08《材料物理效能》（b卷） 參***及評分標準
一、填空（27分）
1、 固體無機材料的物理效能主要包括力（可用機械效能代替）、熱、光、電、磁、輻照（或寫成輻射）、介電、聲等方面的效能（3分每空0.5分，寫出其中六個即可）。
超導體的三個效能指標分別是指：臨界轉變溫度、臨界磁場強度、臨界電流密度（3分）。
3、導熱的微觀機制有：電子熱導和聲子熱導（也可寫作電子導熱和聲子導熱）（2分）
4、光子通過固體會發生反射、折射、透過、吸收現象（4分）；
5、原子本徵磁矩包括電子的軌道磁矩和電子的自旋磁矩 （2分）；
6、順磁性產生的基本條件：
一、具有奇數個電子的原子或點陳缺陷，
二、內殼層未被填滿的原子或離子，這樣使原子的固有磁矩不為零（3分）；
7、鈦酸鋇（batio3）具有哪些介電性：壓電性、熱釋電性、鐵電性（3分）；
8、熱應力的**：因熱脹冷縮而產生的熱應力、因溫度梯度而產生熱應力和多相複合材料因各相膨脹係數不同而產生的熱應力（3分）；
9、熱膨脹來自於原子的非簡諧振動 （2分）；
10、光磁記錄時可以採用居里溫度和補償溫度兩種不同溫度下的寫入方式（2分）；
二、概念理解（23分）
克爾效應（4分）：一束線偏振光在磁化了的介質表面反射時， 反射光將成為橢圓偏振光，且以橢圓的長軸為標誌的偏振面相對於入射線的偏振面將旋轉一定的角度。光入射面與介質磁化方向的關係可分為極向克爾效應、橫向克爾效應和縱向克爾效應。
移峰效應與展寬效應（4分）移峰效應：在鐵電體中引入某種新增物使生成固溶體，以改變原來的晶胞引數和離子間的相互聯絡，使其居里溫度向低溫或高溫方向移動的效應。展寬效應：
為了提高鐵電體材料在渾濁範圍的介電常數，通常是採用移峰效應，把鐵電體的居里溫度室常溫附近，但鐵電體在居里點附近的介電常數隨溫度的變化率太大，不能用來製造要求比較穩定的電容器。為減少居里點處介電常數隨溫度的變化率，常在鐵電陶瓷中加入某種新增劑，使居里點展寬展寬，從而使介電常數隨的變化比較平緩
滯彈性（3分）:實際團體材料的應變產生與消除需要有限時間。無機材料(含金屬)的這種與時間有關的彈性稱為滯彈性。
自發磁化強度（3分）在鐵磁體中，具有固有磁矩的原子或離子之間存在著一種量子作用力（交換力），使這些離子的固有磁矩都趨向一致，因此即使沒有外磁場，也有磁化強度存在，稱為自發磁化強度。
退磁場與退極化場（4分）1、退極化場，當電介質極化後，在其表面形成了束縛電荷，這些束縛電荷形成乙個新的電場，由於與電場方向相反，故稱為退極化場。2、退磁場：當鐵磁體表面出現磁極後，除在鐵磁體周圍空間產生磁場外，在鐵磁體的內部也產生磁場，這一磁場與鐵磁體的磁化強度方向相反，它起到退磁的作用，故稱退磁場。
（退磁場與退極化場並無相互聯絡，各2分共4分）
螢光和磷光（5分）發光是輻射能量以可見光的形式出現，如果輻射或任何其他形式的能量，激發電子從價帶進入導帶，當其返回到價帶時便發射出光子。如果這些光子的波長在可見光範圍內，那麼，便產生了發光現象。與熱輻射發光相區別，稱這種發光為冷光。
冷光發光一般有二種型別：螢光和磷光。當激發除去後在10-8s內發的光稱為螢光，其發光是被激發的電子跳回價帶時，同時發射光子。
發磷光則有所不同發磷光的材料往往含有雜質並在能隙附近建立了施主能級，當激發的電子從導帶跳回價帶時，首先跳到施主能級並**獲。在它跳回價帶時，電子必須先從捕獲陷阱內選出，因此延遲了光於發射時間。
三、簡答題。（38分）
1、什麼是壓電性，具有壓電性的晶體有什麼特徵？（5分）
答：壓電性分正壓電效應與逆壓電效應。正壓電效應：
電介質材料在外力作用下，在某些相對應的表面上產生等量異號電荷，由形變產生電極化。p=d （不具有對稱中心的晶體）（水晶、羅息鹽、閃鋅礦）逆壓電效應：在外電場作用下晶體發生形變，可將電能轉變成機械能的現象 s=dte。
不具有自發極化特性，但為中心不對稱結構，在外力的作用下，產生極化。無對稱中心，且本身具有自發極化特性的結構。
2、如何實現磁寫入光讀出。（6分）
答：如圖示，光雷射作用在磁疇上時，使材料的溫度達到居里居里溫度以上或補償溫度以上，該區域在弱磁場的作用下，當該區域在磁場的作用下冷卻下來時就會發生磁疇翻轉，這樣就可使訊號記錄下來（見左下圖所示）。
光讀出如右上圖標。（答出用居里溫度寫入或補償溫度寫入可得2分，或答用磁頭進行寫入也可得兩分，答出「利用克爾效應進行光讀出」即可得二分，此題並不要求用圖示說明，但要將右上圖中的那段文字意思表達出來）
3、舉例說明電阻測量的應用。（4分）
答：建立相圖、測量固溶度、測量合金時效、合金的有序無序轉變、淬火鋼的回火、疲勞過程的研究、磁性轉變等（答案不唯一，任意回答出四條即可）
4、雷射器的基本構成與雷射產生原理。（5分）
答：雷射器一般由三部分構成：光波放大器（也稱為雷射工作物質）、諧振腔、幫浦浦系統，雷射的產生需要雷射工作物質具有至少三個能級，在幫浦浦系統作用下在亞穩態能級上能夠實現粒子數反轉。
大量處於亞穩態能級上的電子返回基態時產生雷射。
5、舉出至少四種日常生活中常見的可作為照明的光源形式，並簡要說明其發光原理。（6分）
a、火焰，熱致發光
b、白熾燈，熱致發光
c、半導體雷射器，電子與空穴復合發光
d、日光燈，光致發光（此題答案不唯一，每項1.5分）
6、塞貝克效應及其應用。（4分）
答：塞貝克效應是熱電效應的一種，當兩種不同材料a、b組成迴路，且兩接觸處溫度不同時，則在迴路中存在電動勢：，其中。
塞貝克效應主要用在製作熱電偶以用來測量溫度，還可以利用其實現溫差發電。
7、圖示說明技術磁化過程及其形式。（8分）
答：技術磁化：在外磁場作用下，鐵磁體從完全退磁狀態發生磁化的內部過程和巨集觀效果，即外加磁場對磁疇的作用過程，也是外加磁場把各個磁疇的磁矩方向轉到外磁場方向的過程。
（2分）技術磁化通過兩種形式進行：一是磁疇壁的遷移，一是磁疇的旋轉。（2分）技術磁化分為三個過程：
磁疇可逆遷移階段、不可逆遷移階段，磁疇旋轉階段。（作出左下圖2分，對其進行簡單說明2分）
四、以batio3的晶體結構（要求能夠畫出其晶胞並略作說明）為例，說明其具有壓電性的原因，畫出塊體batio3材料電極化曲線與電滯回線圖並對其進行說明。（12分）
答：單胞結構如下圖，在溫度低於居里溫度時，位於體心ti4+實際上偏離體心位置（表達出這個意思得2分），這樣導致正離子偏離電荷中心，形成電偶極矩，表現為自發極化，故而具有壓電性。大量ti4+的偏離方向一致時，就可在區域性區域形成鐵電疇。
當有外電場作用時，可以改變ti4+的偏離方向，當某個鐵電疇的所有ti4+改變方向時，就實現了鐵電疇的翻轉，這時塊體材料出現電極化現象，隨著電場強度的增大，極化強度進一步增大em，直到達到飽和極化強度。當把電場撤除後，電極化並不完全消失，具有剩餘極化強度pr，加上矯頑力即反向電場強度ec後才能消去剩餘極化。當所加電場強度e＝emcost時，就會呈現出電滯迴線的現象。
（評分方法：作出左圖3分，說明c>a得1分，作出右圖得3分，其餘5分，其中提到自發極化、鐵電疇、飽和極化強度、剩餘極化、矯頑力這些概念相應給分）
材料物理效能
學材料有感學院 工學院 學號 100118008 姓名 高浩 班級 10材料 材料物理效能這門課是今年新開的一門課，剛開這門課時很迷糊，不知道這究竟是一門什麼樣的課程，主要是幹什麼的！通過一學期的學習稍微有點收穫，下面我將說說我對這門課的認識。這門課主要講述材料的各種效能和用途，全書共分七章內容，第...
材料物理效能
第一章 電學效能 1 絕緣體 10 10 m 半導體 10 2 10 10 m 導體 10 2 m 2 電阻對應三種散射機制 聲子散射 電子散射 電子在雜質和缺陷上的散射。3 馬基申定則 金屬固溶體中溶質原子的濃度較小，以致可以略去它們之間的相互影響，把固溶體的電阻看成由金屬的基本電阻和殘餘電阻組成...
材料物理效能
gaas單晶結構與特性 1 gaas的晶體結構 gaas作為iii v族化合物半導體材料，晶體結構屬於閃鋅礦型晶格結構，砷化鎵在晶體結構上不存在對稱中心，在砷 鎵原子之間的化學鍵合上，電子密度分布也不對稱，這兩種不對稱性稱為化合物的極性 由於極性的存在，使閃鋅礦結構的晶體的解理面改變。1.一般情況下...