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材料与社会发展期末复习题修改版


“材料与社会发展”课程复习题(修改版)
1. 什么是材料?简述材料分类以及各类材料的基本特性。
答:材料的定义及其分类 (1)定义:材料是指能为人类经济性地,用于制造有用器件的物质。 (2)材料的分类: ①按组成、结构特点进行分类:分为金属材料,无机非金属材料、有机高分子材料和复 合材料。 各自特征: ①高分子材料: 是通过若干高分子链聚集以及高分子链与其他添加组分的相 互作用而构成。分子量大,质轻;优良的加工性能,导热系数小,化学稳定性好,电绝 缘性好;功能的可塑性好,出色的装饰性,但易老化;可以延压成膜、纺制成丝,可制 成各种形状的构件,可产生巨大的粘接力及巨大弹性等。②金属材料:有金属元素或以 金属元素为主形成的,并具有一般金属特性的材料称为金属材料。一般具有金属光泽, 具有良好的导电性,导热性,延展性及塑性;具有良好的强度和韧性,熔点较高。③无 机非金属材料:传统上主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等四大类,其主要化学组成 均为硅酸盐类物质。具有高熔点,高强度,高硬度;耐腐蚀,耐磨损,抗氧化等,以及 宽广的导电性,隔热性,透光性;良好的铁电性,铁磁性,压电性。④复合材料:是由 有机高分子、 无机非金属或金属与几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型多相固体 材料, 它既能保留原组分材料的主要特色, 又通过复合效应获得原组分所不具有的性能。 比重小, 比模量和比强度大; 具有优良的化学稳定性, 自润滑; 耐热, 耐疲劳, 耐蠕变, 电绝缘性好等特点。 ②从其发展过程上,可分为传统材料和新型材料,它们是互相依存,互相促进,互相转 化,互相替代的关系。 传统材料的特征为:需求量大,生产规模大,但环境污染严重; 新型材料特征:建立在新思路、新概念、新工艺、新检测技术的基础上,以材料的优异 性能、 高品质、 高稳定性参与竞争, 属高薪技术的一部分; 投资强度较高, 更新换代快, 风险性大,知识和技术密集程度高,一旦成功,回报率也较高,且不以规模取胜。 ③从其使用性能分类:分为结构材料和功能材料。结构材料则主要利用材料力学性能; 而功能材料主要利用材料物理和化学性能。

④按用途进行分类:分为航空航天材料、信息材料、电子材料、能源材料、生物材料、 建筑材料、包装材料、电工电器材料、机械材料、农用材料、日用品及办公用品材料。

2. 请举例说明材料工程与材料科学之间的差别和联系?请给出材料科学研究 的五要素图。
答: (1)材料科学是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能以及它们之间的相互关 系,集物理学、化学、冶金学等于一体的科学。材料科学是一门与工程技术密不可分的应用 科学。 (2)材料工程是研究、开发、生产和应用金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合 材料的工程领域。其工程硕士学位授权单位培养从事新型材料的研究和开发、材料的制备、 材料特性分析和改性、材料的有效利用等方面的高级工程技术人才。 要素:化学成分、制备加工、组织结构和性质性能。(成分、合成/制备、组织结构、性质和 效能。)其中,组织结构是核心要素。同时,前面三者共同支撑“性质性能”。这四者的关系组 成一个正四面体。

3.材料在历史中发挥重要作用对你印象深刻之处,请举例说明! 答:材料的发展与人类进步和发展息息相关。一万年前,人类使用石头 作为日常生活工具,人类进入旧时器时代,人类战争也进入了冷兵器时 代。 7000 年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术,青铜制品泛地得 到应用,同时又促进了人类社会发展,人类进入了青铜器时代。同时火 药的发明又使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。 5000 年前人类 开始使用铁,随着炼铁技术的发展,人类又发明了炼钢技术。十九世纪

中期转炉、 平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加, 大大促进了机械、 铁路交通的发展。随着二十世纪中期合金钢的大量使用,人类又进入钢 铁时代,钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。核材料的发现,又将 人类引入了可以毁灭自己的核军备竞赛,同时核材料的和平利用,又给 人类带来了光明。二十世纪中后期以来,高分子、陶瓷材料崛起以及复 合材料的发展,又给人类带来了新的材料和技术革命,楼房可以越盖越 高、飞机越飞越快,同时人类进入太空的梦想成为了现实。 3. .比如电子组件的演进,从体积非常大的真空管、晶体管进步到集成 电路(IC 化),不仅为现代的科技另造高峰,同时也使得电器用品趋于小型 化、轻巧化、功能强、易于携带等种种好处。所以说人类的生活确实是与材 料科学有关。 1982 年日本首次研制出了陶瓷发动机小汽车,引起了世界性轰。因为它的出现 将使发动机重量减轻,提高燃烧度和节约燃料的愿望成为现实。1988 年前苏联 一架以液氢为燃料的中型运输机首次试飞成功, 象征人类在航空领域中启用了无 污染的新能源--液氢。 液氢的沸点为-253℃, 携储液氢需要高效率的绝热材料。 液氢发动机的使用,则意味着低温极限技术已达到实用化程度。1989 年 3 月, 日本的一艘 6500 号潜水调查船下潜到 6500 米的深海区,打破了美国、前苏联和 德国的下潜纪录。 这艘潜水艇耐水舱用的正是一种高强度钛合金,观察窗使用的 是一种新型的有机玻璃。 有了深海探测技术,人们才可实现对人类资源开发有不 可估量的意义深海资源的开发。?美国在 1989 年 12 月入侵巴拿马,1991 年 1 月人侵海湾以及此刻正在空袭南联盟的战争中,使用的 F- ll7 隐身战斗机世人皆 知。这种武器之所以能隐身,就是使用了一种吸波材料和吸波涂层。 4. 与我们生活密切相关的交通或日常用品中, 哪些是以钢为主要承力材料的? 钢铁在历史中作用显著,如何在未来发挥重要作用?
答:建造北京奥运会主体育场“鸟巢”,就是用了大量的钢材。 建材:卷门、轻型钢、防火门,栏杆,淋浴喷头。 运输:汽车内、外车身板件、排气管,,汽车保险杠,火车铁轨。 家电:冰箱、洗衣机外壳、干衣机外壳。 一般:标识牌、展示柜,冷冻商品陈列橱。 用于桥梁建筑的钢材 未来发展趋势: 为了满足不断增长的市场需求和相关产业的发展需要, 当前先进钢铁材

料的发展特点和趋势是: 环境友好、 资源节约、 性能优良、 成本低廉、 品种规格多样化、 理论和技术研究不断深入等。 (1)高性能钢铁材料研发投入持续增加 采用新工艺、新技术和新的检测技术,经济地生产以高洁净度、高均匀度、超细组织及 高精度为特点的高强度、 高韧性、 长寿命钢铁材料, 是先进钢铁材料的主要的发展方向。 世界各钢铁发达国家在20世纪末均开展了超级钢 (或称为新一代铜铁材料) 的研究工作, 使得用量最大的钢铁材料的强度性能大致提高一倍而韧塑性基本保持不变。 而目前正进 行的工作则希望使其使用寿命大幅度提高。 这方面目前正积极开发的主要包括高洁净度 冶炼技术、精炼技术、夹杂物控制技术、等轴晶凝固技术、高均匀度凝固技术、无缺陷 连铸坯技术、微合金化技术、高刚度轧机与高精度轧制技术、控轧控冷技术、超细晶粒 组织控制技术、 可控气氛连续热处理技术、 在线组织性能预报及检测技术等先进钢铁材 料生产技术。 (2)钢铁材料品种规格的多样化 为适用现代钢铁材料产品对材料性能、尺寸、形状不断增长的要求,对钢铁材料的品种 规格提出了相当高的要求。除了通用的板、管、丝、带、棒、线、型、锻、铸材等,各 国均大力发展特殊异型材、 预先热处理或表面处理钢材、 接近使用形状和使用状态的铸 锻轧精密材、近终形金属制品材(如轴承套圈、滚动体、标准模块等)。 (3)研制开发新型钢铁材料 研制开发具有高性能的新型钢铁材料, 从而替代技术性能较差的老钢铁材料的过程, 实 际上也就是传统材料产业得以持续生存而不断发展的过程。 如果没有或不可能再研制开 发出新型的材料, 则该种材料将真正进入了衰亡期。 新型钢铁材料的不断涌现一方面得 益于相关基础理论的发展, 如微合金化理论的发展导致了近半个世纪数百个微合金钢新 钢种的开发和生产应用, 而晶粒细化理论和形变诱导相变理论的发展导致了近年来超细 晶钢的迅速发展; 另一方面也得益于新工艺技术的发展, 如钢中加氮技术的发展导致了 高氮不锈钢的开发, 钢中加钙技术的发展导致了钙处理钢的开发, 而超低碳钢生产控制 技术则直接推动了IF钢、超低碳贝氏体钢的发展。目前,全世界大量生产应用的钢种大 致为3000多种,其中一半以上是近20年来新研制开发的。显然,这种新型钢铁材料取代 传统钢铁材料的过程还将持续地发展下去。此外,非晶微晶、单晶和低维度钢铁材料的 研制开发工作在近年来也广泛受到重视. (4)强化钢铁材料基础研究 高技术化的钢铁材料应该是建立在坚实的基础理论之上并在理论指导下研制开发出来 的, 早期的经验性或偶然性地研制开发新型钢铁材料的局面在现代钢铁工业中已完全成 为历史, 近年来大量生产应用的新型钢铁材料无不是在坚实的理论指导下研制开发出来 的。因此,为了不断开发新型钢铁材料,就必须对钢铁材料的基础理论和技术进行广泛 深入的研究。

5. 如何评定材料的硬和软?控制钢的硬或软的主要因素是什么?
答:硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。硬度试验的方法较多,原理也不相同, 测得的硬度值和含义也不完全一样。最常用的是静负荷压入法硬度试验,即布氏硬度 (HB)、洛氏硬度(HRA,HRB,HRC)、维氏硬度(HV),其值表示材料表面抵抗坚硬物 体压入的能力。而里氏硬度(H L ) 、 肖 氏 硬 (HS)则属于回跳法硬度试验,其值代表

金属弹性变形功的大小。因此,硬度不是一个单纯的物理量,而是反映材料的弹性、塑 性、强度和韧性等的一种综合性能指标。 控制钢的软、 硬的主要因素是钢的金相组织和钢中碳含量、 不同合金元素的构成与含量。 常见的金相组织有铁素体、奥氏体、马氏体等,马氏体相对而言硬一些;含碳量相对高 的比含碳量相对低的硬一些;合金元素钨、铬等的含量高,相对材料也偏硬一些。

6. 我国民间“打铁”过程一般有几步?生铁、熟铁和钢有什么区别,如何从生 铁得到钢?如何从熟铁得到钢?
答: 步骤:加热、锻打、淬火。铁分为生铁和熟铁。 区别:熟铁、钢和生铁都是铁碳合金,以碳的含量多少来区别。一般含碳量小于 0.2% 的叫熟铁或纯铁,含量在 0.2-1.7%的叫钢,含量在 1.7%以上的叫生铁。熟铁软,塑性 好, 容易变形, 强度和硬度均较低, 用途不广; 生铁含碳很多, 硬而脆, 几乎没有塑性; 钢具有生铁和熟铁两种优点,为人类广泛利用。 生铁得到钢:将生铁在炼钢炉中进一步熔炼,并供给足够的氧气,通过炉内的高温氧化 作用,部分碳被氧化成一氧化碳气体而逸出,其他杂质则形成氧化物进入炉渣中除去, 这样可使碳的含量降低,从而得到含碳量合乎要求的产品,即为钢 熟铁得到钢:锻打块炼铁和熟铁的过程中,不断地反复加热,铁吸收木炭中的碳份,提 高了含碳量,减少夹杂物后成为钢。

7. 古代铸造青铜器的主要步骤有哪几步?何为青铜器时代和铁器时代, 是如何 定义的?
步骤:制模—制范—浇注—修整。(块范法,失蜡法) 青铜时代:青铜时代(或称青铜器时代或青铜文明)在考古学上是以使用青铜器为标志 的人类文化发展的一个阶段。 铁器时代:是继青铜时代之后的又一个时代,它以能够冶铁和制造铁器为标志。 8. 铝合金可以分为哪两大类?什么样的热处理工艺可以提高铝合金的强度? 变形铝合金和铸造铝合金,固溶处理+时效 9. 目前大多数汽车轮毂采用的材料是什么? 现在大多车都采用铝合金轮毂钢制轮毂一般低配的车考虑成本才会 10. 什么叫粉末冶金?粉末冶金有什么特点?粉末烧结钢有什么特点?

粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末 (或金属粉末与非金属粉末的混合物) 作为 原料,经过成形和烧结,制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。 特点:粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能,而这些性能是用传统的熔 铸方法无法获得的。 运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、 半致密或全致密材料和制品, 如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等,是一种少无切削工艺。 (1)粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚,消除粗大、不均匀的铸造 组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温 超导材料、新型金属材料(如 Al-Li 合金、耐热 Al 合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、 粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等)具有重要的作用。 (2)可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡 材料,这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。 (3)可以容易地实现多种类型的复合,充分发挥各组元材料各自的特性,是一种 低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。 (4)可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品,如新型 多孔生物材料,多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。 (5)可以实现近净形成形和自动化批量生产,从而,可以有效地降低生产的资源 和能源消耗。 (6)可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料,是 一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。 我们常见的机加工刀具,五金磨具,很多就是粉末冶金技术制造的。 粉末烧结钢的特点:强度一般为 0.7GPa 左右,硬度和耐磨性均优于烧结铁。通过热处 理和表面硬化处理可以进一步提高其力学性能。 11. 请简要阐述热处理过程数值模拟技术的优势和难点?

难点:缺乏模拟所需的材料参数,即可靠的材料性能和边界条件数据。模型不是“万能的通 用的”淬火过程的模型不能用于加热过程。 理论基础、可靠数据、模拟工具和验证技术是材料热过程模拟的主要障碍。 如何在保证热处理零部件的变形均一性的同时实现性能的设计要求,是难题。 12. 阐述钛合金的性质及特点(三项以上)?钛合金分类和组织结构特点?举例α 稳定元 素、β 稳定元素和中性元素(一个即可)。 性质及特点:密度小,比强度高,耐高温,耐腐蚀,生物相容。 分类和组织结构特点: α 钛合金它是α 相固溶体组成的单相合金, 不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度 下,均是α 相,组织稳定,耐磨性高于纯钛,抗氧化能力强。在 500℃~600℃的温度下, 仍保持其强度和抗蠕变性能,但不能进行热处理强化,室温强度不高。 β 钛合金它是β 相固溶体组成的单相合金,未热处理即具有较高的强度,淬火、时效后合金 得到进一步强化,室温强度可达 1372~1666 MPa;但热稳定性较差,不宜在高温下使用。 α +β 钛合金它是双相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和 高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度 约比退火状态提高 50%~100%;高温强度高,可在 400℃~500℃的温度下长期工作,其热 稳定性次于α 钛合金。 举例:α 稳定元素:铝β 稳定元素:钼、钒中性元素:锡、锆

13. 为什么要推进汽车轻量化?如何实现?材料如何选择? 汽车的轻量化, 就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下, 尽可能地降低汽车的整备质量, 从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。实验证明,汽车质量降低一半,燃 料消耗也会降低将近一半。 由于环保和节能的需要, 汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的 潮流。\\\\\\①汽车主流规格车型持续优化,规格主参数尺寸保留的前提下,提升整车结构强 度,降低耗材用量;②采用轻质材料。如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料 等; ③采用计算机进行结构设计。 如采用有限元分析、 局部加强设计等; ④采用承载式车身, 减薄车身板料厚度等。其中,当前的主要汽车轻量化措施主要是采用轻质材料。 铝合金铝的密度约为钢的 1/3,是应用最广泛的轻量化材料。以美国生产的汽车产品为例, 1976 年每车用铝合金仅 39kg,1982 年达到 62kg,而 1998 年则达到了 100kg。 铝基复合材料铝基复合材料密度低、比强度和比模量高、抗热疲劳性能好,但在汽车上的应 用受到价格及生产质量控制等方面的制约,还没有形成很大的规模。 镁合金镁的密度约为铝的 2/3,在实际应用的金属中是最轻的。镁合金的吸振能力强、切削 性能好、金属模铸造性能好,很适合制造汽车零件。 钛合金钛的密度为 4.5g/cm3,具有比强度高、高温强度高和耐腐蚀等优点。由于钛的价格昂 贵,至今只见在赛车和个别豪华车上少量应用。 钢材先进高刚性钢材(Advanced High-Strength Steel,AHSS)制造车辆,此一材质不仅比传 统钢材轻量 35%,在产品生命周期中的污染更降低 70%,FSV 计划主席 Jody Shaw 表示: 高度运用弹性、可塑性、低生产污染以及极具竞争力的制造成本完美展现出钢材的优势。 14. 高分子材料是近代科学技术发展形成的新专业,在中国仅仅只有 30 年左右的历史,它 是材料这个传统的大学科中一片新领域,它主要包括七个方面,请列举。 答:塑料,橡胶,合成纤维,涂料,胶黏剂,高分子树脂复合材料,功能高分子材料 15. 高分子材料在我国军工包括航天、航空、兵器、舰艇、核能等方面发挥重要的作用, 请列举一件高分子材料在军工上应用实例。 树脂基复合材料具有优异的综合性能,制备工艺容易实现,原料丰富。在航空工业中, 树脂基复合材料用于制造飞机机翼、机身、鸭翼、平尾和发动机外涵道;在航天领域, 树脂基复合材料不仅是方向舵、雷达、进气道的重要材料,而且可以制造固体火箭发动 机燃烧室的绝热壳体,也可用作发动机喷管的烧蚀防热材料。

新型氰酸树脂复合材料具有耐湿性强,微波介电性能佳,尺寸稳定性好等优点,广泛用 于制作宇航结构件、飞机的主次承力结构件和雷达天线罩。 环氧树脂属上海树脂所的 AG80 了,应用很广。648,氰酸酯等也比较多 聚酰亚胺纤维的主要应用领域为环保行业的工业高温除尘过滤材料、 航空航天行业的轻 质电缆护套及耐高温特种编织电缆、其他领域的过滤、隔火毡、防火阻燃服装及先进复 合材料的增强剂等。 火箭外壳表层采用的高分子材料(短期耐 6 000℃甚至 10 000℃以上高温), 在军舰生产 上使用的玻璃钢,人造卫星和宇宙飞船上使用的高分子烧蚀材料,飞机制造中代替金属使 用的高分子材料,密封腻子等等,都是各种新型的高分子材料. 16. 论述光电高分子的应用前景? 太阳能电池是太阳能光伏发电的基础和核心, 是一种利用光生伏打效应把光能转变为电能的 器件。用适当的光照在上面之后,器件两端会产生电动势。传统硅太阳能电池成本昂贵、工 艺复杂、材料要求苛刻,而有机太阳能电池,具有潜在的低成本、轻重量和分子水平的可设 计性的特点。聚合物太阳能电池一般由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的共混膜夹在 ITO 透明正极和金属负极之间所组成,具有结构和制备过程简单、成本低、重量轻、可制备 成柔性的器件等突出优点。近年来成为国内外研究热点。 OLED 是有机发光二极管,是指 有机半导体材料和发光材料在电场驱动下, 通过载流子注入和复合导致发光的现象。 其原理 是用 ITO 透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极,在一定电压驱动下,电子和空 穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层, 电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移 到发光层,并在发光层中相遇,形成激子并使发光分子激发,后者经过辐射弛豫而发出可见 光。作为平板显示器件,OLED 与使用最普遍的 LCD 相比,拥有面板薄、对比度高、响应 速度快、功耗低、视角宽、重量轻等,尤其值得一提的优势更在于 OLED 屏可以弯曲、折 叠、甚至可以像一张纸一样挂在墙上,放在口袋里,以至镶嵌在衣服里,不用时是衣服的一 部分, 需要时则可显示必要的信息。 未来光电转换高分子材料的研究还应致力于在应用的进 一步成熟,解决目前此种材料在应用中的软肋。 17. 智能材料的三要素是什么?人工合成自愈合材料的作用机制可以是哪些? 答:A.智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素 B.智能材料(Intelligent material),是一种能感知外部刺激,能够判断并适当处理且本身可 执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四 代材料. C.智能材料有七大功能,即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断

能力、自修复能力和自适应能力。 D.自愈合聚合物材料本身就具有恢复材料的载荷传递能力, 这种恢复可以是自 主 地 发 生 , 也 可 以 是 被 一 个 具 体 的 刺 激 物 所 激 发 的 , 1.分子互扩散导致的自愈合 2.由光引发的自愈合 3.通过形成可逆 键的自愈合 4.活性聚合导致的自愈合 5 纳米粒子自愈合.6.金属基自愈复合材料 7.混合磨损 自愈材料 18. 什么是生物医用材料?什么材料可作为生物医用材料?什么是组织工程技术? 答:A.生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能,用于人工器官、外科修复、理疗 康复、诊断、治疗疾患,而对人体组织不会产生不良影响的材料。 B.现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材 料,其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。 C. 组织工程技术定义:应用生命科学与工程学的原理与技术,在正确认识哺乳动物的正常 及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上,研究、开发用于修复、维护、促进人体 各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。 D.组织工程研究主要包括四个方面:种子细胞、生物材料、构建组织和器官的方法和技术以 以及组织工程的临床应用。目前临床上常用的组织修复途径大致有 3 种:即自体组织移植、 异体组织移植或应用人工代用品。 19. 举例论述功能晶体材料在社会发展中起什么作用。 答:1.光学晶体:主要用于光学仪器的透过窗口、棱镜、透镜、滤光和偏元件及相位补 偿镜等 2. 非线性光学晶体:其重要应用之一是激光频率转换晶体,用于红宝石激光器、可调谐激 光器、半导体激光器。 3.如用于导弹红外制导头的多元红外探测器器件材料碲镉汞、红外探测蓝宝石窗口,精确制 导的激光晶体材料红宝石和铷钇铝石榴石、 红外接收系统中的关键材料碲镉汞、 电子吊舱中 的砷化镓材料和空一空导弹整流罩材料多晶硫化锌等。 20. 举例论述不同功能晶体材料的功能之间的相互关系和相互转化。 功能晶体材料。有天然晶体和人工晶体之分。晶体有许多宝贵的性质,如金刚石的超硬 度、方解石的双折射,许多还能实现光、电、声、热、磁、力等不同能量形式的交互作 用和转换。按化学分类可分为无机晶体和有机晶体; 按状态分类可分为单晶、多晶、晶 体薄膜和晶体纤维; 作为功能材料, 最常用的是按物理性质分类, 如光学晶体、 激光晶 体(可将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性 和单色性激光的晶体材料。是晶体激光器的工作物质。)、非线性晶体(非线性光学晶体

由于具有波长变换,增大振幅,开关。记忆等许多元件功能,正作为光计算的基本元件 而引人注目。)、压电晶体(在机械力作用下,产生形变,使带电质点发生相对位移,从 而在晶体表面出现正、负束缚电荷,这样的晶体称为压电晶体。压电晶体极轴两端产生 电势差的性质称为压电性。)、电光晶体(具有电光效应的晶体材料。在外电场作用下, 晶体的折射率发生变化的现象称为电光效应。)、磁光晶体、闪烁晶体(在 X 射线和射 射线等高能粒子的撞击下,能将高能粒子的动能转变为光能而发出闪光的晶体。)等。 21. 例举五种以上太阳电池的名称。阐述太阳电池的工作原理。 硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米 晶体太阳能电池、有机太阳能电池, 太阳光照在半导体 p-n 结上,形成新的空穴-电子对,在 p-n 结内建电场的作用下,光生空 穴流向 p 区,光生电子流向 n 区,接通电路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的 工作原理。 22. 什么是信息、信息技术及信息材料?信息材料有哪些类型? 信息: 是人类的一切生存活动和自然存在所传达出来的信号和消息。 它一般泛指我们所说的 消息、情报、指令、数据及信号等周围环境的知识。信息技术:是指信息的获取、处理、传 输、存储和显示的技术,即人们对信息的获取、处理和应用的能力。信息材料:指用于信息 的获取、存储、处理、传输和显示的微电子材料和光电子材料。

23. 结合具体事例,说明材料对信息技术、能源技术发展的推动作用。 答:A.1906 年佛莱斯特发明了电子管,才有了无线电广播、电子计算机的出现,但只是到 了 1948 年贝尔实验室的巴丁,肖克利,布拉顿发明了半导体晶体管以后,才逐步地实现了 电子设备的小型化、轻量化、节能化,以及成本的降低、可靠性的提高与寿命的延长。1958 年集成电路的发明, 使计算机及各种电子设备发生了一次飞跃, 计算机从以晶体管为元件的 第二代发展到以中小型集成电路为逻辑元件的第三代。 以后集成电路的发展十分迅速, 器件 尺寸和集成度几十年来几乎以数量级的速度在变化。进入 90 年代,集成度进一步提高,加

工技术达到 0.3 微米,研究水平已达到 0.1 微米,每位存储器的价格就更低了。这些变化的 实现主要依赖半导体材料 光电子技术, 与之直接相关的材料便是光电子材料。 砷化镓由于比硅具有更优异的性能和受 激发光的特点,对发展高密度、高速度芯片很有利。近年来发现的多孔硅、纳米碳化硅等发 光半导体材料,目前都在探索之中,一旦有所突破将引起计算机的一场革命。 B.1883 年第一块太阳电池由 Charles Fritts 制备成功。Charles 用硒半导体上覆上一层极 薄的金层形成半导体金属结,器件只有 1%的效率。到了 20 世纪 50 年代,随着半导体物性 的逐渐了解,以及加工技术的进步,1954 年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在 硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后,第一个太阳能电池在 1954 年诞生在贝 尔实验室。太阳电池技术的时代终于到来。自 20 世纪 60 年代起,美国发射的人造卫星就已 经利用太阳能电池作为能量的来源。20 世纪 70 年代能源危机时,让世界各国察觉到能源开 发的重要性。 24. 光盘存储原理是什么?一次性写入光盘和可擦重写光盘所用的记录介质层材料有哪 些? 只读型光盘存储原理: CD-ROM 光盘的信息数据是预刻在光盘母盘上的 (形成凹坑) , 然后制成金属压膜,再把凹坑复制于聚碳酸酯(PC)的光盘基片上。靠记录凹坑与周 围的反射率不同作为读出信号。 磁光型(MO)光盘存储原理:靠光热效应使记录下的磁畴方向产生可逆变化,不同方 向的磁畴使探测光的偏振面产生旋转(即克尔角),并以此作为读出信号。 全光(相变)型光盘存储原理:靠光热效应在晶态与非晶态之间产生可逆相变,记录下 晶态与非晶态不同的反射率,作为探测信号。

温馨提示:填空题还是要上课认真听老师讲课啊尤其是课程负责人的那堂课。 刚考完我记得有问红光激光器的材料,发蓝光的二极管的材料,集成电路芯片材料,太 阳能电池材料,研究材料的原子构成所用的设备等等

祝学弟学妹考试加油!!!


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