。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。4.知道一种湿敏陶瓷：TiO2基陶瓷湿敏元件5.铁氧体定义及分类：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。6.生物陶瓷定义：生物陶瓷是用于人体器官替换、修补以及外科矫形的人造陶瓷材料。第八章压电材料1.压电效应：这种没有电场作用而只由于形变使晶体电极化状态发生变化的现象叫做压电效应。2.压电晶体产生压电效应的机理：（P190）图（a）表示晶体中的质点在某方向上的投影，此时晶体不受外力作用，正负电荷的中心重合，整个晶体的总电矩为零，晶体表面的电荷也为零。图（b）图（c）分别为受压缩力和拉伸力的情况，这两种受力情况所引起的晶体表面带电符号正好相反。3.压电晶体举例：石英（SiO2）压电陶瓷举例：BaTiO34.热释电效应定义：一些材料由于温度变化而引起电极化状态改变，在某些相对应表面产生异号电荷。该现象叫热释电效应。热释电晶体中一定存在压电效应，反之不一定。5.光电效应定义及分类：物质受光照后引起某些电学性质变化的现象叫光电效应，包括光电导、光生伏特、光发射三种。前两种效应在物体内部发生，称内光电效应（半导体）；后者在物体表面发生，称外光电效应（金属）。6.光生伏特效应定义及机理：定义：如果光照射到半导体的p-n结上，则在pn结两端会出现电势差，p区为正极，n区为负极，这一电势差可以用高内阻的电压表测量出来，这种效应称为光生伏特效应。机理：由于载流子存在浓度差发生载流子扩散，形成p-n结空间电荷区。自建电场从n指向p,阻止扩散，最后平衡。当光照在p-n结附近，p-n结附近形成电子空穴对。光生电子和空穴扩散到势垒区，内建电场使：空穴扫向p区；电子扫向n区。则p区积累正电荷，n区积累负电荷，产生光生电动势。接通外电路，由p经外电路达到n区形成电流。7.热电材料定义及分类：热电材料是一种利用固体内部载流子运动，实现热能和电能直接相互转换的功能材料。分类：①温差电动势材料②热电导材料③热释电材料典型的是PLZT材料、电气石8.电光材料定义及分类电光材料：在外加电场作用下，材料折射率发生变化的现象叫做电光效应，具有电光效应的材料。分为五类①KDP（磷酸二氢钾）型晶体②立方钙钛矿型晶体③铁电性钙钛矿型晶体④闪锌矿型晶体⑤乌青铜型晶体典型的是LiNbO39.声光材料定义及分类：定义：具有声光效应的材料。声光效应是声波作用于物质使其光学特性改变的现象。分为两类：①声光玻璃②声光晶体典型的是TeO210.声光效应分为两类：外加的超声波频率较低时是喇曼—纳斯衍射，较高是布拉格衍射补充：