《材料物理效能》思考題
第一章熱學效能
1.1 概述
1、材料的熱學效能包括熱容 、熱膨脹、 熱傳導和熱穩定性等。
2、什麼是格波？
答：由於晶體中的原子間存在著很強的相互作用，原子的微振動不是孤立的，原子的運動狀態（或晶格振動）會在晶體中以波的形式傳播，形成「格波」。
3、若三維晶體由n個晶胞組成，每個晶胞中含有s個原子，則晶體中格波數為 3ns 個，格波支數為 3s 個。
4、受熱晶體的溫度公升高，實質是晶體中熱激發出的聲子數目的增加。
5、舉例說明某一材料熱學效能的具體應用。
1.2 熱容
1、什麼是比熱容和摩爾熱容（區分：定壓摩爾熱容和定容摩爾熱容）？
答：比熱容(c):質量為1kg的物質在沒有相變和化學反應條件下溫度公升高1k所需要的熱量
答：摩爾熱容(cm)：1mol物質在沒有相變和化學反應條件下溫度公升高1k所需要的熱量
3、固體熱容的經驗定律和經典理論只適用於高溫，對低溫不適用！
4、由德拜模型可知，溫度很低時，固體的定容摩爾熱容與溫度的三次方成正比（德拜t3定律）。
5、金屬熱容由晶格振動和自由電子兩部分貢獻組成
6、自由電子對熱容的貢獻在極高溫和極低溫度下不可忽視，在常溫時與晶格振動熱容相比微不足道！
7、一級相變對熱容的影響特徵是什麼？
答：在相變溫度下，熱焓發生突變，熱容不連續變化。
8、影響無機材料熱容的因素有哪些？
答：溫度，鍵強，彈性模量，熔點
9、對於隔熱材料，需使用低熱容（如輕質多孔）隔熱磚，便於爐體迅速公升溫，同時降低熱量損耗。
10、什麼是熱分析法？dta、dsa和tg分別是哪三種熱分析方法的簡稱？舉例說明熱分析法的應用。
答：熱分析法：在程式控制溫度下，測量物質的物理性質與溫度關係的一種技術。
dta：差熱分析 （1.測量系統（示差熱電偶）2. 加熱爐3. 溫度程式控制器4. 記錄儀）
1.3 熱膨脹
1、什麼是線或體膨脹係數？答：溫度公升高1 k時，物體的長度（體積）的相對增加量。
2、固體材料的熱膨脹本質，歸結為點陣結構中質點間平均距離隨溫度公升高而增大。
3、材料的熱膨脹來自原子的非簡諧振動。
4、材料熱膨脹的物理本質可用原子間的作用力曲線或勢能曲線曲線來解釋。
5、熔點較高的金屬具有較低的膨脹係數。
6、結構對稱性較低的單晶體，其膨脹係數具有各向異性，不同的晶向有不同的線膨脹係數。一般來說，彈性模量高的方向將有較小的膨脹係數，反之亦然。（如石墨：
平行於c軸方向的熱膨脹係數大於垂直於c軸方向的熱膨脹係數。）
7、舉例說明一級相變對材料膨脹效能的影響。
8、鋼的不同組織比容從大到小的順序為：馬氏體、滲碳體、鐵素體、珠光體、奧氏體。
9、通常陶瓷製品表面釉層與坯體熱膨脹係數的大小關係如何？為什麼？
1.4 熱傳導
1、什麼是熱導率？
2、固體材料熱傳導主要有和三種微觀機制，不同材料導熱機制有何區別？
3、對於聲子熱導而言，熱阻**於聲子擴散過程中的各種 （如聲子的碰撞、點缺陷的散射、晶界的散射和位錯的散射等）。
4、對於同一種物質，多晶體、單晶體和非晶體的熱導率的大小關係如何？
5、請綜合分析非晶體的熱導率與溫度的關係。
6、綜合分析影響無機材料熱導率的因素。
1.5 熱穩定性
1、什麼是材料的熱穩定性？。
2、材料抗熱衝擊損壞的兩大型別為和
3、什麼是熱應力？材料的熱應力主要**於哪三個方面？
4、抗熱應力損傷性正比於斷裂表面能，反比於應變能的釋放率。
5、寫出第
一、第二和第三熱應力斷裂抵抗因子的表示式，並指出其中各引數的物理意義。
6、對於密實性陶瓷、玻璃等脆性材料，提高其抗熱衝擊斷裂效能的措施有哪些？
《材料物理效能》思考題
第二章電學效能
2.1 電導的物理現象
1、材料的導電現象，其微觀本質是其微觀本質是載流子在電場作用下的定向遷移。
2、無機材料與金屬導體中的載流子種類有什麼區別?
答：金屬導體中的載流子是自由電子；無機材料中的載流子可以是電子(負電子，空穴)、離子(正、負離子，空位)。
3、什麼是電子電導和離子電導?
答：離子電導：載流子為離子的電導。
電子電導：載流子為電子的電導。
4、電子電導與離子電導的特徵有何區別？
答：電子電導的特徵是具有霍爾效應；離子電導的特徵是存在電解效應。
5、什麼是載流子的遷移率？
答：載流子在單位電場強度中的遷移速度。
6、寫出電導率的基本表示式，並指出其中各引數分別代表什麼意義。
答：（單位體積內載流子數為n；每個載流子的荷電量為q）
（單位時間內通過單位截面s的電荷量（電流密度）為: j=nqv）
2.2 離子電導
1、離子電導有本徵電導和雜質電導兩種型別。
2、什麼是本徵離子電導和雜質離子電導?
答：本徵離子電導----以熱缺陷（空位、離子）作為載流子。
雜質離子電導----以雜質離子作為載流子。
3、雜質離子電導載流子的濃度決定於雜質的種類和數量。
4、對於本徵離子電導而言，電導活化能包括缺陷形成能和遷移能兩部分。
5、通常熔點高的晶體，結合力大，相應活化能高，電導率低。
6、區別遷移數與遷移率。
答：遷移數：指定種類載流子所運載電流與總電流之比。
遷移率：
7、固體電解質：具有離子電導的固體物質稱為固體電解質。
8、試舉例說明固體電解質在儲能和感測器方面的應用。
答： 儲能：固體氧化物燃料電池，質子交換膜燃料電池，氧敏感元件（氧濃差電池）
2.3 電子電導
1、電子電導的載流子是電子或空穴 。
2、在電子電導的材料中，電子的非彈性碰撞引起電子波的散射是電子運動受阻的原因。
3、電子載流子兩大主要的散射機制是晶格散射和電離雜質散射 。
4、在孤立的原子中，電子佔據一定的能級，這些能級由主量子數、角量子數、磁量子數和自旋量子數等四個量子數確定。
5、電子的共有化，使得單個原子的電子能級**成一系列相互之間能量差極微的能級，即形成了能帶 。
6、結合晶體的能帶理論區別導體、半導體和絕緣體。
答：根據能帶理論，晶體中並非所有電子或價電子都參與導電，只有導帶中的電子或價帶頂部的空穴才能參與導電。因此，在晶體能帶圖上物質的導電性反映為它的價帶是否被填滿，是否存在禁帶以及禁帶寬度的大小等因素。
7、根據能帶理論，晶體中並非所有電子或價電子都參與導電，只有導帶中的電子或價帶頂部的空穴才能參與導電。
8、區別本徵電子電導和雜質電子電導。
答：本徵電導：這種空帶中的電子導電和價帶中的空穴導電同時存在
9、區別n型半導體和p型半導體。
答：n型半導體的載流子主要為導帶中的電子；p型半導體的載流子主要為空穴。
10、分別畫出n型和p型半導體的能帶結構圖，並以si為例說明n型和p型半導體的形成過程。
答： n型半導體的能帶結構 p型半導體的能帶結構
12、區別不同型別的組分缺陷（或非化學計量）所形成區域性能級的型別（施主能級還是受主能級）。
2.4 半導體陶瓷的物理效應
1、哪些效應屬於半導體陶瓷的物理效應?
答：晶界效應（壓敏和ptc效應）
表面效應（氣敏效應）
西貝克效應
p-n結（光電效應）
2、什麼是壓敏電阻效應?（zno壓敏電阻應用）
答：對電壓變化敏感的非線性電阻效應
zno壓敏電阻已廣泛應用於半導體和電子儀器的穩壓和過壓保護以及裝置的避雷器。
3、區別ptc熱敏電阻效應和ntc熱敏電阻效應。
答：ptc效應：具有電阻值隨著溫度公升高而增大的特性 。
ntc效應：具有電阻值隨著溫度公升高而減小的特性。
4、什麼是光生伏特效應？
答：半導體受光照時產生電動勢（或電位差）的現象，稱為光生伏特效應。
第三章介電效能
3.1 介質的極化
1、什麼是電介質？
答：電介質：在電場作用下，能建立極化的一切物質。
2、什麼是電介質的極化？
答：電極化：在外電場作用下，介質內的質點（原子、分子、離子）正負電荷重心的分離，使其轉變成偶極子的過程。
3、介質的極化有哪六種基本型別？
答：1、位移極化 2、鬆弛極化 3、電子極化 4、離子極化 5、偶極子轉向極化 6、空間電荷極化
3.2 介質損耗和介電強度
1、什麼是介質損耗？
答：由於導電或交變場中極化弛豫過程在電介質中引起的能量損耗，由電能轉變為其它形式的能（如熱、光能等），統稱為介質損耗。
2、介質損耗主要有極化損耗損耗和電導損耗損耗兩種基本形式。
3、什麼是介電強度？
答：當電場強度超過某一臨界值時，介質由介電狀態變為導電狀態。這種現象稱介電強度的破壞，或叫介質的擊穿。相應的臨界電場強度稱為介電強度，或稱為擊穿電場強度。
3.3 壓電性及壓電材料
1、什麼是壓電效應和逆壓電效應/
答：由機械效應轉換成電效應的現象稱為壓電效應（或正壓電效應）
由電效應轉換成機械效應的過程稱為逆壓電效應。
2、區分壓電材料的主要效能指標（壓電常數、頻率常數、機電耦合係數和機械品質因素）。
（1）、d－壓電常數（單位c/n），是反映力學量（應力或應變）與電學量（電位移或電場）間相互耦合的線性響應係數。
（2）、對某一壓電振子（具有一定形狀、大小和被覆工作電極的壓電陶瓷體），其諧振頻率和振子振動方向長度的乘積為乙個常數，即頻率常數
（3）、機電耦合係數k是乙個綜合反映壓電材料的機械能與電能之間耦合關係的物理量，是壓電材料進行機－電能量轉換能力的反映。
（4）、壓電振子在諧振時儲存的（機械）能量與在乙個週期內損耗的（機械）能量之比稱為機械品質因數qm。它反映了壓電振子在振動時因克服內摩擦而消耗能量的大小。機械品質因數越高，損耗的能量越少。
3、 機電耦合係數是乙個綜合反映壓電材料的機械能與電能之間耦合關係的物理量，是壓電材料進行機－電能量轉換能力的反映。
4、為什麼要對壓電陶瓷進行預極化處理，預極化有哪三個需要控制的工藝引數？
答：只有經過極化工藝處理的陶瓷，才能夠顯示壓電效應；
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...
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