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1、精品名师归纳总结材料物理科学课程复习题1 简述材料的分类和新材料的特点、要求和进展方向。工程上分：金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料及复合材料按状态分：单晶，多晶，非晶，准晶和液晶按化学角度分：无机材料与有机材料按应用分：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：结构材料和功能材料商品化程度分：传统材料和先进材料新材料的特点要求：结构和性能相结合 ,智能化 , 削减污染 ,可再生性 ,节约能源 ,长寿命新材料进展方向（讲义4-5 页）纳 M 材料,先进多相复合材料 ,高温超导材料 ,智能材料 ,生物医学材料2 简述材料的成分结构和性能的关系。不全 材料的性质取决于材
2、料的结构。材料的结构，是指材料的组元及其排列和运动方式。它包括形貌，化学成分，相组成，晶体结构和缺陷等内涵3 简述运算机模拟在材料物理学科中的作用。运算机模拟是一种依据实际体系设计，在运算机上进行的模型试验。通常将模拟结果与实际体系的试验数据进行比较。可以检验出模型的精确性，也可以检验由模型导出的解读理论所作的近似是否胜利。此外，在模型上获得的微观信息，经常比在实际体系上所作的试验更为具体。往往是在通常试验条件下很难获得的信息。此外，运算机模拟对于理论的进展也有重要的意义，它能为现实模型和试验中无法实现的探究模型作具体的猜测，并供应方法。如材料在极端压力或高温下经受相变的四维体系等运算机模拟由
3、于有运算机图形学的帮忙，不但能使模拟易于观看和易于懂得，而且可进一步与运算机技术中刚开创的虚拟现实的新领域相结合。在虚拟现实中，运算机模拟的不结果不仅可用运算机图形学表达，而且也能用五官来感受。用运算机帮助设计和模拟的专家系统进行材料设计，可以摆脱试验先行的争论方法，用较少的试验，较短的研制过程，就能获得较为抱负的材料。材料科学走运算机帮助设计和运算机模拟之路，从理论和实际两个方面对人们供应了材料争论由必定到自由的可能。4 简述材料物理中各种键合的特点。键类型相应晶体的特点离子键具有明显的空间取向性。形成的晶体高的熔点、强度和硬度，而热膨胀系数较低原子间结合力很强。离子晶体是绝缘体。但在熔化状
4、态，可借助于离子迁移导电共价键具有饱和性和明显的空间取向。高熔点、硬度和强度。形成晶体是绝缘体，而且在液态也不能导电。金属键没有饱和性和方向性。具有导电性、导热性和可塑性。范德华键没有方向性和饱和性，晶体结构主要取决于几何因素，因而趋于密堆结构。这种晶体也是绝缘体5 魏德曼 -弗朗兹定律说明白什么？K 3k e2T式中 k 是玻尔兹曼常数 , e 是电子电荷， T 是温度。说明白金属的高电导 和热导 K特性。也说明白金属的光学特性。这个理论的不足之处是从电子的总能量过高的估量了电子的比热。电导和热导的两种输运过程, 假如 T 变化, 会引起两种输运的变化6 简述电子化合物的特点？假如考虑 K
5、空间的电子状态 称做电子结构 ,就可以从晶体结构的稳固性考察传导性能等金属各种性质。在最简洁的情形下， 合金的电子结构特点用每个原子的平均价电了数n的函数表示。特别是Cu 和 Cu 合金中，由 n 产生稳固的晶体结构有规章的变化，即n=1 的纯铜是面心立方相，而CuZn 合金中， Zn 的浓度增加，当 n 达到 1。38 时，保持面心立方结构 -黄铜 ， n 超过 1。38 就成可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结为体心立方（ ）相，即 黄铜，当 n 在 1。58 1。66 之间，就成为略微复杂结构的黄铜， n 在 1。78 1。87 之间晶体取密排六方结构，不仅Zn 元素如此，加
6、入其他合金元素，这个体会规律也成立，称为休模饶塞里规律。把听从这一规律的合金称做电子化合物。7 请排列出材料中缺陷类型和特点。晶体缺陷大致分为两类：化学缺陷和点阵缺陷(1) 化学缺馅：置换型固溶洽原子，间隙型固溶原子，析出物2点阵缺陷： A点缺陷：原子空位，间隙原子B 位错：刃型位错，螺型位错，混合位错C 面缺陷：层错，相界，晶界D 体缺陷：空腔，气泡点缺陷的特点：点缺陷是晶体在热平稳状态下存在的唯独点阵缺陷。能量越小点缺陷存在的越多。位错的特点：位借是晶体中存在的唯独线缺陷，对晶体塑性变形起重要作用。位错四周产生长程应变场，应变能特别大，在晶体内部位错位置移动，晶体的形状才变化。8 就你的懂
7、得，给出相变的定义。肯定条件下（温度，电，磁力等外场）由一种凝结态向另外一种凝结态转变的过程9 简述相变的分类。按热力学分类分为一级相变,二级相变。按相变方式分为成核长大型和连续型相变。按质点迁移特点分为扩散型和非扩散型。非扩散相变中具有代表性的是马氏体相变，它是原子相互之间不转变其位置关系，而是由 和谐运动发生的相变。相反，扩散相变是原子被热激活离开原先的阵点位置，向邻接的位置移动，即把扩散过程作媒介发生的相变。共析反应， 磁铁分解等各种析出反应相分别过程 和有序无序转变都是这种相变的例子。其它的转变犹如素异构转变，很多情形下可以是扩散转变。10 表达一级相变与二级相变在物理图象特点及差异。
8、一次相变自由能一阶导数不连续，有潜热放出，体积变化，为非连续相变，新相产生明显。二次相变自由能一阶导数连续，二阶导数不连续，比热容，可压缩性，热膨胀系数等发生变化，为动态变化趋势，一种趋势掩盖另一种趋势。11 有序 -无序转变与相分别说明白什么？不同原子无规章的占有晶格，两种原子或离子相互间呈随机分布，没有肯定秩序，称为无序。占据方式有规章的，各种原子或离子都有使其四周为异种原子或离子排列的趋势，称为有序。温度变化引起有序相转变到无序相 或者与之相反 的相变现象，称为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结有序无序转变。而相分别是由单一相分为两个或以上相的现象。在公式Tc = - ZV
9、2k 中,假如 V0,说明会显现相分别倾向 , 即同类原子作用时更稳固 ,显现同类相吸 ,异类相斥现象 ,而当 V0 的物质被磁场吸引， 0 称为顺磁性，铜之类的物质 0，称为反磁性或者抗磁性。全部原子自旋同向排列的状态称为铁磁性，与此相反，原子自旋相互反向排列的状态称为反铁磁性。反铁磁体中不发生自发磁化，而且反向原子自旋的大小不同时，称为亚铁磁性。除此之外，有的物质，原子自旋之间有两个以上磁的相互作用，出现相互倾斜成肯定角度的自旋排列，称为螺旋磁性。对反铁磁体和亚铁磁体施加一个强磁场，就有的物质颠倒反向自旋，变成铁磁体，这种现象称为变磁性。21 说明结构有序与磁有序（或电激化有序）的区分。结
10、构有序是指原子的占据方式是有规章的,晶体点阵为有序点阵。 磁有序是指磁矩排列的有序，而不是通常意义上的原子排列有序或者无序22 简述软磁材料与硬磁材料在磁性参量方面的要求和这两类材料的用途。软磁材料 : 在软磁材料中因磁场小，磁化必需急剧上升， 起始磁导率必需大。分为弱电用变压器、磁头所要求的高磁导率材料和电力用变压器 电源变压器， 电磁铁磁极所要求的高磁通密度材料。后者在施加大磁场状态下进行变电，因此要求残余磁通密度大，矫顽力小。 磁滞回线的面积表示变压器每个周期的能量缺失 称为铁损 。为使铁损削减， 矫顽力必需小。 剩磁和矫顽力都很小。用途:硅钢片 ,低碳物 ,制作电机 , 变压器 ,电磁
11、铁等电器的铁心。硬磁:Hc 具有大值、高矫顽力 ,除去外场后仍旧保持高的的剩余磁化强度。用途:常用来制造各种永磁体 , 扬声器的磁钢和电子电路中的记忆元件 ,硬盘。23 什么是局域磁性？什么是巡游磁性？铁磁性材料基本上都有如干未满的d 壳层电子， 而且由于 d 壳层电子比较局域化，所以每个原子的磁性就比较强，所以相邻原子简洁相互感觉到其他原子的磁性，从而取得相同取向形成介观到宏观磁畴（在居里温度以下）。在外场下，这些磁畴排列有序， 显示出宏观强磁性，铁，钴，镍等均属此类。这就是局域磁性。而其他一些金属，比如铝，铜，碱金属之类，由于没有局域未成对电子，这些电子巡游在整个晶体里。巡游电子的既具有抗
12、磁性，又具有顺磁性。运算说明，巡游电子的顺磁性是抗磁性的3 倍，所以净效应为顺磁性。像铝，铜，钠这样的金属，是可以被磁铁吸引的，只是常温下很弱不简洁觉察，但在低温下这个效应会大大加强。这就是巡游磁性。24 简述磁畴存在的缘由，软硬磁材料对磁畴和畴界有何要求？（不明）磁畴存在的缘由：为了使外部不产生N，S 磁极， 即降低由于自发磁化所产生的静磁能。软磁要求畴界简洁移动。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结硬磁要求畴界很难移动。25。 比较 fcc,bcc 何 hcp 三种晶体结构的磁各向异性。 画一个磁滞回线（包括磁化曲线） ，并标出有关磁性参数。对晶体结构为 bcc 的 -Fe 来
13、说， 在100 方向上施加一个磁场时最简洁被磁化，与此相反，在111 方向上最难被磁化。 晶体结构为 fcc 的镍就和 -Fe 相反。它们分别称为易磁化方向和难磁化方向, 室温下为hcp 的钴， c 轴是易磁化方向， c 面内是难磁化方向。26 简述因瓦合金热膨胀系数为零或微小的物理实质。热膨胀引起的晶格延长和磁性消逝引起的晶格收缩达到平稳。27 简述吸附的缘由和分类。吸附的根本缘由是界面处晶体结构有严峻畸变或有残留的未配对键。吸附使这种畸变减小或使键饱和降低系统的自由能。吸附分为物理吸附和化学吸附两类。发生物理吸附时，衬底表面与被吸附原子之间主要是范德华色散力的作用，它是一种电矩间的相互作用
14、，此时不发生原子间的电荷转移。化学吸附又分为离子吸附和共价吸附。发生离子吸附时，吸附的原子或分子会捕捉或释放出载流子或空穴。共价吸附是表面与吸附物之间产生局部键合，电子被局部定域在衬底表面。共价吸附时，没有自由载流子转移，不形成空间电荷区。28 简述薄膜材料的形成过程，什么是分子束外延？什么是超晶格？薄膜形成过程：一般分为凝结过程，岛形成与结合生长过程。大多数薄膜都是以岛状形式形成和长大，即在基体表面上吸附原子凝结后，在表面上扩散迁移形成晶核，晶核再结合其它吸附原子逐步长大形成小岛，岛再结合其他气相原子便形成薄膜，因此薄膜形成是由形核开头的。形核第一经受吸附与凝结过程，原子相互碰撞结合成原子对
15、或小原子团并凝结在基体表面上。这种原子团和其他吸附原子碰撞结合或释放出一个单原子，这个过程反复进行，使原子团中的原子数超过某一临界值，成为临界核，临界核连续与其他原子碰撞结合，只向长大方向进展形成稳固的原子团，称为稳固核。稳固核再捕捉其他吸附原子，或者入射原子束中的气相原子直接碰撞在稳固核上被粘附，使稳固核进一步长大成为小岛。通过上述争论可知，薄膜形成经受了吸附，凝结，临界核形成与长大，稳固核形成长大，最终成为小岛的物理过程。实际上形核长大只是薄膜形成的开头， 薄膜形成的过程是指形成稳固核之后的过程。 同样， 薄膜生长模式是指薄膜形成的宏观方式。在稳固膜形成之后，岛状薄膜的形成过程，分为岛状、
16、联并、沟道和连续膜四个阶段。岛状阶段是指在核长大变成小岛的过程中， 平行基体表而方向的长大速度明显大于垂直方向的长大速度，说明基体表面上吸附原子的扩散迁移碰撞结合是主要的。联并阶段是指岛在不断长大过程中，岛间距离逐步缩小，最终相邻小岛相互联接合并成一个大岛。沟道阶段是在岛联并后，新岛连续长大，当岛的分布达到临界值时，小岛相互聚结形成网状结构。网状结构中不规章的分布着520nm 宽的沟渠。连续膜阶段是在沟渠和孔洞消逝之后，入射的气相原子直接吸附在薄膜上，通过联并作用形成不同结构的薄膜。分子束外延：是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生
17、的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时掌握分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层的 “长”在基片上形成薄膜。 该技术的优点是： 使用的衬底温度低， 膜层生长速率慢， 束流强度易于精确掌握， 膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而快速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、 不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。超晶格： 由两种或以上不同、 厚度 d 微小的薄层材料交替生长在一起而得到的一种多周期结构材料。薄层厚度 d 远大于材料的晶格常数 a，但接近或小于电子的自由程。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名
18、师归纳总结29 简述热蒸镀（真空蒸发）膜与离子溅射膜的区分和优缺点。粒子具有的动能不同：蒸镀膜所沉积的粒子有较低的动能，而溅射出来的粒子有很高的动能，比蒸发高12 个数量级。粒子飞向基体表面的分布规律不同：对于小面积蒸发源，气相原子飞向基体表面时按余弦定律分布。对于阴极溅射，靶是多晶材料且入射氩离子较大时符合余弦分布规律，但对单晶靶材，就产生择优溅射效应，不同晶面的溅射强度不同。粒子电性不同：蒸发出来的气相原子几乎都是不带电的中性粒子，但溅射出来的粒子，除中性原子或原子团外，仍可能有正离子、负离子、二次电子和光子等多种粒子。真空度不同：蒸发镀时，真空度较高，气体分子平均自由程大于蒸发源到基体间
19、的距离，气相原子在飞向基体的过程中，气相原子间或与残余气体分子间碰撞机会很少，它们基本上保持原有的能量，能量分布及直线飞行轨迹。阴极溅射时真空度较低，气体分子平均自由程小于靶材和基体之间的距离，溅射原子飞行过程中，相互间碰撞，原子及其他残余气体分子相互碰撞，转变了溅射原子方向，到达基体表面的粒子可来自基体正前方整个半球面空间的全部方向，因此较简洁制备厚度匀称的薄膜。粘合力不同： 蒸发镀所形成的膜简洁从基体剥落， 而阴极溅射所形成的膜由于形成了过渡层， 能很好的跟基体结合， 不易剥落。优缺点：蒸镀膜：薄膜成分与蒸发合金组分有偏离，薄膜含杂质少，基体和薄膜温度变化不大。溅射膜：薄膜成分与靶材一样，
20、含较多杂质，基体和薄膜温度变化很大。30 试举例说明扩散、随机行走和自回避随机行走现象。扩散是一种迁移的过程 ,有定向迁移和随机迁移两种。随机迁移也是随机行走的一种。随机行走是一种无定向迁移,如布朗运动。自回避随机行走是一种有记忆性的行走,运动时会躲开以前走过的位置,如高分子聚合物的原子排列。31 就有序 -无序转变中的位置无序（化学无序）、拓扑无序、方向无序、电子和核自旋状态的无序（代位无序）和振动无序进行一般说明或图示。无序结构有拓扑 几何和化学键无序两种。如图1。1。1 所示的玻璃中原子排列 排布从几何 拓扑角度上看，晶格的概念，即周期性与对称性是没有了，但从近邻范畴来看，最近邻的原子数
21、是比较确定的配位数不变 ，这是一种拓扑无序。非晶态缺乏长程有序，所以原子间的化学键长、键角和键的极性等不会一样，这就是键的无序无序系统中仍有一种叫代位无序，这主要发生在晶态材料中，这时晶格的概念仍旧保留，但等同晶格位置上原子类别或自旋状态却不同。对于原子磁距自旋取向无序 随机冻结 的系统称“自旋”玻璃。一般的所谓非晶态固体指的大都是结构无序32 简述量子小尺寸效应、尺寸效应和宏观隧道效应。小尺寸效应 :随着颗粒尺寸的量变，在肯定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新颖的性质。
22、尺寸效应 : 由很多的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作是连续的，从能带理论动身胜利的说明白大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区分，对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级。能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距仍小时，就会出现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。宏观隧道效应：是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发觉一些宏观量，
23、例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的隧道效应。33 说明纳 M 技术中的巨磁阻与通常磁阻在概念上的区分。当相邻铁磁层的磁矩反平行排列时，在一个铁磁层中受散射较弱的电子进入另一铁磁层后必定遭受较强的散射，故从整体上说，全部电子都遭受较强的散射，整体电阻率较高磁阻。当相邻铁磁层的磁矩在磁场的作用下趋于平行时，有一种自旋状态的电子在全部铁磁层中受到的散射较弱，相当于这类电子构成了短路状态，整体电阻率较低巨磁阻效应 GMR34 简述复合材料技术中的线性效应、非线性效应和乘积效应。线性效应是指复合材料的性质与增强组元功能组元 的含量有线性关系。线性效应的内容有：平均效应
24、、平行效应、相补效应、相抵效应等。非线性效应指的是复合材料的性质与增强组元的含量无直接关系，复合后可能产生一些新的性质。非线性效应有：乘积效应、诱导效应、共振效应和系统效应等。乘积效应是指把一种具有X/Y 转换功能的材料与另一种具有Y/Z 转换功能的材料进行复合后，会产生X/YXY/Z=X/Z的功能。35 什么是梯度功能材料？梯度功能材料是“一种功能在空间和时间上连续变化的材料”。梯度功能材料不仅是用于下一代航天飞机的机体和发动机的耐热材料，仍能广泛应用于电子、医疗、仿生、光学、化学和建筑等方面。可以用物理,化学合成法 ,粒子排列法 ,等离子蒸镀法 ,自扩散高温合成法。二证明题永磁材料的退磁曲
25、线（其次象限）上的某点对应的磁能积（M*H ）最大，该点被称为永磁材料的正确工作点。如右下图，假设退磁曲线为双曲线。用平行M 和 H 轴的二条平行线的交点O与原点 O 相连接 , 就 OO连线与退磁曲线交点即是材料的对应最大磁能级的正确工作点。试证明之。三论述题请同学们运用在本课程中所学学问并结果您们所完成的材料物理专业新开的14 个试验， 任选其中一个或多个试验，构成一个材料应用的综合案例。四论述题谈谈您学习该门课程后的感受。您认为哪些章节的内容为必需，并值得强化和深化。 哪些章节的内容需删减？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结最终就我的讲课方法提出建议，哪些值得保留，哪些需要改进？可编辑资料 - - - 欢迎下载